ISO 3691-42023 工业卡车.安全要求和验证.第4部分无人驾驶工业卡车及其系统标准立项发展报告

工业卡车安全要求和验证第4部分：无人驾驶工业卡车及其系统标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:IndustrialTrucks—SafetyRequirementsandVerification—Part4:DriverlessIndustrialTrucksandTheirSystems摘要关键词：无人驾驶工业卡车；安全要求；功能安全；ISO3691；标准化；工业车辆Keywords:DriverlessIndustrialTrucks;SafetyRequirements;FunctionalSafety;ISO3691;Standardization;IndustrialVehicles一、引言1.1研究背景全球工业车辆产业正处于从传统人工操作向智能化、无人化方向深刻变革的关键时期。据国际物流与仓储行业协会统计，全球自动导引车（AGV）和自主移动机器人（AMR）市场规模在2022年已突破120亿美元，预计2028年将超过300亿美元，年均复合增长率维持在15%以上。无人驾驶工业卡车作为其中载荷能力最大、作业环境最复杂、安全风险最高的品类，广泛应用于港口、机场、大型仓储中心、制造业厂区等场景，承担着货物搬运、堆垛、牵引等核心物流功能。然而，与传统人工驾驶工业卡车相比，无人驾驶工业卡车在运行过程中不存在操作员实时干预的可能，其安全性能完全依赖于车载感知系统、决策算法、执行机构及调度管理系统的综合可靠性。这一根本性差异使得传统工业卡车的安全标准体系难以直接适用于无人驾驶场景。在此背景下，制定专门针对无人驾驶工业卡车的国际安全标准，已成为全球产业界的迫切需求。1.2标准化背景ISO3691系列标准是国际工业卡车安全领域的foundational标准体系，其结构如下：-ISO3691-1:2011：有人驾驶工业卡车安全要求；-ISO3691-2：自行式工业卡车安全要求；-ISO3691-3：载人工业卡车安全要求补充；-ISO3691-4:2023：无人驾驶工业卡车及其系统的安全要求（本次修订版本）；-ISO3691-5：电动工业卡车特殊要求；-ISO3691-6：越野型工业卡车安全要求。ISO3691-4的最早版本可追溯至2009年（ISO3691-4:2009），该版本首次提出了无人驾驶工业卡车的基本安全概念。但随着技术的飞速演进，特别是激光雷达、视觉感知、深度学习等技术的成熟应用，2009版标准已无法充分覆盖新兴技术形态带来的安全挑战。2018年，ISO/TC110（工业卡车技术委员会）正式启动该标准的系统性修订工作，历经五年多轮国际研讨与草案评审，最终形成2023版。二、标准主要内容2.1标准范围与适用对象ISO3691-4:2023适用于以下类型的无人驾驶工业卡车及其系统：-自动导引车（AGV），包括采用固定路径导引和自由路径导航的各类形式；-自主移动机器人（AMR），即具备环境感知与自主决策能力的工业搬运平台；-无人驾驶叉车、无人牵引车及其与上位调度系统组成的完整作业系统；-多车协同作业的无人工业卡车车队系统。标准不适用于仅在受限区域内沿固定轨道运行的简单运输装置，以及完全在公共道路上行驶的无人驾驶车辆。2.2关键安全要求2.2.1设计安全要求无人驾驶工业卡车在设计阶段必须满足以下安全要求：（1）整车结构安全：车体结构强度、稳定性（含额定载荷和极限载荷条件下的倾翻稳定性）、制动性能等须满足ISO3691系列基础安全要求。（2）动力与能量安全：针对电动、内燃机及混合动力系统，分别规定能量存储、能量转换及能量传递过程中的安全要求，特别是锂离子电池系统的热失控防护。（3）感知系统安全：对激光雷达、摄像头、毫米波雷达、超声波传感器等感知元件提出检测范围、检测精度、冗余配置及环境适应性（光照、灰尘、雨雾等）要求。（4）决策与控制系统安全：规定路径规划、速度控制、避障策略、交通规则执行等核心算法功能的最低安全性能要求。（5）执行机构安全：转向系统、驱动系统、制动系统及液压系统须具备失效安全（fail-safe）特性，即在单一故障条件下仍能保持安全状态或进入安全停机。2.2.2功能安全要求标准引入了基于ISO13849和IEC62061的功能安全设计理念，要求：-安全相关控制系统的性能等级（PL）须达到PLd或以上；-安全功能（如紧急停机、安全距离保持、区域监控）的完整性等级须满足SIL2要求；-须进行系统性的危险辨识与风险评估，覆盖正常作业、故障状态、维护操作和异常工况等全场景。2.2.3系统层面安全要求超越单车层面，标准对无人驾驶工业卡车作业系统提出了系统性安全要求：-交通管理：多车协同作业时的交通规则、优先权策略、交叉路口管理及防碰撞协调机制；-人机交互安全：无人车与场内行人、人工驾驶车辆之间的安全交互协议，包括声光警示、安全距离保持及自动降速停车策略；-调度管理系统安全：上位调度软件与车载系统之间的通信安全、指令验证及异常处理机制；-运行环境安全：对作业区域内的地面条件、通道宽度、限高、坡道、门禁等基础设施条件提出明确要求。2.2.4验证与确认要求标准提供了一套完整的验证方法论，包括：-型式试验：在规定工况下进行的整车性能验证，包括额定载荷运行、最大速度运行、紧急制动、倾斜路面运行等试验项目；-安全功能验证：对每项安全功能逐一进行注入式测试，验证其在正常及故障工况下的响应行为；-场景化测试：基于标准定义的典型作业场景和边缘场景（如行人突然闯入、传感器遮挡、通信中断等）开展测试；-长期可靠性验证：规定不少于规定时长的连续运行考核期，以验证系统的长期稳定性。2.3与2009版的差异2023版标准在2009版基础上进行了如下重大技术调整：-将适用范围从传统的AGV扩展至包含AMR在内的全品类无人驾驶工业卡车；-引入ISO13849和IEC62061功能安全方法论，替代原有的简化安全电路设计要求；-新增了对感知系统及其失效模式的详细要求；-新增了对多车协同作业和车队管理的安全要求；-新增了对网络安全（cybersecurity）的基础要求，以应对日益突出的远程攻击风险；-更新了验证与确认方法，引入场景化测试和仿真验证手段。三、标准的编制历程ISO3691-4:2023的修订工作由ISO/TC110（工业卡车技术委员会）下设的WG4工作组负责推进，历经如下关键阶段：|阶段|时间节点|主要工作内容||------|----------|-------------||立项评估|2018年Q1|对各成员体进行意见征询，确认修订必要性||工作草案（WD）|2018-2019|完成标准框架设计和关键技术议题梳理||委员会草案（CD）|2019-2021|多轮委员会内部评审，技术内容逐步完善||国际标准草案（DIS）|2021-2022|全球范围投票，收集各成员体意见并处理||最终国际标准草案（FDIS）|2022-2023|最终技术评审和编辑性修订||正式发布|2023-06-12|ISO中央秘书处正式出版|在编制过程中，德国、中国、日本、美国、瑞典等工业车辆制造大国贡献了大量技术输入。中国作为全球最大的工业卡车生产国和消费国，通过全国工业车辆标准化技术委员会（SAC/TC332）积极组织国内骨干企业和科研机构参与标准编制，在感知系统安全、锂离子电池安全防护等方面提出了多项具有中国技术特色的修改意见并被采纳。四、主要参与单位4.1ISO/TC110概述ISO/TC110（工业卡车技术委员会）成立于1957年，是国际标准化组织下设的专门负责工业卡车领域标准制修订的技术委员会。其秘书处目前由德国标准化协会（DIN）承担。TC110下设多个分技术委员会和工作组，其中SC2（机动工业卡车安全）负责安全类标准的制修订，WG4工作组专门负责无人驾驶工业卡车标准。4.2国内主要参与单位——全国工业车辆标准化技术委员会（SAC/TC332）全国工业车辆标准化技术委员会（SAC/TC332）是经国家标准化管理委员会批准成立、负责全国工业车辆领域标准化技术工作的组织，秘书处设在北京起重运输机械设计研究院有限公司。该委员会对口国际标准化组织ISO/TC110，是代表中国参与国际工业车辆标准制定的唯一官方渠道。主要职责：-组织国内工业车辆领域国家标准、行业标准的制修订和复审工作；-代表中国参加ISO/TC110及其各分技术委员会的国际标准制定活动；-组织开展国家标准外文版翻译和国际标准提案工作；-推动中国优势技术成果转化为国际标准。在ISO3691-4:2023编制中的具体贡献：1.技术提案：SAC/TC332组织国内专家团队，针对锂离子电池安全防护、感知系统可靠性验证、多车协同调度安全等议题提交了多项技术提案；2.意见反馈：在DIS和FDIS投票阶段，组织国内利益相关方（制造企业、检测机构、科研院所、用户单位）对标准草案进行系统研究，汇总形成中国意见书；3.试验验证：组织国内骨干企业按照标准草案要求开展验证性试验，为标准技术指标的合理性提供数据支撑；4.标准转化：牵头推动ISO3691-4的同步采标工作，计划将国际标准转化为国家标准（GB/T），确保国内标准与国际标准的协调一致。五、结论与展望5.1标准意义ISO3691-4:2023的发布具有多方面的重要意义：-填补空白：作为全球首部系统涵盖全品类无人驾驶工业卡车安全要求的国际标准，填补了该领域的标准空白；-引领发展：标准所确立的安全理念和技术要求，将引领全球无人驾驶工业卡车产业的技术发展方向；-促进贸易：统一的国际安全标准将消除各国在安全认证方面的技术壁垒，促进工业卡车产品的国际贸易；-保障安全：为无人驾驶工业卡车的安全运行提供了可量化、可验证的技术依据，有助于从源头降低事故风险。5.2未来展望展望未来，ISO3691-4:2023的修订完善将持续推进，值得关注的趋势包括：第一，面向更高自动化等级的扩展。随着L4乃至L5级完全自主驾驶技术的成熟，标准将需要进一步更新感知、决策和执行系统的安全要求，并考虑无人驾驶工业卡车与智慧工厂、无人工厂整体系统的深度融合。第二，网络安全要求的强化。随着工业互联网和5G技术的普及应用，无人驾驶工业卡车面临的网络安全威胁将持续增加，针对数据安全、通信安全和远程控制安全的专项标准需求将更加迫切。第三，与人工智能治理的协同。基于深度学习等人工智能技术的感知和决策算法正在大规模应用于无人驾驶工业卡车，如何对这些"黑盒"算法的安全性进行验证与认证，将成为标准下一步关注的重点方向。参考文献[1]ISO3691-4:2023,Industrialtrucks—Safetyrequirementsandverification—Part4:Driverlessindustrialtrucksandtheirsystems[S].Geneva:InternationalOrganizationforStandardization,2023.[2]ISO3691-1:2011,Industrialtrucks—Safetyrequirementsandverification—Part1:Self-propelledindustrialtrucks,otherthandriverlesstrucks,variable-reachtrucksandburden-carriertrucks[S].Geneva:ISO,2011.[3]ISO13849-1:2023,Safetyofmachinery—Safety-relatedpartsofcontrolsystems—Part1:Generalprinciplesfordesign[S].Geneva:ISO,2023.[4]IEC62061:2021,Safetyofmachinery