一种车路协同封闭场地测试系统设计方法

李云宝，李 森

一种车路协同封闭场地测试系统设计方法

李云宝，李 森

（长春汽车检测中心有限责任公司天津分公司，天津 300450）

智能网联汽车搭载了先进的环境感知系统及智能逻辑算法功能，具备环境感知及智能决策功能。但对于道路盲区的预测及控制，是单车智能无法跨越的壁垒。目前，路侧感知及车联网技术已成为未来发展无人驾驶汽车、道路通行安全及效率提升的公认技术路线之一。文章通过标准梳理及走访调研国内车联网测试场、示范区，以测试场景为依托，提出道路技术参数设计方法及最小通信距离设计方法，结合设备设施布置要求，提出一种封闭测试场车路协同系统设计方法，满足智能网联汽车车路协同全场景封闭场地闭环测试及验证。

车路协同；封闭场地；测试系统；智能网联汽车；路侧感知；云控系统

目前，全球无人驾驶汽车快速发展，智能网联汽车行业发展态势较好，但智能网联汽车依靠单车智能存在信息孤岛，难以解决道路盲区、互联协同、信息共享等问题，完全实现无人驾驶存在较大困难。传统的交通管控方式已难以解决目前所面临的交通问题[1]。随着自动驾驶的发展，智能车辆的性能受到其无法感知盲区和超视距区域的限制[2]。基于无线通信、路侧感知系统及车联网等技术的发展，车路协同技术目前已成为解决单车智能无法预测道路盲区、车车信息共享、实现完全无人驾驶、提高道路交通体系高效安全的技术手段[3-4]。路侧感知系统可实时获得道路环境信息，通过云控平台的大数据分析进行决策，依托车联网技术实现车车交互，从而提高驾驶安全性、优化通行效率等。路侧感知系统可使道路安全、通过效率提升和及出行舒适性得到发展[5]。目前国外对车路协同技术已有初步应用，例如美国的智慧驾车系统IntelliDrive、欧盟的SAFESPOT安全计划、日本的Smartway项目，欧盟也更新发布了《网联式自动驾驶技术路线图》等[6-7]。与世界主要发达国家相比，我国车路协同技术还处于研究探索阶段[8]。建立一种封闭场地车路协同测试系统对于智能网联汽车系统设计验证、功能测试、性能评价等柔性化场景搭建具有重要意义。

1 发展概况

目前世界主要发达国家积极发展智能网联汽车，制定相关政策及出台一系列法律法规鼓励汽车企业创新技术，并开放一些道路及示范区进行试验测试等相关活动[9]。我国工业和信息化部、公安部、交通运输部等部委也出台了一系列政策鼓励示范区建设，以满足未来智能网联汽车测试需求[10]。为了促进我国车路协同技术的发展，工信部推出了多个国家级智慧道路交通示范区建设项目[11]。

各地区积极响应国家政策，高度重视车路协同技术的发展。从道路规划、政策引导、标准体系构建、开放道路示范区建设等多体系发力，推动我国未来智能网联汽车产业发展。但随着单车智能自动驾驶产业的发展遇到瓶颈，路侧感知系统及车联网技术受到广泛关注。目前，一些新兴城市道路建设也加入路侧基础设施的元素，部署高清摄像机、雷达系统、智控交通信号机等先进设备，基于大数据边缘计算形成系统化的感知数据，以路侧单元（Road Side Unit, RSU）、5G网络等通信手段，实现对道路环境信息的实时传输[12]。随着5G通信切片技术的发展，可以实现大宽带、低延时等[13]性能。

路侧感知系统及车联网技术通过采集多种道路环境数据及云分析计算，依托无线通信及高精定位等技术手段，实现对道路环境信息的全面感知，通过车载单元（On Board Unit, OBU）终端信息分享，协同配合，以实现车路信息环境感知交互。

2 技术路线

以测试标准梳理为基础，结合现场走访调研等方式，通过对标分析测试场景需求，提出道路及通信距离设计方法，最终得出封闭试验场车路协同主要测试区域及道路技术参数。提出设备设施布置原则，建立车路协同智能化测试服务平台，如图1所示。

图1 技术路线图

2.1 测试标准梳理

通过对《合作式智能运输系统车用通信系统应用层及应用层数据交互标准》第一阶段（T/ CSAE 53－2020）、第二阶段（T/CSAE 157－2020）梳理、统计及分析，主要涵盖场景约29类。测试场景主要包括交叉路口碰撞、左转辅助、闯红灯预警、弱势交通参与碰撞预警等，测试标准道路类型需求如表1所示。

表1 测试标准道路类型需求

测试场景道路类型需求 十字路口环形路口直线路段匝道路段匝道路段 交叉路口碰撞●● 左转辅助●● 道路信息共享 ●●● 限速预警 ●●● 闯红灯预警● 弱势交通碰撞预警●●●●● 绿波车速引导● ● ● 协作式通行 ● 动态车道管理●

注：●表示需具备的类型需求。

2.2 现场走访调研

走访调研国家智能网联汽车应用（北方）示范区、交通部公路交通试验场、国家智能汽车与智慧交通（京冀）示范区顺义基地、上海临港智能网联汽车综合测试示范区、杭州市德清县示范区一期和国家智能网联（长沙）测试区，统计分析试验场车路协同主要测试分类及测试场景，如表2所示。

表2 测试分类及场景统计

序号测试分类 测试场景 1交通安全类1.前向碰撞预警；2.交叉路口碰撞预警；3.闯红灯预警；4.弱势交通参与者碰撞预警；5.左转辅助 2交通效率类1.绿波车速引导；2.车内标牌；3.交通信号配时动态优化；4.最优速度；5.车辆路径引导 3信息服务类1.信号路口通行；2.编队行驶；3.远程遥控驾驶；4.车辆路径引导；5.动态车道管理；6.协同式感知

2.3 场地道路设计方法

智能网联汽车车路协同封闭道路测试过程分为两个阶段、四个路段：一是状态调整阶段，分加速段与稳速段，使主车（Host Vehicle, HV）达到试验目标车速；二是性能评估阶段，分测试段与减速段，验证车路协同功能是否能够正确预警，以符合相关测试要求，如图2所示。测试路段长度计算公式为

=1+2+3+4（1）

图2 智能网联汽车车路协同封闭道路测试过程

2.4 通信最小距离设计方法

在测试场景时，必须保证报警时HV与远车（Remote Vehicle, RV）之间有足够的距离用于驾驶员反应与制动，避免两车碰撞，且报警时间不应太早，避免对驾驶员形成不必要的干扰。这个距离一般为通信最小安全距离s，其计算公式为

min≤s=1+2+3≤max（2）

式中，1为HV驾驶员反应时间内行走的距离，可以保守取为1.2～2 s；2为HV驾驶员制动的距离；3为安全冗余距离；min为最晚预警安全距离；max为最早预警安全距离。

3 道路参数技术要求

封闭场地车路协同测试区域分为长直线测试区、模拟城市测试区、柔性测试区（泊车区）、隧道测试区。通过标准场景梳理及调研统计结果对标，结合道路设计方法及最小通信距离设计方法，得出封闭场地车路协同测试区域及道路参数技术要求，如表3所示。

表3 道路技术需求参数

测试区域参数参数值 长直线测试区车道长度/m2 000 车道数/个4 模拟城市测试区十字路口长度/m1 000 匝道路口长度/m200 环形路口数/个5 隧道测试区长度/m200 车道数/个2 柔性测试区半径/m100

4 场地设备设施配置方法

感知设备一般采取单个方向配置摄像机+雷达组合，RSU采取交叉布置的原则，为保证测试精度，长直线路段一般在0.3～0.5 km处布置一套通信系统，辅助高精度定位服务系统。一般采取短距离直接通信接口（PC5）及终端和基站之间的通信接口（Uu），依托4G/5G等车用无线通信技术，保证长距离和大范围的通信可靠性。

车路协同通信系统以车内、车际及云网为基础，统一通信协议和数据交互标准，统一OBU、RSU、多接入边缘计算（Multi access Edge Comput- ing, MEC）等设备接口及通信频道，设备可进行无线及有线通信，实现信息无障碍交互，同时路侧感知信息数据应由测试场云控平台统一分析。车辆使用OBU与各种车用无线通信技术（Vehicle to Everything, V2X）设备交互数据进行计算和检测[14]。依据道路参数技术要求，结合道路长度计算模型及通信最小距离计算方法，建立模拟城市及乡村路口的路侧感知系统，路口RSU布置方法如表4、图3、图4所示。

表4 模拟道路路口RSU布置原则

类型描述部署原则 空旷十字路口周围无建筑、树木遮挡靠近信号机位置立杆部署一个RSU 普通十字路口路口中间无遮挡物，周围有建筑、树木遮挡部署两个RSU，分别覆盖水平和垂直两个方向 复杂十字路口宽阔道路，路口中间无遮挡物，周围有建筑、树木遮挡部署四个RSU，分别覆盖水平和垂直两个方向 匝道路口匝道路且道路中间无遮挡部署一个RSU，覆盖2个方向道路 环岛依部署间距沿环岛部署，环岛中存在植被遮挡时，至少确保各方向部署一个RSU

图3 十字路口部署示意图

直线路段模拟高速工况及城市全车速场景测试，基于RSU与OBU终端实时数据交互，实现C-V2X（Cellular-Vehicle to Everything）通信环境全覆盖。具体布置技术要求如下：

4.1 边缘计算系统技术要求

V2X有效通信距离约为600 m；全息感知V2X视频检测器有效识别范围为150 m；全息感知微波雷达有效识别范围为150 m；激光雷达有效识别范围为200 m；多路感知传感可接入一台边缘计算图形处理器（Graphics Processing Unit, GPU）。边缘计算部署示意如图5所示。

测试车辆安装OBU设备、视频监控、高精度定位设备及辅助测试设备等，OBU上传采集的车辆自身数据，并接收对方车辆数据包及路侧单元广播数据包，与其他智能网联车进行通信，并进行网联预警及主动安全测试。路侧端通过MEC、RSU、雷达、AR感知摄像头、信号机等设备对测试车辆进行智能网联测试或对车辆测试行为进行全场的监控管理评估。场地布置测试假人、假车、雨雾系统、闸道、灯光、基站等系统搭建丰富多样的测试场景。

图5 边缘计算部署示意图

4.2 信息传输技术要求

服务全车速测试环境，路侧通信覆盖半径需至少大于2 km；车车通信OBU可满足至少300 m；支持OBU的最大运动速度不小于120 km/h[15]；通信时延应小于10 ms。

4.3 高精定位技术要求

支持全球定位系统（Global Positioning System, GPS）、北斗等服务；定位精度达厘米级；定位精度可智能调控。

5 车路协同测试服务平台

路侧感知系统前端各种数据通过4G/5G或者有线光纤网络汇集到测试服务平台进行大数据的融合管理，并对网联测试、测试环境及场地基础设施信息进行管理。车联网V2X平台及AR监测平台为封闭测试场管理中心提供网联测试管理、高级驾驶辅助系统（Advanced Driving Assistance System, ADAS）测试、AR监控等数据管理服务。

车路协同测试服务平台同时可实现路侧设备模型展示、设备总数和异常设备数量显示，可远程调取每个感知设备信息并进行操作，也可进行设备配置、设备故障播报、设备运行状态分析、设备远程升级等，实现测试区域内路侧设备的远程管理，如图6所示。通过对各种终端设备数据采集、处理、融合，将智能网联汽车测试数据、智能全息感知设备等数据汇聚于智能网联场景决策计算与控制平台中实时存储、脱敏、清洗，结合测试评估算法模型对车辆数据进行管理及配置，实现移动端与个人计算机（Personal Computer, PC）端可视化下不同场景车路协同测试与评价。

图6 测试服务管理平台

6 结论

本文首次提出一种封闭测试场车路协同系统设计方法，系统地阐述了车路协同封闭场地、场景道路技术参数设计、通信距离设计、设备设施布置方法以及技术要求，对未来智能网联汽车车路协同测试评价体系建设具有重要作用。

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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

李云宝（1987－），男，工程师，研究方向为汽车整车道路性能试验及检测，E-mail:liyunbao2008@126.com。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.018.002