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解码自动驾驶的基础——汽车专用短距离通讯(DSRC)

2016-10-06来源: 21ic关键字:自动驾驶  短距离通讯  DSRC
近年各国探讨智能交通的热门研究主题之一是联网汽车(Connected Car),其发展目的是要打造出更安全、智能并兼顾环保的交通运输工具。

在所有建设联网汽车的所需条件中,连结性(Connectivity)为其实现的重要要素之一。联网汽车可通过车与车(Vehicleto Vehicle)、车与路侧单元(Vehicle to Roadside Unit)如交通号志、车与智能型手机或其他装置的相互沟通链接,提供驾驶更多便利性功能,同时使汽车在行驶的旅程中能增添安全性。

联网汽车的连结性应用,大致可分为以下三种:

1、车与车(V2V)的连结

通过车辆间相互沟通协助,以防止交通事故的发生,进而减少车祸伤亡。

2、车与路侧(V2R)、基础建设(V2I)的连结

可提供车主实时性与区域性的路况信息,促进旅程便捷快速。

3、车与其他智能型装置/系统的链接

串连其他用户系统,提供实时不间断的服务,让乘车环境与旅程更为安全舒适。

目前配置车联网的新车数量逐渐增加,但多数应用服务仅是与车厂的后台系统取得联系以寻求帮助,或是在驾驶过程中提供导航和各种语音服务;但若涉及到更高层次,如与安全驾驶有关的应用功能则尚不多见。

WAVE/DSRC将成新车标准配备

有关车与车之间的沟通,美国计划采取汽车专用短距离通讯(Dedicated Short Range Communications,DSRC)技术来实现。NHTSA虽然未明确表示将采用何种DSRC通讯技术,但就美国先前的研究开发与场域测试来看,其将采用的DSRC通讯技术应该是5.9GHz车用环境无线存取(WAVE)/DSRC,包含IEEE1609相关协议与IEEE802.11p的技术。

DSRC 的有效通讯距离为数百米,车辆通过DSRC以每秒十次的频率,向路上其他车辆发送位置、车速、方向等信息;当车辆接收到其他车辆所发出的信号,在必要时(例如马路转角有其他车辆驶出,或前方车辆突然紧急煞车、变换车道)车内装置会以闪烁信号、语音提醒或是座椅、方向盘震动等方式提醒驾驶人注意(图1)。

 

图1 车机通过DSRC,可提供驾驶人安全警示信息为此,通用汽车(GM)已为汽车座椅震动技术申请了专利,福特(Ford)也研发出方向盘震动技术,以配合将可能强制安装的车辆互连通讯系统。

此外,若交通管理号志等公路设施采用DSRC通讯技术,同样也能与路上的车辆对话,告知车辆驾驶人相关路况(如前方道路壅塞、施工、路面坑洞等信息),以便驾驶人提前改道或注意。

DSRC建立自动驾驶基础

美国密歇根交通局(MDOT)2011年在密执安州奥克兰郡做实车展示测试,在这次的实车展示测试中,有将近三千辆装有DSRC通讯装置的汽车、巴士、货车与摩托车参与,以进行V2V、V2I通讯效用的测试。

测试首先连结车辆与路口交通灯号控制设备的路侧装置,通过DSRC通讯技术,路口红绿灯号志将信号相位和时序(Signal Phaseand Timing,SPAT)信息传输给车辆,车辆再基于差分全球卫星定位系统(DGPS)/全球导航卫星系统(GNSS)做精准定位,依其行车信息(车速、前进方向、停止线距离)与环境信息(路段长度、道路速限),估算后提供车辆驾驶人行驶速度建议,以达成行车安全与效率并重之应用(图2)。

 

图2 通过DSRC广播SPaT信息示意图2014 年1月在美国举行的国际消费电子展(CES)上,福特、通用等汽车大厂纷纷展示出各自最先进的V2V沟通技术。据相关研发人员表示,这套系统的功能远大于车用雷达、红外线传输感应等技术,并将成为未来自动驾驶汽车的基础;且待该技术进到商业化阶段,新车安装此系统仅须支付100多美元的额外成本。

虽然DSRC受到了福特、通用、本田(Honda)、现代(Hyundai)、奔驰(Mercedes-Benz)、日产(Nissan)、丰田(Toyota)等众多汽车厂商支持,但美国运输部(The United States Department of Transportation,USDOT)官员表示,新技术至少须10年才可能广泛应用;另外,此项技术虽可望减少交通事故发生,但也可能引起侵犯个人隐私的争议。汽车自动化专家表示,通过DSRC系统,汽车厂商等相关机构将能了解车主一举一动,后续该技术在应用与法规制订上,仍值得观察。

除美国之外,欧洲国家及澳洲也着手研究与测试DSRC通讯技术,并开发新的应用领域;以葡萄牙来说,其利用五百多辆汽车及路侧单元(Road Side Unit,RSU),建构出涵盖整个城市的汽车网状网络(Vehicle Mesh Network),并作为港口码头管理系统的数据传递之用。

结合远程服务,车联网优化车辆管理

前述的DSRC联网汽车应用,主要通过互助式的行车安全警示及路况信息提供,达成减少车祸的发生与伤亡;设备上须有支持DSRC通讯功能的车机搭配政府布建的路侧单元;此外,还要仰赖政府订定法规来支持。

因当前多数车辆尚未配备有DSRC通讯功能的车机,政府亦未大量布建路侧单元,使各大车厂仅先着手于连结智能型手机、车机与3G/4G网络来提供自家的车联网服务,比如通用汽车的OnStar,及大众汽车(Volkswagen)的Car-Net(图3)。

 

图3 大众汽车提供的Car-Net服务以福斯汽车为例,目前已在部分车种上配备Car-Net车联网服务,其服务大致可分为远程车辆存取(Remote Vehicle Access)、安全守护(Safe & Secure)、家人监护(Family Guardian)、诊断维护(Diagnostics & Maintenance)等几类。

在「安全守护」方面,发生交通碰撞事故时,一旦车内的安全气囊充气弹出,车辆马上会自动联机到服务中心,由客服人员立即通知相关救护单位前往救援;又当车辆故障须要协助时,车主只须按下车内紧急通话按钮,即可联机服务中心,获得适当的协助;而当车辆失窃时,亦可通过服务中心得知车辆目前位置,并持续追踪车辆行径,尽速协助车主寻回爱车(图4)。
 

图4 安全守护应用示意图若车主将车辆借予亲友、家人使用时(比如父母将车借给子女),可以设定车辆速度警(Speed Alert)与边境范围警示(BoundaryAlert),持续追踪车辆的行为;当家人超速开车或超出边境范围,车辆会对车主发出警示通知,让车主联系开车的家人注意安全,以达到「家人监护」功能(图5)。

 

图5 家人监护服务示意图有时车主停车后却忘了将车钥匙带下车,因而无法开启车门,此时车主就能通过智能型手机开启车门;又或是下车离开后,却忘了车门、车灯是否关上,此时车主在他处即可通过智能型手机来检查车辆的油量、车门、车灯、引擎盖、后行李箱等车况状态,亦可通过智能型手机查询最后停放的位置,甚至是操控喇叭、开闪光灯等「远程车辆存取」功能(图6)。

 

图6 手机可通过远程车辆存取服务查询车况在「诊断维护」服务方面,车主通过该系统得以查询维修保养厂位置,并在线预约保养维修时间,亦可通过系统做车辆远程诊断,系统将以电子邮件定期传送诊断报告给车主,确保行车安全(图7)。

 

图7 远程诊断维护示意图编后语

V2V模式可以让汽车减少事故发生率,这个比单纯使用传感器、雷达和摄像头会更有效。但使用5.9GHz和使用wifi道理是一样的,都会有干扰。在15年有关于此类技术被国外某组织发文声讨过,其大意表示该技术非常适用于未来驾驶,但干扰问题目前无法避免。保持 5.9GHz 频段不受干扰是车辆通讯时一个至关重要的环节,汽车制造商协会认为,只有当证明在 V2V、V2I 系统通讯不会受干扰时,这个频段才可以被允许开放使用。

其实早在1999年,5.9GHz 频段就被联邦通信委员会(FCC)分配用来保障公共交通安全。因此这个频段其实并没有被联邦政府保留,而是一直都作为部署智能交通的一项技术。

而对于汽车制造商来说,他们有以下观点:

1. 车厂、大学、政府在合作开发 V2V、V2I(vehicle-to-infrastructure)技术,这可以让我们所谓的“互联汽车”有专用的频段来进行瞬时或持续的通讯。 汽车工业一直都计划为 V2V 和 V2I 使用一个相对小众、有价值、高效的频段,并且创造能够协调千万量级的车辆运行的系统。

2.汽车行业可以支持频段的有效利用,并且会测试5.9GHz 频段是否可以在未经授权的用户之间安全的共享。

3.美国国家公路交通安全管理局(NHTSA)估计,V2V 和 V2I 技术可以减少高达80%的交通事故伤亡。

4.互联汽车可以减少交通拥堵,节省乘客的时间和金钱,同时也可以减少车辆怠速时排出的尾气。

再有,从上文我们可以知道DSRC必须配有两样东西,定位的GPS和具有提示和显示功能的车机。之前我们有发过“上帝视角”的问题,V2I(汽车对基础建设)使用周边的建设可以弥补GPS在高楼密集地或者地下通道等问题。

因现在的定位技术及时在空旷地方定位也会相差5~6米距离,放在马路上就会有3条车道的距离,根据各种交通意外来判断,很多交通意外还是近距离的磕磕碰碰,这个时候还是需要毫米波雷达、红外和摄像头来解决近距离问题,所以有多种技术给汽车做安全铺垫是一定会大大减少意外发生,提高生存几率。

关键字:自动驾驶  短距离通讯  DSRC

编辑:什么鱼 引用地址:http://news.eeworld.com.cn/qrs/article_2016100630789.html
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