為無人駕駛時代鋪設(shè)中國“安全基座”——車路云一體化道路交通安全測試體系攻關(guān)紀實
一輛自動駕駛汽車平穩(wěn)駛上龐大的多自由度平臺，車輪隨之轉(zhuǎn)動，模擬著真實道路的行駛狀態(tài)。一旁，由眾多儀器構(gòu)成的模擬測試系統(tǒng)正在運行。在虛擬世界中，系統(tǒng)悄然向這輛車注入無數(shù)極端場景：前方突然出現(xiàn)的行人、側(cè)方疾馳而過的車輛、瞬間變幻的雨雪天氣……
“傳統(tǒng)路測需要半年才能遇到的危險場景，如今只需3天就能全部‘考’完�！蔽靼步ㄖ萍即髮W校長、長安大學教授趙祥模表示，“因為我們在有限的物理空間里，為自動駕駛汽車構(gòu)建了一個‘無限’的測試環(huán)境�！�
近日，趙祥模帶領(lǐng)團隊研發(fā)的“基于數(shù)字孿生的自動駕駛整車在環(huán)測試裝備與應(yīng)用”項目，榮獲有“交通界諾貝爾獎”之稱的全球道路成就獎。這標志著我國在智能駕駛測試技術(shù)領(lǐng)域，實現(xiàn)了從跟跑到領(lǐng)跑的跨越。
車：讓剎車系統(tǒng)告別“盲測”
上世紀80年代末的汽車檢測車間里，常能見到工程師俯身地溝，手握“聽診器”等簡易工具，捕捉發(fā)動機異響的場景�！把劭础⒍�、手摸”，這六個字道盡當時國內(nèi)汽車檢測的原始狀態(tài)。
1988年，剛投身于科研事業(yè)的趙祥模目睹此景，暗下決心：“要讓中國汽車檢測‘立’起來！”
從依賴“手眼耳”到實現(xiàn)“自動化”，談何容易。彼時，國外檢測設(shè)備壟斷市場、價格高昂，維修更是處處受制。趙祥模帶領(lǐng)團隊，與同行聯(lián)手，硬是建成了國內(nèi)首條全自動分布式汽車安全與綜合性能檢測線。
隨著技術(shù)日臻成熟，新的考驗接踵而至。2007年前后，國內(nèi)汽車產(chǎn)業(yè)迎來爆發(fā)式增長，但汽車防抱死制動系統(tǒng)（ABS）的檢測，仍依賴進口設(shè)備，且主要在車輛裝配前對相關(guān)部件進行測試，裝車后的整車控制效果，只能以抽檢的方式在試驗場或者開放道路上進行檢測。
“試驗場和開放道路測試，耗時耗力，也不安全，做不到對每輛車的檢測�！遍L安大學信息工程學院副院長徐志剛回憶。
如何在不拆解整車的前提下，在臺架上精準模擬不同路面的附著系數(shù)及其組合工況，檢驗每輛汽車ABS的真實性能？
團隊最初嘗試改進德國技術(shù)，但很快發(fā)現(xiàn)此路不通�！八麄兊脑O(shè)計是基于歐洲路況，完全不適用于中國復(fù)雜的道路環(huán)境�！毙熘緞傉f。
經(jīng)過半年深入調(diào)研，團隊另辟蹊徑，采用磁粉離合器和飛輪組的精密配合，在實驗室內(nèi)打造了一座“可變路面試驗臺”。這套檢測系統(tǒng)能在0.5秒內(nèi)切換冰雪、搓板等復(fù)雜路況，20分鐘完成全車檢測，實現(xiàn)ABS整車不解體臺架檢測的零突破。
2014年，團隊憑借相關(guān)成果榮獲國家科技進步獎二等獎，并成功實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，研發(fā)的裝備大量出口海外。
“車輛是交通系統(tǒng)的基礎(chǔ)單元。”趙祥模告訴記者，“只有先把單車測準、測全，才能邁向更高層次的協(xié)同�！�
路：一眼穿透10米混凝土
車與路，本是一體。這里的“路”，既包括平整的道路，也涵蓋跨越山河的橋梁。
傳統(tǒng)道路橋梁檢測，多采用鉆芯取樣或超聲波技術(shù)。前者會破壞結(jié)構(gòu)，后者的探測深度僅2—3米。
2016年，西漢高鐵一座20米橋墩出現(xiàn)裂縫，情況危急。傳統(tǒng)檢測方法面臨兩難選擇：要么鉆孔取樣，破壞橋墩結(jié)構(gòu)完整性；要么使用超聲波檢測，但橋墩直徑達8米，遠超其最大探測深度。
“總不能把橋墩鉆成蜂窩煤吧？”焦灼之際，一次醫(yī)院體檢給了趙祥模靈感：“能不能給大橋也做CT？”
把醫(yī)學CT的層析成像技術(shù)“搬進工地”，第一道難關(guān)便是“探頭”。傳統(tǒng)壓電陶瓷超聲換能器功率有限，聲束穿不透鋼筋混凝土。團隊轉(zhuǎn)換思路，研發(fā)出基于稀土超磁致伸縮材料的新一代換能器。
經(jīng)過18個月攻關(guān)，團隊成功研制出24通道檢測系統(tǒng)，配合改進的射線追蹤算法和層析成像系統(tǒng)，就像“拼積木”一樣重構(gòu)出三維圖像，探測深度一舉突破10米。
隨后，這套系統(tǒng)在西漢高鐵梁村項目段特大橋梁中大顯身手�！八粌H精準定位了深達10米的混凝土不密實區(qū)，還首次實現(xiàn)了橋梁內(nèi)部缺陷的三維可視化。”團隊成員、長安大學深圳研究院副院長劉占文介紹。目前，這套“透視眼”已在多地的公路和橋梁重大工程中成功應(yīng)用。
從“車”到“路”，技術(shù)已拓展完成。但趙祥�？吹酶h：“車和路是交通系統(tǒng)的‘兩個輪子’，現(xiàn)在我們需要為這個系統(tǒng)裝上‘智慧大腦’�！�
云：虛實融合打造“無限考場”
隨著智能網(wǎng)聯(lián)汽車時代到來，新的世界性難題又開始浮現(xiàn)：如何證明自動駕駛車輛足夠安全？
“據(jù)測算，要讓自動駕駛車在開放道路上跑完所有可能場景，需要行駛超過百億里程�！壁w祥模說，傳統(tǒng)檢測無法滿足技術(shù)快速迭代的需求，必須找到在有限時空內(nèi)等效加速測試的方法。
為此，團隊首次提出了“虛實融合”方案，即建設(shè)虛實融合的車路云一體化智能網(wǎng)聯(lián)測試基地。
“一場之域，日過千境�！壁w祥模用八個字概括這一方案的核心。測試中，車輛在實際道路上行駛，同時通過車聯(lián)網(wǎng)通信實時“注入”虛擬場景，如背景車流、行人或極端天氣，使有限的物理場地能夠模擬近乎無限的道路情況。
技術(shù)開發(fā)并非一帆風順。在一次測試中，一輛自動駕駛汽車在平直路面突然側(cè)翻。事后發(fā)現(xiàn)，初期模擬器運動平臺精度不足，導(dǎo)致車輛動力學模型嚴重失真。
“虛擬和現(xiàn)實必須實現(xiàn)‘毫米級同步’！”負責該項目的長安大學智能網(wǎng)聯(lián)汽車測試實驗室主任王潤民深感壓力。改進方案試了一籮筐，效果卻寥寥。
轉(zhuǎn)機來自一次“串門”。王潤民參觀航空研究所時，飛機模擬器的六自由度平臺，讓他豁然開朗。
借鑒航空技術(shù)，團隊重新設(shè)計了測試系統(tǒng)。特別是王潤民和團隊成員在輪胎企業(yè)采集了超10萬組輪胎特性數(shù)據(jù)，反復(fù)校準模型，最終將真實輪胎的動態(tài)特性深度融入系統(tǒng)。
2024年，團隊研發(fā)的全球首套Pioneer車云場一體化自動駕駛虛實融合測試系統(tǒng)面世。在山東建成的全國首條52公里全尺度測試路上，傳統(tǒng)需要半年才能完成的場景測試，周期被壓縮至3天。
美國密歇根大學的團隊參觀后直言：“這顛覆了自動駕駛測試范式，簡直是把未來交通‘折疊’進現(xiàn)實！”
如今，趙祥模團隊已將智能車載終端、路側(cè)感知裝備、交通云平臺和可信測試工具鏈整合為完整的技術(shù)、標準與知識產(chǎn)權(quán)體系。這套體系已累計完成超12萬小時等效測試，相關(guān)標準被16項國內(nèi)外規(guī)范采納，并成功從第一代液壓系統(tǒng)升級至第二代純電控制平臺。
“我們用30多年的接力奔跑證明了一件事——創(chuàng)新的邊界不在于空間，而在于想象力。”趙祥模在虛實交織的測試場說，“安全之路沒有終點，但我們正把未來，一寸寸鋪進現(xiàn)實�！�
（科技日報記者 王禹涵）
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