4米车距自动列队行驶,安全保障采用了铁路技术

2013-04-07 17:34:29来源: 互联网
      “这是人工驾驶也难以保持的车距”。

       2013年2月25日,在日本产业综合研究所筑波中心北场地(茨城县筑波市)的测试道路上,三辆大型卡车和一辆小型卡车组成队列,演示了时速为80km、车距仅为4米的自动行驶(图1)。这项演示是日本新能源与产业技术综合开发机构(NEDO)在2008年度启动的为期5年的“能源ITS推进事业”项目的成果展示会上实施的(相关报道)。 

车距仅为4米的队列行驶(摄影:NEDO)
图1 车距仅为4米的队列行驶
NEDO在此次演示中,展示了四辆卡车时速为80km、车距为4米的自动队列行驶。前方三辆车为大型卡车,第四辆车为小型卡车。(图片(a)由NEDO提供)
       
      该项目的目的是,通过在高速公路上实现大型卡车的队列行驶和自动行驶,通过改善交通流、缩短车距来减小空气阻力,从而提高燃效,同时还有减轻驾驶员的负荷和提高安全性。据NEDO介绍,如果四辆卡车能以4米车距列队行驶,平均燃效便可提高15%。 

       为了实现自动驾驶的实用化,解决安全性、社会接纳性以及法规等方面的问题,NEDO设想分“X”、“Y”、“Z”三个阶段陆续导入这些成果(图2)。X阶段仅保持车距,争取在2020年之前实现车距为22m的队列行驶,Y阶段将增加车道保持功能和前方车辆追踪功能,争取在2030年之前实现车距为10米的列队行驶。 

图2 力争2030年以后实现自动驾驶
“能源ITS推进事业”的目标是通过队列行驶实现自动驾驶。2020~2030年打算实现速度控制自动化,促进可实现部分自动驾驶的驾驶辅助系统普及,2030年以后将建立起可实现后续车辆自动驾驶的体制。(图:NEDO)

       Z阶段为最终目标,还可以变更车道,争取在2030年以后实现后续车辆的无人驾驶。就技术而言,目前已经达到了Z阶段。 

       在此次的4米车距演示中,展示了从形成队列到保持车道、保持车距、躲避碰撞的一系列功能(图3)。演示时不能登车随行,只能在并排行驶的巴士上参观时速为80km的自动驾驶和0.2G的制动停车功能。 

图3 不仅可自动进行车道保持和车距控制,还可防止与领头车辆碰撞
此次演示了队列行驶、车道保持控制、车距保持控制、碰撞躲避控制(自动制动)等一系列成果。

彻底确保故障时的安全  
 
      4米车距演示时,使用了三辆大型卡车和一辆小型卡车。大型卡车具备前方障碍物识别功能、道路标志线识别功能及车间通信功能(图4)。所有功能均为两套系统。具体而言,前方障碍物识别功能采用毫米波雷达和红外线激光雷达,道路标志线识别功能采用摄像头和红外线激光雷达,车间通信功能采用5.8GHz频带无线通信模块和红外线光通信模块。 

图4 可保持4米车距的大型卡车
为了保持4米车距,配备了多个传感器。为了识别前方障碍物,配备了毫米波雷达和红外线激光雷达,为了识别道路标志线,在车辆侧面配备了CCD摄像头和红外线激光雷达。车间通信采用5.8GHz频带无线模块和红外线光通信模块。

       尽管并未在此次的成果展示会上演示,但小型卡车的目标是实现市区自动驾驶。因此,配备了可提高前方识别精度的立体摄像头(可见光摄像头和远红外线摄像头两种)、用于提高本车位置精度的准天顶卫星用GPS及RTK-GPS(图5)。 

图5 可保持4米车距的小型卡车
此次演示中做为第四辆队列行驶车辆的小型卡车。除了队列行驶之外,还以实现市区自动驾驶为目标,配备了两种立体摄像头、准天顶卫星用GPS、RTK-GPS。

       用来控制自动行驶和队列行驶的装置“FS-ECU”也为了确保安全性,配备了两套系统(图6)。不仅安装了两块控制用基板,而且控制基板的CPU内核也配备了两个,增加了CPU内核之间可相互监控计算结果的故障安全功能。比较电路采用FPGA。 

图6 彻底确保故障安全
试制的系统彻底确保了故障安全(a)。传感器及用于控制的ECU也采用了两套系统。开发出了配备两块控制基板的“FS-ECU”,基板的CPU实现了双重化。CPU利用比较电路实时进行状态监控(c)。(图:《日经电子》根据NEDO的资料绘制)

       FC-ECU的控制方法参考了构建高可靠性系统的铁路车辆控制装置的思路。铁路车辆能够根据来自自动列车控制装置(ATC)等的控制信号,自动调整车辆速度等,此次便利用了这种原理。因此,FS-ECU由从事铁路车辆控制装置业务的日本大同信号公司负责开发注1)。 

注1)FS-ECU及传感器的长期可靠性评估由东京大学生产技术研究所负责。东京大学、大同信号、电装、弘前大学共同在宇部兴产设在山口县的汽车专用道(宇部~美祢,单程:约30km)上实施了实地试验。另外,电装负责开发使用红外线激光雷达的道路标志线识别功能,弘前大学负责开发采用摄像头的道路标志线识别功能。 

       实际行驶时,除了上述各种传感器提供的信息之外,还使用了地图数据。领头车辆根据地图数据、前方识别及道路标志线识别结果自动行驶。后方车辆则在利用传感器识别前方车辆的同时,通过车间通信,以20ms的通信周期获取领头车辆的速度等信息。 

       尽管4米车距演示时无法登车随行,但在车距扩大至10米的队列行驶时记者可以随行。10米车距演示的内容是,使用三辆大型卡车,在实现自动驾驶的同时,让领头车辆检测前方的低速车辆并追踪其速度。实施了从80km时速降至60km的追踪,以及从80km降至30km的追踪两种演示(图7)。而且,还进行了发现障碍物后通过紧急制动来避免碰撞的演示,以及领头车辆不采用自动驾驶,当驾驶员操作车辆横跨道路标志线驾驶时,后方车辆追随前方车辆的追踪控制演示。 

图7 保持10米车距进行队列行驶
在此次演示中,3辆卡车以80km时速、10米车距进行队列行驶时,可以登车随行。进行了自动追踪低速车的演示。

还公开了简易版系统 

       此外,为了推动技术的通用化,尽早将自动列队行驶投入实用,NEDO把车间通信、基于前方识别技术的车距控制,以及前方障碍物识别技术应用到了日本四家卡车厂商(五十铃汽车、日野汽车、三菱扶桑卡客车、优迪卡)的大型卡车中。这些车辆需要驾驶员控制方向盘,但领头车辆利用可追踪前方车辆的“自动巡航控制(ACC)”系统来行驶,而后方车辆可一边控制车距一边进行简易的队列行驶。 

       NEDO此次进行了车距为30米的队列行驶演示(图8)。内容包括,对前方低速车辆进行速度追踪、发现障碍物时的紧急制动,以及在乘用车切入第二辆与第三辆之间时将车距控制切换为通常的ACC。(记者:狩集 浩志,《日经电子》) 

图8 车距为30米的简易队列行驶
演示了车间通信、基于前方识别技术的车距控制、采用前方障碍物识别技术的简易系统队列行驶。尽管需要驾驶员操作方向盘,但可以自动保持车距。


关键字:自动  列队  行驶  采用

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/qcdz/2013/0407/article_6970.html
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