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1.3 智能网联汽车创新应用场景分类
《路线图》旨在梳理不同场景下智能网联汽车的应用现状、存在的问题与实现路径。为了更好地对智能网联汽车应用场景进行分类,《路线图》同时结合我国道路与自动驾驶应用特点,从车辆的行驶环境和主要行驶速度两个维度,对当前智能网联汽车主要应用场景进行了分类,选取典型场景作为《路线图》的研究对象。
1.3.1 智能网联车辆行驶环境
我国道路按照使用特点,可分为公路、城市道路、专用公路(比如厂矿道路、林区道路)。除对公路和城市道路有明确的等级划分标准外,对林区道路、厂矿道路和乡村道路一般不再划分等级。
具体来看,公路按照技术等级可分为高速公路、一级公路、二级公路、三级公路和四级公路。依据《中华人民共和国公路法》第六条,公路按其在公路路网中的地位分为国道、省道、县道和乡道,并按技术等级分为高速公路、一级公路、二级公路、三级公路和四级公路。
城市道路可分为快速路、主干路、次干路和支路四个等级。CJJ 37—2012《城市道路工程设计规范》指出,城市道路应按道路在道路网中的地位、交通功能以及对沿线的服务功能等,分为快速路、主干路、次干路和支路四个等级。其中,快速路应中央分隔、全部控制出入、控制出入口间距及形式,应实现交通连续通行,单向设置不应少于两条车道,并应设有配套的交通安全与管理设施,快速路两侧不应设置吸引大量车流、人流的公共建筑物的出入口;主干路应连接城市各主要分区,应以交通功能为主,两侧不宜设置吸引大量车流、人流的公共建筑物的出入口;次干路应与主干路结合组成干路网,应以集散交通的功能为主,兼有服务功能;支路宜与次干路和居住区、工业区、交通设施等内部道路相连接,应以解决局部地区交通,以服务功能为主。
此外,参考GB 50180—2018《城市居住区规划设计标准》、GB/T 51294—2018《风景名胜区详细规划标准》等国家标准,居住区设施道路、风景名胜区、停车场库等封闭性区域,一般属于配建设施,并不属于城市道路。
从现阶段高级别自动驾驶较常见的应用情况来看,《路线图》所研究的行驶环境主要包括高速公路、城市道路和封闭区域道路等,而一级公路、二级公路、三级公路、四级公路暂不纳入《路线图》研究范围内。
综上所述,各类道路的主要用途与特点见表1-1,表中对是否封闭、是否混行、是否限定社会车辆或行人进行了归纳。
表1-1 道路主要用途与特点
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上述道路中,高速公路与快速路在行驶空间上较为封闭,要限制机动车或行人的出入,不存在行人与非机动车混行的情况,在《路线图》中将以上两种行驶环境划分为高速公路。
城市主干路与次干路不属于封闭空间,具备不限定机动车与行人出入等特点,存在机动车与行人混行,对自动驾驶系统具有类似的场景要求,在《路线图》中将以上两种行驶环境划分为城市道路。
园区、景区等场景以及城市支路,一定程度上限制社会机动车或行人通过,在空间上属于半封闭状态,在《路线图》中将包含支路在内的半封闭行驶区域归为限定区域。
封闭性区域中的停车场、矿山、港口等场景行驶的道路一般属于内部道路,通常不存在社会车辆,业主方对以上场景具有较强的规划主导性,负责其建设施工和维护保养,在《路线图》中将此类行驶环境划分为封闭区域。
综上,智能网联车辆行驶环境见表1-2。
表1-2 智能网联车辆行驶环境
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1.3.2 智能网联车辆主要行驶速度
根据JTG B01—2014《公路工程技术标准》规定,公路中的高速公路设计速度范围为80~120km/h,一级公路设计速度范围为60~100km/h,二级公路设计速度范围为60~80km/h,三级公路设计速度范围为30~40km/h,四级公路设计速度范围为20~30km/h。
根据CJJ 37—2012《城市道路工程设计规范》规定,城市道路中的快速路设计速度范围为60~100km/h,主干路设计速度范围为40~60km/h,次干路设计速度范围为30~50km/h,支路设计速度范围为20~40km/h。值得注意的是,停车场、港口、矿山等封闭区域的行驶速度更多取决于相关管理方的规定。
此外,主要行驶速度区间设计充分参考了联合国《自动车道保持系统》(Automated Lane-Keeping Systems, ALKS)法规。2020年6月,UN/WP29(联合国世界车辆法规协调论坛)通过了《自动车道保持系统》法规,目前该国际法规将自动车道保持系统运行速度限制在60km/h以内。
2021年年初,美国交通部(USDOT)发布“自动驾驶汽车综合计划”(Automated Vehicles Comprehensive Plan),提到无人低速小车行驶速度限制在25mile/h(约为40km/h)以内,同时,USDOT对Nuro车辆的豁免申请,其行驶速度上限也是25mile/h。
综合以上标准法规对行驶速度的设计和规定,《路线图》以40km/h、60km/h为节点,见表1-3,将智能网联车辆的主要行驶速度划分为较低速度(小于40km/h)、中等速度(40~60km/h)和较高速度(60~100km/h)。
表1-3 智能网联车辆主要行驶速度区间
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1.3.3 智能网联车辆多种典型场景
从近年来国内外智能化、网联化技术应用的场景来看,在封闭区域内,主要有停车场(库)、港口、厂区、矿山等场景形成了较为广泛的自动驾驶应用。在较低速度下运行的主要应用场景有停车场(库)泊车、场内货运(港口、厂区)、矿山重载货运等。受道路限制,封闭区域一般没有中等速度或较高速度行驶的场景。
在限定区域内,自动驾驶微循环客车已在多地园区、景区中得到了大量应用,应用于末端物流配送、环卫清扫、巡逻侦察等场景的多功能无人车辆也开始进行测试示范。从主要行驶速度来看,较低速度主要应用场景有园区/景区通勤、末端配送、环卫清扫,中等速度主要应用场景有巡逻侦察、专用车道快速公交自动驾驶等。
在城市道路内,行驶环境较为复杂,且车速一般为中等行驶速度,Robotaxi成为该场景下的代表性应用。Robotaxi是通过高级别自动驾驶系统代替人工驾驶人进行驾驶,在可行驶范围内提供“门到门”智能出行服务的载客车辆。作为出行即服务(Mobility as a Service, MaaS)的关键组成,Robotaxi能够有效避免人为因素引发的事故,降低用户出行成本,提高公众出行的便利性和环保性。
在高速路(包括高速公路和城市快速路)内,行驶环境较为简单,但行驶速度一般为较高行驶速度,其主要应用场景有高速公路乘用车自动驾驶、高速公路货车自动驾驶(干线运输[1])等。
典型场景划分见表1-4。
表1-4 典型场景划分
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按表1-4中的分类方式,《路线图》梳理了11个典型场景,在研究过程中按照车辆用途进一步归类,分为乘用车、客运车辆、货运车辆、多功能车辆,提供出行、物流配送、特种作业等服务。
乘用车应用场景包括停车场(库)泊车、Robotaxi、高速路自动驾驶(HWP)。客运车辆应用场景包括园区/景区通勤、专用车道快速公交自动驾驶。货运车辆应用场景包括干线物流、场内货运(港口、厂区等)、矿山重载货运。多功能车辆应用场景包括末端配送、环卫清扫、巡逻侦察。典型场景专题研究划分见表1-5。
表1-5 典型场景专题研究划分
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根据表1-5中的场景分类,为梳理特定场景、不同区域的问题和实践路径,通过11个场景应用研究专题组,分别开展停车场(库)泊车、Robotaxi、乘用车高速公路自动驾驶、通勤客车、专用车道快速公交自动驾驶、货车高速公路自动驾驶、场内货运、矿山运输、末端配送、环卫清扫、巡逻侦察等专题研究。
此外,为了更好地使不同场景研究形成联动性,特设置无缝化服务专题组与数据专题组。无缝化服务专题组围绕智慧园区、智慧景区、智慧交通、智慧物流、智慧作业5大智慧单元,重点研究不同场景下智能网联汽车应用如何形成联动性,通过智慧城市、智能交通与智能网联汽车深度融合发展战略,实现高效的城镇智能交通系统。数据专题组旨在研究智能网联汽车数据在存储、传输、使用等方面存在的问题与解决方案,重点研究本地收集、数据处理和数据存储,数据上传与迁移,边缘侧数据处理与核心侧数据存储等核心问题。
中国智能网联汽车产业创新联盟、国汽(北京)智能网联汽车研究院有限公司作为总体编写组,联合重点企业、专业机构作为专题组编写单位,共同研究、编制《路线图》,以期为相关政府部门出台政策法规,为研究机构和智能网联汽车企业等制订战略规划、推广示范应用提供借鉴与参考。
[1] 干线运输是指在运输网中起骨干作用的线路运输。按分布的区域范围划分,一般跨越省、区(市)运输线(包括铁路线、内河航线、沿海航线、航空线以及公路线等)所完成的客货运输为干线运输;省、区(市)范围内的运输线上的客货运输为支线运输。