新一代高速公路使无人驾驶成为可能

2023-12-31 08:44:3410:01 6411
所属专辑:未来研究所
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现代意义上,世界第一条高速公路是1932年德国修建的科隆至波恩线,据说是希特勒为了战时需要而修建的。美国在20世纪70年代初期己基本完成州际高速公路网的建设,里程超过7万公里。


中国高速公路起步晚,第一条高速公路是1988年通车的沪嘉高速公路,只有16公路。1993年,第一条超过100公里的跨省的高速公路——京津塘高速公路才完全通车。但中国高速公路建设速度也快,截至2018年年底,中国高速公路总里程已达14万公里,位居全球第一。


如今随之自动驾驶、智能驾驶技术的发展,对作为基础设施的高速公路又提出了新的要求。中国在这个领域又一次走到了世界前列。


比如:


2018年10月,浙江省要建设全国首条超级高速公路的说法于得到了官方证实。根据规划,这条路全长约161公里,沿着杭州湾南岸连接起大湾区最重要的两个核心城市:杭州和宁波。该公路将于2022年杭州亚运会前建成。


2019年4月,国内第一条基于自动驾驶的智能网联高速公路测试路段——齐鲁交通智能网联高速公路项目在济南启动。


2019年8月,连接北京和雄安新区的京雄高速一期工程正式开工。这条路按照网络化布局、智能化管理、一体化服务要求,将建设智能驾驶专用车道,实现车路协同,为自动驾驶提供基础条件。


2019年两会期间,国务院和交通部宣布,力争在2019年底前基本取消全国高速公路省界收费站,实现不停车快捷收费。其基础就是大量智能识别和电子收费技术的实现。


之所以如此重视新一代高速公路建设,就是要解决目前自动驾驶领域存在的技术难题。具体来说:自动驾驶汽车在行驶过程中需要随时随地对周围物体进行识别,但外界事务过于纷繁复杂,很多因素都有可能干扰系统的正常判断。一方面,智能汽车在研发过程中要收集大量图像信息进行处理,并要求车辆系统自身进行“学习和训练”;而通过改造公路,使之适应智能汽车的需要,也是重要的解决办法。比如现在的红绿灯、车道线、路牌上用的文字图像都很适合人眼识别,但机器可能更喜欢条形码和无线信号。如果道路和车辆能成为一整套互联互通的智能系统,共同为人提供服务,那无人驾驶就指日可待了。


目前,业界普遍认为,车路协同与智能网联是未来自动驾驶的主要发展路线。其中,车辆与道路智能单元互联互通是实现自动驾驶的重要一环。


新一代高速公路,通过“车路协同”的规划,在道路上布设大量的传感器、雷达等硬件,将道路的信息通过一定形式的数据传输给即将行驶至该路段的无人驾驶机动车,供其提前预判。


作为一场新的技术革命,新一代公路和智能汽车一起,将改变我们的出行方式、运输组织模式、道路建设标准等各个方面。


智能化的一个重要结果就是提高道路的安全快速通过能力。


比如:目前国内高速公路虽然执行的是120公里/小时的限速标准,但实际平均运行速度大约在90公里/小时。而通过智能系统和车辆管控,新一代高速公路的行车速度将大大提高。


这里顺便给大家科普一点:为什么我国高速公路限速是120km/h?而新一代高速公路为什么能接近甚至突破这个限制。


一般认为,限速是个管理水平和驾驶者素质问题,比如有人就说,在德国部分高速公路并不限速,但是其发生交通事故的概率很低。


实际上,限速120km/h之所以被很多国家选用,这是根据公路本身特性和人体生理机能而制定的。当车速低于120km/h时,路面情况可以和车况更好地匹配,事故率较低。车速超过120km/h,由于已经超出路面、防护栏强度的设计标准,易发生大事故。


——首先说说人的生理因素


驾驶者的视力、视野和反应时间是影响交通安全的最重要的三个要素。驾驶车辆观察前方物体是动态的, 人的视觉机能受运动速度影响非常大,车速增加,动力视下降,视野变窄。


据科学测试,车速在72Km/h,正常为1.2的视力下降至0.7;车速为100Km/h,视野仅为45度。驾驶人正常的反应时间(发现物体—做出判断—采取行动)一般约为2.5秒,因此,对于以120Km/h行驶的车辆而言,反应距离为:120x1000x2.5/60=83(m),如果再加上车辆制动、惯性滑行等因素,有效反应距离实际要超过百米。


假定100m外有一障碍物,120Km/h时车速为33m/s。你有3s时间来作反应。160Km/h时车速为44m/s。你只有2.2s反映时间。对大部分人来讲,是不够的。因此大部分人在160Km/h下遇到突发事件,是无法及时做出正确反应的。


——再看车辆的因素


虽然现在家用车的性能越来越好,120KM/H的速度对于普通家用车来说已经不是什么问题了,更别提一些豪华车了。但是,别忘了高速公路上跑的不只有轿车,还有一些面包车、货车。那些重载的货车在上坡路段的速度甚至都不到60KM/H。


在这种条件下如果限速太高,各类车辆的速度差距会太大,进一步增加事故发生的几率。


——最后需要考虑节能环保问题


随着车速的提升,风阻呈现系数式增长,风阻的爆发式增长使得车辆需要更大动力,这会显著增加车辆 能耗,直观的体现就是百公里耗油显著提升,一般来说100-120公里是车辆性能、速度、安全等因素最佳结合点,既省油、环保,又安全、快速。


而在未来的“新一代高速公路”上,情况就不一样了,120公里限速这个标准可能被打破,汽车可能会像高铁那样实现舒适提速。


新一代高速公路上机器是主要的驾驶者,通过智能化和容错设计来提升道路系统的安全性,可以将事故危害程度降到最低。近期可以实现高速公路全天候安全快速通行。远期基于高精定位、车路协同、无人驾驶等综合接入系统,实现零事故愿景。


另外,汽车未来的发展方向是电动化,新一代高速公路在设计中自然也考虑到这一点。比如,杭绍甬高速公路近期的目标是利用太阳能发电、路面光伏发电,结合 插电式充电桩为电动汽车提供充电服务。远期的目标则是实现移动式的无线充电,做到一边开车一边充电。


总的来说,新一代高速公路的设计是面向未来的,在建设过程中,还要兼顾新技术、新材料的经济适用性,使新一代高速公路的建设具有示范性和可复制性,最终形成新的公路网,才能使舒适安全的无人驾驶成为可能。





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