摘要：卡車運(yùn)輸是現(xiàn)代物流運(yùn)輸?shù)闹髁?，傳統(tǒng)卡車控制策略主要依賴于司機(jī)經(jīng)驗(yàn)，存在效率低下、安全風(fēng)險(xiǎn)高等問題。隨著車載通信和智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)的發(fā)展，基于車載通信的卡車協(xié)同控制和云端輔助決策控制成為提高卡車運(yùn)輸效率和安全性的新路徑。據(jù)此，首先概述了車載通信技術(shù)，分析了當(dāng)前卡車控制策略存在的問題，然后提出了基于車載通信的卡車控制策略。研究結(jié)論可顯著提高道路運(yùn)輸效率、降低卡車能耗與事故風(fēng)險(xiǎn)，提升卡車控制穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：車載通信；卡車控制策略；優(yōu)化方向

中圖分類號(hào)：U491 收稿日期：2024-06-15

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2024.09.011

1 前言

在現(xiàn)代物流運(yùn)輸體系中，卡車運(yùn)輸作為大宗貨物運(yùn)輸?shù)闹髁姡溥\(yùn)輸效率和安全性對(duì)于提高整個(gè)供應(yīng)鏈的競爭力至關(guān)重要，但傳統(tǒng)的卡車運(yùn)輸控制策略主要依賴于駕駛員的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，存在諸多不足，如車隊(duì)協(xié)同性差、能耗較高、交通事故風(fēng)險(xiǎn)較大等問題[1]。

隨著車載通信和智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)的飛速發(fā)展，通過在卡車上集成車載通信系統(tǒng)、車載計(jì)算平臺(tái)等設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)車輛與基礎(chǔ)設(shè)施、車輛與車輛之間的實(shí)時(shí)通信與信息交互，這為卡車運(yùn)輸控制系統(tǒng)的智能化升級(jí)提供了新的契機(jī)。通過車載通信，不同卡車可以共享行駛狀態(tài)信息，從而協(xié)調(diào)縱向車距和橫向編隊(duì)，實(shí)現(xiàn)協(xié)同高效行駛[2]。同時(shí)，車載云計(jì)算系統(tǒng)可以將車載數(shù)據(jù)與道路基礎(chǔ)設(shè)施、交通信息等進(jìn)行融合，支持基于大數(shù)據(jù)分析的智能路徑規(guī)劃和調(diào)度決策，為卡車車隊(duì)提供輔助控制支持。相比傳統(tǒng)的單車控制策略，基于車載通信的協(xié)同控制和云端輔助決策控制，可以大幅提高卡車的行駛效率和安全性，減少能耗和事故風(fēng)險(xiǎn)。

2 車載通信技術(shù)概述

車載通信技術(shù)是現(xiàn)代汽車與信息通訊技術(shù)融合的產(chǎn)物，主要分為車對(duì)車（V2V）通信和車對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施（V2I）通信兩大類，它們共同構(gòu)成了更廣泛的智能交通系統(tǒng)（ITS）的核心部分。

車對(duì)車（V2V）通信技術(shù)使得車輛能夠相互交換信息，如速度、位置、行駛方向等，從而在沒有人工干預(yù)的情況下預(yù)警即將發(fā)生的危險(xiǎn)情況，比如緊急剎車、交叉路口的碰撞風(fēng)險(xiǎn)等。這種技術(shù)通過專用短程通信或者逐步興起的蜂窩車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)，有效提升了道路安全，減少了交通事故的發(fā)生。

車對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施通信則是指車輛與道路交通基礎(chǔ)設(shè)施之間的信息交換，如交通信號(hào)燈、路側(cè)傳感器等，這種通信幫助車輛獲取交通燈狀態(tài)、交通流量、道路狀況等關(guān)鍵信息，促進(jìn)了交通管理的智能化和自動(dòng)化。V2I通信可以優(yōu)化交通流，減少擁堵，提高能源效率。整體來看，車載通信技術(shù)不僅增強(qiáng)了車輛的自主性和道路的安全性，也為實(shí)現(xiàn)未來全自動(dòng)駕駛汽車的廣泛應(yīng)用提供了技術(shù)支持和實(shí)踐基礎(chǔ)，同時(shí)對(duì)于提升城市交通管理水平、改善駕駛體驗(yàn)及推動(dòng)環(huán)境保護(hù)方面具有重要意義。

3 當(dāng)前卡車控制策略存在的問題

隨著我國物流運(yùn)輸業(yè)的飛速發(fā)展，大型卡車車隊(duì)規(guī)模不斷擴(kuò)大，對(duì)卡車節(jié)能減排和運(yùn)營效率的要求日益提高[3]。然而，目前卡車的控制策略普遍存在一些不足，難以完全滿足復(fù)雜多變的運(yùn)輸環(huán)境和應(yīng)用場景具體如圖1所示。因此，研究人員亟須創(chuàng)新突破傳統(tǒng)卡車控制策略，研發(fā)更加智能化、網(wǎng)聯(lián)化、個(gè)性化的全新控制方法，以滿足節(jié)能減排、提高效率、降低成本的需求，助力我國物流運(yùn)輸業(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展。

3.1 協(xié)同能力不足

當(dāng)前卡車控制策略存在的協(xié)同能力不足，如車隊(duì)協(xié)同控制的技術(shù)存在局限性，雖然車隊(duì)行駛作為一種提高燃效和安全性的控制策略已被廣泛研究，但實(shí)際應(yīng)用中仍面臨多項(xiàng)挑戰(zhàn)?，F(xiàn)有的車隊(duì)控制策略主要依賴于高度同步和精確的通信機(jī)制，要求每輛卡車之間的通信無延遲且可靠。然而，在復(fù)雜的交通環(huán)境和不同廠商生產(chǎn)的車輛之間，實(shí)現(xiàn)這種高度同步的通信很難達(dá)到理想狀態(tài)。此外，現(xiàn)有控制策略往往假定所有卡車均配備有相同的技術(shù)設(shè)備和軟件協(xié)議，這在現(xiàn)實(shí)中難以實(shí)現(xiàn)，因?yàn)椴煌ㄜ嚳赡苁褂貌煌耐ㄐ偶夹g(shù)和控制系統(tǒng)，這就增加了整個(gè)車隊(duì)協(xié)同控制的復(fù)雜度和不確定性。

車輛與交通基礎(chǔ)設(shè)施之間信息交互的不充分也是當(dāng)前卡車控制策略的一個(gè)關(guān)鍵弱點(diǎn)。理想的智能交通系統(tǒng)應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)車輛與交通基礎(chǔ)設(shè)施之間的高效信息交換，以優(yōu)化交通流和提高道路使用效率。然而，當(dāng)前的技術(shù)實(shí)現(xiàn)中，這種信息交換往往受限于傳輸技術(shù)的成熟度、基礎(chǔ)設(shè)施的普及程度以及數(shù)據(jù)共享的政策和標(biāo)準(zhǔn)。許多地區(qū)的交通基礎(chǔ)設(shè)施尚未完全智能化，或者與車輛的通信標(biāo)準(zhǔn)不一致，使得卡車無法實(shí)時(shí)接收到關(guān)鍵的交通信息，從而無法做出最優(yōu)的駕駛決策。

3.2 決策能力有限

當(dāng)前卡車控制策略存在的決策能力有限，決策系統(tǒng)對(duì)復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)性不足，這主要體現(xiàn)在卡車控制系統(tǒng)通常依賴于預(yù)設(shè)的算法和參數(shù)來處理行駛中遇到的各種情況。然而，實(shí)際道路環(huán)境極其復(fù)雜多變，包括多樣的天氣條件、不同類型的道路狀況以及不可預(yù)測的人為因素等[4]。例如，降雨或雪天氣會(huì)顯著影響路面條件和能見度，而傳統(tǒng)的卡車控制系統(tǒng)可能無法準(zhǔn)確識(shí)別這些變化并作出適應(yīng)性調(diào)整。當(dāng)前的技術(shù)還不能完全滿足這些需求，導(dǎo)致卡車在處理復(fù)雜交通環(huán)境時(shí)的適應(yīng)性和靈活性不足，這不僅可能增加行駛風(fēng)險(xiǎn)，也限制了卡車運(yùn)行的效率和安全性。

決策過程中信息處理和預(yù)測能力的局限也是一個(gè)重要問題?，F(xiàn)代卡車控制系統(tǒng)雖然已經(jīng)集成了多種傳感器和數(shù)據(jù)處理單元，但在信息整合、處理速度和預(yù)測準(zhǔn)確性方面仍存在不足。例如，可以通過雷達(dá)、攝像頭等傳感器收集大量環(huán)境數(shù)據(jù)，但數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理和分析能力有限，可能無法即時(shí)識(shí)別并響應(yīng)突發(fā)事件。同時(shí)，預(yù)測未來環(huán)境變化和其他車輛行為的能力也是當(dāng)前技術(shù)的一個(gè)短板。這包括對(duì)交通流變化的預(yù)測、對(duì)前車行為的判斷等，這些都需要高度準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)分析和模型支持。目前，這些技術(shù)仍未達(dá)到完全可靠的水平，導(dǎo)致卡車在實(shí)際行駛中可能無法做出最優(yōu)或最安全的決策，限制了其在復(fù)雜環(huán)境中的運(yùn)行效率和安全性。

3.3 安全性能較差

當(dāng)前卡車控制策略在確保行車安全性方面存在一些明顯的缺陷，傳感器依賴性和感知系統(tǒng)的局限性是影響卡車控制策略安全性能的一個(gè)重要因素，這些傳感器的性能受到多種因素的影響，傳感器本身也存在技術(shù)限制等。例如，在霧天或雨天，攝像頭的視線可能會(huì)受阻，雷達(dá)波可能會(huì)因水滴干擾而反射信號(hào)減弱，這些因素都會(huì)導(dǎo)致傳感器信息的不準(zhǔn)確或丟失，從而降低卡車控制系統(tǒng)的反應(yīng)效率和準(zhǔn)確性。

自動(dòng)控制系統(tǒng)在處理復(fù)雜交通狀況下的應(yīng)對(duì)能力不足也是卡車控制策略安全性能較差的一個(gè)關(guān)鍵問題。盡管自動(dòng)控制系統(tǒng)能夠在某些標(biāo)準(zhǔn)化和預(yù)測性較強(qiáng)的交通情況下表現(xiàn)良好，但在復(fù)雜或不可預(yù)測的交通環(huán)境中，這些系統(tǒng)的決策和執(zhí)行能力仍然有限。例如，在交通擁堵、交通事故現(xiàn)場或復(fù)雜的交叉口，需要進(jìn)行快速和復(fù)雜決策的情況下，自動(dòng)控制系統(tǒng)可能無法及時(shí)識(shí)別所有潛在的危險(xiǎn)或不足以做出最合適的駕駛決策。

4 基于車載通信的卡車控制策略

4.1 實(shí)現(xiàn)車隊(duì)協(xié)同控制

基于車載通信的卡車控制策略能夠?qū)崿F(xiàn)高效的車隊(duì)協(xié)同控制，主要依賴于兩個(gè)核心技術(shù)：a.車對(duì)車（V2V）通信技術(shù)的應(yīng)用；b.集中式管理與分布式執(zhí)行的控制策略。

車對(duì)車（V2V）通信技術(shù)是車隊(duì)協(xié)同控制的基石。通過V2V通信，車隊(duì)中的各輛卡車可以實(shí)時(shí)分享各自的位置、速度、加速度等關(guān)鍵信息，以及更復(fù)雜的數(shù)據(jù)如意圖、行駛狀態(tài)和周邊環(huán)境感知信息。這種信息的共享使得每輛車不僅僅依賴于自身的傳感器數(shù)據(jù)，而是能夠獲得車隊(duì)內(nèi)其他車輛的感知數(shù)據(jù)，極大地?cái)U(kuò)展了單個(gè)車輛的感知范圍和精度。例如，當(dāng)車隊(duì)行駛在高速公路上，前方車輛通過V2V通信提前傳遞交通擁堵或事故的信息給后方車輛，后方車輛可以提前做出調(diào)整，如減速或改變行駛路線，從而整體優(yōu)化車隊(duì)的行駛效率和安全性。V2V通信還支持更緊密的車隊(duì)編隊(duì)駕駛，如車隊(duì)內(nèi)車輛可以實(shí)現(xiàn)更小的車間距離，通過精確協(xié)調(diào)加速和制動(dòng)來維持這種緊密的編隊(duì)，這不僅減少了空氣阻力，提高燃油效率，也增加了公路的通行能力。

集中式管理與分布式執(zhí)行的控制策略也是實(shí)現(xiàn)車隊(duì)協(xié)同控制的關(guān)鍵。在這種策略中，雖然每輛車保持自主控制的能力，但車隊(duì)的整體行為受到一個(gè)集中式管理系統(tǒng)的調(diào)度和協(xié)調(diào)。這個(gè)系統(tǒng)可以是車隊(duì)中的領(lǐng)頭車，或者是遠(yuǎn)程控制中心，負(fù)責(zé)處理車隊(duì)的整體策略決策，如路線規(guī)劃、速度設(shè)定、車隊(duì)編隊(duì)結(jié)構(gòu)調(diào)整等。通過集中式策略制定，車隊(duì)可以更有效地應(yīng)對(duì)復(fù)雜的交通環(huán)境和突發(fā)事件，如在遇到緊急情況時(shí)，集中系統(tǒng)可以快速做出決策并通過V2V通信傳達(dá)給每一輛車，確保所有車輛同步執(zhí)行緊急避險(xiǎn)措施。

4.2 支持云端智能決策

基于車載通信的卡車控制策略中，云端智能決策的支持是提升車輛自動(dòng)化和網(wǎng)絡(luò)化管理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，云計(jì)算與大數(shù)據(jù)分析的集成應(yīng)用為卡車控制策略提供了強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理和決策支持能力。在這一體系中，所有通過車載傳感器、V2V以及V2I通信收集的數(shù)據(jù)，可以被實(shí)時(shí)上傳到云端服務(wù)器。云端服務(wù)器具備高效處理大規(guī)模數(shù)據(jù)的能力，能夠?qū)κ占降凝嫶髷?shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、處理和分析。例如，云端可以收集來自整個(gè)車隊(duì)的位置信息、速度、路線狀態(tài)、交通狀況等數(shù)據(jù)，通過高級(jí)算法模型分析這些數(shù)據(jù)，預(yù)測交通流量變化，優(yōu)化路線規(guī)劃，甚至可以根據(jù)實(shí)時(shí)交通信息和天氣狀況動(dòng)態(tài)調(diào)整車隊(duì)的行進(jìn)速度和路線。云端還可以利用歷史數(shù)據(jù)分析來優(yōu)化車輛的能耗管理和維護(hù)計(jì)劃，通過對(duì)車輛性能長期跟蹤的分析，預(yù)測潛在的維修需求，從而減少車輛的故障率和維護(hù)成本。

云端到車端的高效通信系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)云端智能決策不可或缺的技術(shù)。這一系統(tǒng)確保了云端處理的決策信息可以快速、準(zhǔn)確地傳輸?shù)礁鱾€(gè)車輛的控制系統(tǒng)中。在這個(gè)過程中，高帶寬、低延遲的通信技術(shù)起到了至關(guān)重要的作用。例如，5G通信技術(shù)的應(yīng)用，以其高速的數(shù)據(jù)傳輸率和極低的延遲特性，使得從云端到車端的數(shù)據(jù)傳輸幾乎實(shí)時(shí)進(jìn)行，確保車輛能夠即時(shí)接收到從云端發(fā)送的最新路線調(diào)整指令或安全警告。這種快速的響應(yīng)能力對(duì)于保障行駛中的車輛安全至關(guān)重要，尤其是在緊急避險(xiǎn)或突發(fā)事件響應(yīng)中。這種通信系統(tǒng)還支持車輛與云端之間的雙向通信，不僅車輛可以從云端接收指令，車輛的狀態(tài)信息也可以實(shí)時(shí)反饋給云端，使云端能夠根據(jù)車輛的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)調(diào)整其決策建議，實(shí)現(xiàn)更為精細(xì)和個(gè)性化的車輛管理。

4.3 提升主動(dòng)安全能力

基于車載通信的卡車控制策略在提升車輛的主動(dòng)安全能力方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，基于智能算法的決策支持系統(tǒng)是提高車輛主動(dòng)安全的關(guān)鍵因素。這一系統(tǒng)綜合分析通過V2V和V2I收集到的大量數(shù)據(jù)，并結(jié)合車輛自身的傳感器信息，使用機(jī)器學(xué)習(xí)、人工智能等先進(jìn)算法，實(shí)時(shí)評(píng)估道路情況和交通環(huán)境的安全風(fēng)險(xiǎn)。智能算法可以在分析這些數(shù)據(jù)時(shí)，預(yù)測并識(shí)別潛在的碰撞和事故風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而自動(dòng)執(zhí)行安全措施，如自動(dòng)制動(dòng)、車道保持、安全距離調(diào)整等。例如，智能算法可以計(jì)算車輛之間的最安全距離，并實(shí)時(shí)調(diào)整車速以維持此安全距離，或者在系統(tǒng)檢測到側(cè)方車道有快速接近的車輛時(shí)，自動(dòng)取消變道操作，防止可能的側(cè)面碰撞。

基于車載通信的卡車控制策略不僅能夠提供更全面的環(huán)境感知，而且能夠通過智能化的實(shí)時(shí)決策，有效預(yù)防事故的發(fā)生，大幅提升車輛的主動(dòng)安全性。這種高度集成的通信與控制系統(tǒng)對(duì)于未來高速公路和城市道路的車輛安全管理具有革命性的意義，為實(shí)現(xiàn)更安全的道路交通環(huán)境提供了可靠的技術(shù)支持。

5 結(jié)語

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，物流運(yùn)輸對(duì)卡車車隊(duì)的效率和安全性提出了更高要求?；谲囕d通信的智能協(xié)同控制和云端輔助決策，正是解決當(dāng)前卡車控制問題、實(shí)現(xiàn)智能高效運(yùn)輸?shù)挠辛κ侄?。本文系統(tǒng)研究了基于車載通信的卡車控制新策略。研究表明，基于車載通信的卡車控制策略可有效提升道路通行效率，降低運(yùn)營成本和能耗，全面增強(qiáng)運(yùn)輸安全性，在智慧物流和智能網(wǎng)聯(lián)汽車領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。未來，相關(guān)技術(shù)的進(jìn)一步完善和產(chǎn)業(yè)化推廣，必將為實(shí)現(xiàn)卡車運(yùn)輸?shù)闹悄芑D(zhuǎn)型注入強(qiáng)大動(dòng)力。同時(shí)，隨著5G、人工智能等新興技術(shù)的發(fā)展，車載通信和智能控制技術(shù)還將不斷演進(jìn)，支持更加復(fù)雜的控制策略和應(yīng)用場景。如何充分挖掘新技術(shù)潛力、融合多學(xué)科知識(shí)，設(shè)計(jì)更加智能化、自動(dòng)化的卡車控制系統(tǒng)，將是本領(lǐng)域值得深入研究的重要方向。

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