4.2.1 總體技術(shù)框架

綜合以上，VICAD對(duì)于L2等級(jí)自動(dòng)駕駛車輛，可主要起到協(xié)同感知、輔助定位以及部分協(xié)同決策規(guī)劃的作用。核心目標(biāo)是通過VICAD，對(duì)L2自動(dòng)駕駛系統(tǒng)進(jìn)行感知定位增強(qiáng)，為駕駛員提供更多參考決策信息，讓人類駕駛員及時(shí)得到路端安全提醒，提升駕駛安全和駕乘體驗(yàn)。VICAD對(duì)L2等 級(jí)自動(dòng)駕駛車輛的總體服務(wù)框架和服務(wù)邏輯見如圖4.10，可提供的主要服務(wù)內(nèi)容見表4.1。

圖4.10 VICAD對(duì)L2總體服務(wù)框架示意圖

表 4.1 VICAD對(duì)L2主要服務(wù)內(nèi)容（部分）

4.2.2 車端參考技術(shù)架構(gòu)
與L4相比較，服務(wù)于L2的車路協(xié)同技術(shù)方案，既要考慮車路協(xié)同自動(dòng)駕駛，也需要考慮路端事件， 云端事件和人類駕駛員的實(shí)時(shí)交互。建議的系統(tǒng)設(shè)計(jì)參考方案如圖4.11所示。

圖4.11 車端參考架構(gòu)

在L2級(jí)自動(dòng)駕駛車端參考方案中，主要涉及到三個(gè)域控制器，其各自功能分配按照如下設(shè)計(jì)：

1. T-BOX-OBU域控制器：負(fù)責(zé)與云端、路端、場端通信的鏈路，同時(shí)對(duì)V2X信號(hào)進(jìn)行基本處理，   將路端感知、地圖變更、安全事件等輸出到座艙，同時(shí)將路端感知、定位參考信號(hào)、場端控車信號(hào)、車車協(xié)同信號(hào)輸出到自動(dòng)駕駛域。T-BOX-OBU域控制器接收來在座艙域的信息請求，同時(shí)接收    自動(dòng)駕駛域的車車協(xié)同消息。

2. 座艙域：負(fù)責(zé)與用戶交互，包括車路協(xié)同事件和導(dǎo)航應(yīng)用的融合，并通過中控屏幕、HUD、儀表 等形式將導(dǎo)航、車路協(xié)同事件等信息顯示給用戶，讓駕駛員隨時(shí)了解車、路、云輸出的車輛和環(huán)境信息；座艙域同時(shí)將路端地圖和本地地圖融合生成地圖動(dòng)態(tài)層EHP信息給到自動(dòng)駕駛域，供自動(dòng) 駕駛獲取前方地圖及地圖動(dòng)態(tài)層信息。

3. 自動(dòng)駕駛域：負(fù)責(zé)車輛定位、融合自車定位，并接收路側(cè)定位參考信號(hào)，得到融合后自車位置；負(fù)責(zé)感知融合，將路端感知和自車感知融合以得到完整的環(huán)境感知信息；負(fù)責(zé)車輛控制，同時(shí)接收來自場端的控車信號(hào)，在地下停車庫等場景可以接收來自場端控車信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)場端控車來完成泊車功能。

4.2.3 車路協(xié)同地圖服務(wù)和更新方案

高精地圖面臨著地圖覆蓋和地圖更新兩個(gè)問題，地圖覆蓋問題隨著自動(dòng)駕駛場景拓展和市場裝配 率提高，必將持續(xù)提升，但是高精地圖的更新將是自動(dòng)駕駛，尤其是L2級(jí)自動(dòng)駕駛所面臨的一個(gè)更大的挑戰(zhàn)。高精地圖更新包含現(xiàn)實(shí)世界變更發(fā)現(xiàn)和地圖更新兩個(gè)部分。

目前行業(yè)探索的變更發(fā)現(xiàn)和更新方案主要有：

1. 眾包：主要靠大量投放具有環(huán)境數(shù)據(jù)采集能力的車輛，讓這些車輛行駛過程中收集道路信息數(shù)據(jù)并上傳到云端，云端根據(jù)反饋得來的數(shù)據(jù)構(gòu)建還原度高的、即時(shí)更新的行車地圖；

2. 專業(yè)采集和更新：成本高，可解決首次安全通過問題，但無法解決實(shí)時(shí)變更發(fā)現(xiàn)問題，本文不再進(jìn)行深入討論；

3. 路端地圖發(fā)現(xiàn)與更新：依靠智慧路端傳感器攝像頭，雷達(dá)等，持續(xù)觀測覆蓋區(qū)域道路變化，實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)，實(shí)時(shí)更新。

相比于眾包更新，路端地圖服務(wù)于更新具有以下優(yōu)勢：

1. 數(shù)據(jù)鮮度高且穩(wěn)定：路側(cè)地圖更新服務(wù)具有更高的固定空間范圍觀測頻率（15-30hz），可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的分鐘級(jí)地圖更新服務(wù)；而眾包更新一般需要在一定周期t內(nèi)，在相同車道有n次重訪（n一般超過10次，t取決于特定空間位置交通要素發(fā)生變化的頻率），由于具備地圖眾包能力的車輛分布的不均勻性，導(dǎo)致眾包更新鮮度的隨機(jī)性較大，對(duì)于車流量較小區(qū)域，甚至無法提供地圖更新服務(wù)；

2. 成本更低：路側(cè)地圖更新服務(wù)，主要的計(jì)算行為均在路側(cè)計(jì)算單元，不需要將傳感器原始數(shù)據(jù)通過4G/5G進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸；而眾包更新直接將車端原始數(shù)據(jù)或結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)上傳云端進(jìn)行聚合，由于 聚合平臺(tái)要求有限空間范圍內(nèi)高重訪次數(shù)，會(huì)產(chǎn)生大量流量費(fèi)用；

3. 首次通過安全性更高：眾包更新無法解決車輛首次經(jīng)過的地圖更新問題，而路側(cè)的高頻、持續(xù)觀測特點(diǎn)，能夠在使用地圖的車輛到來之前，大概率完成地圖變更識(shí)別，保證與地圖相關(guān)的安全性。

圖4.12 路側(cè)地圖更新架構(gòu)

路側(cè)地圖更新流程如圖4.12所示，流程如下：

1)路端傳感器將原始傳感器數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)上傳至RSCU；

2)在RSCU內(nèi)對(duì)固定點(diǎn)位的地圖變更及動(dòng)態(tài)交通事件進(jìn)行檢測，根據(jù)地圖變更及動(dòng)態(tài)交通事件檢測結(jié)果，生成局部變更信息或地圖動(dòng)態(tài)信息，以EHP的形式通過高速通信協(xié)議發(fā)送至車端通信域控制器；

3)車端EHR對(duì)于接收到的地圖變更及動(dòng)態(tài)交通事件進(jìn)行解析，并發(fā)送到車端融合模塊；

4)車端融合模塊將接收到的增量地圖變更信息和動(dòng)態(tài)事件基于參考位置協(xié)議與車端高精地圖融合，供自動(dòng)駕駛系統(tǒng)使用。

4.2.4 車路協(xié)同公開停車場泊車服務(wù)

（1）系統(tǒng)定義及分級(jí)
車路協(xié)同泊車將現(xiàn)有的單車自主泊車擴(kuò)展為由車路協(xié)同完成，在具體實(shí)施中，車路協(xié)同泊車區(qū)分為3個(gè)等級(jí)，以滿足不同車輛及場端的配置：

1. 信息協(xié)同泊車：在此狀態(tài)下，場端向車輛提供可用車位信息，車位預(yù)留，并提供定位參考信息，而不參與路線規(guī)劃、控車，車輛利用自身地圖，由人類駕駛員或者單車自動(dòng)駕駛完成泊車；

2. 規(guī)劃協(xié)同泊車：在此狀態(tài)下，場端除了提供車位信息，車位預(yù)留外，還提供行車路線規(guī)劃，并向車輛提供場端感知補(bǔ)盲，但不參與直接控車；

3. 控制協(xié)同泊車：在此狀態(tài)下，場端還將增加直接控車，完全利用場端感知、車輛定位信息、車輛單車感知信息，都發(fā)送到場端，由場端控車完成泊車過程，在此過程中，自車MEB功能仍需開啟， 在緊急狀態(tài)下啟動(dòng)并退出場端控車狀態(tài)。

下面將三種模式進(jìn)行對(duì)比：

表4.2 三種協(xié)同泊車模式

（2）系統(tǒng)架構(gòu)

下圖4.13列出車路協(xié)同泊車技術(shù)架構(gòu)，在此架構(gòu)中，車輛必須具備車路協(xié)同定位能力，可選感知、路線規(guī)劃、軌跡規(guī)劃能力。車端可以利用自身不同配置選擇使用不同等級(jí)的場端泊車服務(wù)。場端需要進(jìn)行升級(jí)，增加車路通信、場端定位、停車場地圖服務(wù)、行程規(guī)劃、軌跡規(guī)劃、控車和應(yīng)急人工接管等服務(wù)。

圖4.13 車路協(xié)同泊車系統(tǒng)架構(gòu)

（3）協(xié)同定位

定位是自動(dòng)駕駛需要突破的關(guān)鍵技術(shù)問題，尤其是在地下停車場、隧道、立交橋等衛(wèi)星定位信號(hào)受遮擋的區(qū)域，需要在場端或者路端布置輔助定位設(shè)施，輔助車輛實(shí)現(xiàn)高精度定位?，F(xiàn)階段主流的輔助定位方案有定位標(biāo)識(shí)（如ArUco碼等）和近場無線定位基站，其中無線定位技術(shù)有超寬帶定位 技術(shù)（Ultra Wide Band, UWB）、射頻識(shí)別定位技術(shù)（Radio Frequency   Identification, RFID）、Wi-Fi 定位技術(shù)（Wi-Fi Positioning System, Wi-Fi）、可見光通信技術(shù) (Visible Light Communication,   VLC)和低功耗藍(lán)牙定位技術(shù)(Bluetooth   Low   Energy,   BLE)等。定位標(biāo)識(shí)由于其難以維護(hù)，且與車端軟件系統(tǒng)耦合度較高，難以推廣。因此，考慮在場端或者路端增加近場無線定位設(shè)施，在車輛在進(jìn)入室內(nèi)或者地下停車場后，提供連續(xù)、高精度定位信息，完成泊車引導(dǎo)。

現(xiàn)階段主流近場無線定位技術(shù)對(duì)比可參考圖4.14，針對(duì)自動(dòng)駕駛的技術(shù)需求以及車載機(jī)電環(huán)境，可優(yōu)先考慮精度較高的選擇，如UWB, RFID 等。

圖4.14 室內(nèi)無線定位技術(shù)對(duì)比

同時(shí)，從車輛行駛的完整周期看，需要保證定位的連續(xù)性。在無遮擋區(qū)域，可以通過GNSS+RTK 方式獲得全局定位信號(hào)；而在有遮擋區(qū)域，可參考上文所述，設(shè)置局部的近場無線定位設(shè)施，并保證其空間參考的連續(xù)性。參照下圖4.15，自動(dòng)駕駛車輛可以通過連續(xù)的定位和通信服務(wù)，保證其自動(dòng)駕駛功能的連續(xù)性。

圖4.15 室內(nèi)外路（場）輔助定位

（4）泊車流程

信息協(xié)同泊車模式描述如下：

1）場端負(fù)責(zé)空閑車位的識(shí)別，對(duì)停車場內(nèi)全部車位實(shí)現(xiàn)全面覆蓋，將停車場實(shí)時(shí)車位占用情況，并上報(bào)給路側(cè)；

2) 當(dāng)人工主動(dòng)申請或者車輛主動(dòng)申請自主泊車時(shí)，路側(cè)基于用戶停車需求和實(shí)時(shí)車位占用情況，進(jìn)行車位分配；

3)車輛收到路側(cè)路徑分配后，根據(jù)車輛自身地圖進(jìn)行路徑規(guī)劃；

4)車輛利用場端輔助定位信號(hào)進(jìn)行自車定位；

5)車輛利用自身傳感器進(jìn)行環(huán)境感知，自主生成行車軌跡并控車完成泊車過程；

6)運(yùn)營管理平臺(tái)提供停車場內(nèi)的交通管理信息、地圖信息，進(jìn)行停車全業(yè)務(wù)流程的遠(yuǎn)程監(jiān)控，為車輛提供應(yīng)急遠(yuǎn)程接管服務(wù)。

規(guī)劃協(xié)同泊車模式描述如下：

1. 場端負(fù)責(zé)空閑車位的識(shí)別，對(duì)停車場內(nèi)全部車位實(shí)現(xiàn)全面覆蓋，將停車場實(shí)時(shí)車位占用情況上報(bào)給路側(cè)；

2. 當(dāng)人工主動(dòng)申請或者車輛主動(dòng)申請自主泊車時(shí)，路側(cè)基于用戶停車需求和實(shí)時(shí)車位占用情況，進(jìn)行車位分配和全局路徑規(guī)劃；

3. 車輛收到路徑分配后，根據(jù)場端定位信息、全局路徑規(guī)劃信息和地圖數(shù)據(jù)開始泊車；

4. 車輛接收場端感知結(jié)果后進(jìn)行融合感知，并生成實(shí)時(shí)行車軌跡，開始控車完成泊車；

5. 運(yùn)營管理平臺(tái)提供停車場內(nèi)的交通管理信息、地圖信息，進(jìn)行停車全業(yè)務(wù)流程的遠(yuǎn)程監(jiān)控，為車輛提供應(yīng)急遠(yuǎn)程接管服務(wù)。

控制協(xié)同泊車模式描述如下：

1. 場端負(fù)責(zé)空閑車位的識(shí)別，對(duì)停車場內(nèi)全部車位實(shí)現(xiàn)全面覆蓋，將停車場實(shí)時(shí)車位占用情況上報(bào)給路側(cè)；

2. 當(dāng)人工主動(dòng)申請或者車輛主動(dòng)申請自主泊車時(shí)，路側(cè)基于用戶停車需求和實(shí)時(shí)車位占用情況， 進(jìn)行車位分配和全局路徑規(guī)劃；

3. 車輛上傳自身感知和自身定位到場端，由場端融合場端感知后，生成車輛實(shí)時(shí)行車軌跡；

4. 場端向車輛發(fā)送控車信號(hào)，車輛按照按照控車信號(hào)開始泊車；

5. 車輛MEB 功能全程保持打開，在泊車過程中因?yàn)榕鲎差A(yù)警激活，應(yīng)停止泊車，并向場端上報(bào)狀態(tài)；

6. 運(yùn)營管理平臺(tái)提供停車場內(nèi)的交通管理信息、地圖信息、全局路線、行車軌跡，進(jìn)行停車全業(yè) 務(wù)流程的遠(yuǎn)程監(jiān)控，為車輛提供應(yīng)急遠(yuǎn)程接管服務(wù)。

（5）應(yīng)用效果
車路協(xié)同泊車可以幫助車輛快速找到停車位，并且在駕駛員不參與操控的條件下，實(shí)現(xiàn)車輛自動(dòng)駛?cè)牒婉偝鐾＼囄弧Ｓ脩舻竭_(dá)停車場入口即可下車，只需啟動(dòng)一鍵泊車程序，車輛自動(dòng)駕駛完成在停車場的泊車入位；用戶準(zhǔn)備取車時(shí)啟動(dòng)“一鍵取車”功能，車輛自動(dòng)駕駛從車位駛出，自主接駕。停 車場場端管理平臺(tái)對(duì)車位、繳費(fèi)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理。

4.2.5 車路協(xié)同決策規(guī)劃

目前，L2級(jí)自動(dòng)駕駛面臨一系列挑戰(zhàn)，除了感知不足、高精地圖覆蓋及更新不足、遮擋環(huán)境下定位能力較弱之外，對(duì)其他車輛意圖缺乏判斷和協(xié)同同樣是造成安全事故、駕駛員接管的關(guān)鍵原因。車路協(xié)同決策規(guī)劃在車路協(xié)同感知、地圖、定位的基礎(chǔ)上，在決策和規(guī)劃方面也利用VICAD的方法， 對(duì)當(dāng)前L2單車決策規(guī)劃進(jìn)行擴(kuò)展，融入?yún)f(xié)作式通行方法，主要體現(xiàn)在車路協(xié)同變道、車路協(xié)同匝道匯入、車路協(xié)同交叉口通行等創(chuàng)新應(yīng)用。

（一）車路協(xié)同變道

車路協(xié)同變道場景描述如下：

1. 車輛HV在道路正常行駛，車輛NV在HV相鄰車道行駛；

2. HV和RSU具備無線通信能力，NV不具備無線通信能力；

3. RSU具備感知和無線通信能力；

4. HV在行駛過程中需要變道，HV向RSU發(fā)送變道意圖，RSU根據(jù)HV信息和當(dāng)前目標(biāo)車道車  輛行駛狀態(tài)，向HV發(fā)送引導(dǎo)信息，見圖4.16，使得HV安全變道或者延后變道。

RSU引導(dǎo)HV完成變道

RSU引導(dǎo)HV完成變道

圖4.16 車路協(xié)同變道

（二）車輛協(xié)同匝道匯入

車路協(xié)同匝道匯入場景描述如下：

1. 車輛HV在匝道行駛，即將匯入主路，主路最右車道有車輛NV在最右車道直行，匝道附近有RSU，見圖4.17；

2. HV具備無線通信能力，NV具備或者不具備無線通信能力；

3. RSU具備感知和無線通信能力；

4. RSU根據(jù)匝道車輛HV的行駛狀態(tài)信息或者HV發(fā)送的行駛意圖信息，判斷HV即將匯入主路     ，并根據(jù)主路車輛運(yùn)動(dòng)信息，生成匝道匯入的引導(dǎo)信息，并發(fā)送給匝道車輛HV；

5. HV收到RSU的匯入引導(dǎo)信息，根據(jù)自身運(yùn)行狀態(tài)和主路交通參與者信息，生成行車規(guī)劃軌跡   ，在不影響主路車輛的前提下安全匯入主路。

RSU引導(dǎo)HV匯入主路

圖4.17 車路協(xié)同匝道匯入

（三）車路協(xié)同交叉口通行

車路協(xié)同交叉口通行是通過具備無線通信能力HV和路側(cè)設(shè)備RSU協(xié)同，使得HV安全、高效地通 過無信號(hào)燈的路口。該功能適用于城市、郊區(qū)、園區(qū)等地面道路及公路的無信號(hào)燈交叉路口。以圖4.18為例，車路協(xié)同交叉口通行的場景如下：

1. 車輛HV-1行駛接近交叉路口，并將要左轉(zhuǎn)，HV-2在HV-1相鄰車道并將要直行，HV-3從另    一方向接近路口將要直行；

2. 路口裝備RSU，并具有無線通信和感知能力；

3. HV-1，HV-2具有無線通信能力，HV-3不具備無線通信能力；

4. HV-1，HV-2分別向RSU上報(bào)通過意圖，RSU綜合HV-1，HV-2的通過意圖，并結(jié)合觀察到的HV-3通過意圖，生成綜合的通過引導(dǎo)信息發(fā)送給HV-1和HV-2；

圖4.18 車路協(xié)同交叉口通行

4.2.6 綜合應(yīng)用效果

基于VICAD總體框架的車路協(xié)同L2輔助駕駛，將極大地增強(qiáng)車輛的安全性，并且未來可以將城市 道路和室內(nèi)停車場變?yōu)楣ぷ鲄^(qū)域，如圖4.19所示。

圖4.19 綜合應(yīng)用效果

小結(jié)

如上論述，當(dāng)前階段L2級(jí)自動(dòng)駕駛安全性、場景局限等問題仍然非常突出。在高速場景下安全問 題頻繁，危害道路參與者安全；在城市或有遮擋場景下，功能受限，影響了交通通行效率和駕駛體驗(yàn)。

VICAD可以增強(qiáng)L2級(jí)自動(dòng)駕駛安全性，改進(jìn)用戶體驗(yàn)，提升社會(huì)交通安全和通行效率，讓真正安 全無憂、省心暢行的量產(chǎn)自動(dòng)駕駛變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

節(jié)選自《面向自動(dòng)駕駛的車路協(xié)同關(guān)鍵技術(shù)與展望2.0》