和福建，田曉笛，孫文軍

（中汽研汽車檢驗(yàn)中心（天津）有限公司，天津 300300）

智能車路系統(tǒng)（Intelligent Vehicle and Infrastructure System，IVIS）是以車和路的智能化為條件，強(qiáng)調(diào)車與路智能協(xié)同能力和服務(wù)水平的復(fù)雜系統(tǒng)。IVIS是智能交通系統(tǒng)（Intelligent Transportation System，ITS）的重要子系統(tǒng)，是世界發(fā)達(dá)國家研究、發(fā)展和應(yīng)用的熱點(diǎn)。美國、日本、歐洲等國家已經(jīng)在智能車路系統(tǒng)領(lǐng)域開展了大量的研究，典型的項(xiàng)目有美國的IntelliDrive、CICAS等，日本的Smartway、AHS等，歐洲的CVIS、PreVENT等［1］。IVIS的應(yīng)用可以有效改善道路交通安全，提高交通效率，保證車輛安全和增加出行的舒適度，實(shí)現(xiàn)人-車-路的有效協(xié)同［2］。

隨著中國汽車保有量的不斷增加，交通擁堵日益嚴(yán)重，導(dǎo)致社會(huì)成本的提高［3-4］。

IVIS的核心技術(shù)是車-車和車-路之間的無線通信技術(shù)。智能車路系統(tǒng)感知與傳統(tǒng)傳感器感知相比有無感知角度范圍限制、超視距感知、感知精度不受極端天氣影響、可通過路側(cè)單元獲得道路環(huán)境信息等優(yōu)勢(shì)［5］。

1 典型場(chǎng)景

對(duì)IVIS進(jìn)行測(cè)試時(shí)，需要建立人、車、路協(xié)同的應(yīng)用功能場(chǎng)景。首先需要建立合適的測(cè)試場(chǎng)景，包括道路情況、交通狀態(tài)、智能路側(cè)設(shè)備等；然后需要建立可實(shí)施的測(cè)試方案，完成IVIS的典型場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)。IVIS典型應(yīng)用場(chǎng)景可分為安全類、效率類和信息服務(wù)類。

1.1 測(cè)試場(chǎng)景

在對(duì)車輛功能進(jìn)行測(cè)試時(shí)，測(cè)試場(chǎng)景是開展測(cè)試的基礎(chǔ)，而確定測(cè)試場(chǎng)景的架構(gòu)是測(cè)試場(chǎng)景的前提。從測(cè)試場(chǎng)景層次架構(gòu)分析，可由道路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、交通流以及動(dòng)態(tài)情景3部分構(gòu)成。從測(cè)試場(chǎng)景三維架構(gòu)分析，測(cè)試場(chǎng)景是行駛環(huán)境和駕駛情景的組合，在不同的天氣情況下，由不同駕駛工況（高速、城市、鄉(xiāng)村等）與駕駛?cè)蝿?wù)、駕駛速度等構(gòu)成［6］。

對(duì)IVIS典型測(cè)試場(chǎng)景的設(shè)計(jì)可以從靜態(tài)場(chǎng)景搭建和動(dòng)態(tài)環(huán)境設(shè)計(jì)兩個(gè)方面進(jìn)行。在靜態(tài)場(chǎng)景搭建中包含了場(chǎng)地規(guī)劃、場(chǎng)景布局和路側(cè)設(shè)備布置。根據(jù)典型場(chǎng)景的測(cè)試需求和道路情況，選擇直線道路或者交叉路口進(jìn)行場(chǎng)地規(guī)劃，以場(chǎng)地利用的高效性和場(chǎng)景的連貫性為準(zhǔn)則進(jìn)行場(chǎng)景布局，最后進(jìn)行路側(cè)設(shè)備的布置。在動(dòng)態(tài)環(huán)境設(shè)計(jì)中，采用自上而下的正向設(shè)計(jì)方法，保障場(chǎng)景設(shè)計(jì)的有效性和針對(duì)性?？梢园凑招枨蠓治觥⒐δ芊治?、方法設(shè)計(jì)和實(shí)際測(cè)試來完成設(shè)計(jì)。以需求為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)方法，如圖1所示。

外場(chǎng)測(cè)試中，應(yīng)選擇平坦、干燥的瀝青或混凝土路面、清晰的交通標(biāo)志標(biāo)線、良好的天氣環(huán)境、無復(fù)雜的電磁環(huán)境干擾等。

1.2 測(cè)試原理

測(cè)試系統(tǒng)由測(cè)試車輛、目標(biāo)車輛以及路側(cè)測(cè)試系統(tǒng)3部分組成，測(cè)試車輛與目標(biāo)車輛組成車車交互測(cè)試系統(tǒng)，測(cè)試車輛與路側(cè)測(cè)試系統(tǒng)組成車路交互測(cè)試系統(tǒng)。

測(cè)試車輛內(nèi)部搭載車載V2X（Vehicle to Everything）系統(tǒng)與車載測(cè)試平臺(tái)。其中，車載V2X系統(tǒng)能夠通過V2V（Vehicle toVehicle）完成車車間信息交互，通過V2I/I2V（Vehicle to Infrastructure）完成車路間信息交互。車載V2X系統(tǒng)內(nèi)置應(yīng)用場(chǎng)景預(yù)警算法，能夠完成場(chǎng)景的預(yù)警并輸出預(yù)警結(jié)果。車載測(cè)試平臺(tái)包含通信單元、計(jì)算單元、測(cè)試結(jié)果分析單元、定位系統(tǒng)等。車載測(cè)試平臺(tái)能夠與目標(biāo)車輛內(nèi)搭載的測(cè)試平臺(tái)進(jìn)行通信。車載V2X系統(tǒng)接入車內(nèi)CAN總線。

圖1 典型測(cè)試場(chǎng)景設(shè)計(jì)

目標(biāo)車輛內(nèi)部搭載測(cè)試平臺(tái)。測(cè)試平臺(tái)包含通信單元、計(jì)算單元、測(cè)試結(jié)果分析單元、定位系統(tǒng)等。測(cè)試平臺(tái)能夠配合測(cè)試車輛產(chǎn)生測(cè)試場(chǎng)景，能夠與測(cè)試車輛內(nèi)搭載的車載測(cè)試平臺(tái)通信，完成測(cè)試過程數(shù)據(jù)分析以及測(cè)試結(jié)果評(píng)估。

路側(cè)測(cè)試系統(tǒng)內(nèi)部搭載測(cè)試平臺(tái)。測(cè)試平臺(tái)包含RSU（Road Side Unit）、傳感器（攝像頭、雷達(dá)等）、交通設(shè)施（信號(hào)燈、交通標(biāo)識(shí)等）、定位系統(tǒng)等。測(cè)試平臺(tái)能夠配合測(cè)試車輛產(chǎn)生測(cè)試場(chǎng)景，能夠與測(cè)試車輛內(nèi)搭載的車載測(cè)試平臺(tái)通信，完成測(cè)試過程數(shù)據(jù)分析以及測(cè)試結(jié)果評(píng)估。

車車交互測(cè)試系統(tǒng)包括測(cè)試車輛與目標(biāo)車輛兩部分，測(cè)試車輛與目標(biāo)車輛之間通過V2V進(jìn)行通信，目標(biāo)車輛配合測(cè)試車輛產(chǎn)生測(cè)試場(chǎng)景。測(cè)試車輛內(nèi)車載測(cè)試平臺(tái)通過與目標(biāo)車輛內(nèi)測(cè)試平臺(tái)通信，獲得測(cè)試數(shù)據(jù)并保存到車載測(cè)試平臺(tái)。目標(biāo)車輛內(nèi)測(cè)試平臺(tái)記錄目標(biāo)車輛的測(cè)試數(shù)據(jù)，結(jié)合接收到的測(cè)試車輛測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)試結(jié)果分析與評(píng)估。車車交互測(cè)試系統(tǒng)如圖2所示。

車路交互測(cè)試系統(tǒng)包括路側(cè)測(cè)試系統(tǒng)與測(cè)試車輛兩部分，路側(cè)測(cè)試系統(tǒng)與測(cè)試車輛之間通過V2I/I2V進(jìn)行通信，路側(cè)測(cè)試系統(tǒng)配合測(cè)試車輛產(chǎn)生測(cè)試場(chǎng)景。測(cè)試車輛內(nèi)車載測(cè)試平臺(tái)通過與路側(cè)測(cè)試系統(tǒng)內(nèi)測(cè)試平臺(tái)通信獲得測(cè)試數(shù)據(jù)并保存到車載測(cè)試平臺(tái)。路側(cè)測(cè)試系統(tǒng)內(nèi)測(cè)試平臺(tái)記錄路側(cè)的測(cè)試數(shù)據(jù)，結(jié)合接收到的測(cè)試車輛測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)試結(jié)果分析與評(píng)估。車路交互測(cè)試系統(tǒng)如圖3所示。

圖3 車路交互測(cè)試系統(tǒng)

2 實(shí)車測(cè)試及其分析

為了完成IVIS的測(cè)試，驗(yàn)證車輛的整體性能，需要設(shè)計(jì)合理的測(cè)試場(chǎng)景，包括實(shí)驗(yàn)的場(chǎng)地、道路的選擇、路側(cè)的基礎(chǔ)設(shè)施和為了滿足測(cè)試車輛某種功能測(cè)試，需要設(shè)計(jì)合理的觸發(fā)條件，促使測(cè)試車輛實(shí)現(xiàn)某種功能。通過測(cè)試車輛的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，驗(yàn)證測(cè)試場(chǎng)景的合理性和測(cè)試車輛功能實(shí)現(xiàn)的準(zhǔn)確性［7］。

2.1 靜態(tài)場(chǎng)景搭建

對(duì)場(chǎng)地和道路的選擇，可以選擇兩條直行路段和一個(gè)交叉路口作為測(cè)試場(chǎng)地，路段的長度應(yīng)該滿足實(shí)驗(yàn)的需求，十字路口符合交通標(biāo)準(zhǔn)。

路側(cè)設(shè)備主要包含數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、控制模塊、數(shù)據(jù)交互平臺(tái)等。路側(cè)設(shè)備部署及數(shù)據(jù)流如圖4所示。

2.2 動(dòng)態(tài)環(huán)境設(shè)計(jì)

2.2.1 前向碰撞預(yù)警

圖4 路側(cè)設(shè)備部署

如圖5所示，把前向碰撞預(yù)警分為了A、B、C 3個(gè)測(cè)試場(chǎng)景。測(cè)試場(chǎng)景A，測(cè)試道路為單向雙車道的長直道，測(cè)試車輛沿車道中間勻速行駛，目標(biāo)車輛位于測(cè)試車輛正前方靜止。測(cè)試車輛正常行駛，在距離目標(biāo)車輛100m前達(dá)到20km/h的車速，并勻速沿車道中間駛向目標(biāo)車輛。測(cè)試場(chǎng)景B，測(cè)試道路為單向雙車道的長直道，測(cè)試車輛沿車道中間勻速行駛，目標(biāo)車輛位于測(cè)試車輛正前方勻速行駛。測(cè)試車輛正常行駛，在距離目標(biāo)車輛100m前達(dá)到30km/h的車速，并勻速沿車道中間駛向目標(biāo)車輛；目標(biāo)車輛以10km/h的車速勻速行駛。測(cè)試場(chǎng)景C，測(cè)試道路為單向雙車道的長直道，測(cè)試車輛沿車道中間勻速行駛，目標(biāo)車輛位于測(cè)試車輛相鄰車道前方靜止。測(cè)試車輛正常行駛，在距離目標(biāo)車輛100m前達(dá)到20km/h的車速，并勻速沿車道中間行駛。該場(chǎng)景下，基于車車通信的汽車主動(dòng)安全系統(tǒng)可以降低道路上出現(xiàn)靜止/慢速車輛時(shí)，后方車輛因視線不佳或駕駛注意力不集中、駕駛員距離/速度估計(jì)錯(cuò)誤等因素而引發(fā)的事故風(fēng)險(xiǎn)。

2.2.2 緊急制動(dòng)預(yù)警

如圖6所示，測(cè)試道路為單向雙車道的長直道，測(cè)試車輛沿車道中間勻速行駛，目標(biāo)車輛位于測(cè)試車輛正前方勻速行駛。目標(biāo)車輛1和2以60km/h的車速勻速行駛。測(cè)試車輛正常行駛，在距離目標(biāo)車輛2100m前達(dá)到60km/h的車速，并勻速沿車道中間駛向目標(biāo)車輛2。穩(wěn)定行駛3s后，目標(biāo)車輛1由勻速60km/h的車速采取緊急制動(dòng)動(dòng)作并將這一信息對(duì)外廣播。該場(chǎng)景下，基于車車通信的汽車主動(dòng)安全系統(tǒng)可以降低由于駕駛員視線受限（雨雪霧等天氣因素、其他車輛遮擋）等因素引發(fā)的事故風(fēng)險(xiǎn)。

2.2.3 異常車輛提醒

如圖7所示，測(cè)試道路為至少包含2條車道的長直道，測(cè)試車輛沿車道中間勻速行駛，目標(biāo)車輛位于測(cè)試車輛正前方停止。測(cè)試車輛正常行駛，在距離目標(biāo)車輛200m前達(dá)到20km/h的車速，目標(biāo)車輛廣播“故障報(bào)警燈開啟”信息。該場(chǎng)景下，基于車車通信的汽車主動(dòng)安全系統(tǒng)可以將車輛內(nèi)部的故障等信息及時(shí)對(duì)外廣播，便于周圍車輛及時(shí)采取避讓等安全措施，降低單一車輛故障導(dǎo)致的連環(huán)碰撞等事故風(fēng)險(xiǎn)。

圖6 緊急制動(dòng)預(yù)警

圖7 異常車輛提醒

2.2.4 交叉路口碰撞預(yù)警

如圖8所示，測(cè)試道路為至少包含雙向兩車道的十字交叉路口。測(cè)試車輛在標(biāo)有直行和右轉(zhuǎn)指示標(biāo)線的車道內(nèi)右轉(zhuǎn)行駛通過該路口，同時(shí)路口橫向左側(cè)存在勻速直線行駛的目標(biāo)車輛1駛向測(cè)試車輛將轉(zhuǎn)入車道，兩車存在碰撞風(fēng)險(xiǎn)。目標(biāo)車輛2停止在橫向左側(cè)路口處。測(cè)試車輛以30km/h的車速勻速駛向交叉路口，目標(biāo)車輛1以20km/h勻速行駛。若測(cè)試車輛保持當(dāng)前行駛狀態(tài)，兩車可同時(shí)到達(dá)碰撞點(diǎn)。目標(biāo)車輛2停止在橫向左側(cè)路口處［8］。該場(chǎng)景下，基于車車通信的汽車主動(dòng)安全系統(tǒng)可以降低車輛從不同方向通過交叉路口發(fā)生碰撞的風(fēng)險(xiǎn)。

2.2.5 道路危險(xiǎn)狀況提示

如圖9所示，測(cè)試道路為至少包含2條車道的長直道，測(cè)試車輛沿車道中間勻速行駛，路邊布設(shè)路側(cè)單元。測(cè)試車輛正常行駛，在距離路側(cè)單元100m前達(dá)到60km/h的車速，路側(cè)單元廣播道路危險(xiǎn)狀況。該場(chǎng)景下，基于車路通信的汽車主動(dòng)安全系統(tǒng)可以降低因駕駛員視線受限（視野盲區(qū)、車輛遮擋等）、駕駛員分心、駕駛員距離/速度估計(jì)錯(cuò)誤、減速避讓不及等因素而導(dǎo)致的事故風(fēng)險(xiǎn)。

圖8 交叉路口碰撞預(yù)警

圖9 道路危險(xiǎn)狀況提示

2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.3.1 實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景

1）前向碰撞預(yù)警。

2）異常車輛提醒。

3）交叉路口碰撞預(yù)警。

如圖10所示，在測(cè)試車輛和目標(biāo)車輛上完成測(cè)試系統(tǒng)的搭建。

2.3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

1）前向碰撞預(yù)警

圖10 測(cè)試系統(tǒng)

圖11 前向碰撞預(yù)警場(chǎng)景A實(shí)驗(yàn)結(jié)果

按照測(cè)試實(shí)驗(yàn)流程，前向碰撞預(yù)警A場(chǎng)景一共進(jìn)行了3次試驗(yàn)，全部觸發(fā)預(yù)警。圖11是其中一次的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，展示了從實(shí)驗(yàn)開始到結(jié)束，測(cè)試車輛、目標(biāo)車輛的速度和產(chǎn)生預(yù)警時(shí)兩車的相對(duì)縱向距離為1.523m和碰撞時(shí)間3.356s。

按照測(cè)試實(shí)驗(yàn)流程，前向碰撞預(yù)警B場(chǎng)景一共進(jìn)行了3次試驗(yàn)，全部觸發(fā)預(yù)警。圖12是其中一次的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，展示了從實(shí)驗(yàn)開始到結(jié)束，測(cè)試車輛、目標(biāo)車輛的速度和產(chǎn)生預(yù)警時(shí)兩車的相對(duì)縱向距離為29.60m和碰撞時(shí)間5.65s。

按照測(cè)試實(shí)驗(yàn)流程，前向碰撞預(yù)警C場(chǎng)景一共進(jìn)行了3次實(shí)驗(yàn)，其中2次沒有產(chǎn)生預(yù)警、1次產(chǎn)生預(yù)警信號(hào)。實(shí)驗(yàn)后，分析產(chǎn)生預(yù)警信號(hào)原因可能為目前OBU的定位芯片的精度為亞米級(jí)和GPS信號(hào)的不穩(wěn)定，導(dǎo)致車道位置識(shí)別不準(zhǔn)確產(chǎn)生預(yù)警，可通過提高定位精度的方式進(jìn)行解決。

2）異常車輛提醒

按照測(cè)試實(shí)驗(yàn)流程，異常車輛提醒場(chǎng)景一共進(jìn)行了3次試驗(yàn)，全部觸發(fā)預(yù)警。圖13是其中一次的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，展示了從實(shí)驗(yàn)開始到結(jié)束，測(cè)試車輛、目標(biāo)車輛的速度和產(chǎn)生預(yù)警時(shí)兩車的相對(duì)縱向距離為75.391m和碰撞時(shí)間14.382s。

3）交叉路口碰撞預(yù)警

按照測(cè)試實(shí)驗(yàn)流程，交叉路口碰撞預(yù)警場(chǎng)景一共進(jìn)行了2次實(shí)驗(yàn)，其中2次產(chǎn)生預(yù)警信號(hào)。圖14是其中一次的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，展示了從實(shí)驗(yàn)開始到結(jié)束，測(cè)試車輛、目標(biāo)車輛的速度和產(chǎn)生預(yù)警時(shí)兩車的相對(duì)縱向距離為25.687m和碰撞時(shí)間3.687s。

圖12 前向碰撞預(yù)警場(chǎng)景B實(shí)驗(yàn)結(jié)果

測(cè)試車輛和目標(biāo)車輛經(jīng)過前向碰撞預(yù)警、異常車輛提醒、交叉路口碰撞預(yù)警的道路試驗(yàn)，證明了車車交互測(cè)試系統(tǒng)和車路交互測(cè)試系統(tǒng)的有效性和測(cè)試場(chǎng)景搭建的正確性，說明了智能車路系統(tǒng)的可行性，對(duì)解決道路交通安全、提高交通效率等問題提供了新的方法。

3 結(jié)束語

智能網(wǎng)聯(lián)汽車是未來汽車產(chǎn)業(yè)的主要發(fā)展方向。智能車路系統(tǒng)將“人、車、路”等要素有機(jī)地聯(lián)系在一起。本文從測(cè)試場(chǎng)景設(shè)計(jì)、測(cè)試原理等方面實(shí)現(xiàn)了智能車路系統(tǒng)功能測(cè)試的場(chǎng)景測(cè)試技術(shù)，分析了典型應(yīng)用場(chǎng)景測(cè)試技術(shù)案例，提出了智能車路系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的場(chǎng)景測(cè)試方案，并通過實(shí)際道路實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。同時(shí)，為了促進(jìn)智能網(wǎng)聯(lián)汽車智能車路系統(tǒng)的快速發(fā)展和落地應(yīng)用，我們可以從以下幾方面推進(jìn)：一是加快基礎(chǔ)設(shè)施智能化建設(shè)；二是加快跨行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)；三是發(fā)揮政府積極性給予財(cái)政、政策支持，促進(jìn)重點(diǎn)關(guān)鍵技術(shù)提升。

圖13 異常車輛提醒實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖14 交叉路口碰撞預(yù)警實(shí)驗(yàn)結(jié)果