艾凌風(fēng)

摘 要：基于場端智能的自動泊車系統(tǒng)是一種重要的車路協(xié)同應(yīng)用案例。針對此類系統(tǒng)當(dāng)前行業(yè)痛點(diǎn)，文章創(chuàng)新性地提出了場端基礎(chǔ)設(shè)施安全即服務(wù)（Safety as a Service）架構(gòu)，通過將場端功能模塊化、服務(wù)化，顯著降低了車端適配難度，擴(kuò)大了智能基礎(chǔ)設(shè)施適用范圍，有助于推動智能駕駛從L2向L4及以上平滑演進(jìn)，加速產(chǎn)業(yè)化落地。

關(guān)鍵詞：自動泊車系統(tǒng) 智慧停車場 安全即服務(wù) 合作式智能交通系統(tǒng)

1 引言

隨著智能化和網(wǎng)聯(lián)化的浪潮席卷全球汽車產(chǎn)業(yè)，自動泊車系統(tǒng)（Automated Parking Systems）作為智能交通體系的重要組成部分，正在逐漸成為連接車輛和基礎(chǔ)設(shè)施的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。在中國，特別是在政策推動和技術(shù)進(jìn)步的雙重影響下，自動泊車技術(shù)迎來了迅猛發(fā)展。本文聚焦于自動泊車系統(tǒng)中場端智能的應(yīng)用，識別當(dāng)前技術(shù)落地的痛點(diǎn)，并提出了一種基于場端智能的安全即服務(wù)（Safety as a Service， SaaS）架構(gòu)。

2 緒論

2.1 研究目的及意義

當(dāng)前，中國汽車工業(yè)在電氣化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化和共享化方面都做出了非常多創(chuàng)新的、規(guī)?；膽?yīng)用[1]。依托完善的基礎(chǔ)設(shè)施和人工智能領(lǐng)域龐大的人才隊伍，我國汽車智能化發(fā)展有著廣闊的前景[2]。

與此同時，高級別自動駕駛在經(jīng)歷快速發(fā)展期后，近年顯示出降溫趨勢，其原因是多方面的：一是商業(yè)模式不清晰，未能孵化出可規(guī)?；茝V的成熟模式；二是消費(fèi)者接受程度不及預(yù)期；三是高級別自動駕駛功能可用度和安全性不及預(yù)期。為此，我們有必要加速汽車產(chǎn)業(yè)、交通產(chǎn)業(yè)與通信產(chǎn)業(yè)的跨界融合發(fā)展，加快智能網(wǎng)聯(lián)與高階自動駕駛功能融合方案的產(chǎn)業(yè)化落地。

2.2 自動泊車功能發(fā)展現(xiàn)狀

2.2.1 單車智能發(fā)展現(xiàn)狀

目前，最廣泛采用的自動駕駛分級標(biāo)準(zhǔn)由國際汽車工程師協(xié)會（SAE）提出。該標(biāo)準(zhǔn)將自動駕駛技術(shù)水平劃分為6個等級：即L0級別的人類駕駛、L1級別的輔助駕駛、L2級別的部分自動駕駛、L3級別的有條件自動駕駛、L4級別的高度自動駕駛及L5級別的完全自動駕駛[3]。

我國單車智能市場滲透率正快速提升，以泊車功能為例，L0、L1基本輔助駕駛功能（倒車輔助等）已廣泛應(yīng)用；L2級及L2++功能（APA、RPA、HPA等）正在進(jìn)入加速量產(chǎn)階段。L3、L4級VPA/AVP功能也正在限定區(qū)域進(jìn)行測試和商業(yè)落地探索。

2.2.2 場端智能發(fā)展現(xiàn)狀

目前，對于停車場智能基礎(chǔ)設(shè)施的能力等級的劃分尚未形成國家標(biāo)準(zhǔn)，但各地已陸續(xù)出臺智慧停車場相關(guān)技術(shù)要求。以上海為例，《上海市智慧停車場（庫）建設(shè)技術(shù)導(dǎo)則（試行）》中規(guī)定，智慧停車系統(tǒng)按其智慧化程度可分為G1、G2、G3 三個等級：G1 級為停車場（庫）智慧停車系統(tǒng)，應(yīng)具備地圖、泊位感知、行人定位、反向?qū)ぼ嚨瘸跫壷腔弁＼嚪?wù)；G2 級在滿足G1級別功能基礎(chǔ)上，提供空泊位導(dǎo)航，尋車導(dǎo)航，精準(zhǔn)泊位預(yù)約等中級智慧停車服務(wù)；G3 級在滿足G2級別功能基礎(chǔ)上通過加裝場端感知系統(tǒng)和路側(cè)通信單元（V2X），實現(xiàn)智能泊車與車場協(xié)同，支持自動駕駛落地。地方政府正在大力推廣高級別自動駕駛停車場端基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，其主要目的是通過車路協(xié)同方式，支持智能泊車，推動自動駕駛落地。

從產(chǎn)業(yè)界來看，市面上已有多家企業(yè)發(fā)布了了支持高級別自動泊車的場端技術(shù)方案，例如：聯(lián)通智網(wǎng)在ITS大會上發(fā)布的”5G+AI智慧泊車服務(wù)系統(tǒng)“；通過在場端布置激光雷達(dá)、攝像頭等傳感器為車輛提供安全預(yù)警功能；還可通過室內(nèi)北斗為車輛提供定位支持；博世AVP解決方案，則通過場端雙目攝像頭與邊緣計算設(shè)備，代替車輛進(jìn)行感知和規(guī)劃，并由車端進(jìn)行執(zhí)行；禾多科技發(fā)布的 HoloParking AVP 解決方案；運(yùn)用車端、場端和高精地圖“三端合一”技術(shù)實現(xiàn)車輛自主尋車位、泊入、取車等代客泊車功能。

2.2.3 行業(yè)痛點(diǎn)

需要指出的是，盡管針對自動泊車技術(shù)的技術(shù)研發(fā)和標(biāo)準(zhǔn)制定均已取得了長足的進(jìn)步，但絕大多數(shù)功能仍為L2級別，難以真正解決泊車難的問題。同時，基礎(chǔ)設(shè)施端面臨投資大，回報周期長，車輛少等問題，沒有形成良好地商業(yè)模式。概括而言，當(dāng)前高級別自動泊車商業(yè)落地仍面臨以下主要問題：一是高智能場端基礎(chǔ)設(shè)施向下兼容能力不佳；二是車端智能長尾效益明顯，預(yù)期安全難以滿足，駕駛員需在環(huán)[4]；三是車場融合方案權(quán)責(zé)不清；四是通信方式不統(tǒng)一。

3 智能基礎(chǔ)設(shè)施安全即服務(wù)架構(gòu)設(shè)計

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)

本研究描述的系統(tǒng)架構(gòu)是一類系統(tǒng)的抽象形式，可結(jié)合市面上相關(guān)智能基礎(chǔ)設(shè)施泊車系統(tǒng)實施。常見的高級別自動泊車智慧基礎(chǔ)設(shè)施通常包含以下主要模塊：一是場端感知系統(tǒng)，由按需布置的激光雷達(dá)、單目及雙目攝像頭組成，可實時檢測停車場環(huán)境，定位目標(biāo)車輛和障礙物；二是場端控制系統(tǒng)，可對感知結(jié)果進(jìn)行融合并根據(jù)環(huán)境下達(dá)泊車過程中的控制指令、定位數(shù)據(jù)和路徑信息；三是場端通信模塊，用于收發(fā)泊車過程中需要的消息[5]。此外，該系統(tǒng)應(yīng)至少提供一種滿足IEC61508 SIL2等級要求的安全機(jī)制。

在假定車端具備L2++自動泊車功能的前提下，本文將重點(diǎn)介紹該車輛如何通過使用本系統(tǒng)提供的安全即服務(wù)能力，實現(xiàn)部分或全部的L4級高階泊車功能，系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1所示。

3.2 關(guān)鍵技術(shù)

3.2.1 車場通信

車場通信包含兩方面內(nèi)容，其一是用于傳輸服務(wù)請求、認(rèn)證信息以及業(yè)務(wù)邏輯數(shù)據(jù)的傳輸通道，由于涉及到多個系統(tǒng)之間的城域或跨城域數(shù)據(jù)交換，業(yè)界比較通用做法是使用基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)的移動通信方式。其二是用于傳輸場端控制信息等安全相關(guān)消息的傳輸通道，當(dāng)前常用方案包括5G、Wi-Fi和C-V2X。

本方案選擇使用C-V2X作為主要通信方式。C-V2X是融合蜂窩通信與直通通信的車聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)，它可以提供兩種互補(bǔ)的通信模式：一種是基于PC5接口的直通模式；另一種是基于 Uu 接口實現(xiàn)的蜂窩網(wǎng)絡(luò)通信[6]。該技術(shù)的主要優(yōu)勢包括：一是能提供針對車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的低時延、高可靠V2X通信能力；二是國家大力推廣，前裝滲透率快速上升；三是協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化程度高。

3.2.2 服務(wù)發(fā)布

具備安全即服務(wù)能力的停車場基礎(chǔ)設(shè)施，可以通過兩種方式向外發(fā)布服務(wù)信息：一是通過云平臺發(fā)布服務(wù)信息；車輛在到達(dá)停車場前就可以通過接口獲取支持的停車場及其能力，以及該服務(wù)覆蓋范圍（電子圍欄）；二是通過RSU設(shè)備向覆蓋范圍內(nèi)的車輛廣播服務(wù)信息及覆蓋范圍。

進(jìn)入SaaS模式后，場端以100ms周期向車發(fā)送安全行駛令牌，上述軟件則需要對令牌進(jìn)行校驗，校驗的內(nèi)容包括令牌有效期和令牌中攜帶的車輛安全行駛動態(tài)指標(biāo)（是例如最大速度、前輪最大最小轉(zhuǎn)角等）。只有當(dāng)令牌有效且動態(tài)指標(biāo)滿足條件時，車輛繼續(xù)行駛，否則安全即服務(wù)客戶端軟件會覆寫ADAS系統(tǒng)控制指令，觸發(fā)制動。即在使用SaaS服務(wù)并切換到L4模式后，行駛令牌具有最高優(yōu)先級。該軟件在運(yùn)行時會在車端記錄所有令牌消息，可用于結(jié)合車端其他數(shù)據(jù)、圖像進(jìn)行事故定責(zé)。

3.2.3 系統(tǒng)狀態(tài)機(jī)

車端在請求安全服務(wù)后，會經(jīng)歷如圖2所示狀態(tài)轉(zhuǎn)移過程：1. 從L2泊車狀態(tài)進(jìn)入轉(zhuǎn)移過程，此過程可發(fā)生在交接點(diǎn)或行駛過程中；2. 進(jìn)行車場雙向認(rèn)證，成功后進(jìn)行時間同步并啟動SaaS服務(wù)；3. 當(dāng)收到第一個有效的SaaS行駛令牌后，安全責(zé)任由車端轉(zhuǎn)移到場端；4. 進(jìn)入L4泊車行駛狀態(tài)，場端每100ms發(fā)送一個SaaS行駛令牌到車端，僅當(dāng)令牌有效時車輛可以行駛，否則車輛制動；5. 車輛制動后進(jìn)入安全靜止?fàn)顟B(tài)，僅當(dāng)再次收到有效的令牌時重新進(jìn)入行駛狀態(tài)；6. 泊車成功或因不可恢復(fù)錯誤進(jìn)入結(jié)束狀態(tài)。

3.2.4 安全即服務(wù)客戶端軟件

安全仲裁由部署在車端的安全即服務(wù)軟件執(zhí)行。該軟件部署在車端滿足ASIL-B等級的ECU中，通信功能可部署在OBU設(shè)備中；安全令牌轉(zhuǎn)發(fā)時需要進(jìn)行加密。

進(jìn)入SaaS模式后，上述軟件會收到場端以100ms周期向車發(fā)送安全行駛令牌并對其校驗，校驗的內(nèi)容包括令牌有效期和令牌中攜帶的車輛安全行駛動態(tài)指標(biāo)（是例如最大速度、前輪最大最小轉(zhuǎn)角等）等。若令牌有效且動態(tài)指標(biāo)滿足，車輛繼續(xù)行駛，否則SaaS軟件會覆寫ADAS系統(tǒng)控制指令，觸發(fā)制動。即在使用SaaS服務(wù)并切換到L4模式后，行駛令牌具有最高優(yōu)先級。該軟件在運(yùn)行時會在車端記錄所有令牌消息，可用于結(jié)合車端其他數(shù)據(jù)、圖像進(jìn)行事故定責(zé)。

3.3 典型場景分析

圖3所示為一G3級停車場，該場端滿足ISO 23374規(guī)定的Type2類型要求[7]，但僅能向同樣符合標(biāo)準(zhǔn)的車輛提供L4等級的服務(wù)，因此適配車輛少，向下兼容性差。經(jīng)本研究進(jìn)行安全功能服務(wù)化改造后，該場端可在其傳感器覆蓋區(qū)域提供SaaS（安全即服務(wù)）服務(wù)，服務(wù)兼容ISO 23374規(guī)定的三種類型車輛并能夠向L0-L4級的自動駕駛車輛提供服務(wù)。

典型應(yīng)用場景如圖3所示：首先，車輛入場后基于車端智能進(jìn)行自動泊車，并運(yùn)行在輔助駕駛模式（L2/L2++），駕駛員需進(jìn)行監(jiān)控；當(dāng)收到路端RSU或云端發(fā)布的SaaS服務(wù)后，行駛至交接點(diǎn)進(jìn)行認(rèn)證并啟動SaaS服務(wù)，切換為自動駕駛模式（L4），駕駛員移出責(zé)任鏈。車輛行駛過程中，場端傳感器會以”上帝視角“監(jiān)控整個區(qū)域，可有效解決車輛傳感器盲區(qū)等問題。當(dāng)檢測到危險時，場端停止發(fā)送有效的行駛令牌，觸發(fā)車輛制動。在整個過程中，車輛依靠車端智能進(jìn)行定位、巡航、泊車等操作。僅有安全仲裁能力在權(quán)責(zé)交接后由場端代理，此時場端安全指令具有最高優(yōu)先級。

4 結(jié)束語

本研究從智能基礎(chǔ)設(shè)施安全機(jī)制服務(wù)化角度出發(fā)，基于安全即服務(wù)模式有效地解決了前文所述的當(dāng)前智慧停車場基礎(chǔ)設(shè)施所面臨的諸多問題。另一方面，本系統(tǒng)還存在如下可改進(jìn)點(diǎn)：一是進(jìn)一步推進(jìn)C-V2X標(biāo)準(zhǔn)化以及車輛SaaS軟件標(biāo)準(zhǔn)化，降低集成門檻；二是進(jìn)一步提高系統(tǒng)的適用范圍，例如支持室外停車場；三是進(jìn)一步提高場端系統(tǒng)模塊化能力，使系統(tǒng)可集成停車場已有傳感器和其他設(shè)備，降低場端建設(shè)成本，縮短建設(shè)周期。

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[7]ISO 23374-1：2023. Intelligent Transport Systems - Automated Valet Parking Systems （AVPS） - Part 1： System Framework， Requirements For Automated Driving And For Communications Interface[S]. 2023.