公路车辆的离车代驾系统与方法与流程

本发明涉及一种公路车辆的自动驾驶技术。

自动驾驶是一个由来已久的课题，常常也被称为“无人驾驶”。

1925年8月，世界上首辆“自动驾驶”车辆在纽约试车：其实就是后面一辆车无线电信号遥控前面的一辆车，类似于现在的遥控玩具车。

到了1950-60年代，美国通用汽车公司陆续推出了几款称为“火鸟”的无人驾驶实验车，其广告写出了自动驾驶的目的所在：“电子导航系统可在驾驶员休息的时候让汽车飞速通过自动高速公路”。随后，英国道路实验室提出了利用自动驾驶技术降低公路交通事故率的思路，引起了关注。人们继而从安全性，速度等多个方面对公路车辆的自动驾驶技术进行了探索。当然，“火鸟”并没有真的火起来，公路无人驾驶系统肯定没有如同飞机的自动(辅助)驾驶系统那样在20世纪成为实用的技术。

进入新世纪以后，尤其是2010年以来，随着谷歌等一批网络数码技术公司的加入，自动驾驶技术吸引了世界上众多研究机构、传统车企与创业企业的注意，开启了自动驾驶研发的新一轮热潮。

在现代计算机软硬件技术基础上，辅以现代通信技术，当前的自动驾驶技术以探测感应+智能模式识别与决策为基本技术特点，进一步则可分为单车智能与车路协同两个不同技术路线。

谷歌旗下的waymo，美国通用汽车的cruise以及戴姆勒与宝马等主流车企早期涉足自动驾驶的企业选择了单车智能策略。单车智能在感知方面采用了激光雷达、毫米波雷达与摄像头等多种传感器融合的探测方案，通过车内较高性能计算机建模，还原现场实况，然后根据行驶任务，确定车辆的油门或刹车以及方吸盘操作。waymo在已进行的数千万公里里程的自动驾驶路面测试中，随车的安全监督员仅偶尔干预一下车辆的操作状态。waymo公司的商业化初期目标是自动驾驶出租车。2018年，waymo公司的总裁克拉夫西柯宣布：“去掉安全员的自动驾驶出租车很快上线”。但是，现实的残酷给waymo公司商业化方案打了折扣。无安全员的自动驾驶车辆虽然有所实验，然而，几年后人们等到的并不是“无人出租车”成功落地，而是克拉夫西柯宣布离职。

靠后进入自动驾驶流域许多企业近年来则偏爱“车路协同”策略：在车端，仍保有雷达、摄像头等传感器，而在路上，也设置雷达与摄像头，以比较开阔的视野采集路况信息，通过高速信道(如5g)将两种信息融合，通过计算机建模，还原现场实况，再根据行驶任务，确定车辆的油门或刹车以及方吸盘操作。车路协同的无人驾驶需要依赖于路面设施的建设，所以，尚未进行大规模实验。

目前，国内外将自动驾驶按照自动化程度从0到5分为六个等级。0级为人工驾驶，5级为完全脱离人工操作的自动驾驶。1-4等为需要人工干预的自动驾驶。一般说来，1-4等在技术难度具有明显差别。然而，包括转动方向盘，踩刹车油门在内，驾车的算不上繁重的劳动，但却是一项需要耐力的劳动。自动驾驶让驾车变得更轻松，但不可“离岗(睡眠，或者投入其他工作)”，在降低乘员“耐力”方面并没有实际进展，因此没有实质性意义，推广应用进展缓慢。实际情况是，许多车配有自动驾驶系统(或者辅助驾驶系统)，但正常通勤不敢使用。如果有人醉酒了，并不能使用车辆所配备的自动驾驶系统，通常还得找“代驾”。

代驾就是当车主不能或不便自行开车到达目的地时，由专业驾驶人员驾驶车主的车将其送至指定地点并收取商定的服务费的商业行为。

代驾服务从本世纪初在中国严管酒驾开始兴起，目前已经从酒后代驾发展到旅游代驾，商务代驾等多方面的应用。中国汽车流通协会等机构在过去的数年在制定了《代驾服务管理规范》、《代驾经营服务规范》与《汽车代驾服务安全管理要求》等一批文件，对代驾服务进行规范。一般说来，目前代驾的完全人工操作，服务成本较高，收费也比较高。

我们认为，在目前自动驾驶技术基础上，利用现代通讯网络、计算机智能技术与人机交互技术，发展出一套称之为“离车代驾”新型智能化自动驾驶系统，一方面可以打开自动驾驶的商业化之路，从另一个角度来看，大幅度降低代驾成本，用新型“代驾”方式实现自动驾驶的商业应用目标。

离车代驾基本系统包括三个部分：除了具有3级左右自动驾驶功能的公路交通车辆v外，还在车辆以外设置离车代驾单元(可称为“代驾组”)及由多个控制单元组成的控制站和设在路面的摄像头等探测设备；车辆与代驾单元的联系由移动通讯网络实现。该网络可以是已经广泛使用的4g网络，或者正在推广的5g网络，或者定制的其它通讯网络。通讯网络能够将车辆运行控制状态按照控制单元的要求通过1a-1b信道送往控制站的控制单元c，并且通过另一条信道2a-2b将控制单元c的控制信号送往车辆v。通讯网络还将路面摄像头等探测设备收集的信息的通过信道3传入控制站的控制单元。总之，离车代驾单元通过移动通讯网络接收车辆发射的各探测器搜集的信息，同时接收分析路面探测装置的路况信息，并与行驶的自动驾驶车辆形成信息互动，监测或远程驾驶路面上行驶的自动驾驶车辆。

就车辆v而言，除了应具有3级左右自动驾驶功能外，还应当增设有可选用车辆行驶信息(位置，速度，驾驶现场实景)信息输出通道，以及接收从控制站发出的控制信息的接收通道。通过公用网络信道1a与2b与离车代驾的控制单元连接起来，以便适时地按控制站的要求向控制站传送车辆的位置，速度，路况与车况信息，并接收控制单元的控制信息。车辆上设有扬声器与麦克风，以便于乘员随时能够与代驾组通话。乘员与代驾组的通话可以分为聊天与紧急通话。聊天通话可能借助于人工智能语音系统回复乘员的问题。为了更好适应车辆代驾状态，车辆可以运载3名乘员(本文中“乘员”指助于车辆交通，而不驾驶的人员，)：在座舱中，在驾驶座k1的后排与副驾驶位置连线安排一张小床j1，另外可在副驾驶座后排设一座椅k2。小床的枕头朝向后方，并在前边沿安排防撞缓冲。为了更好地利用车辆空间，k1与k2座椅方向可微调，铺开小床时，座椅的方向并不向正前方。当车辆进入离车代驾状态后，一个乘员可以躺下睡眠，其余两个呈坐姿休息。为了便于乘员在小床上躺下休息，驾驶座椅靠背右方下部设有的缺口o，可以想见，该缺口并不大幅影响驾驶座椅的舒适性。当人员无需躺下休息，座舱应当能够通过适当调整或改装，恢复通常的两排四坐位状态。如果车身比较长，可以在车舱中安排与车身等宽的简易(充气)大床，以便乘员在离车代驾的情况下躺下休息。

处于正常离车代驾状态(包括车辆自动驾驶，代驾系统修正车辆驾驶，以及远程驾驶操作)时，代驾组定时向车辆系统正常信号。如果车辆收不到代驾正常信号，在呼叫代驾系统同时，还应当通过扬声器呼叫乘员，提醒乘员退出代驾状态。

执行离车代驾服务基本单位为离车代驾单元，也可以简称为代驾组。每个离车代驾组包括由通讯设备，电脑d与系统显示屏s组成的离车代驾操作系统耳机e，方向盘f，油门g，刹车h。每个离车代驾单元具有两名离车代驾操作员，其中一名为综合操作员a，另一名为远程驾驶操作员b。显示屏s可以划分为综合显示条s1，驾驶显示屏s2，备用显示区s3与s4。综合显示区s1可以分为进出区s12，边进出区s13与主综合区s11。在综合显示条s1上，按照路面监控与车辆馈送的信息，按顺序显示区内所代驾的车辆。sa为选中车辆的弹出显示。vb为即将进入代驾区的车辆，va为离开代驾区尚未被下一站离车代驾单元接收的车辆。待进入代驾路段的车辆、正常行驶的车辆、出现某种状况的车辆在综合显示条s1上用不同颜色显示。当综合操作员操作的光标与综合显示条上的某辆车重合，该车即高亮度显示，并用弹出窗口显示该车的行驶状态参数，人机界面设备点击该车，该车的驾驶实景或者造型显示在驾驶显示区s2上。

离车代驾由计算机与代驾操作员协同实现。离车代驾基本单元c基本任务是，通过信道1a-1b接收与分析从车辆发送的车辆与路况信息，同时通过信道3接收路面固定设施收集的路况与车辆信息，计算机适时循环分析处理车辆v运行与驾驶操作数据。车辆正常自动驾驶时，通过网络定时向车辆发送“正常”信号。如果确定车辆c运行与操作轻度偏离正常状态，应及时通过信道2a-2b向车辆发出调整驾驶状态的指令，改善车辆驾驶驾驶信号。如果车辆重度偏离正常状态，则应由离车代驾控制站接管车辆v的驾驶。车辆控制系统检测或者重启恢复正常后，控制站c向车辆v交还车辆驾驶控制权。当无法排除故障，则应当安全停车，并退出“离车代驾”操作，视情况将驾驶操作归还乘员，或由控制站派员到车辆v现场处理或进行人工代驾。

代驾组所获得状态与车辆状态有差异时，车辆在屏幕上的显示应当变色，以提示离车代驾操作员，例如状态正常的车辆可以显示为绿色，轻度问题的车辆为黄色，重度问题的车辆则显示为蓝色。总之，车辆状态在综合显示条s1通过不同的颜色显示。

同一路段中两个方向行驶的车辆应当行驶在同一综合显示条上，且应由同一离车代驾单元监控代驾，因为道路一个方向上的严重事故常常会影响另一方向道路的正常通行。

当操作员移动光标重合某辆车时，应当具有弹出窗口显示该车的位置，速度，自动驾驶状态。进一步点击，可以该车辆视野适时地显示在大块的s1区。

更进一步，综合操作员a可以暂停车辆的自动驾驶状态，进入远程驾驶员b人工远程代驾状态。当离车代驾系统接管车辆驾驶以后，应当利用代驾系统存储的数据与从路面与车辆适时获得的数据，并考虑到信息传输延迟的补偿后建模，显示在驾驶显示区中，作为远程驾驶操作员b操作依据，控制车辆的油门、刹车与方向盘，进行驾驶操作。此外，远程驾驶操作员还应当用耳机收听车辆从现场传来的声音，以达到实景操作的效果。上述操作过程犹如驾车游戏操作。当然，真实驾驶操作安全第一，不可能像游戏操作那样刺激，离车代驾系统的计算机监控程序将过滤并禁止远程操作员的危险操作。

离车代驾控制站c具有三种工作模式。第一种离车代驾按照路段或区域设置离车代驾单元以及离车代驾站，如同民航空管那样，对进入并通过该路段或区域的车辆提供离车代驾服务。当车辆离开该路段后，则将代驾服务移交下一站的离车代驾单元。第二种离车代驾工作模式是“一站到底”，在车辆从出发到目的地全程由一个离车代驾单元提供全程“离车代驾”服务。第三种模式是随行代驾，在同行的车辆上对行驶的车辆进行就近的离车代驾服务。

就第一种工作模式而言，由于代驾组处理一个长度有限的路段上的代驾车辆，则所有的车辆可以按照先后顺序呈现在综合显示条s1上，而对于第二种工作模式，代驾车辆行驶在不同的线路上，很难在一个综合显示条上统一显示。有限长度的路段，便于代驾组对路段完成深入细致的“功课”，完成高质量、高效率的代驾服务，此外，就近设立的代驾站信号传输距离短，信号传输延迟更短一些，建模的同步性更好，可以完成更好的远程驾驶操作。

离车代驾进入代驾区前，首先是预备态，颜色可以为灰色，预计短时(例如1分钟)进入代驾路段变成黄色，进入后未接收为蓝色，进入代驾区并接收后变为通常的绿色。越出代驾区代驾区变为蓝色，下一个代驾站接收后车辆后则从综合显示条上消失。

每个代驾组服务的车辆数目应当设定上限。初期比较少，估计起步时每代驾组的代驾的车辆应在10辆左右。随着人员操作的熟练，系统的改进，操作数量可稳步提高一些。初期应当以小车为主，业务成熟后，可以业务逐步向卡车，甚至大客车方向推进。如果服务段中的代驾车辆超过一个代驾组所能服务的数量，可以将该服务路段进行拆分，并启动两个或多个代驾组进行分段(小段)操作，每个代驾组的服务数量都控制在允许范围内。

“一站到底”离车代驾工作模式的缺点是一个代驾组完成任意的选定的代驾路线，不但存在道路数据不足、建模困难的问题，还可能存在适应困难问题。当然，初期离车代驾完整网络还没有形成时，“分段作业”并不是可选项，人们可能不得不选择“一站到底”。

执行伴行离车代驾操作车辆的方向盘应当做出人机界面，即显示与控制输入做出改进设计。显示屏应当安装在一个转动座上，该转动座安装在方向盘上面且与方向盘共轴，方向盘在转动时，转动座反向转动，维持显示器向上且位置基本固定正常显示与触摸屏操作。而数据输入控制则应引入2009102211862专利所公布的“接触检索、按压确认的复合按钮键盘”，进行键盘输入操作，还在适当条件下，可以完成鼠标的操作。伴行离车代驾，可以采用领航的模式。

就离车代驾管理管理而言，车辆的性能需要必要的技术性能检查与论证，符合要求的车辆才具可申请离车代驾服务。这种检查与论证应当定期(年代或者季度)进行。每次申请离车代驾服务，应当对车辆进行识别，并对车辆自动驾驶状态进行简要检测，乘员也应当通过扫脸或者其他方式进行身份识别，还应当确认乘员的健康保险方式，以免乘员健康原因发生意外时纠缠不清。如果检测未通过，应对车辆进行检修与调试，检测通过后方可获得离车代驾服务。在建立离车代驾规范方面，已经建立的代驾规范具有重要参考意义。

收费可以在服务完成后完成。这些包括行程监测基础收费，远程代驾应当额外收取一些费用。计价方式应当事先告知用户。与现在的“随车”代驾相比，上述离车代驾成本优势明显：代驾操作人员无返程需求；人机协同，一人可以操作多辆车子；可以随时换人执行离车代驾操作；可以更换离车代驾的操作地点，以便就近执行操作；离车代驾不占用代驾车辆的坐位。

图1为离车代驾系统示意图。

图2为离车代驾车辆配置简易小床示意图。

图3为离车代驾单元示意图。

图4为离车代驾单元显示屏示意图。

图5为方向盘-保持位置显示屏以及键条组合示意图。

细想起来，自动驾驶，常常被称为“无人驾驶”，其实存在误解。无人驾驶，相对于“所有人都不参与的驾驶”，这其实是错误的延伸与外推。“自动驾驶”，应当更准确地理解为“乘员不参与的驾驶”。对于醉酒情形，如果采用“无人驾驶”理解，所有人都不参与驾驶，那么醉酒者就不能行动，只能在酒店中就地住下了。醉酒以后，其实忌讳的是自己开车，而不忌讳其他有人为自己代驾。如果理解为“乘员不参与的驾驶”，显然可由代驾员完成驾驶操作。其实，乘员不参与驾驶，因为乘员可能需要休息，或者不会驾驶，这是客观原因。自动驾驶理解为“无人驾驶”可能动因之一是“自动驾驶完全消除事故”，于是形成接近于悖论的窘境：无人驾驶的车辆如果发生事故，是睡在车上的乘员对事故负责，还是车辆制造商对事故负责？于是人们定出难以实现的目标，长时间使自动驾驶实用化与商业化无法落地。

与目前的自动驾驶概念相比，“离车代驾”使车辆操作责任明确(离车代驾单位负责车辆行驶时的安全与保险)。代驾操作人员其实兼任了随车安全员角色。此外，离车代驾经营公司应作为“车路协同”在道路监测与数据传输的建设事主。路面的监测设备由离车代驾单元及所属公司投资与管理，因而，便于用市场化的方式推进自动化驾驶的车路协同建设更为方便。

在现代信息技术基础上，乘员以外的自动驾驶，仅需要并不很多的资源，即可实现。

与1960年代美国通用公司“火鸟”追求的目标类似，离车代驾的初期市场目标应当是借助于高速公路上的里程在500-1000公里的“夕发朝至”旅行(而不是现在人们所热衷的“无人出租车”)。这使得周六、周日两天的跨省探亲旅行成为可能：周五晚间上车睡眠，早晨一觉醒来，已经到达目的地，可精神饱满投入社交或者公务活动，周日晚上返程，一觉醒来已经返回原地，可直接到单位上班。如果必要，离车代驾公司还提供配套服务，如旅行结束时，提供洗漱，早餐等服务。

商务活动更需要离车代驾的“夕发朝至”。如果白天旅行，夜间住旅店需要开销，白天行车，也需要付工资。所以，可让乘员获得良好睡眠的“夕发朝至”高速公路离车“离车代驾”应当具有非常好的商务价值。

对于高速公路离车代驾，代驾控制站，代驾组设在高速公路服务区。必要时，操作离车代驾的人员可以与乘员在服务区碰面。

如果自动驾驶能够在离车代驾能够高速公路交通(夕发朝至)方面成功切入，可以逐步向向市内通勤交通逐步发展。与高速公路有所不同，市区的道路并不封闭，因此离车代驾操作更为复杂一些。不过，如果高速公路离车代驾获得成功，向市区推广只是时间问题。

“离车代驾”将使得公路车辆的自动驾驶实用化并且商业化，从而改变人们的出行方式。