智能网联汽车试验场发展现状与建设建议＊

刘天洋 余卓平 熊璐 张培志

（同济大学，上海 201804）

智能网联汽车试验场发展现状与建设建议＊

刘天洋 余卓平 熊璐 张培志

（同济大学，上海 201804）

基于国内由于缺少智能网联汽车专用试验场从而导致对测试需求愈加迫切的现状，介绍了国外已建成的智能网联汽车试验场的发展情况，着重分析了国外几个专用智能网联汽车试验场的概况、特点以及测试要素。并以此作为参考，结合我国智能网联汽车发展现状与交通特色，提出了我国智能网联汽车试验场应以分段建设为核心思想，从道路环境、配套基础设施、辅助测试设备、网联汽车测试等方面进行建设的建议。

1 前言

智能网联汽车是指搭载先进的车载传感器、控制器、执行器等装置，并融合现代通信与网络技术，实现车与X（人、车、路、后台等）智能信息交换共享，具备复杂的环境感知、智能决策、协同控制和执行等功能，可实现安全、舒适、节能、高效行驶，并最终可替代人来操作的新一代汽车[1]。在智能网联汽车的开发中，完善的测试评价体系是支撑开发的必备条件。受控封闭测试场地作为测评体系中的一个重要设施，承担着智能网联汽车技术研究、模块开发、性能验证等多项功能，是智能网联汽车开发工作的重要组成部分，得到了世界产业界和学术界越来越多的重视。

与传统汽车试验场测试不同[2，3]，智能网联汽车的测试重点是考核车辆对交通环境的感知及应对能力，是面向车-路、车-人、人-车-路等耦合系统的测试。V2X通信技术的引入使得智能网联汽车的测试内容也由“端”（车辆）变成了云、管、端三方面发展。因此，为了支撑智能网联汽车的技术研究和产品开发，必须建设专用的汽车试验场。

尽管目前有一些国外学者提出了针对网联汽车和驾驶辅助系统的测试方法[4～6]，也有一些针对智能交通系统（Intelligent Transportation System,ITS）和先进驾驶辅助系统（Advanced Driver Assistance Systems,ADAS）的测试标准[7～9]，但是整体上对智能网联汽车，尤其是自主驾驶汽车的测试还没有一套完整成熟的测评体系，所以对专用试车场的建设规范和功能定义，目前也没有统一的标准。为此，针对国外智能网联汽车试验场的研究发展现状进行分析，以对我国规划建设该类试验场提供借鉴。

2 国外典型智能网联汽车试验场分析

由于西方国家对于智能网联汽车的研究开展较早、技术日臻成熟，所以也较早认识到了建设智能网联汽车专用试车场的必要性。如，美国相继在密歇根州建设了Mcity[10，11]试验场；在硅谷以北的Concord建设了GoMentum Station[12]等封闭试验场；改造了部分高速公路路段，建设Smart Road测试路段[13，14]，并正在进一步建设Willow Run等改良后的试验场。欧盟制定了智能汽车发展路线图，将智能网联汽车作为重点发展方向之一，建设了AstaZero[15，16]等智能汽车试验场，西班牙Applus IDIADA公司和英国Horiba Mira公司等也对传统的汽车试验场进行改造，以应对智能网联汽车的测试需要。

2.1 美国密歇根Mcity试验场

Mcity试验场是由美国密歇根大学主导、密歇根州交通部支持建设的无人驾驶虚拟之城，位于美国密歇根州安娜堡市，占地约13万平方米，斥资1 000万美元，于2015年正式投入运营，是世界上第一座针对测试无人驾驶汽车技术而打造的模拟小镇，其构造如图1所示[10]。福特公司率先在Mcity试验场测试了其无人驾驶版本的Fusion车型。

图1 Mcity试验场俯视图

作为世界上第一座针对智能网联汽车的专用试验场，其设计特色之一就是采用强化试验的思想[17]进行智能车测试，多种道路突发状况可以集中发生，因此，每公里的测试路程能够代表真实环境中几十甚至几百公里的行程。Mcity试验场另一特色是柔性化设计理念，即道路无固定标线，可以随时更改车道布置。多种交通元素（如建筑外墙、假人等）可以移动，交通标志也可以随时根据试验要求进行更换，而且还预留了巨大、平整的沥青路面区域用于设计和布置已有场地中未包含的场景，如大型停车场等。这样可以极大地方便测试者按需调整测试场景，进而大大降低后期升级成本。

Mcity试验场由多种路面和道路元素构成，包含水泥、柏油、仿真砖等铺装路面，以及泥土、碎石等非铺装路面。在试验区内，随处可见交通标志、车道线、信号灯、人行横道、指示牌、减速带等道路元素，也包括生活中出现频率较低的隧道、环岛、交通管制区、施工区等道路元素。在城市场景中，它有可移动的房屋外墙，墙体材料均取自真实建筑，如玻璃、砖、木头、铝乙烯等，用于模拟传感器对于不同材料的不同反馈。它还有多种停车位可供选择，如侧方停车、倒车入库和斜对角停车等。在市中心区域设置有邮箱、消防栓、候车椅、计时码表等自动驾驶车辆在真实世界中会遇到的道路元素，用于测试它们的应对状况。

Mcity试验场除可以模拟日常行车场景（循线行驶、通过各类路口、斜坡、环岛等）外，还特别设计了一些用于测试传感器和整车控制算法的场景，如：用于测试传感器信号被削弱、遮蔽和延迟时对自动驾驶车辆的影响设置的人造树荫区域、隧道等；用于测试全球定位系统（Global Positioning System,GPS）精度的正南北、正东西方向的道路；用来测试图像处理系统性能的贯穿整个测试场的照明设施，以及配有不同发光源和故意做旧的道路标牌等。Mcity试验场部分测试场景如图2和图3所示。

图2 Mcity试验场模拟城市测试场景

图3 Mcity试验场模拟隧道测试场景

2.2 瑞典AstaZero试验场

AstaZero试验场是欧洲现有最大的智能汽车试验场，始建于2014年，由瑞典SP技术研究所和查尔姆斯理工大学运营。该试验场总面积为200万平方米，其中铺装路面25万平方米。AstaZero试验场的测试内容涵盖面较广，包括车辆动力学测试、驾驶员行为测试、V2V&V2I功能测试、功能可靠性测试、通信技术测试等[15]。

AstaZero试验场是由传统汽车试验场改造而成，其最大优势就是具备完整的测试功能，尤其是为测试部分ADAS场景提供了必备的模拟设备，包括假人以及大型动物模型、可远程控制的气球车、道路护栏与交通标志等。图4为AstaZero试验场模拟大型动物场景。

图4 AstaZero试验场模拟大型动物场景

AstaZero试验场由多车道测试区域、4个街区组成的城市区域、高速道路测试区域、农郊道路和主试验中心等组成。通过不同区域的组合可以模拟几乎全部道路交通模式及场景。测试场地实现了WiFi信号全覆盖，同时可为各种设施提供电力及光纤信号。

AstaZero试验场的典型测试场景包括车道变换、侧向超车、十字路口交汇、无光照和局部照明、高速变道、高速避障、高速定位与导航、紧急躲避隐蔽障碍物、规避其它交通参与者等。

2.3 美国弗吉尼亚Smart Road试验场

弗吉尼亚智能道路项目始于20世纪80年代，由弗吉尼亚理工大学交通学院负责运营和管理。它是一条长约9.17 km限制进入的高速公路，目前已经建成了3.5 km双车道公路。迄今为止，在这条智能道路上进行的研究项目已经超过1 800项，同时Smart Road也是美国北部唯一一条能够能够测试自动驾驶、网联技术与智慧交通系统的道路[14]。

Smart Road试验场最具特色的便是天气模拟系统。如图5所示，该试验场中75个天气塔可以产生雨、雪和雾。天气塔中的水来源于一个容量为189万升的水箱，它们可以在适宜的天气环境下在0.8 km的道路范围内产生特定的天气，如雨量为2～64 mm/h的降雨天气，能见度在3～91 m范围内变化的雾天，以及雪量为102 mm/h的降雪天气。

Smart Road试验场的照明和能见度检测系统也处于优势地位。试验场内配有可变照明设施来研究照明技术对传感器的影响，可以复现95%的国家公路照明系统，采用了变间距设计，光源有包括发光二极管模块在内的多种灯具头可选。能见度测试系统包括静态和动态两个路段，用于测试路面标记和其它对象的可见性。以上设施对于测试自动驾驶车辆在复杂环境中的表现具有重要意义。

图5 美国Smart Road试验区天气模拟系统

弗吉尼亚理工大学交通学院设置了控制中心统筹安排各项测试与研究，并提供全天24 h监控。控制中心可以通过监控摄像机直接或间接地观测道路交通情况和驾驶员表现。控制中心内的调度员可根据情况操纵照明和天气系统，并控制各类设施的访问权限。

2.4 英国Mira City Circuit试验场

City Circuit试验场由英国著名汽车测试服务商Mira公司修建，该试验场是世界上面积最大、综合性最高的独立试车场之一，坐落在英国腹地米德兰，占地约304万平方米，共有24个环路，全长超过95 km。该试验场分为9个区域，可分别用于传统车辆测试以及智能交通和网联车辆的测试，提供了一个完全可重复、安全的“现实版实验室”环境。

City Circuit试验场的最大特色在于其在网联汽车测试方面提供的基础设施与服务。在无线通信和访问权限限制方面的设施如下：

a.私人的GSM/GPRS网络，具有12BTS单元，带有独立的供电和通道分配；

b.扩展的Vodafone（英国电信企业）3G网络，建有3座本地基站；

c.WiFi接入点网络，有6个受控的IEEE、802.11a/b/g/n发射点；

d.ITSG5/IEEE 802.11p（5.9 GHz用于V2X通讯），建有6个受控的基础设施点，提供ETSI CAM支持。

City Circuit试验场在跟踪定位以及监控方面也处于领先地位，有如下设施：

a.由RTK-GPS提供误差矫正服务，设置有2座本地基站；

b.稳定且持续开启的4G NOW无线网；

c.在主交叉路口周边按车流方向放置毫米级精度和高帧率的摄像头，提供地面实况3D动作捕捉，如图6所示。

图6 Mira City Circuit试验场3D动作捕捉设备

2.5 其它典型试验场概况

美国加州GoMentum Station试验场建于2014年，由康特拉科斯塔交通管理局运营，总面积达850万平方米，拥有32 km铺装公路和街道，其中约11 km用作无人驾驶车辆高速测试[12]。

美国Castle Air Force Base试验场建于2011年，由谷歌运营，总面积为24.3万平方米。该试车场可用于简单的无人驾驶车辆的测试。

美国密歇根州Willow Run试验场某种程度上是Mcity的升级版本，计划于2018年完工，总面积为136万平方米，由密歇根州政府、联邦政府以及其它利益相关者出资运营，将会成为一个功能完备、场景齐全的智能网联汽车试车场。

2.6 对比分析

纵观国外现有成熟的智能网联汽车试验场，主要集中在美国和欧盟，各试验场面积、功能、场地特征、场景设置及运营模式等不尽相同，对比结果如表1所列。

表1 国外主要智能网联汽车试验场对比

由表1可知，试验场场地面积各不相同，如同在美国的试验场占地面积最高相差65倍。更大的面积意味着场景数量更多、布置更加灵活，而且有足够的空间安排高速路段以测试更高车速。试验场的功能各有侧重，如Mcity试验场注重柔性化设计与强化试验方法；AstaZero试验场测试功能全面，提供了ADAS部分场景测试；Smart Road试验场强调天气与照明环境模拟；而Mira City Circuit试验场则在网联汽车测试领域独树一帜，提供了模拟信号遮蔽和各类V2X通信设施。在智能车测试评价体系尚不完善的情况下，以上试验场可为后来者提供极具价值的参考。

3 国内智能网联汽车试验场建设建议

我国智能网联汽车发展虽然起步较晚，但是近些年也取得了一定成绩。如2016年4月，长安睿骋在国内高速公路上实现了SAE（Society of Automotive Engineers）定义的无人驾驶标准三级水平的自动驾驶测试，行程长达2 000 km[18]。除此之外，清华大学研发了代号为“THMR-v”的智能车[19]，北京理工大学研发了BIT[20]智能车，国防科技大学研发了CITAVT-IV[21]型视觉导航自主车等具备SAE三级或以下自动驾驶功能的智能网联汽车，标志着我国在该领域最新、最尖端的成果。

基于我国在智能网联汽车研发领域的进展，为支撑《中国制造2025》战略实施，通过“互联网+”实现我国汽车产业的转型升级，我国也急需建设专用的智能网联汽车试验场来支撑研发、保障安全、促进合作。当前，上海、重庆、深圳、常熟等地都在规划建设相应试车场，如重庆中国汽车研究院股份有限公司的i-VISTA试验场一期工程基于公司内原有道路进行改建，布置了网联汽车测试设备，已于2016年11月建成投入使用。但目前国内暂无全封闭受控智能网联汽车专用试验场提供测试服务。

鉴于目前我国智能网联汽车研发水平仍集中在SAE标准三级及以下的自动驾驶，从时效性和实用性的角度考虑，专用试验场的建设应本着“两步走”的原则。从短期来看，智能网联汽车的测试和评估还将集中在SAE三级及以下，尤其是对ADAS等自动驾驶系统子功能、子模块的验证，试验场在这一阶段承担的角色是提供一个封闭受控、满足标准化和部分非标准化驾驶辅助系统测试场景的环境。从长远来看，我国在智能网联汽车领域的研发已趋向于SAE更高级别，预计在十年内部分机构有能力开发出完全自动驾驶车辆。为满足最新科研成果的测试需求，专用试验场在后续建设过程中应逐步丰富场景，提升环境复杂度，满足SAE标准三级及以上自动驾驶系统的测试需求。借鉴国外已有成熟的智能网联汽车试验场建设经验，从测试环境和测试设施的角度，对我国智能网联汽车试验场建设提出以下建议。

a.道路环境方面。国外现有的试车场大多是铺装路面与非铺装路面相组合，少数由于场地面积限制只提供铺装路面。基于SAE标准三级及以下自动驾驶和ADAS系统测试需求，我国试验场建设在第一阶段可以暂时只规划建设有铺装路面的高速道路和城市道路，满足驾驶辅助系统测试需求。后续在场地面积和条件允许的情况下，应采取铺装路面与非铺装路面相结合的方式来进行建设，通过道路形态的多样性来测试复杂多变的道路特征对高度智能化车辆行驶过程的影响。

b.配套基础设施。为降低改造成本，提升设施利用率和使用周期，我国的试验场建设应本着柔性化的理念，早期提供一定的基础设施支持，并为未来丰富场景预留空间。

c.辅助测试设备。我国试验场除引入假人、自行车、气球车等其它道路参与者，针对中国特色的道路情况，如电动自行车这一交通参与者，可以自行研发相应的模拟测试设备，评价智能网联汽车对中国路况的适应程度。天气也是影响智能网联汽车表现的一个重要因素，考虑到天气模拟器的建设和运营维护成本较大，该类设施可以在第2阶段加入试验场，在前期预留相应接口和空间，但不作为主要功能建设，待场地运行平稳、资金充裕后，可以在改扩建过程中逐渐加入相关设施。

d.网联功能测试。我国试验场应支持欧美目前主流的V2X通讯设备，如DSRC等。从数据传输与储存的角度考虑，应在整个试车场区域实现无线网络和4G网络全覆盖，并对专有网络加密，保证测试信息安全。为了精确定位，测试场地应布置差分GPS基站，同时加入对北斗导航系统的支持。

4 结束语

随着智能网联汽车技术的发展，美国和欧洲一些发达国家的机构率先将目光着眼于智能网联汽车的测试，建设了一部分智能网联汽车专用试验场。尽管目前国内尚无建成的同类试验场，但是一些大型企业与高校已经发布信息，在未来几年内开工建设智能网联汽车专用试验场。本文在总结国外已建成并有代表性的几个智能网联汽车试验场各自特色的基础上，结合我国智能网联汽车技术的发展现状及测试需求，提出了以分段建设为核心思想，从道路环境、配套设施、测试设备和网联汽车测试等方面建设同类试验场的建议。

1 戴一凡,李克强.智能网联汽车发展现状与趋势分析.汽车制造业,2015（018）:14～17.

2 李运胜.论汽车试验场的建设与发展.公路交通科技, 2000,17（6）:5～9.

3 李赞峰.国内外汽车试验场的现状与发展趋势.汽车与配件,2008（51）:64～67.

4 Röglinger S.A methodology for testing intersection related Vehicle-2-X applications.Computer Networks,2011,55（14）:3154～3168.

5 Weiß C.V2X communication in Europe–From research projects towards standardization and field testing of vehicle communication technology.Computer Networks,2011,55（14）:3103～3119.

6 Knauss A,Berger C,Eriksson H.Towards state-of-the-art and future trends in testing of active safety systems.Pro⁃ceedings of the 2nd International Workshop on Software En⁃gineering for Smart Cyber-Physical Systems.ACM,2016: 36～42.

7 Williams B.Intelligent transport systems standards.Artech House,2008.

8 Schindhelm R,Gelau C,Keinath A,et al.Report on the Re⁃view of the Available Guidelines and Standards[R].Tech⁃nischer Bericht IST-1-507674-IP,AIDE-Adaptive Inte⁃grated Driver-Vehicle Interface,2004.

9 Perez M A,Kiefer R J,Haskins A,et al.Evaluation of for⁃ward collision warning system visual alert candidates and SAE J2400.SAE International Journal of Passenger Cars-Mechanical Systems,2009,2（2009-01-0547）:750～764.

10 Briefs U.Mcity Grand Opening.RESEARCH REVIEW, 2015,46（3）.

11 EUSTICE R.University of Michigan’s Work Toward Au⁃tonomous Cars.2016.

12 Harris M.Documents confirm Apple is building self-driv⁃ing car.The Guardian,2015,14.

13 Gibson T.SHORT ROAD TO THE NEXT RIDE.Mechani⁃cal Engineering,2015,137（2）:40.

14 Gibson T.Virginia’s Smart Road:Where Researchers Make the Extreme Weather.Weatherwise,2015,68（4）: 20～27.

15 Jacobson J,Janevik P,Wallin P.Challenges in creating AstaZero,the active safety test area.Transport Research Arena(TRA)5th Conference:Transport Solutions from Re⁃search to Deployment.2014.

16 Jacobson J,Eriksson H,Janevik P,et al.How is Astazero Designed and Equipped for Active Safety Testing.24th In⁃ternational Technical Conference on the Enhanced Safety of Vehicles(ESV).2015(15-0071).

17 Zhao D,Peng H,Bao S,et al.Accelerated evaluation of au⁃tomated vehicles using extracted naturalistic driving data.The Dynamics of Vehicles on Roads and Tracks:Proceed⁃ings of the 24th Symposium of the International Associa⁃tion for Vehicle System Dynamics(IAVSD 2015),Graz, Austria,17-21 August 2015.CRC Press,2016:287.

18 于永初.长安汽车无人驾驶测试成功,自动驾驶渐行渐近.汽车工艺师，2016（5）.

19 张朋飞,何克忠,欧阳正柱,等.多功能室外智能移动机器人实验平台—THMR-V.机器人,2002,24（2）:97～101.

20 Xiong G,Zhou P,Zhou S,et al.Autonomous driving of in⁃telligent vehicle BIT in 2009 future challenge of China//In⁃telligent Vehicles Symposium(IV),2010 IEEE.IEEE, 2010:1049～1053.

21 孙振平,安向京,贺汉根.CITAVT-IV——视觉导航的自主车.机器人,2002,24（2）:115～121.

（责任编辑 文 楫）

修改稿收到日期为2016年9月9日。

Current Development Status and Construction Advice for Proving Ground of Intelligent and Connected Vehicles

Liu Tianyang,Yu Zhuoping,Xiong Lu,Zhang Peizhi
（Tongji University,Shanghai 201804）

Based on the background that test demand of intelligent and connected vehicles is urgently needed due to the scarcity of professional testing ground in China,this paper introduces the development of some established proving grounds for intelligent and connected vehicles in foreign countries,overview,characteristics as well as features of several typical proving grounds are summarized and analyzed.Finally,according to the development of intelligent and connected vehicles and traffic uniqueness in China,the paper presents the core concept that proving ground for intelligent and connected vehicle in China shall take a step-by-step construction mode,advice is given to the construction of similar domesticprovinggroundsdesigned forintelligentand connected vehiclesregardingroad environment,affiliated infrastructure,auxiliary testing equipment and connected vehicle testing.

Intelligent and connected vehicles,Proving ground,Construction

智能网联汽车 试验场 建设

U467.5+1

A

1000-3703（2017）01-0007-05

国家自然科学基金项目（51475333）；上海市科学技术委员会科研计划项目（15DZ1100801）。