智能車路系統典型場景測試方法研究

和福建，田曉笛，孫文軍

（中汽研汽車檢驗中心（天津）有限公司，天津 300300）

智能車路系統（Intelligent Vehicle and Infrastructure System，IVIS）是以車和路的智能化為條件，強調車與路智能協同能力和服務水平的復雜系統。IVIS是智能交通系統（Intelligent Transportation System，ITS）的重要子系統，是世界發達國家研究、發展和應用的熱點。美國、日本、歐洲等國家已經在智能車路系統領域開展了大量的研究，典型的項目有美國的IntelliDrive、CICAS等，日本的Smartway、AHS等，歐洲的CVIS、PreVENT等［1］。IVIS的應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，實現人-車-路的有效協同［2］。

隨著中國汽車保有量的不斷增加，交通擁堵日益嚴重，導致社會成本的提高［3-4］。

IVIS的核心技術是車-車和車-路之間的無線通信技術。智能車路系統感知與傳統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、可通過路側單元獲得道路環境信息等優勢［5］。

1 典型場景

對IVIS進行測試時，需要建立人、車、路協同的應用功能場景。首先需要建立合適的測試場景，包括道路情況、交通狀態、智能路側設備等；然后需要建立可實施的測試方案，完成IVIS的典型場景實現。IVIS典型應用場景可分為安全類、效率類和信息服務類。

1.1 測試場景

在對車輛功能進行測試時，測試場景是開展測試的基礎，而確定測試場景的架構是測試場景的前提。從測試場景層次架構分析，可由道路拓撲結構、交通流以及動態情景3部分構成。從測試場景三維架構分析，測試場景是行駛環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、鄉村等）與駕駛任務、駕駛速度等構成［6］。

對IVIS典型測試場景的設計可以從靜態場景搭建和動態環境設計兩個方面進行。在靜態場景搭建中包含了場地規劃、場景布局和路側設備布置。根據典型場景的測試需求和道路情況，選擇直線道路或者交叉路口進行場地規劃，以場地利用的高效性和場景的連貫性為準則進行場景布局，最后進行路側設備的布置。在動態環境設計中，采用自上而下的正向設計方法，保障場景設計的有效性和針對性。可以按照需求分析、功能分析、方法設計和實際測試來完成設計。以需求為基礎的設計方法，如圖1所示。

外場測試中，應選擇平坦、干燥的瀝青或混凝土路面、清晰的交通標志標線、良好的天氣環境、無復雜的電磁環境干擾等。

1.2 測試原理

測試系統由測試車輛、目標車輛以及路側測試系統3部分組成，測試車輛與目標車輛組成車車交互測試系統，測試車輛與路側測試系統組成車路交互測試系統。

測試車輛內部搭載車載V2X（Vehicle to Everything）系統與車載測試平臺。其中，車載V2X系統能夠通過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系統內置應用場景預警算法，能夠完成場景的預警并輸出預警結果。車載測試平臺包含通信單元、計算單元、測試結果分析單元、定位系統等。車載測試平臺能夠與目標車輛內搭載的測試平臺進行通信。車載V2X系統接入車內CAN總線。

圖1 典型測試場景設計

目標車輛內部搭載測試平臺。測試平臺包含通信單元、計算單元、測試結果分析單元、定位系統等。測試平臺能夠配合測試車輛產生測試場景，能夠與測試車輛內搭載的車載測試平臺通信，完成測試過程數據分析以及測試結果評估。

路側測試系統內部搭載測試平臺。測試平臺包含RSU（Road Side Unit）、傳感器（攝像頭、雷達等）、交通設施（信號燈、交通標識等）、定位系統等。測試平臺能夠配合測試車輛產生測試場景，能夠與測試車輛內搭載的車載測試平臺通信，完成測試過程數據分析以及測試結果評估。

車車交互測試系統包括測試車輛與目標車輛兩部分，測試車輛與目標車輛之間通過V2V進行通信，目標車輛配合測試車輛產生測試場景。測試車輛內車載測試平臺通過與目標車輛內測試平臺通信，獲得測試數據并保存到車載測試平臺。目標車輛內測試平臺記錄目標車輛的測試數據，結合接收到的測試車輛測試數據進行測試結果分析與評估。車車交互測試系統如圖2所示。

車路交互測試系統包括路側測試系統與測試車輛兩部分，路側測試系統與測試車輛之間通過V2I/I2V進行通信，路側測試系統配合測試車輛產生測試場景。測試車輛內車載測試平臺通過與路側測試系統內測試平臺通信獲得測試數據并保存到車載測試平臺。路側測試系統內測試平臺記錄路側的測試數據，結合接收到的測試車輛測試數據進行測試結果分析與評估。車路交互測試系統如圖3所示。

圖3 車路交互測試系統

2 實車測試及其分析

為了完成IVIS的測試，驗證車輛的整體性能，需要設計合理的測試場景，包括實驗的場地、道路的選擇、路側的基礎設施和為了滿足測試車輛某種功能測試，需要設計合理的觸發條件，促使測試車輛實現某種功能。通過測試車輛的實驗結果，驗證測試場景的合理性和測試車輛功能實現的準確性［7］。

2.1 靜態場景搭建

對場地和道路的選擇，可以選擇兩條直行路段和一個交叉路口作為測試場地，路段的長度應該滿足實驗的需求，十字路口符合交通標準。

路側設備主要包含數據采集模塊、數據分析模塊、控制模塊、數據交互平臺等。路側設備部署及數據流如圖4所示。

2.2 動態環境設計

2.2.1 前向碰撞預警

圖4 路側設備部署

如圖5所示，把前向碰撞預警分為了A、B、C 3個測試場景。測試場景A，測試道路為單向雙車道的長直道，測試車輛沿車道中間勻速行駛，目標車輛位于測試車輛正前方靜止。測試車輛正常行駛，在距離目標車輛100m前達到20km/h的車速，并勻速沿車道中間駛向目標車輛。測試場景B，測試道路為單向雙車道的長直道，測試車輛沿車道中間勻速行駛，目標車輛位于測試車輛正前方勻速行駛。測試車輛正常行駛，在距離目標車輛100m前達到30km/h的車速，并勻速沿車道中間駛向目標車輛；目標車輛以10km/h的車速勻速行駛。測試場景C，測試道路為單向雙車道的長直道，測試車輛沿車道中間勻速行駛，目標車輛位于測試車輛相鄰車道前方靜止。測試車輛正常行駛，在距離目標車輛100m前達到20km/h的車速，并勻速沿車道中間行駛。該場景下，基于車車通信的汽車主動安全系統可以降低道路上出現靜止/慢速車輛時，后方車輛因視線不佳或駕駛注意力不集中、駕駛員距離/速度估計錯誤等因素而引發的事故風險。

2.2.2 緊急制動預警

如圖6所示，測試道路為單向雙車道的長直道，測試車輛沿車道中間勻速行駛，目標車輛位于測試車輛正前方勻速行駛。目標車輛1和2以60km/h的車速勻速行駛。測試車輛正常行駛，在距離目標車輛2100m前達到60km/h的車速，并勻速沿車道中間駛向目標車輛2。穩定行駛3s后，目標車輛1由勻速60km/h的車速采取緊急制動動作并將這一信息對外廣播。該場景下，基于車車通信的汽車主動安全系統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）等因素引發的事故風險。

2.2.3 異常車輛提醒

如圖7所示，測試道路為至少包含2條車道的長直道，測試車輛沿車道中間勻速行駛，目標車輛位于測試車輛正前方停止。測試車輛正常行駛，在距離目標車輛200m前達到20km/h的車速，目標車輛廣播“故障報警燈開啟”信息。該場景下，基于車車通信的汽車主動安全系統可以將車輛內部的故障等信息及時對外廣播，便于周圍車輛及時采取避讓等安全措施，降低單一車輛故障導致的連環碰撞等事故風險。

圖6 緊急制動預警

圖7 異常車輛提醒

2.2.4 交叉路口碰撞預警

如圖8所示，測試道路為至少包含雙向兩車道的十字交叉路口。測試車輛在標有直行和右轉指示標線的車道內右轉行駛通過該路口，同時路口橫向左側存在勻速直線行駛的目標車輛1駛向測試車輛將轉入車道，兩車存在碰撞風險。目標車輛2停止在橫向左側路口處。測試車輛以30km/h的車速勻速駛向交叉路口，目標車輛1以20km/h勻速行駛。若測試車輛保持當前行駛狀態，兩車可同時到達碰撞點。目標車輛2停止在橫向左側路口處［8］。該場景下，基于車車通信的汽車主動安全系統可以降低車輛從不同方向通過交叉路口發生碰撞的風險。

2.2.5 道路危險狀況提示

如圖9所示，測試道路為至少包含2條車道的長直道，測試車輛沿車道中間勻速行駛，路邊布設路側單元。測試車輛正常行駛，在距離路側單元100m前達到60km/h的車速，路側單元廣播道路危險狀況。該場景下，基于車路通信的汽車主動安全系統可以降低因駕駛員視線受限（視野盲區、車輛遮擋等）、駕駛員分心、駕駛員距離/速度估計錯誤、減速避讓不及等因素而導致的事故風險。

圖8 交叉路口碰撞預警

圖9 道路危險狀況提示

2.3 實驗結果分析

2.3.1 實驗場景

1）前向碰撞預警。

2）異常車輛提醒。

3）交叉路口碰撞預警。

如圖10所示，在測試車輛和目標車輛上完成測試系統的搭建。

2.3.2 實驗結果

1）前向碰撞預警

圖10 測試系統

圖11 前向碰撞預警場景A實驗結果

按照測試實驗流程，前向碰撞預警A場景一共進行了3次試驗，全部觸發預警。圖11是其中一次的實驗結果，展示了從實驗開始到結束，測試車輛、目標車輛的速度和產生預警時兩車的相對縱向距離為1.523m和碰撞時間3.356s。

按照測試實驗流程，前向碰撞預警B場景一共進行了3次試驗，全部觸發預警。圖12是其中一次的實驗結果，展示了從實驗開始到結束，測試車輛、目標車輛的速度和產生預警時兩車的相對縱向距離為29.60m和碰撞時間5.65s。

按照測試實驗流程，前向碰撞預警C場景一共進行了3次實驗，其中2次沒有產生預警、1次產生預警信號。實驗后，分析產生預警信號原因可能為目前OBU的定位芯片的精度為亞米級和GPS信號的不穩定，導致車道位置識別不準確產生預警，可通過提高定位精度的方式進行解決。

2）異常車輛提醒

按照測試實驗流程，異常車輛提醒場景一共進行了3次試驗，全部觸發預警。圖13是其中一次的實驗結果，展示了從實驗開始到結束，測試車輛、目標車輛的速度和產生預警時兩車的相對縱向距離為75.391m和碰撞時間14.382s。

3）交叉路口碰撞預警

按照測試實驗流程，交叉路口碰撞預警場景一共進行了2次實驗，其中2次產生預警信號。圖14是其中一次的實驗結果，展示了從實驗開始到結束，測試車輛、目標車輛的速度和產生預警時兩車的相對縱向距離為25.687m和碰撞時間3.687s。

圖12 前向碰撞預警場景B實驗結果

測試車輛和目標車輛經過前向碰撞預警、異常車輛提醒、交叉路口碰撞預警的道路試驗，證明了車車交互測試系統和車路交互測試系統的有效性和測試場景搭建的正確性，說明了智能車路系統的可行性，對解決道路交通安全、提高交通效率等問題提供了新的方法。

3 結束語

智能網聯汽車是未來汽車產業的主要發展方向。智能車路系統將“人、車、路”等要素有機地聯系在一起。本文從測試場景設計、測試原理等方面實現了智能車路系統功能測試的場景測試技術，分析了典型應用場景測試技術案例，提出了智能車路系統功能實現的場景測試方案，并通過實際道路實驗進行了驗證。同時，為了促進智能網聯汽車智能車路系統的快速發展和落地應用，我們可以從以下幾方面推進：一是加快基礎設施智能化建設；二是加快跨行業標準體系建設；三是發揮政府積極性給予財政、政策支持，促進重點關鍵技術提升。

圖13 異常車輛提醒實驗結果

圖14 交叉路口碰撞預警實驗結果