C-V2X智能清掃車現(xiàn)狀及測試方法研究

田曉笛 張秀麗 和福建 姜國凱 吳飛燕 馮家煦

摘 要：本文介紹了C-V2X智能清掃車的發(fā)展現(xiàn)狀及技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀，研究C-V2X智能清掃車典型功能的測試方法及評價指標(biāo)，并通過國內(nèi)的無人駕駛清掃車進(jìn)行測試驗證，測試結(jié)果符合測試標(biāo)準(zhǔn)要求。本文完善了國內(nèi)無人清掃車的測試評價體系，并為國內(nèi)無人駕駛清掃車的測試提供參考。

關(guān)鍵詞：C-V2X 智能清掃車 應(yīng)用現(xiàn)狀 測試研究

1 前言

環(huán)境問題一直都是人們非常關(guān)注的重點問題，環(huán)保部門會安排專門的清掃車輛對路面進(jìn)行定時、定點的清潔服務(wù)。但是傳統(tǒng)的清掃車面臨作業(yè)強(qiáng)度高、清掃時間受限、人員雇傭困難、工作環(huán)境惡劣、易疲勞駕駛等問題。隨著無人駕駛技術(shù)的快速發(fā)展，再加上今年全球疫情的催化，無人駕駛清掃車加速實現(xiàn)落地應(yīng)用。無人駕駛清掃車深度融合了傳統(tǒng)環(huán)衛(wèi)車與互聯(lián)網(wǎng)、通信、人工智能等技術(shù)，在無需駕駛員的情況下可實現(xiàn)環(huán)衛(wèi)清掃工作。與傳統(tǒng)清掃車相比，無人駕駛清掃車可采用1個人遠(yuǎn)程監(jiān)控多輛作業(yè)的形式，緩解了招工難的問題，解決了工作環(huán)境惡劣，降低勞動強(qiáng)度，不會出現(xiàn)疲勞駕駛；可選擇避開高峰期路段甚至是夜間清掃，解決了因慢速行駛導(dǎo)致交通擁堵的問題；提前設(shè)定好清掃程序，可按部就班的對路面進(jìn)行清掃，不會出現(xiàn)漏掃或掃不干凈的現(xiàn)象；無人清掃車多為電動車，清潔能源的使用可以降低碳排放。

目前，無人駕駛清掃車還處于研發(fā)及示范應(yīng)用階段。本文首先介紹無人駕駛清掃車的發(fā)展現(xiàn)狀，然后介紹無人駕駛清掃車的關(guān)鍵技術(shù)，接著對無人清掃車的關(guān)鍵功能進(jìn)行研究，并介紹測試方法，最后對測試方法進(jìn)行測試和驗證，助力無人駕駛清掃車規(guī)范化應(yīng)用。

2 無人駕駛清掃車發(fā)展現(xiàn)狀

無人駕駛清掃車是無人駕駛技術(shù)在清掃保潔作業(yè)車輛上的應(yīng)用。尤其是2020年初，新冠疫情席卷全球，在人類“抗疫”大戰(zhàn)中，出現(xiàn)了越來越多無人駕駛汽車的身影，承擔(dān)起清掃、消毒等任務(wù)。速度低、體型較小的無人駕駛清掃車，多為一些造車新勢力或者互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)研發(fā)的新型量產(chǎn)車，率先在工業(yè)園區(qū)、公園、景區(qū)、校園及廣場等相對封閉的場景中開展示范應(yīng)用，尤其是疫情期間，具備消毒功能的無人清掃車大量的投入使用；速度較高、體型大的無人駕駛清掃車，多為在現(xiàn)有清掃車上進(jìn)行改造，作業(yè)量較大，成本相對較高，多在封閉測試區(qū)域或車流量較少的開放道路開展示范研究應(yīng)用。

目前，國內(nèi)已經(jīng)有多家企業(yè)實現(xiàn)階段性的應(yīng)用。北京智行者的“渦小白”可完成清掃、灑水、垃圾收集等工作，已經(jīng)應(yīng)用在北京鳥巢、植物園、雄安新區(qū)、沈陽火車站等多個場所；金龍與阿波羅合作的GOVO基于金龍客車成熟的無人駕駛線控底盤，可實現(xiàn)無人工干預(yù)的清掃和消毒二合一作業(yè)；上海仙途智能科技有限公司的仙途智能無人清掃車，依托在港口、園區(qū)、隧道、高架等多個場景運(yùn)行的技術(shù)積累，開展港區(qū)無人駕駛清掃的商業(yè)化落地，并推出無人駕駛清潔車隊，在德國、北京、上海、蘇州、雄安新區(qū)等多城實現(xiàn)落地，并獲得上海無人測試牌照；酷哇無人清掃車可自主實現(xiàn)全路況清掃、智能路徑規(guī)劃，獲得了長沙的開放道路測試牌照并開展大規(guī)模示范應(yīng)用。

3 無人駕駛清掃車關(guān)鍵技術(shù)

智能網(wǎng)聯(lián)汽車有兩種技術(shù)路線，一種是單車傳感技術(shù)，依靠自車搭載各種傳感器對周圍的道路交通參與者及環(huán)境進(jìn)行感知，本身的決策及控制不依賴于其他車輛；另一種是網(wǎng)聯(lián)技術(shù)，通過V2X通信的方式與外界進(jìn)行交互，本車發(fā)送的信息直接影響其他車輛的決策甚至是控制。5G技術(shù)可對網(wǎng)聯(lián)技術(shù)進(jìn)行賦能，利用其具備的低時延、高可靠、大速率的特性，有效提升智能網(wǎng)聯(lián)汽車關(guān)鍵信息的采集、傳輸和大數(shù)據(jù)處理和利用的能力，提升智能網(wǎng)聯(lián)汽車的產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度。

依靠毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)、攝像頭等傳感器實現(xiàn)的無人駕駛技術(shù)仍存在一些問題，如在面對復(fù)雜道路環(huán)境時，視距受傳感器的感知范圍限制，不規(guī)范的井蓋、叉車、非常規(guī)的障礙物等復(fù)雜的設(shè)備存在感知識別障礙，樹木或建筑物等也會存在視線遮擋，高感知范圍的傳感器的成本較高等。通過5G+網(wǎng)聯(lián)對自動駕駛的賦能，如同在原有車上增加“千里眼”和“順風(fēng)耳”，提升車輛的感知范圍。C-V2X智能網(wǎng)聯(lián)汽車可實現(xiàn)多種應(yīng)用，基于每項應(yīng)用，都需要有專業(yè)的技術(shù)支撐。

無人駕駛清掃車需要在各種不同天氣和溫度的情況下開展全程無人化清掃作業(yè)，作業(yè)道路可能是非結(jié)構(gòu)化的道路，整個清掃和作業(yè)過程中無需人工干預(yù)，需自主規(guī)劃路徑及避開行人和各種障礙物，按照清掃標(biāo)準(zhǔn)要求完成清掃任務(wù)。同時，清掃車自帶多角度無死角攝像頭監(jiān)控系統(tǒng)，通過系統(tǒng)可以實現(xiàn)環(huán)境的遠(yuǎn)程監(jiān)控，操作人員可通過云控平臺對車輛進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度和遠(yuǎn)程操控作業(yè)，實現(xiàn)多臺設(shè)備的聯(lián)動，大大提升作業(yè)效率。

4 測試方法研究

本文選取關(guān)鍵的性能和功能開展測試研究，包含通信時延測試、定點停車精度測試、交通信號燈識別測試、跟車測試、避障行駛和直角轉(zhuǎn)彎測試。測試場地地應(yīng)為水平、干燥、具有良好附著力的瀝青路面或混凝土路面，試驗時風(fēng)速應(yīng)小于5m/s，水平能見度大于1km，測試環(huán)境溫度范圍為-20-45℃；測試場地附近無電磁干擾現(xiàn)象，路側(cè)布設(shè)RSU設(shè)備，RSU可與主流品牌的OBU進(jìn)行互通互聯(lián)；測試路段5G全覆蓋；車輛測試過程中為非滿載狀態(tài)。

4.1 通信時延測試

測試場路側(cè)布置RSU設(shè)備，測試車輛靜止于距離RSU近的路側(cè)，且距離RSU的縱向垂直距離不小于100m。路側(cè)RSU對外廣播信息，測試車輛OBU被激活且能接收路側(cè)RSU信息，記錄并存儲RSU廣播信息與OBU接受的信息，計算時間差即為空口傳輸時延，空口傳輸時延最小值≤20ms。

4.2 5G帶寬測試

測試路段5G信號全覆蓋，且無大型樹木和建筑等遮擋和干擾。測試車輛靜止停放于測試路段，距離5G基站縱向垂直距離不超過400m，通過測試軟件連接車端OBU，觀察并記錄數(shù)據(jù)下行最大傳輸帶寬。在下行環(huán)境中的峰值速率測試，傳輸速率≥700Mbps。

4.3 定點停車精度測試

設(shè)定測試車輛固定點的橫向和縱向停車線。測試車輛開啟自動駕駛模式，并給于定點停車指令，測試車輛以不超過20km/h的速度直線穩(wěn)定行駛，當(dāng)車行駛至預(yù)設(shè)的停車點時，執(zhí)行自動停車動作。測量測試車輛距離預(yù)設(shè)停車點橫、縱向位置的誤差值。橫向、縱向停車精度≤±0.2m。

4.4 交通信號燈顯示識別

測試場的交叉路口放置交通信號燈，且通過RSU向外廣播交通信號燈信息。測試車輛靜止在距離交通信號燈40m處保持靜止， 測試車輛的OBU處于激活狀態(tài)，可正常接收RSU信息，觀察并記錄測試車輛能正確顯示紅、黃、綠三種信號燈。

4.5 跟車測試

測試車輛啟動自動駕駛跟車模式。前方目標(biāo)車輛以10km/h車速勻速行駛一段時間后，3s內(nèi)由10km/h減速至停止，再由靜止勻加速至10km/h后保持勻速行駛；測試車輛檢測到目標(biāo)車輛，能跟隨目標(biāo)車勻速、減速、加速行駛，并保持安全距離不發(fā)生碰撞。

4.6 避障測試

測試車輛啟動自動駕駛模式，障礙車輛靜止于測試車輛同車道的正前方，在路側(cè)車道條件允許情況下，測試車輛檢測到目標(biāo)車輛且主動選擇避障繞行，并保持安全距離不與障礙車輛發(fā)生碰撞。

4.7 交叉路口轉(zhuǎn)彎測試

選取直角轉(zhuǎn)彎路口，測試車輛開啟自動駕駛模式，在左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)彎過程中，測試車輛在車道線內(nèi)穩(wěn)定行駛，不出現(xiàn)壓線。

5 試驗結(jié)果分析

本文采用國內(nèi)某款基于5G V2X技術(shù)實現(xiàn)的無人物流車按照上述測試方法進(jìn)行測試。在真實無強(qiáng)電磁干擾的道路上，車路通信時延約為19ms，但是當(dāng)路側(cè)存在變電站時，會影響通信質(zhì)量，有時會無法建立通信鏈接。在下行環(huán)境中的峰值速率測試，5G傳輸速率最大可達(dá)1200Mbps。劃定制定停車位置，定點的橫向、縱向停車精度分別為0.12m和0.16m，停止的精準(zhǔn)度較高。在存在智能紅綠燈的路口，車輛可實時準(zhǔn)確顯示紅綠燈的信息，并可在紅燈情況下自動控制車輛停止，在綠燈時順利通行路口。設(shè)定跟車模式，車輛可進(jìn)行自動跟車加速、減速，不發(fā)生碰撞。當(dāng)車輛前方設(shè)定障礙物，測試車輛可及時進(jìn)行避障行駛。在車輛自動駕駛模式，車輛可在交叉路口自行按照交通法規(guī)要求進(jìn)行直角轉(zhuǎn)彎操作，并同步開展清掃作業(yè)。

6 結(jié)束語

本文介紹了智能清掃車的發(fā)展現(xiàn)狀及測試方法，重點研究不同測試場景下車輛的功能可靠性，并給予判定指標(biāo)，基于實際車輛進(jìn)行功能驗證。考慮到此次測試的樣本車輛較少，下一步計劃基于更多的車輛對測試方法進(jìn)行全面的測試和驗證，同時探索開展開放道路測試，將上述功能結(jié)合清掃作業(yè)進(jìn)行連續(xù)測試和驗證，推動我國智能無人車的規(guī)范化量產(chǎn)應(yīng)用。

天津市科學(xué)基金（ 21JCZXJC00200）。

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