智能网联汽车与智慧平交道口：事故预防的未来

来源 | 交通安全与法律

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智能网联汽车在道路上越来越多，并且朝着更加自动化的方向发展。2017年，SNCF（Société nationale des chemins de fer français ，法国国家铁路公司）创新研究部开发了一个项目，将平交道口改造成与道路车辆互联相通的十字路口。基于该项目的成果，SNCF 与法雷奥合作发起了一项新挑战。SNCF 互联平交道口项目经理 Virginie Taillandier 探讨了这种合作伙伴关系如何为自动驾驶和自动驾驶汽车的出现做好准备和保护平交道口。

虽然自动驾驶或自动驾驶汽车似乎在科幻小说领域，但许多汽车，如特斯拉汽车，已经提供了第一级自动化，允许驾驶员控制速度和方向。目前，驾驶员仍必须监控环境并在必要时重新获得控制权。然而，几家汽车制造商已经宣布即将发布的汽车提供更大范围的自动化，这将使汽车能够分析其周围环境并采取相应的行动。

平交道口是铁路和公路的交叉口。99% 的平交道口事故是由于违反交通规则造成的；它是铁路事故死亡的第三大原因。2017年，SNCF创新研究部启动了技术更新项目，将平交道口转变为与道路车辆互联相通的十字路口。2018 年，原型的开发表明，平交道口可以在合作智能交通系统 (C-ITS) 生态系统中发挥关键作用。

2019 年，SNCF 作为合作伙伴加入了 C-Roads 项目。平交道口与 5G（Wi-Fi）和 4G（蜂窝）混合通信集成到 C-ITS 架构中（见图 1）。目标是向车辆 (V2X) 发送有关平交道口状态（关闭、打开、正在进行中、故障）及其特征（高度、宽度、重量、速度或地面的限制）的消息。

图1

验证测试于 2019 年和 2020 年在位于布列塔尼的平交道口进行，包括 C-Roads 项目的国家和欧洲合作伙伴。

2020 年，自动驾驶/自动驾驶汽车出现了新的挑战。我们的信念是自动驾驶/自动驾驶汽车可以进一步减少平交道口的事故数量，这一信念促成了 HERMES 项目的成立。HERMES 项目是 SNCF 和法雷奥之间的合作伙伴关系，结合了铁路和汽车专业知识。HERMES 项目有两个目标，为自动驾驶汽车的到来准备平交道口，以及通过将平交道口作为道路上的用例来为汽车世界做好准备。

HERMES项目方法论

该项目于 2020 年开始，对法国的平交道口进行分类，即描述设备及其特性，允许自动/自动车辆识别平交道口（标志、灯、障碍物）以及现有的道路配置 . 因此，从这些元素中，自动驾驶汽车可以区分它在路上遇到的东西。

已进行初步初步危害分析 (PHA) 以确定自动驾驶系统 ADS 的危险行为（称为不良事件）。然后并行进行了三种不同类型的可靠性研究：功能安全研究、预期功能安全性 (SOTIF) 研究和网络安全研究。目标是识别和评估由随机硬件故障、性能限制、网络攻击/恶意人类行为引起的 ADS 危险行为所导致的风险，并确定能够在合理水平上降低此类风险的对策。 该项目的重点是由于 ADS 对道路和平交道口的感知功能障碍导致的危险行为。 这三项研究使用的方法框架（分别）基于 ISO 26262、ISO 21448 和 ISO 21434。

然后在三种类型的对策之间进行了一个调解阶段，以确保它们之间是一致的、不矛盾的和互补的。

HERMES项目演示

演示活动于 2021 年在 Brec"h（法国布列塔尼）的第 449 号平交道口举行，这是一个配备闪光灯和两个半护栏的活动平交道口。

平交道口管理系统连接到路边单元 (RSU)，负责通过无线通信（V2X 通信）向自动驾驶车辆发送有关平交道口区域的信息（V2X 消息），根据 ETSI ITS 通信进行标准化协议栈。

自动驾驶汽车还配备了 V2X 连接（参见图 2），并且除了此类 V2X 链接外，还可以通过使用其外部感知传感器（例如摄像头）和数字地图来特别检测平交道口。

图2

在演示过程中，进行了几种场景来测试两个系统的标称模式和降级模式，包括：

*车辆自动穿过开放的平交道口

*如果平交道口关闭，车辆将停在平交道口入口处，车辆等待道闸完全重新打开后才能通过

*如果车辆无法通过平交道口，则车辆会请求驾驶员收回控制权。如果驾驶员在规定的时间内（演示期间 10 秒）没有做出反应，车辆会在平交道口前停下（见图 3，场景 1）

图3

*遇到交通拥堵，当接近开放的平交道口时，自动驾驶汽车会停下来等待平交道口区域完全畅通后才能进入（见图4，场景2和3）

*如果在铁路轨道上检测到障碍物，车辆将停下，不会进入铁路区域的危险区域。

自动驾驶汽车已经实现了目标场景，在功能和安全方面具有预期的性能（即没有危险行为）。特别是，平交道口通过 V2X 通信链路带来的帮助对于确保平交道口感知的冗余性特别有用。

结论

这些测试使我们能够验证 SNCF 和法雷奥之间做出的各种假设，特别是在功能安全和网络安全方面。

SNCF 面临的挑战包括在欧洲层面实现平交道口用例的标准化，以及在自动/自动车辆批准中创建车辆通过平交道口的标准能力。

对于 SNCF 来说，这是一个在其铁路周边之外、在国际上大放异彩的新机会，以便汽车和道路部门考虑平交道口安全的主题。