過去十多年，自動駕駛發(fā)展路線主要基于單車智能，主要包括兩種技術路線。一種是以Waymo為代表，通過多線激光雷達來進行環(huán)境感知；另一類是以特斯拉為代表，依賴于攝像頭，同時運用大量的深度學習算法來進行環(huán)境感知。

近幾年，中國一直主推網(wǎng)聯(lián)式（或車路協(xié)同）自動駕駛路線，而歐洲和美國近年也開始推動協(xié)同式或網(wǎng)聯(lián)式自動駕駛。

美國聯(lián)邦公路管理局領導的CARMA計劃，歐洲道路運輸研究咨詢委員會ERTRAC推動的Connected Automated Driving，以及2019年歐盟聯(lián)合美國、日本成立的新聯(lián)盟ARCADE（Aligning Research & Innovation for Connected and Automated Driving in Europe），都是希望通過自動駕駛車輛與道路基礎設施的協(xié)同開發(fā)來改善交通狀況，推動協(xié)同式自動駕駛。

歐洲的網(wǎng)聯(lián)式自動駕駛發(fā)展概況

2019年3月，歐洲道路運輸研究咨詢委員會（ERTRAC）更新發(fā)布了”Connected Automated Driving Roadmap”，強調協(xié)同互聯(lián)的內涵，增加了網(wǎng)聯(lián)式自動駕駛的內容。

ERTRAC的Connected & Automated Driving路線圖

來源：ERTRAC

該路線圖明確提出基于數(shù)字化基礎設施支撐的網(wǎng)聯(lián)式協(xié)同自動駕駛（Infrastructure Support levels for Automated Driving，ISAD）。

基于數(shù)字化基礎設施支撐的網(wǎng)聯(lián)式協(xié)同自動駕駛(ISAD)  

來源：國汽智聯(lián)

在上表中，不難看出基礎設施呈現(xiàn)出數(shù)字化、網(wǎng)聯(lián)化的特征，表現(xiàn)出更智能、更豐富的功能實現(xiàn)，使自動駕駛技術向著網(wǎng)聯(lián)式協(xié)同決策方向探索。

歐盟正在奧地利和西班牙組織開展INFRAMIX示范項目，來驗證ISAD中數(shù)字化基礎設施對未來網(wǎng)聯(lián)式自動駕駛車輛的支撐能力，以支持自動駕駛汽車與傳統(tǒng)汽車混流行駛的發(fā)展階段。INFRAMIX項目由奧地利AustriaTech公司聯(lián)合寶馬、西門子、TOMTOM等十余家單位共同發(fā)起開展的自動駕駛驗證項目。主要內容包括研究開發(fā)數(shù)字化道路基礎設施，并升級改造傳統(tǒng)道路基礎設施；開發(fā)車輛與基礎設施協(xié)同仿真環(huán)境，設計新的交通監(jiān)測、評估、控制策略；評估社會接受度與交通安全情況，制定道路基礎設施分級等。該項目得到歐盟支持并正在奧地利、西班牙等地開展相關測試工作，項目周期2017年-2020年。

在ERTRAC網(wǎng)聯(lián)式自動駕駛路線圖（Connected Automated Driving Roadmap）中，ERTRAC的互聯(lián)互通和自動駕駛工作組（Connectivity and Automated Driving Group）專家對基礎設施進行了等級劃分，其目的是描述自動駕駛車輛對交通路網(wǎng)設施不同區(qū)塊的差異化要求。

例如，在“ISAD級別應用示意圖”中，對于容易出現(xiàn)交通阻塞的合流匝道位置，需要建設A級基礎設施來進行交通控制（藍色區(qū)塊）；對于一些交通運行較為順暢的快速路段，僅需要建設C級基礎設施來提供動態(tài)信息給行駛車輛（黃色區(qū)塊）；而對于二級公路網(wǎng)絡可以建設D級基礎設施，而在一些鄉(xiāng)村地區(qū)不需要智能化的基礎設施配套。

ISAD級別應用示意圖

來源：USDOT

美國協(xié)同式自動駕駛與CARMA平臺

美國協(xié)同式自動駕駛研究項目專注于交通干線和高速公路，目的在于安全地提高運作效率并且最大化美國城鄉(xiāng)道路通行能力。如降低交叉路口20%車輛的燃油消耗、節(jié)省10%的燃油以及使現(xiàn)有車道的通行能力加倍。項目周期為2018-2020年。

來源：USDOT

下圖是單車自動駕駛系統(tǒng)與多車協(xié)同式自動駕駛系統(tǒng)的對比。從圖中可以看出在市場滲透率相同的情況下，越多車輛的協(xié)同式自動駕駛系統(tǒng)，能夠帶來越高的道路通行能力。

來源：USDOT

CARMA指協(xié)同式駕駛出行應用研究項目（CARMA: Cooperative Automation Research Mobility Applications）。

美國聯(lián)邦公路管理局(FHWA)開發(fā)了CARMA平臺和CARMA云，以支持協(xié)同式自動駕駛的研究和開發(fā)，并使新的交通系統(tǒng)管理和運營(TSMO)戰(zhàn)略能夠安全運行。CARMA平臺是一個開源軟件平臺，由FHWA發(fā)起，用于測試和評估協(xié)同式自動駕駛。

CARMA平臺是一個自動駕駛系統(tǒng)，它允許自動駕駛車輛通過通信與基礎設施（例如交通信號燈）和其他車輛進行交互和協(xié)作。通過使用CARMA云實時提供道路前方的信息（例如工作區(qū)，交通事故，天氣等），CARMA平臺使自動駕駛車輛能夠與基礎設施和其他車輛進行交互和協(xié)作，從而實現(xiàn)更安全，更多貨物和服務的有效流動。

CARMA于2014年啟動開發(fā)和概念的初步證明，現(xiàn)在稱為 CARMA1。接下來，CARMA2在2018年遷移到機器人操作系統(tǒng)（ROS）架構，并且可以在GitHub上使用。CARMA3的開發(fā)于2018年8月開始，目前正在使用敏捷軟件開發(fā)進行公開開發(fā)。

CARMA的演變歷程如下：

CARMA 1 (2014-2016)

• 概念的初步印證
  

• 個體應用收集

• 在MicroAutobox上運行Simulink/dSpace

• 開發(fā)多種算法

• 列隊算法
  

• 改進EAD(eco-approach and Departure)算法

• 改進速度協(xié)調算法

• 改進變道合并算法

• 發(fā)展自動化車輛測試能力

• 演示在5臺 SAE L1 自動駕駛車輛上啟用CACC（協(xié)同式自適應巡航）

來源：USDOT

CARMA 2 (2016-2018)

CARMA 階段2目標如下：

• SAE L1級自動駕駛（速度控制），可進行L2級
  

• 基于ROS

• 靈活性：可以安裝于各種類別的車型上

• 接受應用于研究的第三方插件 (算法)

• 新的CARMA 2研究平臺（開放資源）

• 算法發(fā)展（開放資源）

來源：USDOT

CARMA 2協(xié)同式自動駕駛研究的算法包括：

• 速度協(xié)調（受云端控制的速度控制）
  

• 車輛列隊行駛（引領者-跟隨者）

• 協(xié)同式車道變更（V2V）

• 協(xié)同式坡道合并（V2I）

• 進入與駛離 （交叉路口多信號控制）

來源：USDOT

USDOT與佛吉尼亞交通部以及Transurban于2018年6月完成協(xié)同式自動駕駛汽車完整的測試，該測試的目的在于研究速度協(xié)調、車輛列隊行駛、在單車道坡道入口處的協(xié)同式合并，以及管理協(xié)同式自動駕駛汽車的專用設施。

來源：USDOT

CARMA 2運用5個插件和42000行代碼完成了在亞伯丁測試中心24天共22000英里的封閉道路測試。通過機器人操作，實現(xiàn)人機交互界面（HMI）顯示相關駕駛信息。CARMA 2的ROS系統(tǒng)包括了指導/路徑規(guī)劃插件、車輛環(huán)境信息（V2V/V2I交通、傳感器融合等）以及設備驅動等。

CARMA 2協(xié)同式自動駕駛研究出行應用的軟件架構

來源：USDOT

CARMA 3 (2018-2020)

CARMA 3階段，USDOT主要與美國聯(lián)邦高速公路管理局、美國聯(lián)邦汽車運輸安全管理局、智能交通系統(tǒng)聯(lián)合規(guī)劃辦公室以及Volpe國家運輸系統(tǒng)中心合作，完成協(xié)同式自動駕駛、交通管理、標準、合作、公共安全、貨運及數(shù)據(jù)等工作。主要目標如下：

• SAE L2級自動駕駛（速度和轉向控制），可進行L3級
  

• 更復雜的協(xié)作列表，譬如V2V

• 增強的變道合并編排

• 增強的列隊行駛（轎車與卡車）

• 強調TSMO的基礎設施交互（工作區(qū)、交通事故管理、天氣等）

• 應急車輛應用與交互

來源：USDOT

CARMA 3 發(fā)展里程碑

來源：USDOT

CARMA 3階段開發(fā)采用了CARMA平臺和Autoware平臺。

來源：USDOT

來源：USDOT

CARMA 3階段由3個沖刺周期、6個季度性在線研討會、7輛配備自動駕駛系統(tǒng)的車輛以及無數(shù)個合作伙伴完成。通過ROS系統(tǒng)實現(xiàn)人機交互界面（HMI）顯示相關駕駛信息。運用ROS系統(tǒng)以及LIDAR完成相應的任務。CARMA 3作為在開放式環(huán)境下開發(fā)出來的平臺，運用敏捷的軟件開發(fā)過程以與相關團體進行合作。

來源：USDOT

美國交通部、 Saxton交通運行實驗室等研發(fā)部門與基礎設施運營商、私人企業(yè)、公共代理機構以及學術界等合作伙伴利用GitHub平臺進行合作、構建及部署相關資源。

CARMA 3階段引入了CARMA云。

CARMA云是一種可下載的，基于云的OSS服務，促進云服務和車輛之間的通信。CARMA云提供支持協(xié)同式自動駕駛研究的仿真功能，包括建立類似于運輸管理中心（TMC）的仿真，以便與支持CARMA的車輛進行交互。

CARMA云是交通系統(tǒng)管理與運營的網(wǎng)絡化管理概念，利用在地理圍欄內應用的規(guī)則參數(shù)來支持TSMO應用案例，其包括但不限于：

• 理想的速度：發(fā)送限速信息或者減速信息的能力（例如55英里每小時）
  
• 理想的跟車距離：以秒為單位的單車間隙控制（例如1.0秒時間間隔）
• 理想的隊列內部跟車距離：以秒為單位的隊列內部間隙控制（例如0.8秒時間間隔）
• 隊列規(guī)格限制：設置隊列規(guī)格（例如2、3、5輛車）
• 車道分配：設置車輛應該占據(jù)哪一條車道

來源：USDOT

SAE正與ITS-JPO合作開發(fā)網(wǎng)聯(lián)式自動駕駛系統(tǒng)標準，為聯(lián)網(wǎng)協(xié)同式自動駕駛提供分類和定義，并將更新至 SAE J3016中。

來源：USDOT

參考文獻

1、國外網(wǎng)站：USDOT，ERTRAC等

2、國汽智聯(lián) 李喬：網(wǎng)聯(lián)式自動駕駛發(fā)展正在形成國際廣泛共識

3、佐思產研：美國交通部協(xié)同式自動駕駛系統(tǒng)研究

4、智能交通技術：CARMA