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一种适应无人驾驶汽车的路面结构设计

作者：张默晗张沈莘

来源：《企业科技与发展》2020年第10期

【摘要】文章分析了无人驾驶汽车对于道路结构的功能要求，进而引申到对道路结构的

要求。在此基础上，提出一种可满足无人驾驶汽车功能的快速拼装、可修复的路面结构的构

想，并对相关的设计细节进行解释。

【关键词】无人驾驶;道路结构;模块化;快速拼装

【中图分类号】U41【文献标识码】A【文章编号】1674-0688（2020）10-0065-03

引言0

近年来，互联网技术的迅速发展给传统的汽车工业带来了革命性的变化，无人驾驶汽车

的概念也是越来越热，越来越多的企业开始涉足这块领域，将尖端的IT技术运用到汽车领域

中，希望为消费者驾车出行带来更多美好的体验[1]。

无人驾驶汽车是一种智能汽车，也可以称之为轮式移动机器人，主要依靠车内以计算机

系统为主的智能驾驶仪实现无人驾驶，它是利用车载传感器感知车辆周围环境，并根据感知所

获得的道路、车辆位置和障碍物信息，实现车辆的自主安全驾驶，安全高效地到达目的地并达

到完全消除交通事故的目标。美国NHTSA（美国国家公路交通安全管理局）分5级定义汽车

的自动化等级[2]。0级：由驾驶员驾驶;1级：具备1种以上自动化控制功能（如自适应巡航和

车道保持系统ACC等）;2级：以汽车为主体执行多种操作功能;3级：当以汽车为主体的驾驶

行不通时可指示驾驶员切换为手动驾驶;4级：完全可以无人驾驶。

麦肯锡咨询公司预测，到2025年，无人驾驶汽车可以产生2000亿～1.9万亿美元的产值;

市场研究公司IHS预测，到2035年，4级完全无人驾驶车每年销量可达480万辆。可以说，

无人驾驶汽车必定会成为未来道路的重要参与者。

道路交通是一种情况复杂的交通模式，包含人、车、路、环境多项相互作用的关系，而

且随着每项关系的变化及各项关系变化的组合，这种相互作用关系也更为复杂。因此，要实现

无人汽车驾驶，需涉及环境感知、模式识别、导航定位、智能决策控制、交通流控制及计算机

技术等众多技术。道路行驶环境复杂，而传统的道路环境可能已经无法满足无人驾驶的需求。

例如：在积雪、暴雨等特殊天气下，无人驾驶汽车经常会面临无法“看清”道路标志及其他线索

等，进而无法实现安全行驶。因此，要实现无人驾驶，道路设施、结构、材料等都需要改进。

无人驾驶汽车对道路结构的要求1

为了满足无人驾驶汽车的安全、高效行驶，未来的道路结构必须具有一定的功能，而功

能的实现也对应着结构的确定。本文总结了几点未来道路要满足无人驾驶汽车的功能要求。

（1）无人驾驶汽车涉及车辆与车辆、车辆与道路、车辆与其他交通参与者的信息交互，

以保障无人驾驶汽车的安全行驶，提高出行效率。这涉及信息的采集及信息的及时传递。例

如，道路面层可以埋设传感器，检测过往交通的流、密、速参数，将相关信息传送给中央控制

器，处理得到路网交通状况，再引导无人驾驶汽车选择、优化路径。此外，无人驾驶汽车在行

驶的过程中需要检测前方车辆、行人等信息，而这些信息可以通过在道路上的传感器获取，并

及时反馈给无人驾驶车辆，进而保障行车安全。要进行交通流信息、车辆行人信息的检测，必

不可少地会涉及检测信息的传感器，可以将这些传感器埋入道路结构中。

（2）道路交通是一种复杂的交通行为，不仅在于其参与者的灵活多变，更在于道路环境

的多变，而环境的变化很可能会给车辆行驶带来影响。例如，大雪天气下，路面的积雪不仅会

影响路面抗滑性能，威胁交通安全;也可能会阻挡交通标志标线，而这很可能会导致无人驾驶

汽车不能正常行使。因此，一种可以提高道路自适应能力，降低对车辆行驶干扰的路面结构对

于无人驾驶汽车尤为重要。因此，与智能的无人驾驶汽车相匹配的是一种信息化、自调节的道

路路网结构，这种路网结构可以保障无人驾驶汽车的行车安全，提高人们的出行效率。要实现

道路结构的自适应，道路结构不仅需要感知目前的环境状况，还需要对当前的环境状况进行调

整，因此需要在道路结构中埋置相应的感知传感器及调整设备。

（3）道路可对自身的状况进行检测。道路在实际的使用过程中，可以对自身的状况进行

监测，如板底脱空、裂缝开展等状况，并将这些信息及时传递给道路的养护部门，提早做好相

关的预防、养护工作，因此会涉及相关的传感器埋置。

（4）道路能量收集。道路交通用地所占空间巨大，可以接受大面积的太阳辐射，因此可

以考虑在道路上设置光能转