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為無(wú)人駕駛時(shí)代鋪設(shè)中國(guó)“安全基座”——車路云一體化道路交通安全測(cè)試體系攻關(guān)紀(jì)實(shí)


一輛自動(dòng)駕駛汽車平穩(wěn)駛上龐大的多自由度平臺(tái)，車輪隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，模擬著真實(shí)道路的行駛狀態(tài)。一旁，由眾多儀器構(gòu)成的模擬測(cè)試系統(tǒng)正在運(yùn)行。在虛擬世界中，系統(tǒng)悄然向這輛車注入無(wú)數(shù)極端場(chǎng)景：前方突然出現(xiàn)的行人、側(cè)方疾馳而過(guò)的車輛、瞬間變幻的雨雪天氣……

“傳統(tǒng)路測(cè)需要半年才能遇到的危險(xiǎn)場(chǎng)景，如今只需3天就能全部‘考’完。”西安建筑科技大學(xué)校長(zhǎng)、長(zhǎng)安大學(xué)教授趙祥模表示，“因?yàn)槲覀冊(cè)谟邢薜奈锢砜臻g里，為自動(dòng)駕駛汽車構(gòu)建了一個(gè)‘無(wú)限’的測(cè)試環(huán)境。”

近日，趙祥模帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)研發(fā)的“基于數(shù)字孿生的自動(dòng)駕駛整車在環(huán)測(cè)試裝備與應(yīng)用”項(xiàng)目，榮獲有“交通界諾貝爾獎(jiǎng)”之稱的全球道路成就獎(jiǎng)。這標(biāo)志著我國(guó)在智能駕駛測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)了從跟跑到領(lǐng)跑的跨越。

車：讓剎車系統(tǒng)告別“盲測(cè)”

上世紀(jì)80年代末的汽車檢測(cè)車間里，常能見(jiàn)到工程師俯身地溝，手握“聽(tīng)診器”等簡(jiǎn)易工具，捕捉發(fā)動(dòng)機(jī)異響的場(chǎng)景。“眼看、耳聽(tīng)、手摸”，這六個(gè)字道盡當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)汽車檢測(cè)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(guó)汽車檢測(cè)‘立’起來(lái)！”

從依賴“手眼耳”到實(shí)現(xiàn)“自動(dòng)化”，談何容易。彼時(shí)，國(guó)外檢測(cè)設(shè)備壟斷市場(chǎng)、價(jià)格高昂，維修更是處處受制。趙祥模帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)，與同行聯(lián)手，硬是建成了國(guó)內(nèi)首條全自動(dòng)分布式汽車安全與綜合性能檢測(cè)線。

隨著技術(shù)日臻成熟，新的考驗(yàn)接踵而至。2007年前后，國(guó)內(nèi)汽車產(chǎn)業(yè)迎來(lái)爆發(fā)式增長(zhǎng)，但汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）的檢測(cè)，仍依賴進(jìn)口設(shè)備，且主要在車輛裝配前對(duì)相關(guān)部件進(jìn)行測(cè)試，裝車后的整車控制效果，只能以抽檢的方式在試驗(yàn)場(chǎng)或者開(kāi)放道路上進(jìn)行檢測(cè)。

“試驗(yàn)場(chǎng)和開(kāi)放道路測(cè)試，耗時(shí)耗力，也不安全，做不到對(duì)每輛車的檢測(cè)。”長(zhǎng)安大學(xué)信息工程學(xué)院副院長(zhǎng)徐志剛回憶。

如何在不拆解整車的前提下，在臺(tái)架上精準(zhǔn)模擬不同路面的附著系數(shù)及其組合工況，檢驗(yàn)每輛汽車ABS的真實(shí)性能？

團(tuán)隊(duì)最初嘗試改進(jìn)德國(guó)技術(shù)，但很快發(fā)現(xiàn)此路不通。“他們的設(shè)計(jì)是基于歐洲路況，完全不適用于中國(guó)復(fù)雜的道路環(huán)境。”徐志剛說(shuō)。

經(jīng)過(guò)半年深入調(diào)研，團(tuán)隊(duì)另辟蹊徑，采用磁粉離合器和飛輪組的精密配合，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)打造了一座“可變路面試驗(yàn)臺(tái)”。這套檢測(cè)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(cè)，實(shí)現(xiàn)ABS整車不解體臺(tái)架檢測(cè)的零突破。

2014年，團(tuán)隊(duì)?wèi){借相關(guān)成果榮獲國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)，并成功實(shí)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(cè)準(zhǔn)、測(cè)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(cè)，多采用鉆芯取樣或超聲波技術(shù)。前者會(huì)破壞結(jié)構(gòu)，后者的探測(cè)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(cè)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(cè)，但橋墩直徑達(dá)8米，遠(yuǎn)超其最大探測(cè)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(xué)CT的層析成像技術(shù)“搬進(jìn)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(tuán)隊(duì)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(guò)18個(gè)月攻關(guān)，團(tuán)隊(duì)成功研制出24通道檢測(cè)系統(tǒng)，配合改進(jìn)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(cè)深度一舉突破10米。

隨后，這套系統(tǒng)在西漢高鐵梁村項(xiàng)目段特大橋梁中大顯身手。“它不僅精準(zhǔn)定位了深達(dá)10米的混凝土不密實(shí)區(qū)，還首次實(shí)現(xiàn)了橋梁內(nèi)部缺陷的三維可視化。”團(tuán)隊(duì)成員、長(zhǎng)安大學(xué)深圳研究院副院長(zhǎng)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。但趙祥模看得更遠(yuǎn)：“車和路是交通系統(tǒng)的‘兩個(gè)輪子’，現(xiàn)在我們需要為這個(gè)系統(tǒng)裝上‘智慧大腦’。”

云：虛實(shí)融合打造“無(wú)限考場(chǎng)”

隨著智能網(wǎng)聯(lián)汽車時(shí)代到來(lái)，新的世界性難題又開(kāi)始浮現(xiàn)：如何證明自動(dòng)駕駛車輛足夠安全？

“據(jù)測(cè)算，要讓自動(dòng)駕駛車在開(kāi)放道路上跑完所有可能場(chǎng)景，需要行駛超過(guò)百億里程。”趙祥模說(shuō)，傳統(tǒng)檢測(cè)無(wú)法滿足技術(shù)快速迭代的需求，必須找到在有限時(shí)空內(nèi)等效加速測(cè)試的方法。

為此，團(tuán)隊(duì)首次提出了“虛實(shí)融合”方案，即建設(shè)虛實(shí)融合的車路云一體化智能網(wǎng)聯(lián)測(cè)試基地。

“一場(chǎng)之域，日過(guò)千境。”趙祥模用八個(gè)字概括這一方案的核心。測(cè)試中，車輛在實(shí)際道路上行駛，同時(shí)通過(guò)車聯(lián)網(wǎng)通信實(shí)時(shí)“注入”虛擬場(chǎng)景，如背景車流、行人或極端天氣，使有限的物理場(chǎng)地能夠模擬近乎無(wú)限的道路情況。

技術(shù)開(kāi)發(fā)并非一帆風(fēng)順。在一次測(cè)試中，一輛自動(dòng)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(yùn)動(dòng)平臺(tái)精度不足，導(dǎo)致車輛動(dòng)力學(xué)模型嚴(yán)重失真。

“虛擬和現(xiàn)實(shí)必須實(shí)現(xiàn)‘毫米級(jí)同步’！”負(fù)責(zé)該項(xiàng)目的長(zhǎng)安大學(xué)智能網(wǎng)聯(lián)汽車測(cè)試實(shí)驗(yàn)室主任王潤(rùn)民深感壓力。改進(jìn)方案試了一籮筐，效果卻寥寥。

轉(zhuǎn)機(jī)來(lái)自一次“串門”。王潤(rùn)民參觀航空研究所時(shí)，飛機(jī)模擬器的六自由度平臺(tái)，讓他豁然開(kāi)朗。

借鑒航空技術(shù)，團(tuán)隊(duì)重新設(shè)計(jì)了測(cè)試系統(tǒng)。特別是王潤(rùn)民和團(tuán)隊(duì)成員在輪胎企業(yè)采集了超10萬(wàn)組輪胎特性數(shù)據(jù)，反復(fù)校準(zhǔn)模型，最終將真實(shí)輪胎的動(dòng)態(tài)特性深度融入系統(tǒng)。

2024年，團(tuán)隊(duì)研發(fā)的全球首套Pioneer車云場(chǎng)一體化自動(dòng)駕駛虛實(shí)融合測(cè)試系統(tǒng)面世。在山東建成的全國(guó)首條52公里全尺度測(cè)試路上，傳統(tǒng)需要半年才能完成的場(chǎng)景測(cè)試，周期被壓縮至3天。

美國(guó)密歇根大學(xué)的團(tuán)隊(duì)參觀后直言：“這顛覆了自動(dòng)駕駛測(cè)試范式，簡(jiǎn)直是把未來(lái)交通‘折疊’進(jìn)現(xiàn)實(shí)！”

如今，趙祥模團(tuán)隊(duì)已將智能車載終端、路側(cè)感知裝備、交通云平臺(tái)和可信測(cè)試工具鏈整合為完整的技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)與知識(shí)產(chǎn)權(quán)體系。這套體系已累計(jì)完成超12萬(wàn)小時(shí)等效測(cè)試，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)被16項(xiàng)國(guó)內(nèi)外規(guī)范采納，并成功從第一代液壓系統(tǒng)升級(jí)至第二代純電控制平臺(tái)。

“我們用30多年的接力奔跑證明了一件事——?jiǎng)?chuàng)新的邊界不在于空間，而在于想象力。”趙祥模在虛實(shí)交織的測(cè)試場(chǎng)說(shuō)，“安全之路沒(méi)有終點(diǎn)，但我們正把未來(lái)，一寸寸鋪進(jìn)現(xiàn)實(shí)。”

（科技日?qǐng)?bào)記者 王禹涵）