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摘要随着全球智能制造与物流自动化进程的加速推进，无人驾驶工业卡车已成为现代智慧仓储与无人配送体系中的核心装备。其安全性能直接关系人员生命财产安全与企业运营连续性，亟需统一、严谨的国际标准予以规范。本报告围绕国际标准化组织（ISO）发布的ISO3691-4:2023《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》展开系统研究。报告首先概述了该标准的立项背景与发展历程，梳理了其从ISO3691系列整体框架中独立成篇的技术逻辑；其次，深入解析了标准的核心技术内容，涵盖无人驾驶工业卡车的系统架构、安全功能要求、运行环境条件、验证方法与风险评估流程；再次，分析了该标准与ISO3691-1、ISO3691-2等既有标准的衔接关系，以及其在ISO3691族标准体系中的定位；最后，报告对该标准的行业应用价值、国际影响及未来修订方向进行了展望。研究表明，ISO3691-4:2023填补了无人驾驶工业车辆国际安全标准的空白，为制造商、系统集成商与终端用户提供了统一的安全设计与验证依据，对推动全球工业车辆智能化转型具有重要的引领和规范作用。关键词：无人驾驶工业卡车；安全要求；验证方法；ISO3691-4；工业车辆；功能安全；标准化Keywords:Driverlessindustrialtrucks;Safetyrequirements;Verificationmethods;ISO3691-4;Industrialvehicles;Functionalsafety;Standardization一、引言1.1研究背景全球制造业正经历以数字化、网络化、智能化为核心特征的深刻变革。作为智能制造与智慧物流的关键节点，工业车辆——包括叉车、牵引车、堆垛机等——正加速从传统人工操作向自动化、无人化方向演进。据国际机器人联合会（IFR）统计数据，2022年全球移动机器人销量增长逾30%，其中无人驾驶工业车辆在仓储物流领域的部署量呈爆发式增长态势。然而，技术的高速迭代也对安全标准的完善提出了空前迫切的需求。在无人驾驶工业卡车大规模进入生产与物流现场之前，各国制造商依据各自国内标准或企业内部规范进行设计与制造，导致产品安全水平参差不齐、跨市场流通障碍重重。缺乏统一的安全要求和验证方法，不仅增加了设备进出口的技术壁垒，也对作业现场的人员安全构成了潜在威胁。在此背景下，国际标准化组织适时启动了ISO3691-4的编制工作。1.2标准编制历程ISO3691-4:2023由国际标准化组织ISO/TC110（工业车辆技术委员会）下属SC2（机动工业车辆安全分技术委员会）负责制定。该标准的编制工作历经多年多轮国际磋商与技术论证，汇聚了来自德国、美国、日本、中国、瑞典等主要工业国家的专家智慧，并广泛征求了制造商、用户、科研机构及认证机构的意见。标准于2023年6月12日正式发布，取代了此前以技术报告或补充条款形式存在的相关指导文件，成为无人驾驶工业卡车安全领域的里程碑式国际标准。二、标准范围与定位2.1适用范围ISO3691-4:2023规定了无人驾驶工业卡车（Driverlessindustrialtrucks）及其系统的安全要求和验证方法。其适用范围涵盖以下类型的工业车辆：-自动导引车（AGV，AutomatedGuidedVehicle）；-自主移动机器人（AMR，AutonomousMobileRobot）形态的工业搬运车辆；-无人驾驶叉车、无人驾驶牵引车及其他按照预定程序或自主决策运行的工业卡车；-与上述车辆配套的运行控制系统、导航系统、感知系统及调度管理系统。该标准适用于在工业场所（包括生产车间、仓库、配送中心、港口、机场等）内部运行的无人驾驶工业卡车，不适用于公共道路行驶的无人驾驶车辆。2.2在ISO3691系列中的定位ISO3691是工业卡车安全要求的系列标准总称，其整体框架如下：-ISO3691-1：针对有人驾驶的平衡重式叉车和前移式叉车等通用工业卡车的安全要求；-ISO3691-2：针对有人驾驶的伸缩臂式叉车的安全要求；-ISO3691-3：针对有人驾驶的越野叉车的安全要求；-ISO3691-4：针对无人驾驶工业卡车及其系统的安全要求（本报告研究对象）；-ISO3691-5：针对有人驾驶的步行操纵式工业卡车的安全要求；-ISO3691-6：针对货物及人员运输车的安全要求；-ISO3691-7：针对越野载货卡车的安全要求。ISO3691-4是ISO3691系列中首个专门针对无人驾驶车辆制定的安全标准，弥补了该系列标准体系在自动化、智能化方向的空白。该标准与ISO3691-1中适用的部分条款共同构成了无人驾驶工业卡车的完整安全要求体系。2.3与其他相关标准的关系除ISO3691系列之外，ISO3691-4:2023还与以下标准存在协调与衔接关系：-ISO13849-1（机械安全——控制系统安全相关部件——第1部分：设计通则）：用于无人驾驶工业卡车安全控制系统的性能等级（PL）评定；-ISO10218（机器人安全要求）：当无人驾驶工业卡车与工业机器人协同作业时，需同时满足该标准的相关要求；-IEC61508（电气/电子/可编程电子安全相关系统的功能安全）：作为功能安全的基础标准，为安全控制系统的开发提供通用方法论；-ISO12100（机械安全——设计通则——风险评估与风险减小）：为风险评估提供基础方法论。三、标准核心技术内容3.1系统架构与定义ISO3691-4:2023对无人驾驶工业卡车及其系统进行了明确定义，并建立了完整的系统架构描述框架。标准将无人驾驶工业卡车系统划分为以下核心子系统：-车辆本体子系统：包括行驶系统、转向系统、制动系统、液压系统（如适用）、动力系统（电动或内燃机）等传统车辆组件；-导航与定位子系统：包括激光导航、磁导航、视觉导航、惯性导航或多种导航方式融合的定位系统，负责实现车辆在运行环境中的实时定位与路径规划；-感知子系统：包括激光雷达（LiDAR）、毫米波雷达、超声波传感器、摄像头等环境感知装置，用于探测运行路径上的障碍物、人员及其他动态物体；-决策与控制子系统：基于感知信息与任务指令进行行驶决策、速度控制和避障策略执行；-通信子系统：实现车辆与调度管理系统、其他车辆（V2V）、基础设施（V2I）之间的数据交互；-安全保护子系统：包括急停装置、安全扫描仪、防碰撞传感器、声音和灯光报警装置等。3.2安全要求体系标准建立了全生命周期的安全要求体系，覆盖设计、制造、安装、调试、运行、维护和报废各个阶段。其核心安全要求包括：（1）功能安全要求安全相关控制系统必须达到ISO13849-1规定的性能等级（PerformanceLevel）。根据风险评估结果，无人驾驶工业卡车的安全相关控制功能至少应达到PLd等级。关键安全功能包括：-安全速度监控功能：在人员可能接近的区域自动限速；-安全距离保持功能：与障碍物或人员之间保持动态安全距离；-自动紧急制动功能：当检测到碰撞风险时自动触发安全制动；-急停功能：可通过车辆本体上的急停按钮或远程遥控装置触发紧急停车。（2）感知与探测要求标准规定无人驾驶工业卡车应配备冗余配置的环境感知系统，确保在规定运行条件下能够可靠检测：-运行路径上的固定障碍物（货架、立柱、设备等）；-动态障碍物（其他车辆、移动设备等）；-人员（包括行走和静止状态的人员）；-地面变化（坑洞、台阶、坡道等）。感知系统的探测范围、响应时间和可靠性必须经过验证，确保在最不利工况下仍能满足安全要求。（3）运行环境要求标准明确要求制造商或系统集成商必须对无人驾驶工业卡车的运行环境进行限定，并制定环境条件规范。运行环境要求包括：-照度条件：室内运行环境的照明水平应满足感知系统的正常工作需求；-地面条件：地面平整度、承载能力、摩擦系数等应满足车辆稳定运行的要求；-通信环境：无线通信信号的覆盖范围和可靠性应满足车-控通信需求；-电磁兼容性：车辆及系统在规定的电磁环境中应能正常工作且不对其他设备产生干扰。（4）人员保护要求针对人机交互场景，标准提出了专门的人员安全保护要求：-行人检测与避让：在人员可能出现区域，车辆应能以安全速度运行或在安全距离内停车；-声光警示装置：车辆在自动运行模式下应配备有效的声光报警装置，提醒附近人员注意；-维护模式安全：在维护和调试模式下，应确保维护人员的安全得到充分保障。（5）运行模式要求标准区分了以下运行模式，并分别规定了安全要求：-自动运行模式：车辆按照预设程序或调度指令独立完成搬运任务；-手动/半自动模式：在特定场景下由操作人员通过遥控装置进行操控；-维护/调试模式：用于系统调试、维修和参数配置的模式。各模式之间的切换必须经过有意操作，并具备防止误操作的保护机制。3.3验证方法ISO3691-4:2023建立了系统性的验证框架，要求制造商对无人驾驶工业卡车及其系统进行以下类型的验证：（1）型式试验（TypeTesting）包括车辆本体的机械安全试验（制动性能、稳定性、承载能力等）、电气安全试验（绝缘性能、接地保护等）以及环境适应性试验。（2）安全功能验证（SafetyFunctionVerification）对各安全相关功能逐项进行功能测试，验证其响应时间、触发条件、动作正确性和可重复性。安全功能验证应结合ISO13849-1的规定进行。（3）系统级验证（System-LevelVerification）包括：-故障注入试验：模拟传感器故障、通信中断、电源异常等场景，验证系统的安全响应；-耐久性验证：对长时间连续运行条件下的系统稳定性进行考核；-误用试验：模拟操作人员的不当操作或误操作，验证系统的防护能力。（4）现场验证（FieldVerification）在真实运行环境中进行验证，确认车辆在实际工况下的安全性能满足要求。现场验证应包含以下内容：-运行区域的人员和障碍物分布模拟；-通信信号弱覆盖区域的安全性验证；-各种气象条件（如适用）下的运行安全性验证。3.4风险评估流程标准引入了系统化的风险评估方法论，要求制造商在设计和验证过程中实施贯穿全生命周期的风险评估。风险评估流程包括以下关键步骤：1.运行场景识别：识别车辆的全部预期运行场景，包括正常运行工况、可预见的误用工况和故障工况；2.危险源辨识：根据场景识别可能造成伤害的危险源，包括撞击、挤压、剪切、卷入、坠落等机械危险，以及电气、热、噪声、辐射等非机械危险；3.风险分析与评价：对每个危险源进行风险分析和评价，确定风险等级，并据此确定所需的风险减小措施；4.风险减小与验证：通过本质安全设计、安全防护措施和补充保护措施三个层次逐步降低风险，并通过验证确认残余风险在可接受范围内。四、标准主要修订内容ISO3691-4:2023相较于前一版本或此前相关技术文件，主要修订内容集中在以下方面：4.1扩展技术适用范围新版本将适用范围从早期的自动导引车（AGV）扩展至包括自主移动机器人（AMR）在内的各类无人驾驶工业搬运装备，适应了当前技术发展趋势。同时增加了对多种导航方式（激光SLAM、视觉导航、二维码导航等）的兼容性说明。4.2强化功能安全要求新版本将安全控制系统的性能等级要求从之前的PLc提升至PLd（在人员可接近场景中），并增加了安全相关控制功能的细化分类。新增了关于安全软件的开发流程规范和软硬件协同安全验证的指导性内容。4.3增加人机交互安全条款考虑到无人驾驶工业卡车在真实生产环境中与人共存的普遍性，新版本显著扩充了人机交互安全相关条款。新增内容包括：行人行为模型假设、人员检测系统的误报与漏报分类及可接受标准、声音报警信号的声压等级和频率范围要求等。4.4细化验证评估方法新版本对验证方法进行了大幅扩充和细化，新增了故障注入试验的详细操作指南和通过标准。引入了基于场景的安全验证方法论（Scenario-basedVerification），要求制造商建立覆盖典型工况和边界工况的验证场景库。同时增加了对验证过程中检测数据的记录、保存和追溯要求。五、标准实施与应用5.1行业影响与应用价值ISO3691-4:2023的发布对全球工业车辆行业产生了深远影响。其核心价值体现在以下方面：统一安全基准：该标准首次为无人驾驶工业卡车提供了全球统一的安全设计、验证和评估基准，有效弥合了此前各国在安全要求上的差异，降低了国际贸易中的技术壁垒。促进技术创新：标准在设定安全门槛的同时，也为新技术的应用保留了充分的创新空间。通过基于性能（Performance-based）的要求方式而非指定具体技术方案，标准鼓励制造商探索更先进的感知、决策和控制技术以实现同等或更高水平的安全性。引导行业有序发展：标准的发布促使行业从“低价竞争”向“安全合规竞争”转变，引导企业将安全设计能力作为核心竞争力进行培育。5.2应用场景该标准适用于但不限于以下典型应用场景：-自动化仓储系统：无人叉车在自动化立体仓库中进行货物搬运和堆垛作业；-智能制造车间：无人牵引车在生产车间内进行物料配送；-港口与机场物流：无人驾驶集装箱搬运车和行李搬运车在限定区域内的自动化运行；-配送中心分拣系统：AGV/AMR在电商配送中心内执行货物搬运和分拣任务。5.3我国相关标准化工作我国是ISO/TC110的积极参与国。全国工业车辆标准化技术委员会积极跟踪ISO3691-4标准的制定进程，同步启动了对应国家标准的转化工作。我国GB/T10827系列标准与ISO3691系列保持了良好的对应协调关系。随着ISO3691-4:2023的发布，我国相应国家标准正在积极推进转化，以期为国内无人驾驶工业卡车行业的健康发展提供有力的标准支撑。六、主要起草单位介绍ISO3691-4:2023的制定汇聚了全球工业车辆领域最具技术实力的企业和机构。在此重点介绍德国永恒力集团（JungheinrichAG）参与该标准制定工作的具体情况。6.1永恒力集团简介永恒力集团成立于1953年，总部位于德国汉堡，是全球领先的物料搬运设备、物流系统和售后服务供应商之一。作为欧洲最大的工业车辆制造商之一，永恒力在全球拥有超过19,000名员工，业务遍及40余个国家。公司在电动叉车、仓储技术和自动化物流系统领域拥有雄厚的技术积累，是全球少数能够提供从传统叉车到全自动无人驾驶工业车辆全系列产品的制造商之一。6.2在标准制定中的贡献永恒力集团长期深度参与ISO/TC110/SC2的标准化工作，在ISO3691-4:2023的制定过程中发挥了重要引领作用：技术方案贡献：永恒力将其在无人驾驶工业车辆领域超过20年的工程实践经验融入标准制定，特别是在安全感知系统的冗余设计、复杂运行环境下的障碍物检测策略以及安全控制系统的架构设计等方面，提出了多项关键技术方案。试验方法验证：永恒力利用其位于德国诺德施泰特（Norderstedt）的自动化物流技术中心和汉堡总部的测试场地，率先开展了标准草案中规定验证方法的实际验证工作。其积累的大量实测数据为验证方法的科学性和可操作性提供了重要支撑。组织协调作用：永恒力作为德国工业车辆协会（VDMA）下属物料搬运和物流技术分会的核心成员，在协调欧洲各国立场、推动标准共识达成方面发挥了关键的桥梁作用。标准化人才培养：永恒力长期派遣资深技术专家参与ISO/TC110/SC2的工作组会议，其多名专家担任工作组召集