一種車路協同封閉場地測試系統設計方法

李云寶，李 森

一種車路協同封閉場地測試系統設計方法

李云寶，李 森

（長春汽車檢測中心有限責任公司天津分公司，天津 300450）

智能網聯汽車搭載了先進的環境感知系統及智能邏輯算法功能，具備環境感知及智能決策功能。但對于道路盲區的預測及控制，是單車智能無法跨越的壁壘。目前，路側感知及車聯網技術已成為未來發展無人駕駛汽車、道路通行安全及效率提升的公認技術路線之一。文章通過標準梳理及走訪調研國內車聯網測試場、示范區，以測試場景為依托，提出道路技術參數設計方法及最小通信距離設計方法，結合設備設施布置要求，提出一種封閉測試場車路協同系統設計方法，滿足智能網聯汽車車路協同全場景封閉場地閉環測試及驗證。

車路協同；封閉場地；測試系統；智能網聯汽車；路側感知；云控系統

目前，全球無人駕駛汽車快速發展，智能網聯汽車行業發展態勢較好，但智能網聯汽車依靠單車智能存在信息孤島，難以解決道路盲區、互聯協同、信息共享等問題，完全實現無人駕駛存在較大困難。傳統的交通管控方式已難以解決目前所面臨的交通問題[1]。隨著自動駕駛的發展，智能車輛的性能受到其無法感知盲區和超視距區域的限制[2]。基于無線通信、路側感知系統及車聯網等技術的發展，車路協同技術目前已成為解決單車智能無法預測道路盲區、車車信息共享、實現完全無人駕駛、提高道路交通體系高效安全的技術手段[3-4]。路側感知系統可實時獲得道路環境信息，通過云控平臺的大數據分析進行決策，依托車聯網技術實現車車交互，從而提高駕駛安全性、優化通行效率等。路側感知系統可使道路安全、通過效率提升和及出行舒適性得到發展[5]。目前國外對車路協同技術已有初步應用，例如美國的智慧駕車系統IntelliDrive、歐盟的SAFESPOT安全計劃、日本的Smartway項目，歐盟也更新發布了《網聯式自動駕駛技術路線圖》等[6-7]。與世界主要發達國家相比，我國車路協同技術還處于研究探索階段[8]。建立一種封閉場地車路協同測試系統對于智能網聯汽車系統設計驗證、功能測試、性能評價等柔性化場景搭建具有重要意義。

1 發展概況

目前世界主要發達國家積極發展智能網聯汽車，制定相關政策及出臺一系列法律法規鼓勵汽車企業創新技術，并開放一些道路及示范區進行試驗測試等相關活動[9]。我國工業和信息化部、公安部、交通運輸部等部委也出臺了一系列政策鼓勵示范區建設，以滿足未來智能網聯汽車測試需求[10]。為了促進我國車路協同技術的發展，工信部推出了多個國家級智慧道路交通示范區建設項目[11]。

各地區積極響應國家政策，高度重視車路協同技術的發展。從道路規劃、政策引導、標準體系構建、開放道路示范區建設等多體系發力，推動我國未來智能網聯汽車產業發展。但隨著單車智能自動駕駛產業的發展遇到瓶頸，路側感知系統及車聯網技術受到廣泛關注。目前，一些新興城市道路建設也加入路側基礎設施的元素，部署高清攝像機、雷達系統、智控交通信號機等先進設備，基于大數據邊緣計算形成系統化的感知數據，以路側單元（Road Side Unit, RSU）、5G網絡等通信手段，實現對道路環境信息的實時傳輸[12]。隨著5G通信切片技術的發展，可以實現大寬帶、低延時等[13]性能。

路側感知系統及車聯網技術通過采集多種道路環境數據及云分析計算，依托無線通信及高精定位等技術手段，實現對道路環境信息的全面感知，通過車載單元（On Board Unit, OBU）終端信息分享，協同配合，以實現車路信息環境感知交互。

2 技術路線

以測試標準梳理為基礎，結合現場走訪調研等方式，通過對標分析測試場景需求，提出道路及通信距離設計方法，最終得出封閉試驗場車路協同主要測試區域及道路技術參數。提出設備設施布置原則，建立車路協同智能化測試服務平臺，如圖1所示。

圖1 技術路線圖

2.1 測試標準梳理

通過對《合作式智能運輸系統車用通信系統應用層及應用層數據交互標準》第一階段（T/ CSAE 53－2020）、第二階段（T/CSAE 157－2020）梳理、統計及分析，主要涵蓋場景約29類。測試場景主要包括交叉路口碰撞、左轉輔助、闖紅燈預警、弱勢交通參與碰撞預警等，測試標準道路類型需求如表1所示。

表1 測試標準道路類型需求

測試場景道路類型需求 十字路口環形路口直線路段匝道路段匝道路段 交叉路口碰撞●● 左轉輔助●● 道路信息共享 ●●● 限速預警 ●●● 闖紅燈預警● 弱勢交通碰撞預警●●●●● 綠波車速引導● ● ● 協作式通行 ● 動態車道管理●

注：●表示需具備的類型需求。

2.2 現場走訪調研

走訪調研國家智能網聯汽車應用（北方）示范區、交通部公路交通試驗場、國家智能汽車與智慧交通（京冀）示范區順義基地、上海臨港智能網聯汽車綜合測試示范區、杭州市德清縣示范區一期和國家智能網聯（長沙）測試區，統計分析試驗場車路協同主要測試分類及測試場景，如表2所示。

表2 測試分類及場景統計

序號測試分類 測試場景 1交通安全類1.前向碰撞預警；2.交叉路口碰撞預警；3.闖紅燈預警；4.弱勢交通參與者碰撞預警；5.左轉輔助 2交通效率類1.綠波車速引導；2.車內標牌；3.交通信號配時動態優化；4.最優速度；5.車輛路徑引導 3信息服務類1.信號路口通行；2.編隊行駛；3.遠程遙控駕駛；4.車輛路徑引導；5.動態車道管理；6.協同式感知

2.3 場地道路設計方法

智能網聯汽車車路協同封閉道路測試過程分為兩個階段、四個路段：一是狀態調整階段，分加速段與穩速段，使主車（Host Vehicle, HV）達到試驗目標車速；二是性能評估階段，分測試段與減速段，驗證車路協同功能是否能夠正確預警，以符合相關測試要求，如圖2所示。測試路段長度計算公式為

=1+2+3+4（1）

圖2 智能網聯汽車車路協同封閉道路測試過程

2.4 通信最小距離設計方法

在測試場景時，必須保證報警時HV與遠車（Remote Vehicle, RV）之間有足夠的距離用于駕駛員反應與制動，避免兩車碰撞，且報警時間不應太早，避免對駕駛員形成不必要的干擾。這個距離一般為通信最小安全距離s，其計算公式為

min≤s=1+2+3≤max（2）

式中，1為HV駕駛員反應時間內行走的距離，可以保守取為1.2～2 s；2為HV駕駛員制動的距離；3為安全冗余距離；min為最晚預警安全距離；max為最早預警安全距離。

3 道路參數技術要求

封閉場地車路協同測試區域分為長直線測試區、模擬城市測試區、柔性測試區（泊車區）、隧道測試區。通過標準場景梳理及調研統計結果對標，結合道路設計方法及最小通信距離設計方法，得出封閉場地車路協同測試區域及道路參數技術要求，如表3所示。

表3 道路技術需求參數

測試區域參數參數值 長直線測試區車道長度/m2 000 車道數/個4 模擬城市測試區十字路口長度/m1 000 匝道路口長度/m200 環形路口數/個5 隧道測試區長度/m200 車道數/個2 柔性測試區半徑/m100

4 場地設備設施配置方法

感知設備一般采取單個方向配置攝像機+雷達組合，RSU采取交叉布置的原則，為保證測試精度，長直線路段一般在0.3～0.5 km處布置一套通信系統，輔助高精度定位服務系統。一般采取短距離直接通信接口（PC5）及終端和基站之間的通信接口（Uu），依托4G/5G等車用無線通信技術，保證長距離和大范圍的通信可靠性。

車路協同通信系統以車內、車際及云網為基礎，統一通信協議和數據交互標準，統一OBU、RSU、多接入邊緣計算（Multi access Edge Comput- ing, MEC）等設備接口及通信頻道，設備可進行無線及有線通信，實現信息無障礙交互，同時路側感知信息數據應由測試場云控平臺統一分析。車輛使用OBU與各種車用無線通信技術（Vehicle to Everything, V2X）設備交互數據進行計算和檢測[14]。依據道路參數技術要求，結合道路長度計算模型及通信最小距離計算方法，建立模擬城市及鄉村路口的路側感知系統，路口RSU布置方法如表4、圖3、圖4所示。

表4 模擬道路路口RSU布置原則

類型描述部署原則 空曠十字路口周圍無建筑、樹木遮擋靠近信號機位置立桿部署一個RSU 普通十字路口路口中間無遮擋物，周圍有建筑、樹木遮擋部署兩個RSU，分別覆蓋水平和垂直兩個方向 復雜十字路口寬闊道路，路口中間無遮擋物，周圍有建筑、樹木遮擋部署四個RSU，分別覆蓋水平和垂直兩個方向 匝道路口匝道路且道路中間無遮擋部署一個RSU，覆蓋2個方向道路 環島依部署間距沿環島部署，環島中存在植被遮擋時，至少確保各方向部署一個RSU

圖3 十字路口部署示意圖

直線路段模擬高速工況及城市全車速場景測試，基于RSU與OBU終端實時數據交互，實現C-V2X（Cellular-Vehicle to Everything）通信環境全覆蓋。具體布置技術要求如下：

4.1 邊緣計算系統技術要求

V2X有效通信距離約為600 m；全息感知V2X視頻檢測器有效識別范圍為150 m；全息感知微波雷達有效識別范圍為150 m；激光雷達有效識別范圍為200 m；多路感知傳感可接入一臺邊緣計算圖形處理器（Graphics Processing Unit, GPU）。邊緣計算部署示意如圖5所示。

測試車輛安裝OBU設備、視頻監控、高精度定位設備及輔助測試設備等，OBU上傳采集的車輛自身數據，并接收對方車輛數據包及路側單元廣播數據包，與其他智能網聯車進行通信，并進行網聯預警及主動安全測試。路側端通過MEC、RSU、雷達、AR感知攝像頭、信號機等設備對測試車輛進行智能網聯測試或對車輛測試行為進行全場的監控管理評估。場地布置測試假人、假車、雨霧系統、閘道、燈光、基站等系統搭建豐富多樣的測試場景。

圖5 邊緣計算部署示意圖

4.2 信息傳輸技術要求

服務全車速測試環境，路側通信覆蓋半徑需至少大于2 km；車車通信OBU可滿足至少300 m；支持OBU的最大運動速度不小于120 km/h[15]；通信時延應小于10 ms。

4.3 高精定位技術要求

支持全球定位系統（Global Positioning System, GPS）、北斗等服務；定位精度達厘米級；定位精度可智能調控。

5 車路協同測試服務平臺

路側感知系統前端各種數據通過4G/5G或者有線光纖網絡匯集到測試服務平臺進行大數據的融合管理，并對網聯測試、測試環境及場地基礎設施信息進行管理。車聯網V2X平臺及AR監測平臺為封閉測試場管理中心提供網聯測試管理、高級駕駛輔助系統（Advanced Driving Assistance System, ADAS）測試、AR監控等數據管理服務。

車路協同測試服務平臺同時可實現路側設備模型展示、設備總數和異常設備數量顯示，可遠程調取每個感知設備信息并進行操作，也可進行設備配置、設備故障播報、設備運行狀態分析、設備遠程升級等，實現測試區域內路側設備的遠程管理，如圖6所示。通過對各種終端設備數據采集、處理、融合，將智能網聯汽車測試數據、智能全息感知設備等數據匯聚于智能網聯場景決策計算與控制平臺中實時存儲、脫敏、清洗，結合測試評估算法模型對車輛數據進行管理及配置，實現移動端與個人計算機（Personal Computer, PC）端可視化下不同場景車路協同測試與評價。

圖6 測試服務管理平臺

6 結論

本文首次提出一種封閉測試場車路協同系統設計方法，系統地闡述了車路協同封閉場地、場景道路技術參數設計、通信距離設計、設備設施布置方法以及技術要求，對未來智能網聯汽車車路協同測試評價體系建設具有重要作用。

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A Design Method of Vehicle and Road Cooperative Closed Field Test System

LI Yunbao, LI Sen

( Tianjin Branch of Changchun Automobile Testing Center Company Limited, Tianjin 300450, China )

The intelligent connected vehicle is equipped with advanced environmental awareness system and intelligent logic algorithm functions, and has environmental awareness and intelligent decision-making. However, the prediction and control of road blind spots is a barrier that can not be crossed by single car intelligence. At present, roadside sensing and vehicle networking technology has become one of the recognized technical routes for the development of driverless vehicles, road traffic safety and efficiency improvement in the future.Based on the standard sorting and visiting and investigating the domestic test sites and demonstration areas of the internet of vehicles,this paper puts forward the design method of road technical parameters and the design method of minimum communication distance based on the test scenarios, and proposes a design method of closed test site vehicle-road collaboration system in combination with the layout requirements of equipment and facilities, to meet the closed loop test and verification of the whole scene of the internet of vehicles vehicle-road collaboration.

Vehicle and road cooperative; Closed field; Test system; Intelligent connection vehicle; Roadside sensing; Cloud control system

U495

A

1671-7988(2023)18-05-05

李云寶（1987－），男，工程師，研究方向為汽車整車道路性能試驗及檢測，E-mail:liyunbao2008@126.com。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.018.002