無人駕駛智能物流大卡開發設計

吳靜茹 陳丹紅 王曉奕 孫辰權一 程文曼

（沈陽航空航天大學安全工程學院，遼寧 沈陽110136）

1 研究背景

“WR 駕駛”是伴隨5G、大數據、人工智能等新一輪技術發展所衍生的一項前沿科技。Uber 已使用WR 駕駛智能物流大卡在亞利桑那州全境送貨。蘇寧、京東等國內電商企業也相繼推出了其L4 級別完全無人重卡研發計劃。

我國目前在無人駕駛技術上已經頗有成就，車輛線控技術的發展成熟為WR 駕駛奠定了技術基礎，車輛動態執行機構動力學由多個電控單元控制，控制元素分布在控制單元（ECU）及執行模塊中，并具備高可靠性及可用性。

2 設計原理

圖1 系統流程

無人駕駛智能物流大卡的目標是L4 級WR 駕駛，當前WR駕駛物流卡車是感知、決策+互聯、執行三個系統的高效配合來實現WR 駕駛。此方案，多傳感器的融合技術、人工智能深度學習技術、視覺分析系統技術、車聯網技術、決策規劃技術、線控改造技術、高精度定位技術、高精度GIS 地理信息技術、車況診斷技術以及天氣路況預測技術等都是需要突破。最重要的，WR駕駛的實現要依賴于特殊場景進行針對性的開發落地和道路基建設計。

2.1 WR 駕駛智能物流大卡道路基建設計

建設WR 駕駛智能物流大卡物流專用車道，要能夠實現車路協同和自動駕駛。通過云計算、大數據和物聯網、人工智能等新一代互聯網技術融合，實現對車道透徹全面、實時準確的感知，掌握每段路、每輛車和每個結構物的現狀并精準預測發展趨勢，這些感知到的數據要通過穩定、大帶寬高速公路通信專網進行傳輸。

道路設施建設內容包括以下幾個方面：設置WR 駕駛專用車道；沿線部署高速率、低延時、高可靠的全覆蓋網絡；加強泛在綜合感知設施裝備的布設，滿足車路協同式自動駕駛需求；服務區建設太陽能產能系統，部署電動汽車充電樁。

2.2 WR 駕駛智能物流大卡產品設計

WR 駕駛智能物流大卡產品設計包括牽引車系列廂式車系列、自動裝卸系統。其中自動裝卸系統可在汽車、快消品、冷鏈、郵政快遞等行業廣泛應用。

2.3 WR 駕駛智能物流大卡的感知系統

感知系統的輸入設備具體包括光學攝像頭（AI 攝像頭）、激光雷達、微波雷達、GPS 高精度定位、慣性導航系統等。光學攝像頭和激光雷達測量共同為WR 駕駛智能物流大卡提供完整準確的外部信息。光學AI 攝像頭采用光學紅外攝像頭與激光攝像頭結合，可完全應對大雨、大霧等惡劣天氣；雷達方面我們采用激光雷達+毫米波雷達+超聲波雷達相結合的方式，并且在雷達上加裝保護罩，保障雷達清潔，防止灰塵、泥土等對雷達的干擾。

圖2 環境感知

2.4 WR 駕駛智能物流大卡的決策系統

決策系統接收感知系發送過來的環境信息圖，結合任務和先驗知識，推導出WR 駕駛智能物流大卡的行駛軌跡，發送給控制系統（圖3）。

2.5 WR 駕駛智能物流大卡的執行控制系統

執行控制系統接收決策系統生成的車輛行駛軌跡，實現路徑跟隨，生成可被執行機構執行的控制指令，并將指令發送給執行系統。控制系統輸入信號為期望軌跡（含速度）信息和車輛狀態信息。輸出信號為方向盤角度信號、油門信號、制動信號的控制指令（圖4）。

圖3 決策系統框架圖

圖4 控制系統結構圖

2.6 WR 駕駛智能物流大卡的線控技術

WR 駕駛感知識別、決策規劃、控制執行三個核心系統中，和傳統汽車零部件行業貼合最近的就是控制執行端，包括驅動控制、轉向控制、制動控制等。線控底盤有五大系統，線控轉向、線控制動、線控換擋、線控油門、線控懸掛。而轉向和制動則是面向自動駕駛執行最核心的產品，其中制動技術難度更高。

2.7 決策與控制中心設計

上層中心可實時的定位車輛以及感知道路的具體情況，并結合車輛自身的感知，實時的采集道路、車輛的整體與個體信息。同時，集成利用5G 通訊技術、AI 人工智能、大數據、云計算以及量數據挖掘等最前沿的技術手段對WR 駕駛智能物流大卡進行全局性、總覽性、預測性以及規劃性的總體決策與控制。

2.7.1 上層人機交互與UI 展示

WR 駕駛物流車輛的上層人機交互，包括人為指令的下達、數據的調取、數據的分析展示等需要通過主控計算機、主控大屏以及友好的UI 界面進行展示。方便指揮管理人員總覽整個WR 駕駛系統的運行情況。

2.7.2 應急接管平臺

作為WR 駕駛系統的必備控制手段，遠程接管遙控駕駛在處理緊急突發情況時發揮著重要的作用。中心應具備多工位的遙控駕駛平臺，當WR 駕駛系統中的某些車輛出現特殊情況時，且必須人工干預的情況下，可由上層中心遠程快速接管駕駛這些車輛，同時控制車輛的一系列行駛行為。

2.7.3 系統穩定運行保障機制

為保證系統的穩定安全運行，系統各環節的狀態監測以及故障報警，尤其是針對5G 基站、差分基準站、路基傳感器、攝像頭等重要設備。

異地容災系統（包括軟硬件異地容災，包含服務器、關鍵服務和關鍵數據庫容災）。

云服務以及網絡安全機制。

3 創新特色

系統應用車路協同的方式，將卡車與道路環境的個體信息與總體信息做綜合采集，通過無人機以及SLAM等技術實時的生成的高精度地圖。同時道路全覆蓋5G 通訊基站、視頻監控、氣象傳感器等設備。在大數據以及AI 人工智能的支撐下，云服務中心綜合指揮與控制WR 駕駛的行駛、預警、健康監測、維修保養、生產指揮等調度與管理。

4 應用前景

隨著5G、人工智能、大數據和云計算等新一代信息技術的發展，WR 駕駛研究已經蓬勃興起，WR 駕駛智能物流大卡已成為當下研究的熱點，目前WR 駕駛智能物流大卡已成功在礦山、物流園區、港口等可控的封閉場景實現商業應用。建立智慧化物流通道，構建快速暢通的貨運物流道路體系已成為發展趨勢。

物流卡車作為現代交通貨物運輸的重要工具，在經濟發展中起著舉足輕重的作用，加速研究開發“WR 駕駛智能物流大卡”打造智能物流通道工程，將智能網聯WR 駕駛智能物流大卡技術與物流通道結合，實現智能物流，此舉將是WR 駕駛推動新一輪科技革命和產業變革的重要抓手。