汽車產(chǎn)業(yè)在工業(yè)4.0的大背景下與其他產(chǎn)業(yè)一樣，正在被創(chuàng)新技術(shù)和創(chuàng)新的商用模式顛覆，汽車智能化、互聯(lián)化、共享化、電動(dòng)化是全球汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的大趨勢(shì)。美國(guó)在汽車互聯(lián)化發(fā)展中不斷對(duì)安全、機(jī)動(dòng)性和環(huán)境影響進(jìn)行評(píng)估，汽車互聯(lián)化發(fā)展中對(duì)社會(huì)、企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和獲得的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)值得我們學(xué)習(xí)和借鑒。

美國(guó)智能交通發(fā)展戰(zhàn)略愿景[1]是轉(zhuǎn)變社會(huì)移動(dòng)方式，而智能交通中的互聯(lián)汽車技術(shù)的發(fā)展目標(biāo)就是要解決道路交通中的安全、移動(dòng)和環(huán)境問題帶來的挑戰(zhàn)。

基于DSRC(Dedicated Short-Range Communica?tions)技術(shù)的V2X通信技術(shù)是美國(guó)互聯(lián)汽車采用的主要技術(shù)。美國(guó)NHTSA(National Highway Traffic Safety Administration)在此領(lǐng)域不斷制定相關(guān)規(guī)則。支持DSRC的車載設(shè)備廣播安全信息可能受美國(guó)交通部監(jiān)管，因此美國(guó)交通部也負(fù)責(zé)一整套特定的研發(fā)和采用問題。美國(guó)交通部通過激勵(lì)早期互聯(lián)技術(shù)部署，包括互聯(lián)汽車、移動(dòng)設(shè)備和基礎(chǔ)設(shè)施，不斷測(cè)量部署代來的好處，包括安全、機(jī)動(dòng)性和環(huán)境的好處，最終解決部署中的技術(shù)、機(jī)構(gòu)和財(cái)務(wù)問題。其他互聯(lián)技術(shù)和通信網(wǎng)絡(luò)包括蜂窩、Wi-Fi或衛(wèi)星。雖然美國(guó)交通部沒有研究與這些其他通信技術(shù)相關(guān)的監(jiān)管，但是決策是整個(gè)研發(fā)焦點(diǎn)的一部分。ITS計(jì)劃將考慮各種技術(shù)和通信媒體相互作用，以及在預(yù)期的互聯(lián)環(huán)境中運(yùn)行狀況，包括安全和其他類型應(yīng)用和消息。

目前互聯(lián)汽車技術(shù)示范部署已經(jīng)完成了第2階段，即從2016年9月開始的設(shè)計(jì)構(gòu)造和測(cè)試階段，2018年3月完成了該階段總結(jié)，從今年5月開始進(jìn)行項(xiàng)目的第3階段，即維護(hù)和示范運(yùn)行階段，該階段將持續(xù)18個(gè)月，本文總結(jié)了第2階段項(xiàng)目主要成就和獲得的經(jīng)驗(yàn)。

2 美國(guó)V2X技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

21年來美國(guó)ITS JPO在持續(xù)評(píng)估ITS相關(guān)技術(shù)，發(fā)表了很多智能交通的研究報(bào)告，專注收益、成本和經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，其中對(duì)于汽車互聯(lián)性也做了很多研究，主要包括V2X主要應(yīng)用在汽車安全、移動(dòng)出行和減少環(huán)境影響。

聯(lián)網(wǎng)車輛-安全[2]（DOT.Intelligent Transportation Systems Benefits,Costs,and Lessons Learned.FHWAJPO-17-500.03.2017 p3）

·美國(guó)國(guó)家公路交通安全管理局（NHTSA）已發(fā)布擬議規(guī)則制定通知，要求汽車制造商在短期實(shí)施時(shí)間表內(nèi)開始在新車上安裝V2V通信。

·大規(guī)?，F(xiàn)場(chǎng)作業(yè)測(cè)試（euroFOT）中70%的駕駛員認(rèn)為前方碰撞警告系統(tǒng)提高了安全性。

·經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)：明確地向連接的車輛設(shè)備開發(fā)人員傳達(dá)需求和測(cè)試程序，并允許對(duì)不太成熟的設(shè)備進(jìn)行行業(yè)輸入和迭代。

聯(lián)網(wǎng)車輛-機(jī)動(dòng)性[2]

·動(dòng)態(tài)移動(dòng)應(yīng)用程序的愿景是加速創(chuàng)新移動(dòng)應(yīng)用程序的開發(fā)、測(cè)試、商業(yè)化和部署，充分利用新技術(shù)和聯(lián)邦投資來改變運(yùn)輸系統(tǒng)管理，最大限度地提高系統(tǒng)的生產(chǎn)率，并增強(qiáng)系統(tǒng)內(nèi)個(gè)人的可訪問性。

·開發(fā)、演示和評(píng)估代表17個(gè)連接的車輛應(yīng)用概念的六個(gè)動(dòng)態(tài)移動(dòng)應(yīng)用程序包，以衡量移動(dòng)性影響。

·在西雅圖INFLO DMA應(yīng)用程序包的小規(guī)模演示期間，高級(jí)車載隊(duì)列警告消息減少了參與者突然減速或停止的需要。

聯(lián)網(wǎng)車輛-環(huán)境[2]

·采用多模式方法，AERIS（Applications for the Environment:Real-time Information Synthesis）研究計(jì)劃旨在鼓勵(lì)開發(fā)支持運(yùn)輸與環(huán)境之間更可持續(xù)關(guān)系的技術(shù)和應(yīng)用，主要是通過減少燃料使用和減少排放。

·生態(tài)信號(hào)操作應(yīng)用程序在完全連接的車輛穿透中提供了高達(dá)11%的二氧化碳和燃料消耗減少改善。

3 美國(guó)V2X技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

互聯(lián)車輛（CV）安全應(yīng)用程序?qū)⑹柜{駛員能夠360度意識(shí)到他們甚至看不到的危險(xiǎn)和情況。通過車內(nèi)警告，駕駛員將收到即將發(fā)生的碰撞情況的警報(bào)，例如并線的卡車，駕駛員盲人駕駛的車輛，或前方車輛突然剎車時(shí)。通過與路邊基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行通信，駕駛員在進(jìn)入學(xué)區(qū)時(shí)會(huì)收到警報(bào)，如果工人在路邊，并且即將到來的交通信號(hào)燈即將發(fā)生變化。CV部署站點(diǎn)主要以安全應(yīng)用為驅(qū)動(dòng)力。CV安全應(yīng)用包括車輛到基礎(chǔ)設(shè)施（V2I），車輛到車輛（V2V）和車輛到行人（V2P）應(yīng)用。

紐約市在城市交通發(fā)展中積極追求“零”愿景，即“城市街道上的交通傷亡是不可接受的”，“零”愿景的目標(biāo)就是到2024年消除交通死亡。在這樣的交通愿景驅(qū)動(dòng)下，紐約規(guī)劃了其交通發(fā)展規(guī)劃，其中圖1為紐約市交通規(guī)劃下的汽車互聯(lián)技術(shù)構(gòu)架。

圖1 互聯(lián)汽車的互聯(lián)構(gòu)架(New York City)[3]

3.1 V2X技術(shù)描述

V2I安全應(yīng)用的技術(shù)描述如下[4]：

·紅燈違規(guī)警告（RLVW）-向車載設(shè)備廣播信號(hào)相位和時(shí)間（SPaT）以及其他數(shù)據(jù)的應(yīng)用程序，允許車輛計(jì)算即將發(fā)生紅燈違規(guī)的警告。

·停車標(biāo)志違規(guī)警告（SSVW）-一種應(yīng)用程序，如果駕駛員有違反停車的風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)志，可用于向車載設(shè)備廣播停車標(biāo)志的存在和位置，允許車輛確定并提供警報(bào)和警告。

·停車標(biāo)志間隙輔助（SSGA）-利用路邊設(shè)備廣播的交通信息來警告駕駛員在雙向停車控制交叉路口發(fā)生潛在碰撞的應(yīng)用程序。

·信號(hào)交叉路口警告中的行人-當(dāng)信號(hào)交叉口的人行橫道內(nèi)的行人處于車輛的預(yù)定路徑時(shí)，警告駕駛員的應(yīng)用程序。

·彎道速度警告（CSW）-向車載設(shè)備廣播精確幾何信息和路面摩擦的應(yīng)用程序，允許車輛以不安全的速度向接近彎道的駕駛員發(fā)出警報(bào)和警告。

·現(xiàn)場(chǎng)天氣影響警告（SWIW）-通過將天氣數(shù)據(jù)傳輸?shù)铰愤呍O(shè)備，然后重新向附近車輛廣播，向駕駛員發(fā)出當(dāng)?shù)匚ｋU(xiǎn)天氣狀況警報(bào)的應(yīng)用程序。

·降低速度/工作區(qū)警告（RSZW）-利用路邊設(shè)備向駕駛員廣播警報(bào)的應(yīng)用程序，警告他們降低速度，改變車道或觀察工作區(qū)內(nèi)前方停止的交通。

其他V2I安全應(yīng)用包括超大型車輛警告（OVW）和鐵路道口違規(guī)警告（RCVW）。這些應(yīng)用程序已經(jīng)開發(fā)了操作概念和系統(tǒng)要求，但尚未在操作環(huán)境中進(jìn)行原型設(shè)計(jì)和測(cè)試。

V2V通信可以為車輛和駕駛員提供增強(qiáng)的能力來解決額外的碰撞情況，包括例如駕駛員需要確定是否可以安全地通過雙車道道路（潛在的正面碰撞），在迎面而來的交通路徑左轉(zhuǎn)，或確定接近交叉路口的車輛是否出現(xiàn)在碰撞路線上。在這些情況下，V2V通信可以檢測(cè)數(shù)百碼之外變化中的威脅情況，并且通常僅在駕駛員和車載傳感器無(wú)法檢測(cè)到威脅的情況下進(jìn)行。

V2V安全應(yīng)用的技術(shù)描述如下[4]：

（1）前方碰撞警告（FCW）-警告駕駛員前方停車，減速或放慢車輛。FCW根據(jù)引導(dǎo)車輛的運(yùn)動(dòng)分為三個(gè)關(guān)鍵場(chǎng)景的后端碰撞：引導(dǎo)車輛停止，引導(dǎo)車輛以較慢的恒定速度移動(dòng)，以及引導(dǎo)車輛減速。

（2）緊急電子制動(dòng)燈（EEBL）-警告駕駛員在交通隊(duì)列中前方嚴(yán)重制動(dòng)。EEBL將使車輛能夠廣播其緊急制動(dòng)并允許周圍的車輛應(yīng)用程序確定緊急制動(dòng)事件的相關(guān)性并警告駕駛員。當(dāng)駕駛員的能見度受限或受阻時(shí)，預(yù)計(jì)EEBL對(duì)駕駛員特別有幫助。

（3）交叉路口運(yùn)動(dòng)輔助系統(tǒng)（IMA）-警告駕駛員在交叉路口從橫向接近車輛。IMA旨在避免交叉口交叉事故，最嚴(yán)重的碰撞根據(jù)死亡人數(shù)計(jì)算。交叉路口碰撞包括交叉路口、車道/小巷以及與車道相關(guān)的車禍。IMA碰撞分為兩個(gè)主要場(chǎng)景：轉(zhuǎn)入相同方向或相反方向的路徑和直線交叉路徑。

（4）左轉(zhuǎn)彎輔助系統(tǒng)（LTA）-在嘗試向左轉(zhuǎn)彎時(shí)警告駕駛員存在迎面而來的反向交通。LTA解決了一個(gè)涉及車輛左轉(zhuǎn)彎的車禍交叉路口和另一輛車正從相反方向直行。

（5）不通過警告（DNPW）-當(dāng)駕駛員試圖在一條未分開的雙車道道路上通過較慢的車輛時(shí)，警告駕駛員即將駛向相反方向的車輛。DNPW將協(xié)助駕駛員避免過往機(jī)動(dòng)導(dǎo)致的反向碰撞。這些碰撞包括正面碰撞和前傾撞擊以及角度側(cè)擦撞。

（6）盲點(diǎn)/車道變更警告（BS/LCW）-警告駕駛員是否有車輛接近或進(jìn)入他們?cè)谙噜徿嚨郎系拿c(diǎn)。BS/LCW解決了在碰撞之前車輛進(jìn)行車道改變/合并行駛的碰撞。V2P檢測(cè)系統(tǒng)可以在車輛、基礎(chǔ)設(shè)施或行人自身中實(shí)施，以通過車載系統(tǒng)和手持設(shè)備向駕駛員、行人或兩者提供警告。

V2P安全應(yīng)用的描述如下：

·移動(dòng)無(wú)障礙行人信號(hào)系統(tǒng)（PED-SIG）：允許智能手機(jī)從視障人士到交通信號(hào)的自動(dòng)呼叫。該應(yīng)用程序?yàn)樾腥颂峁┮纛l提示，以安全地導(dǎo)航人行橫道，并提醒司機(jī)試圖轉(zhuǎn)向視障人士。

·行人和信號(hào)人行橫道（PED-X）：當(dāng)行人位于信號(hào)交叉口的人行橫道內(nèi)或處于車輛的預(yù)定路徑時(shí)警告駕駛員。

·智能行人交通信號(hào)（IPTS）：利用VRU2I（易受傷害的道路用戶與基礎(chǔ)設(shè)施）通信，行人可通過其智能手機(jī)激活綠燈需求以穿越交叉路口。當(dāng)行人穿越時(shí)，IPTS可以檢測(cè)行人以確定是否應(yīng)該延長(zhǎng)行人通行時(shí)間以確保安全穿越。

·智能行人探測(cè)器（IPD）：自動(dòng)檢測(cè)行人并代表他們發(fā)出行人信號(hào)請(qǐng)求，通?？煽s短行人在穿越之前必須等待的時(shí)間。

3.2 V2X應(yīng)用成果與分析

V2X獲得的收益:

美國(guó)國(guó)家公路交通安全管理局估計(jì)，V2V和V2I啟用的安全應(yīng)用可以消除或減輕高達(dá)80%的非受損碰撞的嚴(yán)重程度，包括交叉路口或變換車道時(shí)的碰撞。

V2I安全應(yīng)用：對(duì)V2I安全應(yīng)用程序的研究揭示了可能通過各種應(yīng)用程序解決的潛在碰撞問題。假設(shè)完全市場(chǎng)滲透率和應(yīng)用程序的100%有效性，則可以避免碰撞。雖然我們知道情況并非如此，但它提供了可以實(shí)現(xiàn)的上限。

圖2為美國(guó)交通V2I應(yīng)用避撞的目標(biāo)。以交叉路口為中心的安全應(yīng)用可能每年可能解決多達(dá)575,000次碰撞。彎道速度警告安全應(yīng)用程序每年最多可能避免169,000次碰撞[5]

圖2 V2I安全應(yīng)用的預(yù)計(jì)收益范圍（年度目標(biāo)碰撞數(shù)）[4]

V2V安全應(yīng)用：美國(guó)國(guó)家公路交通安全管理局發(fā)布了擬議制定V2X規(guī)則的通知，通知要求汽車制造商在短時(shí)間內(nèi)實(shí)施計(jì)劃中安裝V2V通信，能夠產(chǎn)生基本安全信息（BSM）并與其他車輛通信[6]。V2V每年最大的好處是在DSRC和安全相關(guān)應(yīng)用程序全面采用后每年可以減少的車禍、死亡、傷害和車輛（PDOV）財(cái)產(chǎn)損失。完全部署后，DOT估計(jì)V2X擬議的規(guī)則將：

·每年防止439,000至615,000次撞車事故（相當(dāng)于多輛輕型車輛撞車事故的13%至18%）

·拯救987至1,366人

·減少305,000至418,000 MAIS 1-5級(jí)傷害（MAIS：最大縮減傷害量表），和

·避免僅車輛（PDOV）537,000至746,000件財(cái)產(chǎn)損失。

擬議規(guī)則的成本和收益是通過考慮制造商除了DSRC技術(shù)之外自愿安裝兩個(gè)目前被認(rèn)為僅由V2V啟用的安全應(yīng)用程序的情況來估算的。這兩個(gè)安全應(yīng)用程序是交叉口運(yùn)動(dòng)輔助（IMA）和左轉(zhuǎn)輔助（LTA）。這種情況是合理的，因?yàn)镮MA和LTA的增量成本不到DSRC成本的1%，業(yè)界已表示這兩個(gè)應(yīng)用已經(jīng)在他們的研究和部署計(jì)劃中。此外，這種情況可能會(huì)低估利益，因?yàn)橹圃焐炭赡軙?huì)選擇提供使用V2V技術(shù)的其他安全應(yīng)用，以及使用DSRC的各種其他技術(shù)，例如車輛到基礎(chǔ)設(shè)施（V2I）或車輛到行人（V2P）技術(shù)。DOT在項(xiàng)目開展過程中也參考了世界各國(guó)互聯(lián)汽車技術(shù)帶來的收益，見表1。

表1 世界各國(guó)互聯(lián)汽車的效益[4]

關(guān)于V2V系統(tǒng)成本問題

對(duì)于具有IMA和LTA應(yīng)用的V2V安全設(shè)備，擬議規(guī)則的車輛技術(shù)成本最初估計(jì)為每個(gè)受影響車輛249美元至351美元，包括DSRC無(wú)線電、DSRC天線、GPS、硬件安全模塊，兩個(gè)應(yīng)用程序和故障的組件成本指標(biāo)以及安裝人工成本。車輛部件單位成本基于供應(yīng)商對(duì)該機(jī)構(gòu)的成本信息是保密的。到2025年，這些費(fèi)用降至每輛車不到200美元[6]。

3.3 V2X安全示范部署案例分析與經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)(Ann Arbor)總結(jié)

在部署復(fù)雜ITS項(xiàng)目（例如具有聯(lián)網(wǎng)車輛技術(shù)的項(xiàng)目）時(shí)，請(qǐng)使用模塊化項(xiàng)目結(jié)構(gòu)，并專注于高優(yōu)先級(jí)目標(biāo)和項(xiàng)目組件。

·在啟動(dòng)互聯(lián)汽車項(xiàng)目時(shí)，制定一個(gè)重點(diǎn)突出計(jì)劃，確定所有利益攸關(guān)方，適合每個(gè)利益攸關(guān)方的信息以及與利益攸關(guān)方聯(lián)系的方法。

·在確定連接車輛項(xiàng)目的地理位置的范圍、大小和識(shí)別時(shí)，執(zhí)行徹底和深思熟慮的分析，并確保用于招募測(cè)試對(duì)象或驅(qū)動(dòng)程序的策略與這些假設(shè)和實(shí)驗(yàn)計(jì)劃的假設(shè)一致。

·明確地向連接的車輛設(shè)備開發(fā)人員傳達(dá)需求和測(cè)試程序，并允許對(duì)不太成熟的設(shè)備進(jìn)行行業(yè)輸入和迭代。

·在開始多輪測(cè)試、反饋、重置和重新測(cè)試之前，指定互操作性測(cè)試要求和步驟作為連接的車輛設(shè)備要求的一部分。

·進(jìn)行數(shù)據(jù)收集試點(diǎn)測(cè)試，以驗(yàn)證端到端數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理和質(zhì)量評(píng)估流程。

在通信領(lǐng)域，互聯(lián)汽車示范站點(diǎn)盡可能使用既定標(biāo)準(zhǔn)，但在許多情況下，是首次在該領(lǐng)域試用標(biāo)準(zhǔn)，或者正在實(shí)施尚未建立國(guó)家或國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的信息。聯(lián)網(wǎng)車輛通信的關(guān)鍵組成部分是5.9 GHz頻段的專用短程通信（DSRC），見圖3。在這個(gè)頻段內(nèi)有幾個(gè)頻道。信道172是主要信道，其攜帶安全相關(guān)信息和WAVE服務(wù)公告（WSA），其宣傳其他信道上的其他信息和服務(wù)的可用性。IEEE 1609.4標(biāo)準(zhǔn)解決了車載環(huán)境中無(wú)線接入（WAVE）的多信道操作，因此是互聯(lián)汽車示范站點(diǎn)的無(wú)線消息的“官方”規(guī)則集。

圖3 專用短程通信（DSRC）頻段與信道[13]

紐約和坦帕團(tuán)隊(duì)計(jì)劃在每輛車中使用雙無(wú)線電：一個(gè)用于收聽172頻道，另一個(gè)用于收聽其他頻道以獲取旅行者信息等補(bǔ)充信息。另一方面，懷俄明州團(tuán)隊(duì)最初計(jì)劃使用單個(gè)無(wú)線電，大部分時(shí)間都在收聽172頻道，但切換到其他頻道以收聽其他消息。這種信道切換計(jì)劃符合IEEE 1609.4規(guī)范。然而，IEEE 1609.4委員會(huì)和幾家正在展望國(guó)家公路交通安全管理局（NHTSA）裁決要求實(shí)施DSRC的制造商堅(jiān)持認(rèn)為，從172航道切換是不安全的，因?yàn)榘踩P(guān)鍵信息可能會(huì)錯(cuò)過該頻道。

懷俄明州團(tuán)隊(duì)已同意重新設(shè)計(jì)其通信系統(tǒng)，以包括雙無(wú)線電。然而，發(fā)現(xiàn)單通道切換無(wú)線電在技術(shù)上符合1609.4標(biāo)準(zhǔn)是標(biāo)準(zhǔn)中的一個(gè)主要漏洞，必須由1609.4委員會(huì)解決和糾正。

對(duì)于示范項(xiàng)目，THEA正在安裝“智能”交通信號(hào)控制器，以幫助改善交通流量。隨著THEA進(jìn)入設(shè)計(jì)階段，項(xiàng)目工程師與亞利桑那大學(xué)信號(hào)控制過程的設(shè)計(jì)人員一起深入研究信號(hào)優(yōu)化的細(xì)節(jié)。他們了解到信號(hào)控制優(yōu)化只有在超過90%接近交叉路口的車輛已知位置和速度時(shí)才能發(fā)揮其全部潛力。作為互聯(lián)汽車示范計(jì)劃的一部分，用于V2I通信的車輛數(shù)量將提供更小的車輛覆蓋率。

佛羅里達(dá)州交通局（FDOT）7區(qū)和HNTB（THEA的通用工程顧問）采用了一種方法來獲取有關(guān)接近交叉路口的所有車輛的信息。在考慮了包括環(huán)路探測(cè)器和微波探測(cè)器在內(nèi)的多種技術(shù)后，F(xiàn)DOT同意支付在佛羅里達(dá)大道12個(gè)交叉路口采購(gòu)和安裝40多個(gè)視頻交通探測(cè)器的費(fèi)用，和內(nèi)布拉斯加大道作為與THEA的聯(lián)合合作協(xié)議的一部分。根據(jù)現(xiàn)有合同，HNTB將提供設(shè)計(jì)以將其與其他CV試驗(yàn)操作集成，而互聯(lián)示范計(jì)劃則不收取任何費(fèi)用。THEA將提供10個(gè)“藍(lán)牙”探測(cè)器，以確定這些街道和Meridian Avenue沿線之間的行車時(shí)間。這些檢測(cè)技術(shù)將獲取所需數(shù)量的未裝備車輛，而無(wú)需識(shí)別或保留有關(guān)個(gè)別駕駛員或車輛的任何信息。

4 自動(dòng)駕駛卡車的編隊(duì)行駛（Platooning）

在卡車上，車載計(jì)算機(jī)監(jiān)控傳感器系統(tǒng)并集成來自自適應(yīng)速度控制、自動(dòng)制動(dòng)、車道偏離警告系統(tǒng)和車輛到車輛（V2V）專用短程通信（DSRC）系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。通過允許一輛卡車上的傳感器與另一輛卡車上的傳感器通信，部分自動(dòng)化卡車可以更緊密地一起行駛以提高燃油效率，這種做法被稱為卡車列車或卡車編隊(duì)。

4.1 卡車編隊(duì)主要階段

加利福尼亞先進(jìn)運(yùn)輸技術(shù)合作伙伴（PATH）的研究人員描述了卡車編隊(duì)的四個(gè)主要階段[7]:

（1）編隊(duì)成型-在卡車編隊(duì)的第一階段，卡車必須根據(jù)一系列特征識(shí)別潛在的編隊(duì)伙伴，包括他們的當(dāng)前位置、目的地、站點(diǎn)數(shù)量、卡車類型和其他變量。這些信息可能難以確定其他驅(qū)動(dòng)因素是否適用于競(jìng)爭(zhēng)公司。為了緩解這個(gè)問題，目前的研究正在評(píng)估形成編隊(duì)的三種不同方法：

一是預(yù)定編隊(duì)（Scheduled Platooning）-運(yùn)輸公司規(guī)劃人員可以安排多輛卡車在指定的出發(fā)時(shí)間和地點(diǎn)形成編隊(duì)。作為編隊(duì)的一部分分配的卡車知道何時(shí)終斷編隊(duì)。

二是編隊(duì)服務(wù)提供商（PSP）-與計(jì)劃排隊(duì)類似，在這種方法中，外部專業(yè)公司與多個(gè)貨運(yùn)公司和個(gè)別卡車司機(jī)合作，根據(jù)他們的起始位置、出發(fā)時(shí)間和最終目的地進(jìn)行匹配?？ㄜ囆枰鋫渚庩?duì)技術(shù)和設(shè)備，使PSP能夠知道他們的前進(jìn)方向和行程時(shí)間。使用這些信息，PSP將卡車與他們行駛的特定部分進(jìn)行匹配，然后在不同的卡車向其他方向行駛時(shí)形成新的編隊(duì)。

三是即時(shí)編隊(duì)-隨著編隊(duì)變得更加主流，卡車不需要像PSP這樣的單一實(shí)體來協(xié)調(diào)行駛?？ㄜ噷⒛軌蜃詣?dòng)形成編隊(duì)，并在合作卡車之間傳輸所需的信息。與其他方法相比，這種方法提供了最大的靈活性，但也需要配備齊全卡車的最大市場(chǎng)滲透率才能正確執(zhí)行。

（2）穩(wěn)態(tài)巡航-巡航階段占據(jù)最大的時(shí)間段，同時(shí)隊(duì)列系統(tǒng)被激活。一旦形成編隊(duì)，駕駛員將基于車輛中的自動(dòng)化水平來操作車輛。當(dāng)卡車加入或退出編隊(duì)或未裝備的車輛切入時(shí)，穩(wěn)態(tài)巡航將被修改。在巡航階段，大部分卡車編隊(duì)的好處都會(huì)增加。

（3）出發(fā)或分離-卡車可能在需要時(shí)離開編隊(duì)，以完成行程或不同的出行。一旦一臺(tái)卡車離開，跟隨它的卡車跟進(jìn)前車，并縮短離開的車輛留下的間隙。

（4）異常情況-最后一個(gè)階段解釋了前三個(gè)階段未解決的其他情況。此階段可能包括系統(tǒng)中的潛在錯(cuò)誤或異常操作條件。任何卡車編隊(duì)系統(tǒng)都需要能夠識(shí)別和解決這些意外的異常情況。

4.2 卡車編隊(duì)技術(shù)描述

卡車編隊(duì)技術(shù)描述主要包含如下內(nèi)容：

·傳感器-短距離和長(zhǎng)距離傳感器的組合用于評(píng)估車輛周圍的完整環(huán)境，因此它不僅可以跟蹤編隊(duì)中的其他車輛，還可以跟蹤道路中的所有其他物體，包括行人和騎車人。LIDAR（光探測(cè)和測(cè)距）、雷達(dá)和攝像機(jī)等傳感器可以協(xié)同工作，提供周圍環(huán)境的完整圖像（圖4），使用不同類型的傳感器可在系統(tǒng)中提供設(shè)計(jì)的冗余。

圖4 卡車編隊(duì)與通訊[4]

·本地化服務(wù)-全球定位系統(tǒng)（GPS）和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（INS）用于確定車輛的位置。這些系統(tǒng)為車輛提供必要的信息，以準(zhǔn)確地確定編隊(duì)車輛之間的間距。與傳感器一樣，系統(tǒng)需要冗余，因此如果GPS暫時(shí)失效（如在低覆蓋區(qū)域或隧道中），INS可以使用運(yùn)動(dòng)傳感器和旋轉(zhuǎn)傳感器來確定車輛方向，直到GPS重新建立其連接。

·V2V通信-DSRC用于車輛之間的車輛性能參數(shù)的低延遲交換信息。作為Wi-Fi技術(shù)的延伸，DSRC傳達(dá)通過速度和位置信息，使CACC系統(tǒng)能夠快速適應(yīng)不斷變化的速度和位置，從而促進(jìn)有效的編隊(duì)。

·軟件-每個(gè)CACC系統(tǒng)都需要基于軟件的算法，用于處理來自傳感器、車輛和V2V通信的所有信息。這些算法是CACC系統(tǒng)的核心，因?yàn)樗鼈冃枰A(yù)測(cè)前方車輛的運(yùn)動(dòng)和速度以設(shè)定后續(xù)車輛的新速度。

·硬件-整個(gè)車輛中分布著廣泛的硬件組件，其中包含用于CACC的軟件，連接關(guān)鍵系統(tǒng)以及控制車輛速度和制動(dòng)。

·人機(jī)界面-人機(jī)接口通知用戶CACC階段的變化（見圖5）。隨著CACC的成熟，需要開發(fā)和測(cè)試提供CACC信息而不會(huì)導(dǎo)致駕駛員分心的方法。

圖5 卡車編隊(duì)與人機(jī)界面[4]

下面描述了如何將編隊(duì)納入SAE自動(dòng)駕駛[8]:

0級(jí)：沒有自動(dòng)化，在這個(gè)級(jí)別上無(wú)法進(jìn)行卡車編隊(duì)。

第1級(jí)：駕駛員輔助，ACC目前處于這種自動(dòng)化水平，因?yàn)榭ㄜ嚲庩?duì)技術(shù)只是在協(xié)助駕駛員，駕駛員主要控制車輛并且每個(gè)自動(dòng)功能是分開的。

第2級(jí)：部分自動(dòng)駕駛，在此級(jí)別，車輛通信和加速功能與車道對(duì)中技術(shù)相結(jié)合，以控制大多數(shù)車輛功能。然而，駕駛員仍然存在并且保持對(duì)動(dòng)態(tài)駕駛功能的控制。

第3級(jí)：有條件自動(dòng)駕駛，在此級(jí)別，駕駛員可以在某些交通道路或天氣條件下完全控制車輛功能?，F(xiàn)在，自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的任務(wù)是監(jiān)控外部行駛環(huán)境。司機(jī)仍負(fù)責(zé)及時(shí)響應(yīng)干預(yù)和恢復(fù)車輛控制的請(qǐng)求。

第4級(jí)：高度自動(dòng)駕駛，在這個(gè)級(jí)別有一個(gè)指定的駕駛員，但是卡車可以在某些道路、交通和天氣條件下自行駕駛，在特定的駕駛模式駕駛員無(wú)需了解道路或卡車的動(dòng)作。

第5級(jí)：完全自動(dòng)駕駛，在此級(jí)別沒有指定的驅(qū)動(dòng)程序。5級(jí)允許在所有駕駛模式下進(jìn)行全自動(dòng)駕駛，包括高速公路巡航、并線、低速、交通擁堵和其他條件。這種自動(dòng)化水平仍處于研究的早期階段，并且近期不會(huì)在公路上出現(xiàn)。

4.3 卡車編隊(duì)行駛的好處

卡車編隊(duì)的評(píng)估研究側(cè)重于通過更緊密的車輛間距的空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)，以改善燃料經(jīng)濟(jì)性（和更低的運(yùn)營(yíng)成本），并通過增加的機(jī)動(dòng)性和吞吐量更有效地使用公路設(shè)施。

·配備自動(dòng)車輛技術(shù)的卡車之間的連接使其能夠作為一個(gè)整體更加平穩(wěn)地運(yùn)行，并自動(dòng)減少和控制車輛之間的間隙。配備標(biāo)準(zhǔn)拖車的8級(jí)卡車在三卡車CACC排中節(jié)省了5.2%至7.8%的燃油。使用空氣動(dòng)力學(xué)拖車，這些節(jié)省增加到14.2%，最小間隔距離為17.4米（57.1英尺）。

·由能源部NREL使用DSRC V2V通信資助的牽引車拖車編隊(duì)示范顯示了主卡車（高達(dá)5.3%）和尾隨卡車（高達(dá)9.7%）的節(jié)油情況。結(jié)論是編隊(duì)對(duì)節(jié)油高達(dá)6.4%，可變條件-環(huán)境溫度，牽引車和拖車之間的距離以及有效負(fù)載重量會(huì)影響節(jié)油效果。

·加利福尼亞州的UC PATH計(jì)劃模擬了風(fēng)阻的影響，并通過CACC實(shí)現(xiàn)了更短的跟蹤，估計(jì)潛在的峰值燃油效率提高20%至25%。然而，研究人員指出，如此短的跟隨間隙（10到20英尺）可能需要專用的卡車車道，因?yàn)槠渌煌ǜ淖冋麄€(gè)車道的能力將受到限制，并且編隊(duì)很難安全地應(yīng)對(duì)緊急情況。

由Auburn大學(xué)進(jìn)行的FHWA贊助的研究已經(jīng)產(chǎn)生了關(guān)于卡車編隊(duì)節(jié)省行駛時(shí)間的初步結(jié)果。駕駛員輔助卡車編隊(duì)（DATP）的交通微觀模擬研究發(fā)現(xiàn)，每個(gè)具有當(dāng)前交通量的模擬案例的行駛時(shí)間減少的好處，以及在阿拉巴馬州I-85公里的交通量、5英里路段上的兩個(gè)增加交通時(shí)間的情況（115%和130%）。高峰時(shí)段交通狀況下的行駛時(shí)間縮短了2%（20%的市場(chǎng)滲透率）到縮短了69%（100%的市場(chǎng)滲透率）。

在荷蘭為三家物流服務(wù)提供商進(jìn)行的卡車編隊(duì)商業(yè)案例研究發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)的巡航控制相比，僅僅通過編隊(duì)節(jié)省燃料已經(jīng)抵消了年度成本，而節(jié)省勞動(dòng)力成本則是純粹的利潤(rùn)。

4.4 卡車編隊(duì)研究主要成就成本方面的問題

雖然很有希望，但卡車編隊(duì)的商業(yè)案例或投資回報(bào)率（ROI）仍然不明確。在美國(guó)卡車運(yùn)輸研究所（ATRI）就FHWA贊助的DATP研究的一部分對(duì)卡車編隊(duì)的商業(yè)案例進(jìn)行調(diào)查時(shí)，業(yè)主運(yùn)營(yíng)商預(yù)計(jì)投資期平均為10個(gè)月，而車隊(duì)受訪者則表示平均回報(bào)期望為18個(gè)月。貨運(yùn)公司目前正在分析采用編隊(duì)技術(shù)的好處和成本。額外費(fèi)用可能包括設(shè)備購(gòu)置、駕駛員培訓(xùn)、后勤和協(xié)調(diào)、測(cè)試和保險(xiǎn)費(fèi)用[9]。

獲得的寶貴經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)

69個(gè)參與者利益相關(guān)者確定了以下主要問題和知識(shí)差距，他們?cè)O(shè)想到2025年為卡車編隊(duì)提供廣泛的支持。

安全和保障方面

·展示了編隊(duì)的功能安全性、網(wǎng)絡(luò)安全、黑客和無(wú)線通信安全、緊急情況下安全可靠的制動(dòng)行為。還包括傳感器、組件、部件、無(wú)線通信的可靠性、安全管理（記錄與排隊(duì)有關(guān)的事故、交通狀況和駕駛員狀況）、卡車司機(jī)的隱私和記錄數(shù)據(jù)安全和無(wú)線信號(hào)干擾器的免干擾能力。

技術(shù)需要更多的考驗(yàn)

·多品牌車輛編隊(duì)和標(biāo)準(zhǔn)化通信協(xié)議、主動(dòng)編隊(duì)車輛使用信號(hào)燈，對(duì)其他道路使用者的影響、編隊(duì)順序（適用于具有各種扭矩額定值、制動(dòng)能力和負(fù)載重量的卡車）、無(wú)線V2X通信可靠性、在所有混合交通情況下的全編對(duì)控制、卡車制造商之間的技術(shù)發(fā)展路線圖差異、安全的車間間隙的有效和實(shí)時(shí)估計(jì)等，這些技術(shù)仍需要更多的考驗(yàn)。

法律問題有待解決

·控制權(quán)轉(zhuǎn)移到系統(tǒng)時(shí)發(fā)生事故時(shí)的責(zé)任和義務(wù)、修訂無(wú)人駕駛車輛的駕駛和休息時(shí)間規(guī)定、車輛審批程序、車輛遵循間隙立法、編隊(duì)長(zhǎng)度限制（每隊(duì)車輛數(shù)量）、勞動(dòng)法評(píng)估在編隊(duì)時(shí)駕駛員可以做什么。

物流業(yè)務(wù)有改進(jìn)空間

·識(shí)別和指導(dǎo)可以一起編隊(duì)的卡車，以動(dòng)態(tài)形成一個(gè)自主編隊(duì)、SAE 1級(jí)或2級(jí)編隊(duì)的系統(tǒng)成本和業(yè)務(wù)案例、編隊(duì)服務(wù)提供商，由不同的車隊(duì)所有者和品牌執(zhí)行編隊(duì)、貨運(yùn)公司和司機(jī)的認(rèn)證，以提高信心、物流流程整合，以適應(yīng)編隊(duì)（路由、庫(kù)存管理、倉(cāng)庫(kù)運(yùn)營(yíng)）、促進(jìn)商業(yè)利益（解釋編隊(duì)的價(jià)值）、確定編隊(duì)的最佳排列方法（預(yù)定或特別編隊(duì)或兩者兼而有之）、有效地允許轉(zhuǎn)移/繞行形成編隊(duì)所需的最小運(yùn)輸長(zhǎng)度、使用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)物流控制塔進(jìn)行臨時(shí)編隊(duì)的形成、通過在同一方向上整合更多的負(fù)荷，促使托運(yùn)人和承運(yùn)人讓編隊(duì)更具吸引力。

用戶接受和人類行為有待改進(jìn)

·與其他道路使用者的互動(dòng)，例如進(jìn)出高速公路時(shí)、通過證明安全和學(xué)習(xí)信任系統(tǒng)來接受駕駛員、培訓(xùn)其他道路使用者以接受編隊(duì)行駛、駕駛員任務(wù)權(quán)衡，還有駕駛員注意與無(wú)聊、工作滿意度、不安全問題、公眾輿論強(qiáng)烈反對(duì)“卡車墻”，通過積極的溝通促進(jìn)社會(huì)公平，使編隊(duì)車間隙距離小，減少焦慮和疲憊，加強(qiáng)編隊(duì)卡車的駕駛員培訓(xùn)和認(rèn)證。

4.5 卡車編隊(duì)研究案例分析-FHWA的探索性高級(jí)研究（EAR）計(jì)劃

在美國(guó)，F(xiàn)HWA的探索性高級(jí)研究（EAR）計(jì)劃目前正在評(píng)估自動(dòng)卡車技術(shù)，以評(píng)估排隊(duì)運(yùn)營(yíng)的可行性。最近在弗吉尼亞州森特維爾的I-66實(shí)況交通中進(jìn)行的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中，使用最先進(jìn)的Level-1協(xié)同自適應(yīng)巡航控制（CACC）技術(shù)證明了卡車編隊(duì)的概念。安裝在三輛沃爾沃卡車上的系統(tǒng)使用先進(jìn)的DSRC（5.9 GHz）無(wú)線通訊（圖6），以每秒10次的速率發(fā)送和接收SAE J2735基本安全信息（BSM），如位置、速度、航向和制動(dòng)狀態(tài)。自動(dòng)巡航控制（ACC）雷達(dá)系統(tǒng)按照距離測(cè)量并與車載計(jì)算機(jī)通信，根據(jù)需要自動(dòng)啟動(dòng)制動(dòng)和油門控制，以55英里/小時(shí)的速度保持45至50英尺的車頭距離[10]。駕駛員負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)向，但依靠CACC系統(tǒng)來檢測(cè)加入的乘用車，并根據(jù)安全操作的需要增加或減少跟車的車距。

圖6 卡車V2X 裝備圖[4]

CACC的好處[11]:

V2V無(wú)線通信使裝備卡車之間更緊密的車輛跟隨支持：

·空氣動(dòng)力學(xué)性能好以節(jié)省能源；

·卡車車道通過量更高，交通密度更高，但擁堵減少；

·增強(qiáng)交通流量穩(wěn)定性；

·通過更快地應(yīng)對(duì)未來潛在問題，提高安全性；

·通過減少其他駕駛員的切入頻率來減輕駕駛員的壓力。

4.6 在互聯(lián)環(huán)境下駕駛輔助系統(tǒng)（Driver Assistance）

所有這些車載技術(shù)都是生態(tài)駕駛的先進(jìn)方面。生態(tài)駕駛只是改變駕駛員的模式和風(fēng)格，以減少燃料消耗和排放。當(dāng)與車載通信結(jié)合使用時(shí)，可以向駕駛員提供定制的實(shí)時(shí)駕駛建議，以便他們可以調(diào)整駕駛行為以節(jié)省燃料并減少排放。該建議包括基于當(dāng)前交通狀況和與附近車輛的相互作用推薦行駛速度、最佳加速度和最佳減速曲線。可以向駕駛員提供關(guān)于其駕駛行為的反饋，以鼓勵(lì)以更環(huán)保的方式駕駛。車輛輔助策略，其中車輛自動(dòng)實(shí)施諸如ACC和編隊(duì)的環(huán)保駕駛策略是使駕駛員更容易實(shí)現(xiàn)環(huán)保駕駛的好方法。

圖7顯示了這些技術(shù)的安全性、移動(dòng)性和環(huán)境效益。ACC和自動(dòng)控制車輛的隊(duì)列提供了減少碰撞的安全性。所有這些技術(shù)都帶來了環(huán)境效益，包括減少排放（通常是二氧化碳）和減少燃料消耗。

圖7 互聯(lián)生態(tài)駕駛、智能速度控制、自適應(yīng)巡航控制和編隊(duì)行駛的優(yōu)勢(shì)范圍（來源：ITS ITS Knowledge Resources)[4].

作為AERIS計(jì)劃的一部分評(píng)估的生態(tài)速度協(xié)調(diào)和生態(tài)連接自適應(yīng)巡航控制應(yīng)用顯示，能源減少高達(dá)22%，行程時(shí)間減少33%。安裝在部分自動(dòng)駕駛車輛上的GlidePath協(xié)同自適應(yīng)巡航控制（CACC）系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和評(píng)估顯示，這些系統(tǒng)可將燃油經(jīng)濟(jì)性提高17%至22%，并將行駛時(shí)間縮短至64%。其他研究表明，隨著市場(chǎng)滲透率的提高，采用合作協(xié)議的Eco-CACC算法可以將高速公路容量提高至少三分之二。

華盛頓州西雅圖的一項(xiàng)聯(lián)網(wǎng)汽車現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的一部分，配備CV技術(shù)的志愿者駕駛員在智能速度控制應(yīng)用中立即獲得了價(jià)值。一項(xiàng)針對(duì)21名志愿參與者的調(diào)查顯示，車載應(yīng)用程序如編隊(duì)警告、速度協(xié)調(diào)和天氣響應(yīng)交通管理（WRTM）消息傳遞，這些參與者駕駛DSRC配備的車輛旨在收集來自其他相連車輛和基于基礎(chǔ)設(shè)施的系統(tǒng)的速度和道路天氣數(shù)據(jù)。系統(tǒng)使司機(jī)能夠在擁堵前采取行動(dòng)，降低減速或突然停車的需要。

隨著互聯(lián)汽車技術(shù)的成熟，預(yù)計(jì)首先會(huì)實(shí)現(xiàn)減少擁堵，隨著技術(shù)的成熟和市場(chǎng)滲透水平的提高，安全效益也會(huì)提高。仿真模型顯示，支持基于編隊(duì)的交叉路口管理應(yīng)用的聯(lián)網(wǎng)車輛技術(shù)可以在交通量高時(shí)將平均行程時(shí)間縮短4%至30%。然而，在自適應(yīng)信號(hào)控制的多智能體環(huán)境中，由于在交通繁忙時(shí)形成和處理編隊(duì)的困難，在基于繁忙的主干編隊(duì)系統(tǒng)可能導(dǎo)致略高的燃料消耗和排放。

互聯(lián)裝置成本問題

隨著技術(shù)的變化和改進(jìn)，這些車載系統(tǒng)的成本迅速變化。雖然大多數(shù)選項(xiàng)僅適用于豪華型號(hào)，但隨著相機(jī)、雷達(dá)和激光組件的制造和集成到新車輛中的成本越來越低，該技術(shù)變得越來越容易獲得。諸如自動(dòng)轉(zhuǎn)向控制功能之類的附加功能可能是主要的成本驅(qū)動(dòng)因素。在過去幾年中對(duì)OEM駕駛員輔助技術(shù)定價(jià)的觀察表明，這些系統(tǒng)可以將新車的購(gòu)買價(jià)格增加從300美元增加到10,800美元，而大多數(shù)系統(tǒng)的價(jià)格都在4,500美元以下。

4.7 Eco-Lanes操作場(chǎng)景模擬（Operational Scenar?io Modeling）主要成就

該研究對(duì)環(huán)境應(yīng)用：實(shí)時(shí)信息綜合（AERIS）計(jì)劃定義的Eco-Lanes操作場(chǎng)景進(jìn)行了建模。Eco-Lanes操作場(chǎng)景構(gòu)成六個(gè)應(yīng)用程序，它們使用連接環(huán)境中可用的數(shù)據(jù)，通過提供駕駛反饋和速度建議，以及促進(jìn)編隊(duì)和專用的“生態(tài)車道”來幫助減少燃料消耗和排放。在這種建模工作中模擬了在Eco-Lanes操作場(chǎng)景下捆綁的七個(gè)應(yīng)用中的兩個(gè)：生態(tài)速度協(xié)調(diào)（ESH）和生態(tài)協(xié)同自適應(yīng)巡航控制（Eco-CACC）。

研究方法包括ESH和Eco-CACC應(yīng)用的模擬和建模是在加利福尼亞州南部的Orange County Line和Tyler Street之間的91號(hào)國(guó)道東行（SR-91 E）進(jìn)行的。SR-91 E模擬網(wǎng)絡(luò)的交通需求、車輛混合、起始-目的地（OD）模式和駕駛員行為被校準(zhǔn)為在代表性夏季工作日收集的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)。借助Paramics微觀模擬工具和EPA的機(jī)動(dòng)車輛排放模擬器（MOVES）排放估算工具，根據(jù)實(shí)施的方案對(duì)各個(gè)車輛的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行建模，從而可以準(zhǔn)確估算燃料消耗、車輛排放和平均行程時(shí)間。建模了各種靈敏度場(chǎng)景，其中包括不同的參數(shù)，如交通網(wǎng)絡(luò)的車輛需求、互聯(lián)（CV）車載設(shè)備（OBE）的滲透率、Eco-CACC應(yīng)用的觸發(fā)距離以及內(nèi)部編隊(duì)的清除率。在對(duì)兩個(gè)應(yīng)用程序進(jìn)行單獨(dú)建模之后，它們被組合在同一建模環(huán)境中同時(shí)運(yùn)行，以評(píng)估它們的兼容性。假設(shè)沒有應(yīng)用部署（即，CV滲透率設(shè)置為零）的基線模型也是從SR-91 E模型開發(fā)的并用于比較目的。

研究主要成就包括：

建模研究表明，除了通用車道之外，設(shè)計(jì)用于支持專用環(huán)保車道的高速公路設(shè)施可以為駕駛員提供選擇，以最大限度地節(jié)省行駛時(shí)間或根據(jù)交通狀況和個(gè)人行駛需求最小化燃料消耗。

·在較低的交通量下，由于編隊(duì)的形成所需的能量較小，通用車道比專用的Eco-lane更節(jié)能。相比之下，在最高的交通量下，由于Eco-CACC應(yīng)用提供的容量增加，專用Eco-lane比通用車道節(jié)能更多。

·總體而言，互聯(lián)效益可節(jié)省4%至22%的能源，行駛時(shí)間節(jié)省-1%至33%。

5 互聯(lián)汽車技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、信息安全與隱私保護(hù)

5.1 互聯(lián)汽車技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

美國(guó)汽車行業(yè)在不斷完善互聯(lián)汽車技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，這是汽車行業(yè)發(fā)展的基石，汽車行業(yè)互聯(lián)技術(shù)發(fā)展的共同語(yǔ)言，美國(guó)SAE International承擔(dān)著這方面的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)需求規(guī)劃、標(biāo)準(zhǔn)起草、標(biāo)準(zhǔn)與各利益攸關(guān)方的協(xié)同、標(biāo)準(zhǔn)的推廣工作。美國(guó)汽車互聯(lián)技術(shù)也采納IEEE和ISO等國(guó)際上成熟的標(biāo)準(zhǔn)體系，其標(biāo)準(zhǔn)體系框架和界面見圖8和圖9。

圖8 美國(guó)互聯(lián)汽車與ITS標(biāo)準(zhǔn)框架[12]

圖9 美國(guó)互聯(lián)汽車的互聯(lián)界面[12]

5.2 信息安全與隱私保護(hù)

信息安全是互聯(lián)汽車發(fā)展的基本前提，信息安全的首要任務(wù)是安全系統(tǒng)的構(gòu)架設(shè)計(jì)，構(gòu)架設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)是確保每個(gè)連接都是安全的，確保系統(tǒng)設(shè)計(jì)解決所有連接的安全問題。本文以紐約為例，紐約信息安全系統(tǒng)的構(gòu)架主要包括交通管理中心（TMC）、交通控制、路邊單元、行人移動(dòng)設(shè)備，紐約市的互聯(lián)交通技術(shù)的信息安全構(gòu)架見圖10，風(fēng)險(xiǎn)控制案例見圖11。行人在交通參與過程中是弱勢(shì)群體，其安全系統(tǒng)的設(shè)計(jì)給予了足夠的重視，行人移動(dòng)設(shè)備的連接必須防止入侵和損壞，與行人有關(guān)的信息必須加密，數(shù)據(jù)庫(kù)必須得到保護(hù)并加密，其安全系統(tǒng)構(gòu)架見圖12。

圖10 信息安全系統(tǒng)構(gòu)架[3]

圖11 信息安全的風(fēng)險(xiǎn)[3]

互聯(lián)汽車的信息安全與隱私-設(shè)計(jì)[13]

（1）由安全憑證管理系統(tǒng)-SCMS提供支持

（2）消息認(rèn)證（由認(rèn)證指導(dǎo)者簽名）

（3）消息加密（如果需要）

（4）每周輪換安全證書～60個(gè)

（5）更改標(biāo)識(shí)符-5分鐘2公里

-MAC地址，臨時(shí)ID，消息計(jì)數(shù)器

（6）不良行為檢測(cè)-“檢測(cè)壞人”

（7）證書撤銷清單分配

-列出Bad Actors和受損設(shè)備

（8）特權(quán)車輛的特殊服務(wù)許可

-緊急車輛、運(yùn)輸車輛、貨運(yùn)

圖12 行人PED 應(yīng)用構(gòu)架[3]

汽車互聯(lián)技術(shù)取決于“可信”的環(huán)境-車輛和基礎(chǔ)設(shè)施[3]：

（1）消息驗(yàn)證（BSM，SPaT，MAP，TIM等......）

（2）數(shù)據(jù)加密（保護(hù)隱私）

（3）需要設(shè)備認(rèn)證

-射頻技術(shù)（IEEE 802.11p，IEEE1609.x）

-消息內(nèi)容-SAE J2735

-BSM Performance-SAE J2945/1

-應(yīng)用（和數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性）

（3）組織上的IT安全

-TMC系統(tǒng)的物理安全性

-登錄和安全實(shí)踐

（4）保護(hù)所有連接和數(shù)據(jù)交換

（5）互聯(lián)汽車（CV）硬件影響

-用于TMC系統(tǒng)的硬件安全模塊（HSM）

-ASD/OBU和RSU內(nèi)的HSM

6 汽車互聯(lián)（V2X）認(rèn)證的管理

汽車互聯(lián)技術(shù)認(rèn)證是關(guān)系到互聯(lián)汽車示范運(yùn)行和正常運(yùn)行安全的重要手段，目前美國(guó)已經(jīng)建立了一套完整的認(rèn)證體系，認(rèn)證過程由研究機(jī)構(gòu)、供應(yīng)商、設(shè)備儀器供應(yīng)商等組成的聯(lián)合體公司OMNIAIR進(jìn)行操作，具體的認(rèn)證流程見圖13，第1次認(rèn)證主要包括最低性能要求、信息互操作等，第2次認(rèn)證主要內(nèi)容包括互操作和道路使用驗(yàn)證。

圖13 OMNIAIR試驗(yàn)和認(rèn)證流程[14]

V2X第1次認(rèn)證授予（基于2016年標(biāo)準(zhǔn)）

（1）IEEE 802.11p物理層

（2）IEEE 1609.2安全/認(rèn)證

（3）IEEE 1609.3網(wǎng)絡(luò)（包括WSA）

（4）IEEE 1609.4多通道操作

（5）SAE J2945.1 V-V BSMs最低性能要求

（6）信息互操作（試驗(yàn)室設(shè)置）

V2X第2次授予

（1）互操作應(yīng)用

（2）道路試驗(yàn)

美國(guó)NHTSA早在2014年發(fā)布了信息需求（RFI），尋求確保安全系統(tǒng)相關(guān)的信息支持V2X，RFI主要關(guān)注了解可能有興趣探索開發(fā)和/或操作V2V安全憑證管理系統(tǒng)（SCMS）組件的可能性的私人實(shí)體，收到有關(guān)建立SCMS的問題的答復(fù)，獲取所有感興趣的公共、私人和學(xué)術(shù)實(shí)體關(guān)于SCMS任何方面的反饋，感興趣的表達(dá)和評(píng)論。SCMS的框架如圖13所示。

圖13 簡(jiǎn)化的SCMS構(gòu)架[15]

SCMS POC提供安全基礎(chǔ)設(shè)施，以發(fā)布和管理安全證書，這些證書構(gòu)成了車輛到車輛（V2V）和車輛到基礎(chǔ)設(shè)施（V2I）通信的信任基礎(chǔ)。已連接的車輛設(shè)備注冊(cè)到SCMS，從證書頒發(fā)機(jī)構(gòu)（CA）獲取安全證書，并將這些證書作為數(shù)字簽名的一部分附加到其消息中。SCMS系統(tǒng)和過程提供了高度的信心，即設(shè)備是系統(tǒng)中受信任的參與者，同時(shí)還保持隱私。

7 結(jié)束語(yǔ)

本文總結(jié)了美國(guó)DOT在互聯(lián)汽車發(fā)展中取得的成就、經(jīng)濟(jì)上的投入和獲得的經(jīng)驗(yàn)，主要解決包括互聯(lián)汽車的安全問題，互聯(lián)汽車的機(jī)動(dòng)和互聯(lián)汽車技術(shù)對(duì)環(huán)境的影響問題，通過對(duì)這三方面的階段性的總結(jié)與評(píng)估，為第3階段示范運(yùn)行和維護(hù)提供了輸入、奠定了基礎(chǔ)。這些成就和經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)對(duì)中國(guó)互聯(lián)汽車技術(shù)的發(fā)展有一定的啟發(fā)作用。

美國(guó)互聯(lián)汽車示范項(xiàng)目也產(chǎn)生了大量的數(shù)據(jù)，包括智能汽車數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)、汽車排隊(duì)警示數(shù)據(jù)、ITS傳感器數(shù)據(jù)、車輛編隊(duì)數(shù)據(jù)、信號(hào)系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)、行駛時(shí)間數(shù)據(jù)、基本安全信息、行駛軌跡數(shù)據(jù)、旅行人員信息和信號(hào)階段和時(shí)間數(shù)據(jù)等。這些大數(shù)據(jù)將在第3階段繼續(xù)進(jìn)行挖掘，包括數(shù)據(jù)規(guī)范、數(shù)據(jù)過濾與輸出能力、分析與可視化、數(shù)據(jù)獲取與發(fā)現(xiàn)、公共數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)提供等。

第3階段示范運(yùn)行和維護(hù)（O＆M）主要包括、收集性能數(shù)據(jù)以衡量收益、收集混雜數(shù)據(jù)（用于分析）、靜音期間操作、帶警報(bào)的主動(dòng)操作、可靠性評(píng)估、正在進(jìn)行的運(yùn)營(yíng)和維護(hù)活動(dòng)，包括處理運(yùn)營(yíng)期間的車隊(duì)周轉(zhuǎn)率和正在進(jìn)行的設(shè)備維護(hù)和支持。