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作为互联车辆中完整系统的 V2X

时间:2020-12-01 作者:ULRICH MÖHLMANN,DIETMAR SCHNEPP,Molex 阅读:
通信在互联车辆中发挥着必不可少的作用。数据必须在车内外快速、可靠地传输。车辆与其他道路使用者和基础设施之间的通信,即车辆到一切(V2X),当前在互联汽车的开发和研究中发挥着重要作用。
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通信在互联车辆中发挥着必不可少的作用。数据必须在车内外快速、可靠地传输。车辆与其他道路使用者和基础设施之间的通信,即车辆到一切(V2X),当前在互联汽车的开发和研究中发挥着重要作用。原因在于,对于车辆供应商来说,至关重要的一点就是要提供新的用例和理念,从而将 V2X 集成到他们的车型当中。现在越来越清楚的是,对于解决全部挑战并探索这项技术的所有潜力、进而提供无缝的自动驾驶体验来说,在 V2X 的集成过程中采取整体的方式是非常有道理的。

与基础设施和其他车辆的通信

V2X 是一个涵盖性的术语,表示的是车辆与周边环境的通信。其中可以包含汽车、骑自行车的人或者行人之类的其他道路使用者、交通信号灯之类的交通基础设施,此外还有智慧家庭之类的其他网络。后一个方面不在本文之列,因为本篇文章将要关注的是车辆与其他道路使用者和基础设施的通信。

目前,V2X范围内存在两种相互竞争的无线电技术。美国的专用短程通信(DSRC)和欧洲的ITS-G5基于802.11p WIFI标准,以及基于4G和5G蜂窝标准的蜂窝V2X。立法者和汽车制造商还没有就这两种V2X技术中的哪一种更受青睐而达成一致,并宣布成为标准。DSRC或ITS-G5是更成熟的技术,因为它们已经存在了一段时间,并进行过几次长期的测试。蜂窝V2X被认为更经得起未来的考验,因为它还支持只有在未来几年才会变得重要的用例。此外,蜂窝V2X作为一种基于移动电话的技术,提供了作为远程信息系统不可分割的一部分的优势。另一方面,DSRC或ITS-G5将是一个只能用于车对车或车对基础设施通信的系统,因此必须作为一个附加模块集成,这将增加原始设备制造商的系统成本。

安全性、效率改善、环境

– V2X 的用例

V2X 主要用于提高道路安全。该技术旨在扩展车辆的感知能力,为驾驶员提供无法预测甚至无法被摄像头或激光雷达系统捕捉到的信息。这项技术已经实现,在这些用例中,驾驶员会被警告危险的情况,除此以外,在未来的应用将会涉及更多功能。除了安全之外,从长期看,V2X还应当对提高交通流量效率做出贡献。例如,允许车辆与交通灯通信并影响它们的转换,可以对环境相关方面产生积极的影响,例如减少污染。

总而言之,对于 V2X 的应用实例来说,初次用例和高级用例之间存在着区别。初次用例属于已经长期测试过的用例,而且其中一些已经得到了部署。对于没有外界帮助情况下可能无法感知到或者误判的危险情形,可以向驾驶员发出告警。相关的例子包括发出车辆正在紧急驶近、道路前方存在抛锚车辆或者前方车辆正在紧急制动的消息。市场上已经存在顶尖的盲点检测功能,在行人或骑自行车的人靠近时会发出消息,或者在拐弯时提供辅助功能,告知驾驶员接近的车辆及其速度。

高级用例通常涉及到车辆中的直接干预,已经超出了单纯的告警功能。然后,会在驾驶辅助系统或半自动驾驶系统中处理输入的信号。例子包括实施群体智能的传感器数据共享,或者所谓的透视功能,即跟在其他车辆后方行驶而被前方车辆阻挡住视线的车辆,会收到有关前车的数据。

实施上的挑战

V2X 的实施上当前存在着两大挑战。确保数据安全的网络安全要求规范尚不完善。数据传输必须得到严格的保护,确保外部的虚假信息不会进入到网络。此外,还必须建立起连接,即使在交通拥堵之类的高密度交通环境下,使其也能够可靠、迅速而又安全的做出反应。第二个关键的挑战是在哪个地区应该使用何种技术的法律也尚不清楚。这种规范的缺乏给市场带来了不确定性。对于制造商来说,有几种情况,每一种都有一定的风险。一种情况是等待,冒着在技术上落后的风险。另一种情况是,汽车制造商冒着选择错误技术的风险,决定实施一种特定的技术。最后一种选择是同时选择两种V2X技术,但与此同时,与只支持胜出了的技术的企业相比,成本会增加。对制造商构成最大风险的挑战在于,对于最顶尖技术的监管规定何时会到位,其时间表仍不确定。至关重要的一点在于技术规定上的不足必须得以解决,以确保市场与行业的发展保持一致。

所有这些挑战都有望在不久的将来得到解决,因为解决方案是可以预见的。关键是汽车制造商要将V2X技术集成到汽车整体系统中。

作为整体系统集成的 V2X

最初的一系列测试表明,汽车制造商不是独立地考虑V2X模块的集成,而是考虑在整个系统的应用。因此,如果只考虑 V2X 模块(无论是蜂窝式还是 DSRC)的集成是不够的–汽车制造商还必须考虑包含了 V2X 调制解调器、V2X 天线、车载天线分布以及天线损耗补偿之类的相应方面在内的关联系统。如果他们忽略了这一点,由于各个组件不兼容,V2X可能无法实现功能。例如,没有补偿的天线功率损失可能会导致整个系统的工作效率降低。因此,V2X的整体系统必须完全适应整车,并针对特定车型系列进行优化,才能保证性能的最大化。

那么,到底为什么不仅要考虑 V2X 模块的安装,还要考虑它与整个系统的影响和互动?

该模块的目的之一是改善与其他车辆和基础设施的通信。这就需要天线,而天线与V2X模块的交互作用反过来又与通信性能相关。这是因为该天线要求车辆周围360度全景没有“盲点”,因此可以在接收和传输数据方面实现持续的优越性能。通常(主)天线会连接到 TCU,位于车顶的位置。通过在天线试验室(消声室–参见框 1a)中进行测试,现在可以检测出是否可以实现 360 度的覆盖。如果情况并非如此,那么就需要额外的天线,这类天线往往作为前置天线安装在风挡玻璃或者保险杠的区域,从而确保最大的覆盖范围。比如说,通过全景玻璃车顶,在行驶方向上可以将这类盲点的范围减少 50%以上。这就可能意味着无法再符合功能上的要求。然而,前置天线必须通过电缆连接到 TCU,这样反过来又会造成电缆连接上高达 18 dB 的损耗。在补偿器的帮助下,可以补偿这类损耗,汽车制造商在设计阶段就必须考虑到这一点。事实上,在规划V2X集成时,汽车制造商必须考虑到所有这些因素,在选择供应商和合作伙伴时,他们必须确保他们也考虑到汽车的整体系统。

实现 V2X 集成的方法

当涉及到V2X解决方案的实际集成时,制造商可以采用几种方法。一种方法是将V2X安装为远程信息系统的一部分。另一种方法是隔离V2X,并将其作为独立的控制单元中的独立解决方案来实现。汽车制造商选择的解决方案很大程度上取决于几个因素,其中最重要的可能是V2X在地区或全球上的范围。这种解决方案可能只在特定的车型或地区引入,而不是在全球范围内实施。独立解决方案的选项允许制造商在一定的地区集成起 V2X,而不是全球。另一方面,如果并非在全球综合性的为全部车型进行部署,那么预计在 V2X 集成到远程信息系统中后,会存在成本上的优势。除了警告性的警示以外,功能安全是另一个重要的方面,会引起未来用例的关注。当传感器信息用于驾驶辅助系统或自动驾驶时,对功能安全的需求会与告警系统的有所不同。当 V2X 系统用于辅助自动驾驶活动时,将 V2X 模块和远程信息系统隔离开来可能会具有一定的意义,以便确保出色的功能安全与冗余性。

V2X集成的另一种方法是使用支持蜂窝V2X和DSRC的组合解决方案。这为汽车制造商提供了最大的灵活性,但导致更高的成本。因此,决策的核心标准是汽车制造商希望实现哪一种解决方案、它如何融入汽车架构和整个系统,以及汽车制造商希望在未来使用V2X应用程序覆盖哪些用例。

室内消声室

为了确保最佳的天线覆盖效果并实现车辆周围 360 度的数据传输,会在所谓的消声室中对天线功能进行测量。这种消声室经过特殊设计,可测量独立或者集成的子系统中的天线,并可用于测量整车上的天线。天线测试使用的拱形装置配有测量探头,安装在测试空间当中,并且针对外部的无线电波采取了屏蔽措施,确保最大的测量重复性。正是由于采用了高精度的控制系统,因而可通过“运行中”的方式开展测量。测试系统可对集成了或者连接了天线的车辆系统进行测试,其配置可适应具体的需求与要求,因而适合对各种类型的车辆进行测试。

责编:Yvonne Geng

本文由Molex公司供稿,电子工程专辑对文中所述观点保持中立 

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