创新故事｜为无人驾驶时代铺设中国“安全基座”

科技日报记者 王禹涵

一辆自动驾驶汽车平稳驶上庞大的多自由度平台，车轮随之转动，模拟着真实道路的行驶状态。一旁，由众多仪器构成的模拟测试系统正在运行。在虚拟世界中，系统悄然向这辆车注入无数极端场景：前方突然出现的行人、侧方疾驰而过的车辆、瞬间变幻的雨雪天气……

“传统路测需要半年才能遇到的危险场景，如今只需3天就能全部‘考’完。”西安建筑科技大学校长、长安大学教授赵祥模表示，“因为我们在有限的物理空间里，为自动驾驶汽车构建了一个‘无限’的测试环境。”

近日，赵祥模带领团队研发的“基于数字孪生的自动驾驶整车在环测试装备与应用”项目，荣获有“交通界诺贝尔奖”之称的全球道路成就奖。这标志着我国在智能驾驶测试技术领域，实现了从跟跑到领跑的跨越。

车：让刹车系统告别“盲测”

上世纪80年代末的汽车检测车间里，常能见到工程师俯身地沟，手握“听诊器”等简易工具，捕捉发动机异响的场景。“眼看、耳听、手摸”，这六个字道尽当时国内汽车检测的原始状态。

1988年，刚投身于科研事业的赵祥模目睹此景，暗下决心：“要让中国汽车检测‘立’起来！”

从依赖“手眼耳”到实现“自动化”，谈何容易。彼时，国外检测设备垄断市场、价格高昂，维修更是处处受制。赵祥模带领团队，与同行联手，硬是建成了国内首条全自动分布式汽车安全与综合性能检测线。

随着技术日臻成熟，新的考验接踵而至。2007年前后，国内汽车产业迎来爆发式增长，但汽车防抱死制动系统（ABS）的检测，仍依赖进口设备，且主要在车辆装配前对相关部件进行测试，装车后的整车控制效果，只能以抽检的方式在试验场或者开放道路上进行检测。

“试验场和开放道路测试，耗时耗力，也不安全，做不到对每辆车的检测。”长安大学信息工程学院副院长徐志刚回忆。

如何在不拆解整车的前提下，在台架上精准模拟不同路面的附着系数及其组合工况，检验每辆汽车ABS的真实性能？

团队最初尝试改进德国技术，但很快发现此路不通。“他们的设计是基于欧洲路况，完全不适用于中国复杂的道路环境。”徐志刚说。

经过半年深入调研，团队另辟蹊径，采用磁粉离合器和飞轮组的精密配合，在实验室内打造了一座“可变路面试验台”。这套检测系统能在0.5秒内切换冰雪、搓板等复杂路况，20分钟完成全车检测，实现ABS整车不解体台架检测的零突破。

2014年，团队凭借相关成果荣获国家科技进步奖二等奖，并成功实现产业化，研发的装备大量出口海外。

“车辆是交通系统的基础单元。”赵祥模告诉记者，“只有先把单车测准、测全，才能迈向更高层次的协同。”

路：一眼穿透10米混凝土

车与路，本是一体。这里的“路”，既包括平整的道路，也涵盖跨越山河的桥梁。

传统道路桥梁检测，多采用钻芯取样或超声波技术。前者会破坏结构，后者的探测深度仅2—3米。

2016年，西汉高铁一座20米桥墩出现裂缝，情况危急。传统检测方法面临两难选择：要么钻孔取样，破坏桥墩结构完整性；要么使用超声波检测，但桥墩直径达8米，远超其最大探测深度。

“总不能把桥墩钻成蜂窝煤吧？”焦灼之际，一次医院体检给了赵祥模灵感：“能不能给大桥也做CT？”

把医学CT的层析成像技术“搬进工地”，第一道难关便是“探头”。传统压电陶瓷超声换能器功率有限，声束穿不透钢筋混凝土。团队转换思路，研发出基于稀土超磁致伸缩材料的新一代换能器。

经过18个月攻关，团队成功研制出24通道检测系统，配合改进的射线追踪算法和层析成像系统，就像“拼积木”一样重构出三维图像，探测深度一举突破10米。

随后，这套系统在西汉高铁梁村项目段特大桥梁中大显身手。“它不仅精准定位了深达10米的混凝土不密实区，还首次实现了桥梁内部缺陷的三维可视化。”团队成员、长安大学深圳研究院副院长刘占文介绍。目前，这套“透视眼”已在多地的公路和桥梁重大工程中成功应用。

从“车”到“路”，技术已拓展完成。但赵祥模看得更远：“车和路是交通系统的‘两个轮子’，现在我们需要为这个系统装上‘智慧大脑’。”

云：虚实融合打造“无限考场”

随着智能网联汽车时代到来，新的世界性难题又开始浮现：如何证明自动驾驶车辆足够安全？

“据测算，要让自动驾驶车在开放道路上跑完所有可能场景，需要行驶超过百亿里程。”赵祥模说，传统检测无法满足技术快速迭代的需求，必须找到在有限时空内等效加速测试的方法。

为此，团队首次提出了“虚实融合”方案，即建设虚实融合的车路云一体化智能网联测试基地。

“一场之域，日过千境。”赵祥模用八个字概括这一方案的核心。测试中，车辆在实际道路上行驶，同时通过车联网通信实时“注入”虚拟场景，如背景车流、行人或极端天气，使有限的物理场地能够模拟近乎无限的道路情况。

技术开发并非一帆风顺。在一次测试中，一辆自动驾驶汽车在平直路面突然侧翻。事后发现，初期模拟器运动平台精度不足，导致车辆动力学模型严重失真。

“虚拟和现实必须实现‘毫米级同步’！”负责该项目的长安大学智能网联汽车测试实验室主任王润民深感压力。改进方案试了一箩筐，效果却寥寥。

转机来自一次“串门”。王润民参观航空研究所时，飞机模拟器的六自由度平台，让他豁然开朗。

借鉴航空技术，团队重新设计了测试系统。特别是王润民和团队成员在轮胎企业采集了超10万组轮胎特性数据，反复校准模型，最终将真实轮胎的动态特性深度融入系统。

2024年，团队研发的全球首套Pioneer车云场一体化自动驾驶虚实融合测试系统面世。在山东建成的全国首条52公里全尺度测试路上，传统需要半年才能完成的场景测试，周期被压缩至3天。

美国密歇根大学的团队参观后直言：“这颠覆了自动驾驶测试范式，简直是把未来交通‘折叠’进现实！”

如今，赵祥模团队已将智能车载终端、路侧感知装备、交通云平台和可信测试工具链整合为完整的技术、标准与知识产权体系。这套体系已累计完成超12万小时等效测试，相关标准被16项国内外规范采纳，并成功从第一代液压系统升级至第二代纯电控制平台。

“我们用30多年的接力奔跑证明了一件事——创新的边界不在于空间，而在于想象力。”赵祥模在虚实交织的测试场说，“安全之路没有终点，但我们正把未来，一寸寸铺进现实。”

来源：科技日报