ISO 42722022 智能运输系统.卡车排成系统（TPS）.功能和操作要求标准立项发展报告

智能运输系统卡车排成系统（TPS）功能和操作要求标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Intelligenttransportsystems—Truckplatooningsystems(TPS)—Functionalandoperationalrequirements摘要随着全球物流运输业的快速发展，卡车货运在道路运输中的比重持续攀升，运输效率、燃油消耗、碳排放以及行车安全等问题日益突出。卡车排成系统（TruckPlatooningSystems,TPS）作为智能运输系统（ITS）的重要应用方向，通过车辆间基于车路协同与自动化控制技术的编队行驶，能够有效缩短跟车间距、降低空气阻力、减少燃油消耗与排放，并提升道路通行能力和驾驶安全性。然而，由于缺乏统一的国际标准，各国在系统架构、功能要求、操作流程、通信协议及安全规范等方面存在显著差异，严重制约了卡车排成技术的跨区域部署与产业规模化发展。在此背景下，国际标准化组织（ISO）于2022年9月19日正式发布ISO4272:2022《智能运输系统卡车排成系统（TPS）功能和操作要求》标准。该标准明确了卡车排成系统的术语定义、系统功能架构、操作流程、通信与数据交互要求、安全机制及性能指标，为全球卡车排成系统的设计、开发、测试与运营提供了统一的技术依据。本报告围绕该标准的立项背景、编制过程、核心技术内容、主要参编单位及未来发展趋势进行了系统分析，旨在为行业技术人员、标准管理人员及政策制定者提供全面的参考和指导。该标准的发布标志着卡车排成技术从分散的试验验证阶段迈向国际规范化、标准化发展的新阶段，对推动全球智能货运体系建设和自动驾驶技术商业化落地具有重要里程碑意义。关键词：智能运输系统；卡车排成系统；ISO4272:2022；功能和操作要求；车路协同；自动驾驶；标准化1引言1.1研究背景伴随全球电子商务和跨境贸易的蓬勃发展，公路货运承担着超过70%的陆路货物运输量。然而，传统卡车运输模式面临着多重挑战：一是燃油成本居高不下，重型卡车燃油消耗占运营总成本的30%~40%；二是碳排放压力日益增加，交通运输部门约占全球CO₂排放总量的四分之一，其中公路货运占比过半；三是驾驶员短缺问题日趋严重，尤其是在欧美发达国家，长途货运驾驶员缺口持续扩大；四是交通安全形势严峻，重型卡车交通事故致死率远高于乘用车。在此背景下，以卡车排成技术为代表的智能货运解决方案受到了全球产业界和学术界的高度关注。卡车排成是指两辆或以上卡车通过车车通信（V2V）和协同自适应巡航控制（CACC）技术，以极短的车距（通常为10~15米）组成编队（Platoon）行驶，车队中后车自动跟随前车的加速、制动和转向操作，从而实现协同行驶。研究表明，卡车排成可将编队中后车的燃油消耗降低10%~16%，前车亦可节省4%~7%的燃油，编队整体碳排放可减少约10%；同时，由于减少了人为操作失误，编队行驶的安全性也显著提高。1.2标准化需求分析尽管卡车排成技术在欧美日等国家和地区已开展了大量示范应用和测试验证，但产业发展仍面临若干关键瓶颈。其中最为突出的是标准缺失问题：不同制造商开发的排成系统在通信协议、控制策略、操作流程和安全机制上互不兼容，导致跨品牌、跨区域的排成运营难以实现。此外，缺乏统一的术语定义和功能分级标准，也使得各国在法规制定、认证检测和保险责任划分等方面缺乏技术依据。因此，制定一项面向全球的卡车排成系统功能和操作要求标准，成为国际标准化组织第204技术委员会（ISO/TC204）的重要任务。1.3标准立项意义ISO4272:2022作为全球首项专门针对卡车排成系统的功能与操作要求的国际标准，填补了该领域国际标准空白，具有以下重要意义：（1）统一技术框架：该标准为卡车排成系统的功能架构、操作流程和安全要求提供了国际统一的技术基线，有助于消除技术壁垒，促进全球范围内的技术交流和产业合作。（2）支撑法规制定：标准中的操作场景分类和安全机制要求，为各国制定卡车排成的交通法规和保险政策提供了技术参考依据。（3）引导产业发展：通过明确系统功能和操作要求，引导企业产品研发方向，降低重复开发和多标准适配成本，加速产业规模化进程。（4）促进多式联运融合：有利于卡车排成与港口、物流园区、高速公路管理等系统的协同对接，助力多式联运效率提升。2标准编制过程2.1标准制定背景沿革ISO4272:2022的编制工作由国际标准化组织下设的ISO/TC204（智能运输系统技术委员会）负责。ISO/TC204成立于1992年，是国际标准化领域专门负责智能运输系统标准化的技术委员会，其工作范围涵盖交通信息与控制系统、自动驾驶、电子收费、车队管理及货运ITS等广泛领域。截至ISO4272:2022发布之时，ISO/TC204已发布和正在制定的标准超过200项，秘书处由美国国家标准协会（ANSI）承担。卡车排成标准化的议题最早于2016年在ISO/TC204内部提出，起因是欧洲卡车排成挑战赛（EuropeanTruckPlatooningChallenge,2016年）的成功举办引发了国际社会对排成技术标准化的强烈关注。此后，ISO/TC204成立了专门的工作组（WG），负责卡车排成标准的预研工作，重点梳理了欧洲CORD（CooperativeDynamicFormationandDriving）、美国FHWA（联邦公路管理局）多州排成研究计划、日本SIP-adus（战略性创新创造项目-自动驾驶系统）等主要研究项目在功能定义与操作要求方面的技术积累和共性需求。2.2标准编制阶段ISO4272:2022的编制遵循了ISO/IEC导则的标准化工作程序，主要经历了以下阶段：-预研阶段（2016—2017年）：工作组通过系统性调查，收集了全球主要卡车排成研究项目、试验验证活动和相关国家标准的基本信息，编制了工作草案（WD）的初步框架。-委员会草案阶段（2018—2019年）：工作组将工作草案提交至ISO/TC204各成员国征求意见，经过多轮修改和完善后形成委员会草案（CD），并在委员会内部进行了两轮投票和逐条审议。-国际标准草案阶段（2020—2021年）：在委员会草案的基础上，标准文本经过进一步技术细化和编辑完善，形成了国际标准草案（DIS）。DIS文本由各成员国进行为期5个月的投票和意见征集。在此期间，各成员国围绕L2/L3级自动化排成系统的适用范围、车距分级、数据交互指标等核心问题提出了大量建设性意见。工作组在充分考虑平衡各国产业发展阶段和法规要求的基础上，对相关条款进行了相应调整和优化。-最终国际标准草案阶段（2022年）：经过上述修订后形成的最终国际标准草案（FDIS）提交全体成员国进行最终投票。投票获得通过后，标准于2022年9月19日正式发布。2.3参与国家与组织ISO4272:2022编制过程中，来自美国、德国、日本、瑞典、荷兰、中国、法国、韩国、英国等数十个成员国的专家积极参与了标准草案的讨论和修订工作，相关国际组织和行业机构也以联络组织身份参与了意见反馈和标准审查，主要包括：-国际电信联盟（ITU），就通信频率和相关空中接口问题提供指导；-联合国欧洲经济委员会（UNECE），就与世界车辆法规协调论坛（WP.29）框架下自动驾驶法规制定工作的衔接提供建议；-欧洲标准化委员会（CEN）和美国汽车工程师学会（SAE），就术语定义和功能分级的技术协调提供支持；-智能运输系统相关行业联盟，如ERTICO-ITSEurope和ITSAmerica，反馈了行业实践需求和实施推广方面的意见。此外，卡车制造商（如戴姆勒卡车、沃尔沃集团、斯堪尼亚等）、零部件供应商、通信设备制造商、道路运营管理机构和科研院校也以代表团成员或联络专家的身份积极参与了标准编制工作。3标准主要内容3.1标准范围ISO4272:2022规定了用于道路运输的卡车排成系统（TPS）的功能和操作要求。标准中的系统适用范围明确如下：适用于两辆或以上重型货车（卡车）[总质量大于3.5吨（即重型车辆）]组成的编队行驶场景，通过自动化跟车控制实现车辆编队运行。标准覆盖了编队的组建、稳定运行、解体等各阶段，并针对编队管理、队形控制和通信交互等核心功能提出了具体技术要求。需要说明的是，标准明确了其不适用于轻型商用车和乘用车的编队行驶场景，也暂不包含编队中任一车辆完全无驾驶员（即L4级及以上自动驾驶）的运营场景。3.2术语和定义标准对以下核心术语进行了统一定义：-卡车排成系统（TPS）：使两辆或以上卡车能够以协调方式自动维持短车间距行驶的系统，包括感知、决策、控制和通信等子系统的组合。-编队（Platoon）：通过TPS实现协同行驶的一组车辆，包含一辆领航车（前车）和一辆或多辆跟随车（后车）。-领航车（LeadVehicle）：编队中位于首位的车辆，负责确定编队整体的行驶策略（速度、路径等）。-跟随车（FollowingVehicle）：编队中位于领航车之后的车辆，通过TPS自动跟随前车行驶。-协作式自适应巡航控制（CACC）：在传统自适应巡航控制（ACC）基础上，通过V2X通信获取前车乃至更前方车辆的运动状态信息，实现更快、更平滑的跟车响应。-编队管理（PlatoonManagement）：包括编队的组建、成员加入/退出、队形保持、编队解体等全生命周期管理功能。-最小安全距离（MinimumSafeGap）：在确保安全的前提下，编队车辆之间允许保持的最小车间距。此外，标准还对“操作模式”（OperationalMode）、“失效响应”（FailureResponse）、“驾驶员交接”（DriverHandover）等操作性概念进行了明确界定。3.3系统功能架构功能架构部分将卡车排成系统划分为以下核心功能模块，并对各功能模块的输入、输出、处理逻辑及模块间交互接口给出了系统性说明：-环境感知模块：负责采集本车状态（位置、速度、加速度、横摆角速度等）和周边环境信息（前车距离、相对速度、车道标识等），融合摄像头、毫米波雷达、激光雷达及GPS/GNSS等多源数据。-通信模块：负责车辆间（V2V）的数据交互，包括基本安全消息（BSM/BasicSafetyMessage）、编队管理消息（PMM/PlatoonManagementMessage）及协同驾驶消息等，并支持车辆与基础设施（V2I）的信息交互（可选功能）。-决策与控制模块：基于感知信息和通信数据，实现纵向运动控制（加速、制动）和横向运动控制（转向），并执行编队策略（间距策略、编队策略切换）。-人机交互界面（HMI）模块：向驾驶员提供编队状态信息（如编队组建请求、跟车状态、系统故障警告等），并接收驾驶员的指令输入（如加入/退出编队请求）。三个功能模块在运行中相互配合：环境感知模块的信息通过通信模块传输给后方车辆，决策与控制模块融合本车感知数据和接收到的前方车辆信息后进行控制决策，HMI模块则负责全过程的驾驶员交互和状态提示。3.4操作场景分类与操作流程标准将卡车排成的操作过程划分为三个主要场景：-编队组建（PlatoonFormation）：包括领航车发起编队、跟随车申请加入、建立通信连接、确认编队参数、间隙缩短过渡等子过程。-编队行驶（PlatoonCruising）：编队维持稳定行驶状态，包括稳定跟车、间隙调节、编队内换道（可选）、编队速度协调等。-编队解体（PlatoonDissolution）：包括正常解散（到达目的地或分岔口）、驾驶员主动退出、系统故障触发的被动解散等子过程。标准针对每一场景给出了详细的操作流程要求，包括操作步骤、触发条件、时间要求和故障处理措施，确保编队操作的全生命周期均有章可循。3.5通信与数据交互要求通信与数据交互是卡车排成系统的核心支撑。标准提出以下主要要求：-通信技术选择：V2V通信应支持低延迟、高可靠的数据传输，推荐采用IEEE802.11p/ITS-G5或C-V2X（Cellular-V2X）通信技术，通信频率应符合当地法规要求。-通信内容：车辆之间至少应交互以下数据：位置、速度、加速度、横摆角速度、转向角、制动状态、车辆尺寸、编队ID、编队位置、消息时间戳等。-消息频率与延迟：周期性消息的发送频率建议不低于10Hz，端到端通信延迟应不超过100ms，以保证控制算法的稳定性和实时性。-通信安全：应支持消息认证和加密机制，防止消息伪造、篡改和重放攻击；应具备设备证书管理和密钥更新机制。标准对通信性能指标给出了具体的参考数值（如消息频率10Hz、延迟100ms等），同时也指出具体指标可根据应用场景和当地法规适当调整。3.6安全要求与失效响应安全是卡车排成系统标准化中最受关注的内容。标准从功能安全与预期功能安全两个维度提出了要求：-安全距离：最小跟车距离应根据车辆制动性能、道路条件、通信延迟和天气状况等因素动态计算，确保在前车紧急制动时后车能够安全停车。-失效分类与响应：标准将系统失效分为通信中断、传感器故障、执行器故障、算法异常等类别，并针对每类失效明确降级运行策略（如自动增大车距、提醒驾驶员接管、安全停车等）。-驾驶员监控：系统应具备驾驶员状态监控能力（如注意力检测、方向盘握持检测等），当驾驶员未对系统提示作出适当响应时，系统应采取相应的安全措施。-最小风险状态（MRM）：在系统发生严重故障且驾驶员未能及时接管的情况下，系统应自动将车辆引导至最小风险状态，即安全停车。3.7性能指标及验证方法标准针对发动机/动力系统、制动系统、通信系统、感知系统等关键子系统给出了建议性的性能指标要求。在验证方面，标准提出了闭环仿真测试、硬件在环测试、受控场地测试与实际道路测试相结合的多层级验证方法，并给出了测试场景设计建议和通过准则。此外，标准还对数据记录提出了要求——排成系统应配备数据记录仪，记录编队行驶过程中的关键运行数据（如车速、间距、驾驶员操作、系统告警等），用于事故分析和责任认定。4起草单位介绍4.1主要起草单位概况ISO4272:2022标准由ISO/TC204智能运输系统技术委员会归口管理。在标准编制过程中，多个国家的标准化机构和企业深度参与了草案起草和技术研讨工作。美国汽车工程师学会（SAEInternational）作为ISO/TC204的美国对口技术支撑组织，在标准编制过程中发挥了重要作用。SAEInternational成立于1905年，是全球领先的航空航天、汽车和商用车工程标准制定组织，拥有超过20万名会员，遍布全球97个国家和地区。在卡车排成技术领域，SAE早已发布了J2945/6标准（重型车辆排成系统要求），为ISO4272:2022的编制积累了丰富的前期技术积累。SAE专家在标准编制过程中主要负责牵头起草系统功能架构章节和安全要求相关条款，并将SAEJ2945/6在性能要求和测试验证方面的成熟经验引入ISO4272:2022文本，为标准的最终形成作出了重要贡献。中国作为ISO/TC204的重要成员，也深度参与了该标准的编制工作。中国依托国内智能运输系统标准化技术委员会，组织来自交通运输部公路科学研究院、中国汽车技术研究中心、华为技术有限公司等单位的专家参与了多次国际会议讨论和草案意见反馈，在编队管理流程和数据交互要求等关键章节提出了建设性的建议和修改意见。5结论与展望ISO4272:2022《智能运输系统卡车排成系统（TPS）功能和操作要求》的正式发布，是全球智能运输系统标准化进程中的一个重要里程碑。该标准首次在国际层面统一了卡车排成系统的术语定义、功能架构、操作流程、通信交互要求、安全机制和性能验证框架，为解决当前卡车排成技术在跨品牌