智能车路系统典型场景测试方法研究

和福建，田晓笛，孙文军

（中汽研汽车检验中心（天津）有限公司，天津 300300）

智能车路系统（Intelligent Vehicle and Infrastructure System，IVIS）是以车和路的智能化为条件，强调车与路智能协同能力和服务水平的复杂系统。IVIS是智能交通系统（Intelligent Transportation System，ITS）的重要子系统，是世界发达国家研究、发展和应用的热点。美国、日本、欧洲等国家已经在智能车路系统领域开展了大量的研究，典型的项目有美国的IntelliDrive、CICAS等，日本的Smartway、AHS等，欧洲的CVIS、PreVENT等［1］。IVIS的应用可以有效改善道路交通安全，提高交通效率，保证车辆安全和增加出行的舒适度，实现人-车-路的有效协同［2］。

随着中国汽车保有量的不断增加，交通拥堵日益严重，导致社会成本的提高［3-4］。

IVIS的核心技术是车-车和车-路之间的无线通信技术。智能车路系统感知与传统传感器感知相比有无感知角度范围限制、超视距感知、感知精度不受极端天气影响、可通过路侧单元获得道路环境信息等优势［5］。

1 典型场景

对IVIS进行测试时，需要建立人、车、路协同的应用功能场景。首先需要建立合适的测试场景，包括道路情况、交通状态、智能路侧设备等；然后需要建立可实施的测试方案，完成IVIS的典型场景实现。IVIS典型应用场景可分为安全类、效率类和信息服务类。

1.1 测试场景

在对车辆功能进行测试时，测试场景是开展测试的基础，而确定测试场景的架构是测试场景的前提。从测试场景层次架构分析，可由道路拓扑结构、交通流以及动态情景3部分构成。从测试场景三维架构分析，测试场景是行驶环境和驾驶情景的组合，在不同的天气情况下，由不同驾驶工况（高速、城市、乡村等）与驾驶任务、驾驶速度等构成［6］。

对IVIS典型测试场景的设计可以从静态场景搭建和动态环境设计两个方面进行。在静态场景搭建中包含了场地规划、场景布局和路侧设备布置。根据典型场景的测试需求和道路情况，选择直线道路或者交叉路口进行场地规划，以场地利用的高效性和场景的连贯性为准则进行场景布局，最后进行路侧设备的布置。在动态环境设计中，采用自上而下的正向设计方法，保障场景设计的有效性和针对性。可以按照需求分析、功能分析、方法设计和实际测试来完成设计。以需求为基础的设计方法，如图1所示。

外场测试中，应选择平坦、干燥的沥青或混凝土路面、清晰的交通标志标线、良好的天气环境、无复杂的电磁环境干扰等。

1.2 测试原理

测试系统由测试车辆、目标车辆以及路侧测试系统3部分组成，测试车辆与目标车辆组成车车交互测试系统，测试车辆与路侧测试系统组成车路交互测试系统。

测试车辆内部搭载车载V2X（Vehicle to Everything）系统与车载测试平台。其中，车载V2X系统能够通过V2V（Vehicle toVehicle）完成车车间信息交互，通过V2I/I2V（Vehicle to Infrastructure）完成车路间信息交互。车载V2X系统内置应用场景预警算法，能够完成场景的预警并输出预警结果。车载测试平台包含通信单元、计算单元、测试结果分析单元、定位系统等。车载测试平台能够与目标车辆内搭载的测试平台进行通信。车载V2X系统接入车内CAN总线。

图1 典型测试场景设计

目标车辆内部搭载测试平台。测试平台包含通信单元、计算单元、测试结果分析单元、定位系统等。测试平台能够配合测试车辆产生测试场景，能够与测试车辆内搭载的车载测试平台通信，完成测试过程数据分析以及测试结果评估。

路侧测试系统内部搭载测试平台。测试平台包含RSU（Road Side Unit）、传感器（摄像头、雷达等）、交通设施（信号灯、交通标识等）、定位系统等。测试平台能够配合测试车辆产生测试场景，能够与测试车辆内搭载的车载测试平台通信，完成测试过程数据分析以及测试结果评估。

车车交互测试系统包括测试车辆与目标车辆两部分，测试车辆与目标车辆之间通过V2V进行通信，目标车辆配合测试车辆产生测试场景。测试车辆内车载测试平台通过与目标车辆内测试平台通信，获得测试数据并保存到车载测试平台。目标车辆内测试平台记录目标车辆的测试数据，结合接收到的测试车辆测试数据进行测试结果分析与评估。车车交互测试系统如图2所示。

车路交互测试系统包括路侧测试系统与测试车辆两部分，路侧测试系统与测试车辆之间通过V2I/I2V进行通信，路侧测试系统配合测试车辆产生测试场景。测试车辆内车载测试平台通过与路侧测试系统内测试平台通信获得测试数据并保存到车载测试平台。路侧测试系统内测试平台记录路侧的测试数据，结合接收到的测试车辆测试数据进行测试结果分析与评估。车路交互测试系统如图3所示。

图3 车路交互测试系统

2 实车测试及其分析

为了完成IVIS的测试，验证车辆的整体性能，需要设计合理的测试场景，包括实验的场地、道路的选择、路侧的基础设施和为了满足测试车辆某种功能测试，需要设计合理的触发条件，促使测试车辆实现某种功能。通过测试车辆的实验结果，验证测试场景的合理性和测试车辆功能实现的准确性［7］。

2.1 静态场景搭建

对场地和道路的选择，可以选择两条直行路段和一个交叉路口作为测试场地，路段的长度应该满足实验的需求，十字路口符合交通标准。

路侧设备主要包含数据采集模块、数据分析模块、控制模块、数据交互平台等。路侧设备部署及数据流如图4所示。

2.2 动态环境设计

2.2.1 前向碰撞预警

图4 路侧设备部署

如图5所示，把前向碰撞预警分为了A、B、C 3个测试场景。测试场景A，测试道路为单向双车道的长直道，测试车辆沿车道中间匀速行驶，目标车辆位于测试车辆正前方静止。测试车辆正常行驶，在距离目标车辆100m前达到20km/h的车速，并匀速沿车道中间驶向目标车辆。测试场景B，测试道路为单向双车道的长直道，测试车辆沿车道中间匀速行驶，目标车辆位于测试车辆正前方匀速行驶。测试车辆正常行驶，在距离目标车辆100m前达到30km/h的车速，并匀速沿车道中间驶向目标车辆；目标车辆以10km/h的车速匀速行驶。测试场景C，测试道路为单向双车道的长直道，测试车辆沿车道中间匀速行驶，目标车辆位于测试车辆相邻车道前方静止。测试车辆正常行驶，在距离目标车辆100m前达到20km/h的车速，并匀速沿车道中间行驶。该场景下，基于车车通信的汽车主动安全系统可以降低道路上出现静止/慢速车辆时，后方车辆因视线不佳或驾驶注意力不集中、驾驶员距离/速度估计错误等因素而引发的事故风险。

2.2.2 紧急制动预警

如图6所示，测试道路为单向双车道的长直道，测试车辆沿车道中间匀速行驶，目标车辆位于测试车辆正前方匀速行驶。目标车辆1和2以60km/h的车速匀速行驶。测试车辆正常行驶，在距离目标车辆2100m前达到60km/h的车速，并匀速沿车道中间驶向目标车辆2。稳定行驶3s后，目标车辆1由匀速60km/h的车速采取紧急制动动作并将这一信息对外广播。该场景下，基于车车通信的汽车主动安全系统可以降低由于驾驶员视线受限（雨雪雾等天气因素、其他车辆遮挡）等因素引发的事故风险。

2.2.3 异常车辆提醒

如图7所示，测试道路为至少包含2条车道的长直道，测试车辆沿车道中间匀速行驶，目标车辆位于测试车辆正前方停止。测试车辆正常行驶，在距离目标车辆200m前达到20km/h的车速，目标车辆广播“故障报警灯开启”信息。该场景下，基于车车通信的汽车主动安全系统可以将车辆内部的故障等信息及时对外广播，便于周围车辆及时采取避让等安全措施，降低单一车辆故障导致的连环碰撞等事故风险。

图6 紧急制动预警

图7 异常车辆提醒

2.2.4 交叉路口碰撞预警

如图8所示，测试道路为至少包含双向两车道的十字交叉路口。测试车辆在标有直行和右转指示标线的车道内右转行驶通过该路口，同时路口横向左侧存在匀速直线行驶的目标车辆1驶向测试车辆将转入车道，两车存在碰撞风险。目标车辆2停止在横向左侧路口处。测试车辆以30km/h的车速匀速驶向交叉路口，目标车辆1以20km/h匀速行驶。若测试车辆保持当前行驶状态，两车可同时到达碰撞点。目标车辆2停止在横向左侧路口处［8］。该场景下，基于车车通信的汽车主动安全系统可以降低车辆从不同方向通过交叉路口发生碰撞的风险。

2.2.5 道路危险状况提示

如图9所示，测试道路为至少包含2条车道的长直道，测试车辆沿车道中间匀速行驶，路边布设路侧单元。测试车辆正常行驶，在距离路侧单元100m前达到60km/h的车速，路侧单元广播道路危险状况。该场景下，基于车路通信的汽车主动安全系统可以降低因驾驶员视线受限（视野盲区、车辆遮挡等）、驾驶员分心、驾驶员距离/速度估计错误、减速避让不及等因素而导致的事故风险。

图8 交叉路口碰撞预警

图9 道路危险状况提示

2.3 实验结果分析

2.3.1 实验场景

1）前向碰撞预警。

2）异常车辆提醒。

3）交叉路口碰撞预警。

如图10所示，在测试车辆和目标车辆上完成测试系统的搭建。

2.3.2 实验结果

1）前向碰撞预警

图10 测试系统

图11 前向碰撞预警场景A实验结果

按照测试实验流程，前向碰撞预警A场景一共进行了3次试验，全部触发预警。图11是其中一次的实验结果，展示了从实验开始到结束，测试车辆、目标车辆的速度和产生预警时两车的相对纵向距离为1.523m和碰撞时间3.356s。

按照测试实验流程，前向碰撞预警B场景一共进行了3次试验，全部触发预警。图12是其中一次的实验结果，展示了从实验开始到结束，测试车辆、目标车辆的速度和产生预警时两车的相对纵向距离为29.60m和碰撞时间5.65s。

按照测试实验流程，前向碰撞预警C场景一共进行了3次实验，其中2次没有产生预警、1次产生预警信号。实验后，分析产生预警信号原因可能为目前OBU的定位芯片的精度为亚米级和GPS信号的不稳定，导致车道位置识别不准确产生预警，可通过提高定位精度的方式进行解决。

2）异常车辆提醒

按照测试实验流程，异常车辆提醒场景一共进行了3次试验，全部触发预警。图13是其中一次的实验结果，展示了从实验开始到结束，测试车辆、目标车辆的速度和产生预警时两车的相对纵向距离为75.391m和碰撞时间14.382s。

3）交叉路口碰撞预警

按照测试实验流程，交叉路口碰撞预警场景一共进行了2次实验，其中2次产生预警信号。图14是其中一次的实验结果，展示了从实验开始到结束，测试车辆、目标车辆的速度和产生预警时两车的相对纵向距离为25.687m和碰撞时间3.687s。

图12 前向碰撞预警场景B实验结果

测试车辆和目标车辆经过前向碰撞预警、异常车辆提醒、交叉路口碰撞预警的道路试验，证明了车车交互测试系统和车路交互测试系统的有效性和测试场景搭建的正确性，说明了智能车路系统的可行性，对解决道路交通安全、提高交通效率等问题提供了新的方法。

3 结束语

智能网联汽车是未来汽车产业的主要发展方向。智能车路系统将“人、车、路”等要素有机地联系在一起。本文从测试场景设计、测试原理等方面实现了智能车路系统功能测试的场景测试技术，分析了典型应用场景测试技术案例，提出了智能车路系统功能实现的场景测试方案，并通过实际道路实验进行了验证。同时，为了促进智能网联汽车智能车路系统的快速发展和落地应用，我们可以从以下几方面推进：一是加快基础设施智能化建设；二是加快跨行业标准体系建设；三是发挥政府积极性给予财政、政策支持，促进重点关键技术提升。

图13 异常车辆提醒实验结果

图14 交叉路口碰撞预警实验结果