【汽车与环境】西南交通大学汽车工程研究院院

  大家知道美国SAE将自动驾驶汽车一共分为五级,我们讲一下LEVEL2,LEVEL3级别。LEVEL2是部分驾驶,驾驶员在驾乘车辆时暂时地可以将手离开方向盘、暂时地将眼睛离开前方,LEVEL2车辆基本上将所有辅助驾驶的功能都包括了,但是LEVEL3增加了一些激光传感器、车联网、高精度地图等,所以LEVEL3相较LEVEL2在硬件和软件上都有较大的提升。好消息是,LEVEL2和LEVEL3都是可以量产的智能汽车,目前各大整车企业都在开发,并进行LEVEL2和LEVEL3级别智能汽车的量产化开发工作。

  我们现在处在汽车工业革命的第四次浪潮初期,这次浪潮的特点就是以智能互联和汽车产业互联的变革,即:互联网、大数据、云计算、人工智能等。电动化、智能化、网联化、轻量化、共享化、个性化制造、跨界融合是其标志性特点。我主要想说原先在汽车领域我们做不了的事情,现在可以做了,比如说解决公路交通中的一些痛点问题,我觉得这是一个重大变化。

  两个CIVCS中心运行区段之间的交叉带我们大概设为5公里或者10公里,这个区段出去到下一区段,交接处两边CIVCS中心都可以看到,这样高精度地图的更新不用每次更新全国各地路段的地图,进入高速公路以后监控站就把车辆运行的这段高清地图由CIVCS中心自动刷新,并不是将全国的高精度地图都刷新。这样地图占的内存很小,运行到下一个区段的时候再重新刷一下。就是要把原来整体管理的变成分段,西方有句话叫做“分而治之”(DIVIDE AND CONQUER),高铁就是这样,所以它很安全。我们的CIVCS系统也是这样,所以车辆运行在这样的系统下也很安全。

  造成公路交通事故的因素很多都是因为不确定性因素造成的,而最大的不确定因素是驾驶员的人为因素,还有道路和天气因素等。而如何将不确定、随机的、不可控的一些因素转化成相对确定、可控的因素,这样就会将交通事故大大降低。把由于随机的、无序的一些因素变成确定、有序的东西,光靠智能车本身还不够,还要从道路、基础设施等方面进行系统性的考虑。所以今天给大家讲这个题目,实际上就是提出了一种新的商业模式和解决方案,怎么样系统性地解决在高速公路上实现无人驾驶,减少交通事故,这是一种低成本、实施性强、适合中国国情的解决方案。以实现智能出行安全、高效、绿色、便携的目标。

  实际上我们的商业模式和解决方案就是提出了利用LEVEL2或LEVEL3(或LEVEL2.5)这样较低成本的智能车辆,再加上CIVCS系统对智能车辆进行全程监控,尤其可以对智能车辆进行实时闭环控制(在必要的情况下干预车辆运行)以代替LEVEL4和LEVEL5的高级和完全自动驾驶汽车,利用现有道路(或稍做更新),实现高速公路(或高等级公路)自动驾驶。昨天我听华为一位技术总监做报告讲,他们在城市里面做一些车辆协同控制之类的测试,在道路两旁增加好多传感器和接受发器。我们觉得在高速公路上就利用现有的道路条件,加上这套CIVCS监控系统,即建立监控中心。我们提出的CIVCS对智能汽车的“闭环控制”,是指天上有北斗(或GPS),空中有5G通讯和车联网,地上还有监控平台、高速公路和智能汽车。当智能汽车通过高速公路入口ETC握手验证后,智能汽车就从手动模式进入自动驾驶模式,智能汽车在高速公路上运行就依靠智能汽车车载自动驾驶功能和CIVCS监控系统共同来完成对车辆运行状态的控制,包括车道线设定、变换车道、设定最高速度(根据天气和道路情况)、车联网、高精度地图更新等。所以就需要高宽带、低延时的5G通信,5G大概延时在5、6毫秒就可以更新数据,完全满足智能汽车安全控制的要求。大家看这张图中的蓝色箭头就是CIVCS监控系统从车辆采集信号,而红色的箭头就是CIVCS根据智能汽车状况、天气和道路的实际情况可以做出实时控制、干预,对车辆形成一个实时控制闭环,这样就会大大增强安全性。

  比如说大卡车安排在哪条车道、车间距是多少等,监控站自动给你安排好了,哪怕有问题监控站可以实时看出来。比如说车出故障了,CIVCS会自动引导车辆变道进入安全带里。120救援车辆也容易了,120的车需要一条车道空出来就行了,这可以由CIVCS中心统一指挥其它车辆换道、让道就所以了,这样120车辆就可以畅通无阻的过去了。最主要就是在一些特定的环境下,CIVCS中心可以保证你的安全,因为好多交通事故都是在极端情况下发生的。

  CTCS这套系统我们是从欧洲ETCS(European Train Control System)演化过来的,我们就想怎么把这套系统经过改造运用到自动驾驶汽车上,我们的目标就是解决未来3到10年内高速公路汽车“安全、高效、绿色、便捷”的问题。而LEVEL4和LEVEL5的高级自动驾驶和完全无人驾驶需要至少10 - 20年才有可能量产,那么我们从现在到未来的10-20年这段时间怎么办呢?怎样能够让智能驾驶为改善公路交通、降低交通事故服务哪?全世界每年有130万的死于交通事故,我们国家的恶性交通事故也在逐年上升。因此,LEVEL4和LEVEL5是解决公路交通长远问题的,而我们提出的商业模式是面向短期和中期解决公路交通痛点问题、降低交通事故发生率的方案。

  CIVCS监控系统采取分段运营的模式。我们大概测算了一下,全国大概有12万公里的高速公路,300公里建一个CIVCS监控中心大概需要建设400个监控站,就可以把全国所有的高速公路监管起来。比如说每个监控站雇佣9个人三班倒,400个监控中心,一共需要3600人左右,我觉得这个成本是很低的。而且每一个监控站的设备都是一次性投资。投资不大,而且是一次性的,只要平时维护一下就可以了。利用现有高速公路基础设施,再加上卫星、5G、高精度地图等,我们就可以将在高速公路(高等级公路)运营的LEVEL2和LEVEL3的智能汽车全部管理起来。

  再比如说沙尘暴或者下大雪了,监控站就可以自动把所有在这高条速路上的车速给减下来。CIVCS监控中心掌握天气和道路实时信息以后可以统一将所有车辆都限速,比如把最大速度设置为40公里每小时,这样就大大减少了交通事故。还可以大大减轻驾驶员驾车疲劳(因驾驶员只是观察,只有紧急情况才制动),同驾驶员的技术水平等人为因素关系不大了。尤其在LEVEL3等级的车辆有高精度地图,会使得驾驶更加安全。

  【汽车与环境】西南交通大学汽车工程研究院院长胡广地:空、天、地信息融合技术与特定工况下的自动驾驶

  总之,在高速公路(高等级公路)上使用较低成本的LEVEL2和LEVEL3智能汽车,加上高速公路(高等级公路)智能监控系统CIVCS(成本可控),就可以在我国的道路上实现自动驾驶,达到”安全、高效、绿色、便携”出行目标。我们提出的模式和方案可实施性强、成本低、利用现有技术稍加改造就可以产生社会和商业价值。谢谢!

  这个CIVCS系统怎么来工作呢?我画了这样一个示意图。ETC、LEVEL2和LEVEL3等级的智能汽车,这个车经过ETC以后进入高速公路之前就变成了自动驾驶模式,自动驾驶模式以后这个监控台就全程监控,您进来以后车所有的信息监控站全部是掌控的,这个车在哪条车道,什么时候换道,什么地方出口等,监控中心都掌握,比如说从成都到绵阳,A点到B点,上高速路以后马上把这个信息传递给监控系统,至于这车在高速公路什么位置由监控系统给你安排。

  首先非常感谢论坛组委会提供这样一个平台,还有本论坛主持人宋廷伦教授给我这个机会。我们“汽车与环境”论坛一共办了六届,除了第一届第二届我没有参加外,共参加了三届,这是第四次参加这个论坛。前几届都是听众,这是第一次站在讲台上给大家分享一下我们在智能网联汽车领域做的一点工作。下面我就开始今天的演讲。

  大家知道西南交通大学是搞高铁的,为什么现在做汽车了呢?高铁和汽车、公路交通有很多共性技术,高铁也需要电驱动、智能驾驶、车联网和运营监控。除了好多年前在温州附近发生一起雷电天气导致的高铁追尾事故,造成重大人员伤亡,这些年来大家从来没听到高铁再发生交通事故。现在在高铁和航空领域安全性做的非常好。现在都在跨界融合,好多做互联网的、人工智能的、大数据、云计算、传感器的的都进入到智能汽车领域来跨界融合、发展,有很多案例我这里就不讲了。我们也在想,怎么样把在高铁上的成功模式用在汽车上,我们就挖空心思地想出了下面这种新的智能汽车商业模式,我们提出了高速公路自动驾驶汽车智能监控系统(CIVCS,Chinese Intelligent Vehicle Control System)。我们是从中国高铁运行控制系统(CTCS,Chinese Train Control System)的思路获得灵感的。我们中国列车运行控制全部使用CTCS,对高铁进行监控调度,它是隔几百公里建有一个监控调度中心。高铁的驾驶实际和我们智能汽车驾驶很类似,驾驶员主要是观察,眼睛看着前方,遇到特殊情况踩刹车制动,全部是自动驾驶,包括出站和到站。

  2018年12月7日-8日,以“创新驱动、技术引领”为主题的2018第六届“汽车与环境”创新论坛在上海·安亭正式举办。本次论坛完整覆盖汽车行业技术领域的研讨,旨在进一步促进整车企业与零部件企业之间对技术发展趋势的探讨、加强汽车行业专家之间的交流互动、增强整车与零部件企业的交流、搭建合作平台,通过活动促进汽车零部件产业创新转型升级、打造更具竞争力的整零协同创新关系,助力实现向汽车强国的转变。以下是西南交通大学汽车工程研究院院长胡广地在本次论坛上的发言:

  大家知道,近两年全球公路交通事故死亡的人数每年大概130万左右,我国在其中占的比例较大,因交通事故受伤的人数就更多了,给人民生命财产造成极大伤害、给很多的家庭造成了极大痛苦、并造成了极大的经济损失和恶劣的社会影响。恶性死亡交通事故90%都是发生在高速公路,而一般城市里面的道路发生的交通事故可能造成负伤,但是死亡的人数并不多。所以我觉得公路交通最主要要解决的问题,造成重大交通事故的原因刚才宋教授也讲了,我觉得概括起来有几点,第一80%-90%都是人为因素造成的,比如驾驶员驾驶技术缺乏、注意力不集中、变道转弯时观察不够、遵守交通规则意识薄弱、疲劳驾驶、对突发事件应对能力不够等,另外就是车况不佳、道路情况变差和恶劣天气等其他因素。现在我们面临交通出行的最大痛点问题是安全,当然还有其他问题,比如说交通的效率,绿色、舒适、共享等,但没有安全一切都是零,所以首先必须要首先解决安全问题。智能交通和智能汽车需要解决的问题包括安全、高效、绿色和舒适,这些应该从发展新能源和智能驾驶、改善道路的基础设施、加大交通法规执法的力度等方面,从系统工程的角度、综合的来进行考虑并加以解决。

  大家知道高速公路上有一些驾驶员驾车不遵守交通规则,对高速公路运行的其它车辆造成重大安全隐患,利用CIVCS系统后对这些车辆都会设定车道、设定最高车速,这样大货车只能在慢行道行驶,而且不能超速了,想转向变道CIVCS系统不给你这个权力,想加速超过最高速度CIVCS系统不给你这个权利,司机进入高速公路以后只有踩刹车的权力和目视前方的权力。CIVCS系统可以根据道路交通流量情况统一调度车辆在车到位置,这样可以保证交通的最大流量,不至于产生很多空隙。比如说从A点到B点,中间有一个服务站,想到服务站休息,提前5公里或者10公里给CIVCS系统发一个信号,监控站收到后会自动安排车辆变换到靠近服务站的车道,这个变道命令和变道实施由监控站执行。这样,高速公路驾驶同驾驶员的人为因素导致的安全隐患就很小了,如果道路或天气情况有变化,CIVCS系统会根据情况自动设定最高行驶速度、会自动给车辆更新信息、更新高精度地图,最严重时,CIVCS系统可以完全接管车辆。这样,本来高速公路车辆运行随机、无序的一些因素,通过CIVCS系统和自动驾驶车载系统集成控制,就会将随机、无序转化成确定性和有序运行。在监控中心大屏幕上每个车在哪都有个小点,在什么位置、车辆状态等监控站全部都是清楚的。