無人駕駛汽車測試場總體設計方法及典型功能分區

孔令旗

[同濟大學建筑設計研究院（集團）有限公司，上海市200092]

0 引言

以谷歌為代表的互聯網企業推動了近十年來無人駕駛汽車產業的發展，但作為一個公共交通產品，其安全性始終是互聯網車企與傳統車企，甚至是車企與政府之間爭論的焦點，從而成為影響無人駕駛汽車真正走向普及的最大障礙。

借鑒傳統汽車的汽車性能測試場，各國政府甚至頭部車企都在打造自己的無人駕駛汽車測試場，在打消大眾顧慮的同時也在爭奪著產業的話語權。因此測試場的設計質量成為影響無人駕駛汽車安全性，甚至影響整個產業發展的重要因素，其中測試場的總體設計又是核心要素。

1 總體設計方法

做好測試場總體設計首先要回答3個問題：為什么要測試？測試什么內容？怎么樣測試？根據國際標準化組織以及中汽聯等機構發布的相關指引，無人駕駛汽車測試場首要任務是檢測車輛運行的安全性，采用虛擬與現實相結合的測試手段，測試“車-路-環境”之間的運行狀態，保證各測試主體互聯、互通、可控。不同的測試主體，測試內容和要求必然有所區別。測試場的總體設計將遵循測試場景研究-場景模型構建-基礎設施需求-設施集成落地的基本思路開展。

1.1 測試場景研究

測試場景的分類有多種，其中可以根據測試目的不同分為道路交通類、效率類、信息服務類、通信和定位能力類4種場景。

（1）道路交通類場景

主要考慮車輛可能會遇到的各種典型道路交通狀況，測試其智能化識別能力。主要場景有：對靜（動）態設施的識別、預警和控制，車道保持和車道偏離預警，前向碰撞預警，緊急制動預警，連續（S型）變道輔助，同（反）向超車輔助，道路條件預警，限高（重、寬）提醒（隧道、高架），多路況下速度預警和控制，多路況下處置預警和控制，對信號燈的識別、預警和控制，交叉口轉向輔助，無（有）信號燈交叉口通行輔助等。

（2）效率類場景

從社會資源配置角度出發，考慮交通參與者整體效率達到最高。具體場景有綠波通行、交叉口信號配時優化、多模式信號優先（公交、卡車、緊急交通等）、車隊協作通行、動態車道管理、車速引導等。

（3）信息服務類場景

主要依托高清電子地圖及精確定位系統，為車輛提供綜合信息服務。主要場景有加油站引導、充電樁引導、地上（地下）智慧停車庫信息引導等。

（4）通信和定位能力類場景

主要考慮在通信受干擾等情況下車輛的自動駕駛及精準定位能力。主要場景有隧道測試、林蔭道測試、定位精度測試等。

1.2 模型構建及基礎設施需求

場景模型構建需要深度解析測試場景原理，圍繞信息流的傳輸過程，描述車-車、車-路、車-環境之間信息的采集、處理、發布流程。例如協作式車隊管理（見圖1），場景可以構建為：城市路網中，通過攝像頭、DSRC（專用短程通信技術Dedicated Short Range Communication）設備實時獲取高密度的車輛狀態，同時通過路側處理器、AP（無線訪問接入點Wireless Access Point）等實時處理（通過既定的速度模型、交叉口信號配時模型），交換各種信息，再通過DSRC、AP設備將處理好的數據傳遞給車輛、信號機，高密度車輛按指令規定速度行駛、變道甚至超車，信號機按照指令指揮交通，最終提高路段及交叉口的整體運行速度和通行能力。

圖1 協作式車隊管理示意圖

針對以上場景，道路基礎設施需要有單向車道數不小于兩車道道路，信號燈交叉口連續數量不小于兩個。智能交通路側設施包括路側處理器、AP、DSRC、信號機、攝像頭等。

1.3 設施集成

每一個場景都可以構建一個模型，分析其基礎設施需求清單，考慮到綜合測試場場景較多，為節約測試場用地，提高測試效率，不可能為每一個測試場景設計單獨的測試環境，因此需要對所有需求清單進行適當組合，在不影響測試效果的前提下，盡可能節約資源。通過對已有場景的分析，根據不同設施對場景布設的影響程度，優先考慮道路基礎設施的整合，然后進行智能交通設施的整合。

2 典型功能分區

根據以上總體設計方法，對綜合性測試場進行典型測試場景梳理，理清基礎設施需求清單，結合國內外行業技術標準，合并歸納，形成典型功能分區，成為測試場總體設計成敗的關鍵。

基于總體設計方法研究以及國內外多個測試場設計實例，建議一般綜合性測試場可以分為城市街區、環道（含高速測試）、低等級公路、多功能測試區等典型功能分區。

2.1 城市街區

道路等級可以采用城市主干路、次干路、支路，根據測試基地規模采用不同的縱橫道路架構（見圖2），通過相對集中的城市路網架構，可以實現城市道路的網級測試。城市道路斷面的基本型式，可以采用可變側分帶、中分帶實現一幅路到四幅路結構的靈活布置。車道數量可以根據需要將雙向通行調整為單向通行（如雙向兩車道改為單向兩車道），實現單方向車道數增加甚至翻倍。路側處理器、信號燈、攝像機、AP、DSRC等智能交通設施原則上每個交叉口均布設。車道寬度采用3.25~3.5m，設計車速取30~50km/h，其他參數參考城市道路設計規范。通過以上基礎設施構建，基本能夠完成城市道路區域的主要場景測試。

圖2 城市街區測試區示意圖

2.2 環道（含高速測試）

環道是提高測試效率的重要設施，同時也是實現車輛高速測試的好方法。環道的布設往往沿測試場地的用地邊界或功能分區的外圍設置，一般路線較長，容易形成高速測試環境，同時還可在環道上循環設置各種測試場景，提高測試效率。

如圖3所示，同濟-上汽智能網聯汽車測評基地環道測試區處于城市街區與山區測試區外圍，采用4車道（雙向4車道，可根據需要靈活調整為單向4車道）與2車道組合設計，測試車速為40~80km/h，車道寬度為3.5~3.75m。環道既可以單獨循環測試，也可以與其他功能分區聯合測試。

圖3 同濟-上汽智能網聯汽車測評基地環道測試區

2.3 低等級公路

低等級公路的基礎設施相對較差，給無人駕駛汽車的安全行駛帶來更高挑戰，也因此成為測試的重要內容。目前，無人駕駛汽車測試場除了對公路基本性能進行測試，一般還兼顧對鄰水、臨崖等特殊路段的測試。

最高道路等級為二級公路，車道數為2車道，車道寬度為3.0~3.5m，設計車速為20~60km/h。

2.4 多功能測試區

多功能測試區是一個獨立的測試區，像一個空白鋪裝場地，在智能網聯汽車測試場中具有重要意義。這是因為作為技術迭代迅速的互聯網汽車產業，需求層出不窮，變化較快，需要一個能夠很容易自由組合各種測試場景的區域。從目前國內外各測試場實際情況看，該區域一般結合車輛回場或測試車輛等候區等聯合設置。如圖2右下角區域的設計即為車輛回車場與多功能測試區聯合設計的一個典型案例。

3 結 語

無人駕駛汽車測試場作為一個新的工程設計類型，涉及車輛、通信、交通等多學科，目前互聯網車企自我成長體系與政府提倡的社會整體效益優先體系之間存在不同的技術路線，因此測試場總體設計也面臨較大的不確定性和成長性，要求設計師緊跟各專業學科的新技術、新方向，使用科學的總體設計方法，調整完善。