ISO 3691-42023 工業卡車.安全要求和驗證.第4部分無人駕駛工業卡車及其系統標準立項發展報告

工業卡車安全要求和驗證第4部分：無人駕駛工業卡車及其系統標準立項發展報告StandardizationDevelopmentReport:IndustrialTrucks—SafetyRequirementsandVerification—Part4:DriverlessIndustrialTrucksandTheirSystems摘要關鍵詞：無人駕駛工業卡車；安全要求；功能安全；ISO3691；標準化；工業車輛Keywords:DriverlessIndustrialTrucks;SafetyRequirements;FunctionalSafety;ISO3691;Standardization;IndustrialVehicles一、引言1.1研究背景全球工業車輛產業正處于從傳統人工操作向智能化、無人化方向深刻變革的關鍵時期。據國際物流與倉儲行業協會統計，全球自動導引車（AGV）和自主移動機器人（AMR）市場規模在2022年已突破120億美元，預計2028年將超過300億美元，年均復合增長率維持在15%以上。無人駕駛工業卡車作為其中載荷能力最大、作業環境最復雜、安全風險最高的品類，廣泛應用于港口、機場、大型倉儲中心、制造業廠區等場景，承擔著貨物搬運、堆垛、牽引等核心物流功能。然而，與傳統人工駕駛工業卡車相比，無人駕駛工業卡車在運行過程中不存在操作員實時干預的可能，其安全性能完全依賴于車載感知系統、決策算法、執行機構及調度管理系統的綜合可靠性。這一根本性差異使得傳統工業卡車的安全標準體系難以直接適用于無人駕駛場景。在此背景下，制定專門針對無人駕駛工業卡車的國際安全標準，已成為全球產業界的迫切需求。1.2標準化背景ISO3691系列標準是國際工業卡車安全領域的foundational標準體系，其結構如下：-ISO3691-1:2011：有人駕駛工業卡車安全要求；-ISO3691-2：自行式工業卡車安全要求；-ISO3691-3：載人工業卡車安全要求補充；-ISO3691-4:2023：無人駕駛工業卡車及其系統的安全要求（本次修訂版本）；-ISO3691-5：電動工業卡車特殊要求；-ISO3691-6：越野型工業卡車安全要求。ISO3691-4的最早版本可追溯至2009年（ISO3691-4:2009），該版本首次提出了無人駕駛工業卡車的基本安全概念。但隨著技術的飛速演進，特別是激光雷達、視覺感知、深度學習等技術的成熟應用，2009版標準已無法充分覆蓋新興技術形態帶來的安全挑戰。2018年，ISO/TC110（工業卡車技術委員會）正式啟動該標準的系統性修訂工作，歷經五年多輪國際研討與草案評審，最終形成2023版。二、標準主要內容2.1標準范圍與適用對象ISO3691-4:2023適用于以下類型的無人駕駛工業卡車及其系統：-自動導引車（AGV），包括采用固定路徑導引和自由路徑導航的各類形式；-自主移動機器人（AMR），即具備環境感知與自主決策能力的工業搬運平臺；-無人駕駛叉車、無人牽引車及其與上位調度系統組成的完整作業系統；-多車協同作業的無人工業卡車車隊系統。標準不適用于僅在受限區域內沿固定軌道運行的簡單運輸裝置，以及完全在公共道路上行駛的無人駕駛車輛。2.2關鍵安全要求2.2.1設計安全要求無人駕駛工業卡車在設計階段必須滿足以下安全要求：（1）整車結構安全：車體結構強度、穩定性（含額定載荷和極限載荷條件下的傾翻穩定性）、制動性能等須滿足ISO3691系列基礎安全要求。（2）動力與能量安全：針對電動、內燃機及混合動力系統，分別規定能量存儲、能量轉換及能量傳遞過程中的安全要求，特別是鋰離子電池系統的熱失控防護。（3）感知系統安全：對激光雷達、攝像頭、毫米波雷達、超聲波傳感器等感知元件提出檢測范圍、檢測精度、冗余配置及環境適應性（光照、灰塵、雨霧等）要求。（4）決策與控制系統安全：規定路徑規劃、速度控制、避障策略、交通規則執行等核心算法功能的最低安全性能要求。（5）執行機構安全：轉向系統、驅動系統、制動系統及液壓系統須具備失效安全（fail-safe）特性，即在單一故障條件下仍能保持安全狀態或進入安全停機。2.2.2功能安全要求標準引入了基于ISO13849和IEC62061的功能安全設計理念，要求：-安全相關控制系統的性能等級（PL）須達到PLd或以上；-安全功能（如緊急停機、安全距離保持、區域監控）的完整性等級須滿足SIL2要求；-須進行系統性的危險辨識與風險評估，覆蓋正常作業、故障狀態、維護操作和異常工況等全場景。2.2.3系統層面安全要求超越單車層面，標準對無人駕駛工業卡車作業系統提出了系統性安全要求：-交通管理：多車協同作業時的交通規則、優先權策略、交叉路口管理及防碰撞協調機制；-人機交互安全：無人車與場內行人、人工駕駛車輛之間的安全交互協議，包括聲光警示、安全距離保持及自動降速停車策略；-調度管理系統安全：上位調度軟件與車載系統之間的通信安全、指令驗證及異常處理機制；-運行環境安全：對作業區域內的地面條件、通道寬度、限高、坡道、門禁等基礎設施條件提出明確要求。2.2.4驗證與確認要求標準提供了一套完整的驗證方法論，包括：-型式試驗：在規定工況下進行的整車性能驗證，包括額定載荷運行、最大速度運行、緊急制動、傾斜路面運行等試驗項目；-安全功能驗證：對每項安全功能逐一進行注入式測試，驗證其在正常及故障工況下的響應行為；-場景化測試：基于標準定義的典型作業場景和邊緣場景（如行人突然闖入、傳感器遮擋、通信中斷等）開展測試；-長期可靠性驗證：規定不少于規定時長的連續運行考核期，以驗證系統的長期穩定性。2.3與2009版的差異2023版標準在2009版基礎上進行了如下重大技術調整：-將適用范圍從傳統的AGV擴展至包含AMR在內的全品類無人駕駛工業卡車；-引入ISO13849和IEC62061功能安全方法論，替代原有的簡化安全電路設計要求；-新增了對感知系統及其失效模式的詳細要求；-新增了對多車協同作業和車隊管理的安全要求；-新增了對網絡安全（cybersecurity）的基礎要求，以應對日益突出的遠程攻擊風險；-更新了驗證與確認方法，引入場景化測試和仿真驗證手段。三、標準的編制歷程ISO3691-4:2023的修訂工作由ISO/TC110（工業卡車技術委員會）下設的WG4工作組負責推進，歷經如下關鍵階段：|階段|時間節點|主要工作內容||------|----------|-------------||立項評估|2018年Q1|對各成員體進行意見征詢，確認修訂必要性||工作草案（WD）|2018-2019|完成標準框架設計和關鍵技術議題梳理||委員會草案（CD）|2019-2021|多輪委員會內部評審，技術內容逐步完善||國際標準草案（DIS）|2021-2022|全球范圍投票，收集各成員體意見并處理||最終國際標準草案（FDIS）|2022-2023|最終技術評審和編輯性修訂||正式發布|2023-06-12|ISO中央秘書處正式出版|在編制過程中，德國、中國、日本、美國、瑞典等工業車輛制造大國貢獻了大量技術輸入。中國作為全球最大的工業卡車生產國和消費國，通過全國工業車輛標準化技術委員會（SAC/TC332）積極組織國內骨干企業和科研機構參與標準編制，在感知系統安全、鋰離子電池安全防護等方面提出了多項具有中國技術特色的修改意見并被采納。四、主要參與單位4.1ISO/TC110概述ISO/TC110（工業卡車技術委員會）成立于1957年，是國際標準化組織下設的專門負責工業卡車領域標準制修訂的技術委員會。其秘書處目前由德國標準化協會（DIN）承擔。TC110下設多個分技術委員會和工作組，其中SC2（機動工業卡車安全）負責安全類標準的制修訂，WG4工作組專門負責無人駕駛工業卡車標準。4.2國內主要參與單位——全國工業車輛標準化技術委員會（SAC/TC332）全國工業車輛標準化技術委員會（SAC/TC332）是經國家標準化管理委員會批準成立、負責全國工業車輛領域標準化技術工作的組織，秘書處設在北京起重運輸機械設計研究院有限公司。該委員會對口國際標準化組織ISO/TC110，是代表中國參與國際工業車輛標準制定的唯一官方渠道。主要職責：-組織國內工業車輛領域國家標準、行業標準的制修訂和復審工作；-代表中國參加ISO/TC110及其各分技術委員會的國際標準制定活動；-組織開展國家標準外文版翻譯和國際標準提案工作；-推動中國優勢技術成果轉化為國際標準。在ISO3691-4:2023編制中的具體貢獻：1.技術提案：SAC/TC332組織國內專家團隊，針對鋰離子電池安全防護、感知系統可靠性驗證、多車協同調度安全等議題提交了多項技術提案；2.意見反饋：在DIS和FDIS投票階段，組織國內利益相關方（制造企業、檢測機構、科研院所、用戶單位）對標準草案進行系統研究，匯總形成中國意見書；3.試驗驗證：組織國內骨干企業按照標準草案要求開展驗證性試驗，為標準技術指標的合理性提供數據支撐；4.標準轉化：牽頭推動ISO3691-4的同步采標工作，計劃將國際標準轉化為國家標準（GB/T），確保國內標準與國際標準的協調一致。五、結論與展望5.1標準意義ISO3691-4:2023的發布具有多方面的重要意義：-填補空白：作為全球首部系統涵蓋全品類無人駕駛工業卡車安全要求的國際標準，填補了該領域的標準空白；-引領發展：標準所確立的安全理念和技術要求，將引領全球無人駕駛工業卡車產業的技術發展方向；-促進貿易：統一的國際安全標準將消除各國在安全認證方面的技術壁壘，促進工業卡車產品的國際貿易；-保障安全：為無人駕駛工業卡車的安全運行提供了可量化、可驗證的技術依據，有助于從源頭降低事故風險。5.2未來展望展望未來，ISO3691-4:2023的修訂完善將持續推進，值得關注的趨勢包括：第一，面向更高自動化等級的擴展。隨著L4乃至L5級完全自主駕駛技術的成熟，標準將需要進一步更新感知、決策和執行系統的安全要求，并考慮無人駕駛工業卡車與智慧工廠、無人工廠整體系統的深度融合。第二，網絡安全要求的強化。隨著工業互聯網和5G技術的普及應用，無人駕駛工業卡車面臨的網絡安全威脅將持續增加，針對數據安全、通信安全和遠程控制安全的專項標準需求將更加迫切。第三，與人工智能治理的協同。基于深度學習等人工智能技術的感知和決策算法正在大規模應用于無人駕駛工業卡車，如何對這些"黑盒"算法的安全性進行驗證與認證，將成為標準下一步關注的重點方向。參考文獻[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