載物電氣運輸設備移動性能標準研究*

文/邢 琳 王 萌

2019 年，國際電工委員會（IEC）新設立了一個技術委員會TC 125，專門開展“電氣運輸設備”的國際標準化工作，并給出了該品類的定義：在公共道路和公共空間使用的，由電力驅動的運輸設備。電氣運輸設備可以單獨或同時運輸人員和貨物，可由手動操作，具備自動化功能或全自動運行功能。載物電氣運輸設備（CeT）作為一個品類的名稱，被定義為：主要設計用于物品運輸的電氣運輸設備，其使用的場景主要分為樓宇、半封閉園區和道路等，而作為新興品類，其產品的價值就是通過自主導航的方式完成短途配送運輸，移動過程中可能涉及平直、上下坡、轉彎和過窄門等情況，其移動性能的好壞決定了該類產品是否能代替人力，完成運送任務。因此“電氣運輸設備 第3-2 部分：載物電氣運輸設備移動性能測試方法”（以下簡稱“IEC 63281-3-2”）就典型運行狀態開展測試方法研究，以形成可實現、可復現的測試方法，客觀評價產品的移動性能。

在各國，此類產品可能被稱為“無人配送車”“配送機器人”，相關標準發展情況差異較大。由于該類產品具有智能化、小型化的特點，在代替勞動力、實現短駁配送方面具有巨大的潛在市場，故在樓宇或半封閉園區的落地應用較多。我國在該領域已發布1 項相關的團體標準《智能化無人載物設備通用技術條件》（T/CEEIA597-2022）。

本文結合IEC 63281-3-2 研制的目的，根據標準研制過程中開展的大量測試與驗證，對目前確定的測試條件進行解析。

一、產業現狀

目前，CeT 的產品形態不斷豐富，應用場景日益多樣化。全球市場規模逐年穩定增長，包括科技巨頭、初創公司和傳統汽車制造商在內的眾多企業紛紛加入相關技術的研究，在保障產品安全性的前提下，進一步擴展產品功能、提升產品性能，推動CeT 在更多細分場景下的落地應用。

二、技術特點和發展趨勢

CeT 的功能和性能依靠自動駕駛、物聯網、大數據和云計算等多項技術實現，其中自動駕駛技術是支撐任何場景、任何形態的產品實現自主移動的核心和基礎，包含了傳感與感知、決策與規劃、控制與執行3 個方面。

在傳感與感知中，CeT 使用激光雷達、攝像頭和超聲波傳感器等多種傳感器實時獲取環境信息，并通過多源信息的同步、匹配和通信，將不同傳感器的信息融合，構成包含時間和空間的環境模型，以實現環境感知和場景認知，包括對人員、臺階、其他運輸設備、障礙物和道路幾何等的識別與定位。相較于室內場景，在室外使用的CeT由于天氣、光照和道路交通的復雜性等因素，其感知系統需要融合更多的信息量才能保證結果的真實性，同時對實時性的要求也更高。

CeT 的決策與規劃是在環境感知的基礎上，使用全球定位系統（GPS）、慣性導航系統（INS）、即時定位與地圖構建（SLAM）等技術獲取自身位置、速度和方向等信息，進而通過AI 算法，規劃出從當前位置到目標位置的無碰撞最優移動路徑。

在控制與執行中，CeT 根據規劃路徑下達運動指令，執行結構按指令驅動設備移動。其間，CeT 的速度會受到路面材質、平坦度、寬闊程度和障礙物的影響。因此，CeT 需要借助傳感器的反饋信息，實時調整運動控制策略，包括速度調整、角度調整、邊緣檢測、碰撞檢測和障礙物避讓等，以應對使用場景中的環境與路況變化。

未來，在更多室內外場景下代替人工進行物品配送是CeT 發展的必然趨勢，然而，由于場景的多樣性，其大規模應用還頗具挑戰。要想突破這一制約，高度的安全性能和穩定性能缺一不可。適應各種場景、應對各種突發狀況和降低各種事故風險是CeT 獲得大眾信任的關鍵，而移動性能是其實現配送功能的重要評價對象，受到研發人員、用戶和第三方的高度關注。

三、典型項目研究與解析

1. 測試項目設置邏輯

在快遞物流、酒店餐飲和移動零售等各種室內外場景中，影響CeT 移動性能的因素眾多。因此，IEC 63281-3-2 針對CeT 移動中典型的性能設置測試項目，覆蓋了典型運行路況下預期遇到的典型場景，如轉彎、爬坡和越溝等9 個測試項目。

2. 測試條件設置邏輯

測試條件的設置應確保測試結果的可復現性。IEC 63281-3-2 分別從外部條件和被測對象兩個方面對影響測試結果的各因素進行了細化規定，如路面材質、坡度值、道路寬度、彎道與障礙物等。此外，CeT 自身的配置、電量和負載情況等也會造成性能的差異。

IEC 63281-3-2 要求待測的CeT 應滿足以下條件：調整到制造商指定的典型配置，如額定速度、額定負載等；測試前進行功能檢查，以確保正常運行；測試前，電池至少完成一次充放電循環，完全放電的操作應按照制造商的說明在正常操作下進行；測試前，按照制造商規定充滿電（避免測試中斷和由于電量不足導致性能降低）；在額定負載下進行測試時，額定負載應合理均勻分布。

3. 道路相關項目

道路條件（如路面材質與坡度）是影響CeT移動性能的重要因素。本研究設置室外場景水泥路面或瀝青路面、室內場景地板等道路條件，對CeT 開展測試。研究發現，由于摩擦系數不同，實際運行速度會存在明顯差異，而目前CeT 制造商聲明的行駛速度，并未明確在什么路面進行測試，這也造成了用戶體驗與聲明值之間存在巨大差異。故IEC 63281-3-2 規定：額定速度測試路面材質應根據預期使用場景選擇最嚴苛的材質，摩擦系數在0.75～1.0 之間。

此外，室外道路通常是具有坡度的，甚至會存在坡度較大的拱橋等，室內場景的道路也并不都是平坦的。因此，CeT 能否爬上斜坡、爬坡的速度能否滿足實際的使用需求同樣值得關注。基于上述考慮，本文規定了最大速度、最大爬坡角度和最大爬坡速度3 個項目，以獲取最不利工況下的速度和角度。測試的具體要求與分析見表1。

圖1 最大爬坡角度測試示意圖

表1 測試的具體要求與分析（部分）

表2 CeT 最大爬坡角度試驗配置

4. 場景布局相關項目

CeT 應用的場景眾多，不同場景中的布局也不盡相同。IEC 63281-3-2 綜合考慮了室內和室外場景的特征，選取普遍存在的轉角、窄道和溝槽作為典型布局，考察CeT 能否順利通過室外場景中的路口、路樁和溝渠等，室內場景中的走廊、門框和臺階等。該項目根據上述典型布局，規定了轉彎特性、邊緣檢測和最窄通過寬度3 個項目的測試方法，以衡量CeT 在不同布局下的通行性能。測試的具體要求見表3。

表3 設備額定負載場景布局相關項目測試要求

其中，轉彎特性規定了3 種轉彎類型（見圖2），在CeT 避障功能開啟的情況下進行測試，測量其調頭、轉向所需的最小道路寬度。在邊緣檢測中，IEC 63281-3-2 對模擬溝渠的垂直跌落點尺寸進行了規定，其深度應大于CeT 最大輪子的半徑，寬度應大于最大輪子的直徑，長度應至少為CeT 長度的3 倍，從而確保CeT 進行路徑的決策規劃。在最窄通過寬度中，考慮到CeT 會存在以不同的方向行駛到窄門/窄道入口的情況，因此為保證測試一致性，IEC 63281-3-2 在距離窄門/窄道3 m處規定了進入角度?（見圖3），通過調節?的角度在不同的方向下依次進行最窄通過測試。

圖2 3 種轉彎類型

圖3 最窄通過寬度測試示意圖

5. 障礙物相關項目解析

IEC 63281-3-2 規定了障礙物相關測試項目：障礙物檢測距離、避障、與物體的接觸力。原因是：在CeT 運行過程中，障礙物可謂是無處不在，為避免與障礙物發生碰撞，CeT 應具備檢測感知障礙物并進行決策規劃的能力?？紤]到在感知或避障不及時/失敗的情況下，CeT 與障礙物會發生碰撞，此時不應對人員或物品造成安全威脅。

IEC 63281-3-2 明確了CeT 運行過程中可能遇到的典型障礙物，分析了其對應的實際場景（見表4），并將其歸類為3 種：設施類（墻體、玻璃門、落地窗等）、人員類（人體軀干和人類手臂或腿部）和警示牌（三角架）等。

表4 典型障礙物及其對應的實際場景（部分）

為了保證測試的復現性和結果的穩定性，IEC 63281-3-2 對于障礙物檢測距離、避障、與物體的接觸力都明確規定在額定負載下進行測試，測量都要求3 次。主要要求與分析見表5。

表5 設備額定負載障礙物相關項目測試要求

四、結 語

本文結合CeT 的應用場景，分析了影響其移動性能的主要因素，結合IEC 63281-3-2 研制過程，解析了其中涉及的9 個移動性能測試項目的測試方法。未來，伴隨技術的成熟和立法的推進，道路場景的使用將對移動性能提出更多測試需求。此外，隨著產品形態的多樣化和應用場景的進一步細化，表征CeT 移動性能的指標和測試方法也需要不斷豐富和優化，從而持續為制造商提供產品研發、優化和評估的依據，也為政府和監管機構制定相關法規提供數據參考。目前，IEC 63281-3-2 的測試項目已覆蓋在樓宇或室外半封閉道路移動相關的所有典型的測試項目，可以為企業研發或第三方評定提供規范性的技術支撐。