智能網聯重型卡車編隊行駛技術發展探討

摘要：圍繞智能網聯重型卡車編隊行駛的發展現狀、挑戰、策略及發展趨勢展開研究。首先介紹了智能網聯汽車的發展背景，強調了智能網聯重型卡車編隊行駛的重要性。同時，詳細闡述了智能網聯重型卡車編隊行駛的技術概述、發展現狀、關鍵技術、面臨的挑戰和策略，并對國內外典型案例進行了分析，揭示了智能網聯重型卡車編隊行駛在物流運輸領域的優勢。最后，對智能網聯重型卡車編隊行駛的未來發展趨勢進行了展望，旨在為相關研究者和從業者提供參考和借鑒。

關鍵詞：智能網聯；重型卡車；編隊行駛；技術發展

中圖分類號：U471 收稿日期：2024-05-20

DOI：1019999/jcnki1004-0226202410003

1 前言

智能駕駛技術正在以前所未有的速度和規模改變著交通領域的格局。隨著人工智能、物聯網和自動化技術的不斷進步，智能網聯重型卡車編隊行駛正成為未來道路運輸系統的重要發展方向之一。智能網聯編隊行駛技術通過車輛間的信息實時交換和協同控制，能夠顯著提升物流運輸的效率和安全性，對于推動物流行業的智能化和綠色化發展具有重要意義。當前，智能網聯重型卡車編隊行駛技術正處于快速發展階段。一方面，隨著自動駕駛技術的不斷進步，重型卡車已經能夠實現較高程度的自主駕駛，為實現編隊行駛提供了技術基礎。另一方面，車聯網技術的成熟應用，使得車輛之間以及車輛與基礎設施之間的信息交換成為可能，為實現編隊行駛提供了重要的信息支撐。

本文旨在對智能網聯重型卡車編隊行駛的發展進行深入研究。a.對智能網聯重型卡車編隊行駛技術的基本原理和系統架構進行介紹，明確編隊行駛技術的核心要素和關鍵技術。b.對當前智能網聯重型卡車編隊行駛技術的應用情況進行梳理和分析，探討其在物流運輸領域的應用前景和潛力。c.對智能網聯重型卡車編隊行駛技術面臨的挑戰進行分析，并提出相應的解決方案和建議，以期為智能網聯重型卡車編隊行駛技術的進一步發展提供參考和借鑒。

2 智能網聯重型卡車編隊行駛技術概述

2.1 工作原理

重型卡車編隊行駛技術利用智能網聯技術實現多輛卡車的緊密跟隨和協調行動。智能網聯重型卡車編隊行駛技術的工作原理可以理解為通過車輛通信技術實現車輛間的實時信息交換；然后，利用協同控制算法根據車輛間的實時信息計算出每個車輛的行駛軌跡、速度等控制參數；同時，通過車輛感知技術獲取車輛周圍的環境信息，以輔助實現協同行駛；最后，通過安全保障技術確保編隊行駛過程中的安全性和穩定性。

2.2 關鍵技術

智能網聯重型卡車編隊行駛技術涉及到多個關鍵技術領域，主要包括以下幾個組成部分：

a.車載通信系統：編隊行駛中的車輛需要通過車聯網技術進行實時信息交換，包括車輛位置、速度、加速度、方向等基本信息，以及路況、障礙物等環境信息。這一系統通常包括：①V2V（Vehicle-to-Vehicle）通信，應用于車輛間直接通信，收發位置、速度和行駛方向等信息；②V2I（Vehicle-to-Infrastructure）通信，車輛與道路基礎設施的通信；③通信協議：確保信息傳輸的效率和安全性，如DSRC（Dedicated Short-Range Communications）或C-V2X（Cellular Vehicle-to-Everything）。

b.協同控制算法：協同控制算法是編隊行駛技術的核心，它負責根據車輛間的實時信息，計算出每個車輛的行駛軌跡、速度等控制參數，以實現車輛間的協同行駛。通常包括領航車與跟隨車的協調、時距控制和隊形控制等。

c.車輛感知技術：車輛感知技術是實現編隊行駛的基礎，它通過各種傳感器（如雷達、攝像頭、激光雷達等）獲取車輛周圍的環境信息，包括道路狀況、障礙物等。這些信息對于實現車輛間的編隊行駛至關重要。

d.安全性與可靠性分析技術：在編隊行駛中，安全性是首要考慮的因素。因此，需要采取一系列安全保障措施，如車輛間的距離控制、速度同步、碰撞預防等。此外，還需要考慮網絡安全和防止惡意攻擊的技術手段，以保護編隊行駛系統的穩定性和安全性。需要進行故障檢測與診斷，實時監控車輛狀態，及時發現并響應潛在故障。同時，需配有冗余系統設計：確保關鍵系統（如制動、轉向）具有備份，以提高可靠性。

3 智能網聯重型卡車編隊行駛發展現狀

3.1 國外現狀

3.1.1 美國

1980年代，美國加州發起PATH（California Partners for Advanced Transportation Technology）項目，專注于車輛編隊行駛技術的研究和發展，希望通過先進的車輛技術提高道路運輸的安全性、效率和環境友好性。項目的核心目標之一是探索和實現車輛編隊行駛技術，即多輛車輛通過先進的通信和控制系統協同行駛，以優化燃油消耗和減少交通擁堵。PATH項目[1]中實現最小車間距為3 m的重型卡車編隊行駛，隊列整體的燃油經濟性提升8%～11%。

同時，美國交通部（USDOT）將卡車編隊行駛視為自動駕駛車輛在貨運行業的重要早期應用。2016年9月20日，USDOT發布了其聯邦自動化車輛政策，它將促進技術研究、測試、應用，其中就包括了與雙卡車編隊相關的內容。2018年發布的聯邦自動化車輛政策AV 3.0版中，也多處涉及編隊行駛。目前，美國已有20多個州立法允許公開道路卡車編隊行駛，比較有代表性的有Peloton公司與Locomation公司，如圖1所示。

3.1.2 歐洲

歐洲的SARTRE（Safe Road Trains for the Environment）項目是一個旨在推動自動駕駛車輛編隊行駛技術發展的重要研究項目。SARTRE項目啟動于2009年，是一個為期三年的歐洲研究計劃，由歐盟資助。該項目的主要目標是開發一種安全、環保的公路列車系統，以提高道路運輸的效率，減少交通擁堵，并降低燃油消耗和溫室氣體排放。SARTRE項目[2]利用車輛協同式自適應巡航控制（CACC，Cooperative Adaptive Cruise Control）和DSRC無線通信，實現兩輛卡車和三輛轎車在高速公路上編隊行駛。

歐洲于2017年啟動ENSEMBLE項目旨在開發和測試一套多品牌卡車編隊行駛的協調技術，實現不同品牌卡車之間的互聯互通，如圖2所示，以促進編隊行駛技術的商業化和標準化。

在ENSEMBLE項目中，所有歐洲卡車制造商，包括DAF、戴姆勒卡車、依維柯、Man卡車和客車、雷諾卡車、斯堪尼亞和沃爾沃卡車，合作將編隊行駛技術與“同一種協議”相結合進行了測試，并研究了編隊行駛的不同影響，例如對其他道路使用者反應、交通、道路負荷等影響。

3.1.3 日本

日本的Energy ITS項目是一個致力于發展智能交通系統（ITS）的研究項目，特別是在自動駕駛和車輛編隊行駛技術方面。Energy ITS項目由日本新能源與產業技術綜合開發機構（NEDO）開發，目的是實現大型卡車在高速公路上的自動駕駛和編隊行駛。在Energy ITS項目中，實現了三輛自動駕駛卡車以80 km/h的速度、10 m的車間距編隊行駛[3]，隊列整體的燃油經濟性提升13%，二氧化碳排放量減少2.1%。

此外，2019年6月，軟銀在新東名高速上成功實現世界首次應用5G通信卡車編隊行駛驗證試驗，成功實現車間距自動控制，如圖3所示。

3.1.4 韓國

韓國在自動駕駛車輛編隊行駛技術方面也展現出了積極的探索和發展。2019年11月現代汽車公司在韓國京畿道驪州市智能高速公路上成功進行了卡車編隊試驗。試驗中使用了兩輛連接拖車的Xcient牽引車，展示了編隊行駛技術的實際應用。

3.2 國內現狀

中國的智能網聯重型卡車編隊行駛技術正處于高速發展的階段[4]。2021年2月20日，工業和信息化部、交通運輸部、國家標準化管理委員會關于印發《國家車聯網產業標準體系建設指南（智能交通相關）》的通知，發揮標準在車聯網產業生態環境構建中的引領和規范作用，加快制造強國、網絡強國和交通強國建設步伐。

2024年5月23日，北京市智能網聯政策先行區正式開放智能網聯重型卡車編隊行駛申請[5]，率先發布智能網聯重卡編隊管理細則，填補了領域內專項規范空白，為國內自動駕駛重卡企業自主探索編隊發展路徑提供管理支撐。企業申請獲準后，其智能網聯重型卡車編隊將在先行區開放的高速公路上實現落地。相關研究實踐證實，基于編隊協同自適應巡航控制技術，跟隨車風阻大幅降低可有效降低油耗，并且實現50%以上駕駛任務減免，進一步保障車隊行駛安全與交通流量穩定。

2024年5月23日，自動駕駛企業主線科技宣布正式獲得北京市首批智能網聯重卡編隊路測通知書，獲準在京津冀區域測試道路合法合規開展高速自動駕駛貨運編隊測試工作，如圖4所示。基于示范區管理細則，主線科技將在滿足主體、駕駛員、安全專員與遠程平臺等相關要求下，探索“1輛領航車加5輛跟隨車”的編隊模式，有序推進跟隨車“主駕有人-主駕無人-車內無人”的單車無人駕駛技術發展與落地，并從道路測試有序步入示范應用與商業化試點階段，加快落地規模化大宗商品編隊自動駕駛運輸業務。

2023年，由卡爾動力牽頭，清華大學、北汽福田、福佑卡車等共同編制發布了國內首個自動駕駛編隊路測團體標準《自動駕駛車輛編隊行駛能力測試內容及方法》，推動了國內自動駕駛編隊路測標準化建設。在2023年4月的上海國際車展上，卡爾動力發布了全球最長從內蒙古至天津的1 000 km自動駕駛全程無接管行駛的視頻。視頻記錄了卡爾動力通過編隊混合智能系統穩定處理超長異形物體、積雪結冰路段超越慢車、通過無GPS信號隧道、夜間連續超越慢車、通過收費站等復雜場景，如圖5所示。

2024年4月，卡爾動力的自動駕駛編隊項目入選交通運輸部公布第二批智能交通先導應用試點項目，成為該批全國唯一干線貨運自動駕駛項目。

自動駕駛企業小馬智行在北京首批獲準開展自動駕駛卡車編隊行駛測試，這是2023年11月獲得廣州首個自動駕駛卡車編隊行駛測試牌照后，小馬智行獲得的又一編隊自動駕駛測試許可。目前，小馬智行是國內唯一獲準開展雙城編隊自動駕駛測試的企業。此次獲準后，小馬智行將在京津塘高速等路段進行“1+N”編隊自動駕駛測試，為大宗商品規模化自動駕駛貨運服務提供有力支持，如圖6所示。卡車編隊自動駕駛可通過消除前后車輛制動差異時間，縮短跟車距離，前車可以為后車破風，有效降低空氣阻力，從而降低碳排放，實現綠色出行，同時提高道路使用效率，減少交通事故。“1+N”編隊自動駕駛形式可極大降低運營成本，提高運輸效率。

按照相關管理細則規定，目前小馬智行的自動駕駛卡車編隊前后車主駕駛位均需設安全員，后續政策將逐步有序推進編隊后車從“主駕無人”到“車內無人”進程。小馬智行的編隊行駛能有力推進自動駕駛卡車大規模商業化，推動編隊自動駕駛無人化發展進程，持續降低自動駕駛卡車物流成本，為自動駕駛專線物流提供有力保障，為自動駕駛卡車可行性發展奠定基礎。

4 智能網聯重型卡車編隊行駛面臨的挑戰與策略

4.1 面臨的挑戰

編隊行駛已成為未來物流運輸的重要趨勢。然而，智能網聯重型卡車編隊行駛在推廣和實際應用過程中，仍面臨諸多挑戰。

4.1.1 技術兼容性問題

由于不同品牌、不同配置的重型卡車在動力性能、通信協議等方面存在差異，導致編隊行駛時難以實現高效協同。目前已落地的編隊行駛對車輛的類型、品牌、制動性能、裝載貨物類型一致性要求都比較高[6]。

4.1.2 道路環境適應性

復雜多變的道路環境對編隊行駛的穩定性和安全性提出了更高要求。例如，在高速匝道、交通狀況復雜的路段，編隊行駛的難度將顯著增加。因此，目前已經落地的智能網聯重型卡車編隊行駛一般都集中在高速公路干線物流場景，城市道路的編隊行駛還需要經過技術升級才有望成功實施。

4.1.3 法律法規限制

目前，關于智能網聯汽車和自動駕駛技術的法律法規尚不完善，編隊行駛在法律法規層面仍面臨諸多限制。目前僅在北京市、上海市和廣州市等示范區允許開展智能網聯重型卡車編隊行駛測試，如果未來想要開放更多的城市就需要法律法規補充的更加完善。

4.1.4 數據共享與安全問題

編隊行駛需要實現車輛間的數據共享，以確保編隊行駛的穩定性和安全性。然而，數據共享涉及隱私保護、網絡安全等敏感問題，需要妥善解決。

4.2 可能的策略

4.2.1 加強技術研發與標準制定

針對技術兼容性問題，應加強技術研發，推動不同品牌、不同配置的重型卡車在通信協議、動力性能等方面實現標準化。同時，制定統一的編隊行駛技術標準，確保編隊行駛的穩定性和安全性。目前，編隊行駛的國標制定工作已經在穩步推進。

4.2.2 優化道路環境

針對道路環境適應性問題，可通過優化道路設計、加強道路維護等方式，提高道路的安全性。同時，加強交通管理，減少交通擁堵和交通事故的發生，為編隊行駛提供更好的運行環境。目前，各地也在積極建設智能路側設施，為編隊行駛的落地提供了有力支撐。

4.2.3 加強數據共享與安全保障

針對數據共享與安全問題，應建立完善的數據共享機制和安全保障措施。通過加密傳輸、訪問控制等手段，確保數據在傳輸和存儲過程中的安全性。同時，加強隱私保護意識教育和技術研發，提高隱私保護能力。

5 智能網聯重型卡車編隊行駛的未來發展趨勢

5.1 技術深度融合與標準化

未來，智能網聯重型卡車編隊行駛將實現更深度的技術融合與標準化。隨著自動駕駛、車聯網、云計算等技術的不斷進步，車輛之間的通信將更加高效、準確，車輛感知、決策、控制等能力也將得到顯著提升。同時，隨著相關標準的制定和完善，不同品牌、不同配置的重型卡車將能夠更好地實現編隊行駛，提高物流運輸的協同性和效率。

5.2 智能化與自主化水平提升

隨著技術的不斷進步，智能網聯重型卡車編隊行駛的智能化和自主化水平將得到顯著提升。未來的編隊行駛系統將具備更強的學習能力，能夠自主感知道路環境、預測交通狀況，并據此做出更加智能的決策。此外，隨著無人化技術的不斷發展，未來的編隊行駛將實現更高程度的自主化，減少對人力的依賴，降低運營成本。

5.3 綠色化與低碳化

智能網聯重型卡車編隊行駛將通過優化行駛策略、提高運輸效率等方式，降低燃油消耗和尾氣排放[7]，實現綠色、低碳的物流運輸。同時，隨著新能源技術的不斷發展，未來的智能網聯重型卡車將更多地采用清潔能源，如電能、氫能等，進一步降低環境污染。

5.4 服務化與定制化

隨著消費者需求多樣化和個性化的發展，服務化和定制化將成為未來物流運輸的重要發展方向。智能網聯重型卡車編隊行駛將通過提供更加靈活、高效、便捷的物流運輸服務，滿足客戶的多樣化需求。同時，未來的編隊行駛系統還將支持定制化服務，能夠根據客戶的特定需求提供個性化的運輸方案，提高客戶滿意度和忠誠度。

5.5 國際化與全球化

隨著全球化的深入發展，物流運輸行業也呈現出國際化、全球化的趨勢。智能網聯重型卡車編隊行駛將加強與國際先進技術的交流與合作，引進國際先進經驗和技術，推動中國物流運輸行業的國際化發展。同時，隨著“一帶一路”等國際合作倡議的推進，智能網聯重型卡車編隊行駛將在國際物流運輸中發揮更加重要的作用，推動全球物流運輸行業的協同發展。

6 結語

本文深入探討了智能網聯重型卡車編隊行駛的發展現狀、面臨的挑戰以及未來發展趨勢。隨著科技的進步，特別是人工智能、5G通信和車聯網技術的發展，智能網聯重型卡車編隊行駛已經取得了顯著的研究成果，并在物流運輸領域展現出巨大的應用潛力。智能網聯重型卡車編隊行駛技術通過實現車輛間的實時信息交換和協同控制，能夠有效提高物流運輸的效率和安全性，降低運輸成本，并減少交通事故的發生。然而，在實際應用中，該技術仍面臨技術兼容性問題、道路環境適應性、法律法規限制以及數據共享與安全等挑戰。

為了推動智能網聯重型卡車編隊行駛的進一步發展，仍然需要采取一系列措施。a.需要加強技術研發和標準制定，推動不同品牌、不同配置的重型卡車在通信協議、動力性能等方面的標準化，提高編隊行駛的穩定性和安全性。b.優化道路環境，加強交通管理，為編隊行駛提供更好的運行環境。同時，完善相關法律法規，明確智能網聯汽車和自動駕駛技術的法律地位和責任邊界，為編隊行駛的推廣和應用提供法律保障。c.加強數據共享與安全保障，確保數據在傳輸和存儲過程中的安全性，保護用戶隱私。

展望未來，智能網聯重型卡車編隊行駛將呈現出技術深度融合與標準化、智能化與自主化水平提升、綠色化與低碳化、服務化與定制化以及國際化與全球化的發展趨勢。這些趨勢將推動物流運輸行業的持續發展和進步，為全球經濟的繁榮做出重要貢獻。

綜上所述，智能網聯重型卡車編隊行駛技術作為物流運輸領域的重要創新方向，具有廣闊的發展前景和重要的戰略意義。在不久的將來，智能網聯重型卡車編隊行駛將成為物流運輸的主流方式，為人類社會帶來更加便捷、高效、安全的物流運輸服務。

參考文獻：

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[4]孫亮亮城市道路場景下車輛編隊運動規劃與控制算法研究[D]長春：吉林大學，2024

[5]曹政自動駕駛卡車編隊開啟高速測試[N]北京日報，2024-05-25（6）

[6]王玉玨，崔艷，李強車路協同車輛編隊系統研究[J]公路，2023，68（6）：324-328

[7]許凡高速公路自動駕駛貨車編隊行駛優化方法研究[D]北京：北京交通大學，2023

作者簡介：

肖旭，女，1992年生，工程師，研究方向為整車測試。