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智能网联汽车在中国,中国加速LTE

发布时间:2019-09-05 13:00编辑:汽车模型浏览(123)

    智能网联大潮下,ADAS作为离现实最近的自动驾驶实现手段,备受行业关注。近日,“第三届智能汽车技术国际论坛暨创新展”集合诸多行业专家、学者针对此话题展开深入探讨,盖世汽车将论坛中部分演讲进行梳理,以飨以内。

    为了提升交通系统的安全性和智能化,智能交通系统的概念正逐渐兴起。智能交通可以利用新一代的通信网络和数据处理能力,提高现有交通系统的整体效率,降低能量损耗,增加运输的安全和便捷程度。

    2018年5月3日,车联网 城市级示范应用重大项目启动会在无锡召开。大会完成了无锡车联网城市级示范应用项目的正式签约,并为车联网城市级示范应用重大项目工作组进行了揭牌,这意味着全球第一个城市级的车路协同平台进入全面实施阶段。

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    近年来智能交通系统的开发将主要集中在智能公路交通系统领域,也就是俗称的车联网。其中V2X技术借助车-车,车与路测基础设施、车与路人之间的无线通信,实时感知车辆周边状况进行及时预警成为当前世界各国解决道路安全问题的一个研究热点。根据美国交通部提供的数据,V2V技术可帮助预防80%各类交通事故的发生。

    车联网项目规划实施时间从2017年至2020年底,分三期实现无锡智能网联车的规模应用。初期是要进行相关道路研究,信息搜集,第二期是实现城市级的规模化应用,也就是文首提到的无锡示范项目。

    通用汽车中国科学研究院 院长 杜江凌博士

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    规划在2018年9月建成覆盖无锡老城区、太湖新城、高铁站、机场、雪浪测试场等211个路口和5条高架,服务10万辆社会车辆的车联网平台。

    以下内容为通用汽车中国科学研究院 院长杜江凌博士关于“智能网联汽车在中国:机遇与挑战”的演讲实录:

    在接下来的几篇文章里,车云菌将会为大家逐一梳理V2X技术发展过程中面临的标准之争、各个产业链公司在推动这项技术量产落地过程中付出的努力和成果以及5G通讯技术对V2X应用产生的影响。今天我们主要将目光投向V2X的一些基本概念以及两大底层通讯技术标准之间的对比和区别。

    项目建成后,将实现相关道路区域的红绿灯信息推送、车速引导、救护车优先通行提醒、道路事件情况提醒、潮汐车道等典型应用场景。最终该项目将会成为全国的示范项目,从无锡到江苏,覆盖范围进一步扩大。

    大家上午好!刚才几位专家都讲的很专业,提问也很专业,我觉得今天来的都是真的搞技术的专业人士。我题目稍微有一点变,因为我更多的是从咱们国家V2X产业的角度来讲这个机遇与挑战,我把题目稍微改了一下,也比较聚焦。这是最近咱们国家在V2X方面、应用层上面的标准情况,今天在这里跟大家汇报一下我们的进展。

    V2X到底是什么?

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    这个就不多说了,我们汽车上面总的来说,汽车工业界的挑战是这三方面:安全、移动出行、环境。

    按照中国汽车工业协会对搭载V2X功能汽车的定义来看,它是搭载先进的车载传感器、控制器、执行器等装置,并融合现代通信与网络技术,实现车与X(人、车、路、后台等)智能信息的交换共享,具备复杂的环境感知、智能决策、协同控制和执行等功能,可实现安全、舒适、节能、高效行驶,并最终可替代人来操作的新一代汽车。

    那么LTE-V2X到底是什么?缘何在中国车联网应用中起到了如此关键的示范作用?未来它的走向会如预期一样吗?

    V2X也不用介绍了,刚才黄女士做了非常专业的介绍,对我这个演讲很好的铺垫。

    与自动驾驶技术中常用的摄像头或激光雷达相比,V2X拥有更广的使用范围,它具有突破视觉死角和跨越遮挡物的信息获取能力,同时可以和其他车辆及设施共享实时驾驶状态信息,还可以通过研判算法产生预测信息。另外,V2X是唯一不受天气状况影响的车用传感技术,无论雨、雾或强光照射都不会影响其正常工作。

    V2X之DSRC、LTE

    V2X实际上如果简单的来看,由底层通信支撑车和车、车和道路、车和行人之间通信的机理,这个机理之上,有了这样的能力以后,在上面的应用,能够做什么应用?这一页主要谈到的应用,大概分了这样几大类:有安全的、有环保的、有智能出行的。这是我们讲到的三大类。现在美国主要的战略路径先集中的是车和车之间针对安全的应用,比如说通用在明年推出来的凯迪拉克CTS车上首先推出的就是几个V2V的应用。

    此外,在传统智能汽车信息交换共享和环境感知的功能之外,V2X还强调了“智能决策”、“协同控制和执行”功能,以强大的后台数据分析、决策、调度服务系统为基础。而且要实现自动驾驶,车辆必须具备有感知系统,像人一样能够观察周围的环境,所以除了传感器,V2X技术也属于自动驾驶的一个感知手段。

    要明白LTE-V2X在车联网中的作用,首先要明白车联网基本的通讯方式有哪些。V2X是未来交通运输系统下的关键技术, 主要包含V2V、V2I,V2N、V2P。

    这给大家简单的介绍一下,大家看一下,第一个是紧急刹车灯的制动,前面的车或者前面前面的车,踩刹车的时候,后面的车通过无线电信号传到后面,后面这个车知道前面踩了刹车,可以给后面的车提示。

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    作为一种无线信息交互技术,可以实现车和其他一切实体之间的信息交互,从而获取实时路况、道路信息、行人信息等一系列交通信息,提高驾驶安全性和交通效率。

    第二个是前方碰撞预警,第二辆车,第一辆是红车在前面,第三辆是蓝车,中间这个车偏移了,如果第三辆车没有及时注意到跟前面车会撞上的,这是一个很好的例子,很多人问V2X和我们现在传统的主动安全,用摄像机和雷达的有什么样的区别?这是很好的例子,尤其跟摄像机的区别。大家知道前一段时间有一个录像,就是特斯拉欧洲的用户,在欧洲的路上走,前面有一个车,跟这个情景一模一样,这个车突然变道了,前面是一个卡车,这个车就撞上去了,这是一个典型的例子,用摄像机的时候,前面车变道的时候,摄像机识别那个车,通知系统采取行动的时候就已经太晚了,所以特斯拉那辆车就撞上去了。但是我们V2X就不会发生这个,因为不光知道前面这个车离它近了以后知道,再前面一个车也知道离它距离有多近,所以V2X有一个非常优势的条件,在这样的情况是能够避免的。

    作为物联网面向应用的一个概念延伸,V2X(Vehicle to Everything)车联网是对D2D(Device to Device)技术的深入研究过程。它指的是车辆之间,或者汽车与行人、骑行者以及基础设施之间的通信系统。利用装载在车辆上的无线射频识别RFID技术、传感器、摄像头获取车辆行驶情况、系统运行状态及周边道路环境信息,同时借助GPS定位获得车辆位置信息,并通过D2D技术将这些信息进行端对端的传输,继而实现在整个车联网系统中信息的共享。通过对这些信息的分析处理,及时对驾驶员进行路况汇报与警告,有效避开拥堵路段选择最佳行驶线路。

    为了满足车辆V2X的通信需求,业内通常有两套方案:DSRC(Dedicated Short Range Communications专用短程通信技术)和LTE-V2X(融合4G LTE网络的车辆通信解决方案)。

    第三个是在交叉路口的时候,摄像机是看不见的,十字路口有障碍物遮挡的时候,但是无线通信是能够知道前面、侧面方有车过来,也可以采取行动。

    V2X车联网通信主要分为三大类:V2V(Vehicle to Vehicle)、V2I(Vehicle to Infrastructure)和V2P(Vehicle to Pedestrian)。运输实体,如车辆、路侧基础设施和行人,可以收集处理当地环境的信息(如从其它车辆或传感器设备接收到的信息),以提供更多的智能服务,如碰撞警告或自主驾驶。

    DSRC是V2X的早期标准,它是基于IEEE 802.11p底层通信协议与IEEE 1609系列标准所构成的技术,DSRC是一种高效的无线通信技术,提供高速数据传输,并保证通信链路的低延时和低干扰。

    这主要讲了现在V2X里面底层的,我刚才讲到的现在比较流行的两个技术,刚才黄女士业介绍了,左边这个是基于802.11p的,DSRC的解决方案。右边是3GPP LTE的解决方案。我想强调的,从技术的成熟度角度来讲,基于802.11p的,芯片已经成熟,量产芯片有的,这个技术是成熟,同时是现在就可以大规模的进行商业化的。而3GPP现在还是在研发当中,右边一个图是几个厂商写的一篇白皮书,主要强调的是在过去几年,如果大家看到标准的LTE,从09年开始标准制定,到最后大规模使用,到2015年是九年的时间。后面这个LTERelease10,是2011年标准制定,大规模应用是2017年,也是六到七年的时间。以此类推,现在LTERelease13,和刚刚讲到的V2X达到直接通信的Release14,一共是2016年标准能够制定,还有是2017年。按照上面的推论,白皮书讲到,真正等到商业化,2022年和2023年,这里面最重要的一个问题,芯片的量产跟测试,要花这么多时间。

    V2X两大技术标准:DSRC与LTE V2X

    以实现在特定小区域内对高速运动下的移动目标的识别和双向通信,DSRC广泛地应用在ETC不停车收费、出入控制、车队管理、信息服务等领域,并在车辆识别、驾驶员识别、路网与车辆之间信息交互、车载自组网等方面具备优势。

    对我们中国来说,是不是有这样的机会,我们现在就可以利用成熟的V2X来基于802.11p开始产业化我们V2X的应用,到后面我们还可以有一个演进的方案到LTE。这个时间,中国没有这个数据,美国有这个数据,差不多一年有八万人死亡。V2X经过论证,经过美国科学的论证得出的结论80%的死亡通过V2X是可以被避免的。这是我们社会减少死亡事故的方法,如果我们一直等下去的话,每一年多少条生命就是由于我们等待而没有得到保护,这不像原来我们做传统的蜂窝2G到3G,我们晚几年用微信,这还不会出现人的死亡对社会的影响,所以这是一个区别。

    V2X通信技术目前有DSRC与LTE V2X两大路线。DSRC发展较早,目前已经非常成熟,不过随着LTE技术的应用推广,未来在汽车联网领域也将有广阔的市场空间。

    DSRC关键指标:支持车速 200km/h,反应时间 100ms,数据传输速率平均 12Mbps,传输范围 1km。根据美国交通运输部的报告,违反交通信号灯指示的时延要求是小于100ms;车辆防碰撞指示的时延要求是小于20ms。

    在这样一个思考的情况下面,咱们汽车网联这个技术联盟在技术协会的领导之下,提出了这样一个问题,我们怎么能够在底层的通信技术协议、标准、LTE没有定,但是DSRC又有了,先率先把我们的应用这一块做起来,使得我们能够有这样一种应用层的标准,能够不依赖于底层的通信协议,这样可以大大的提前我们在中国实现V2X产业化的时间表的进程。

    率先出击的DSRC

    LTE-V2X是基于4G技术实现车车通讯,以LTE蜂窝网络为V2X基础的车联网专有协议,包括LTE-V-Cell和LTE-V-Direct两个工作模式。

    基于这样一个,我们有几家发起单位,通用、清华大学、长安,在智能网联协会下面提了这样一个建议,我们来制定这样一个中国V2X应用层的标准,来达到刚才说的目的。这个标准我们在中国汽车工程学会立了标号,与此同时,后来我们又非常欣喜的看到,通过我们的沟通,又和交通部领导下的中国智能交通产业联盟,宋主任今天也来了,我们做了双标号、单标准的工作。这个意义是非常之大的,大家知道我们中国跟汽车V2X有关的事情比美国复杂一点,美国只有一个道路交通委员是连车带路都管的,中国分了信产部管车、交通部管路,两个单位。由于V2X这两方面都涉及到,两个单位进行协调,这个工作是最好的例子,咱们国家两大部,他们不管从对未来的愿景还是工作目标都是一致的,最后我们达成了这样一个协议,共同做这样一个标准。主要的内容是上面绿色的范围之内。

    车用环境无线存取(WAVE)、专用短程通讯(DSRC)是IEEE 802.11p底层通信协议与IEEE 1609系列标准所构成的技术,采用5.9GHz频段,并具备低传输延迟特性,以提供车用环境中短距离通讯服务。IEEE802.11p解决在高速移动环境中数据的可靠低时延传输问题、IEEE1609系列规范对V2X通信的系统架构、资源管理、安全机制等进行阐释。

    LTE-V-Cell可以借助已有的蜂窝网络,支持大带宽、大覆盖通信,满足Telematics应用需求;LTE-V-Direct可以独立于蜂窝网络,实现车辆与周边环境节点低时延、高可靠的直接通信,满足行车安全需求。

    下面可以兼容我们刚才讲的,不管是基于DSRC的,底层的是MAC还有WAVE,还有3GPPLTE。3GPP,它的传输层没有涉及到。非常可喜的是咱们中国正好有国标的标准,现在正在做,正好也是做的这一块标准,跟1609对标的标准,这个标准放到这以后,使得我们实际上是齐的,一直能够到通信层的标准。再往上定义一个很清楚的SPI,服务层的统一接口,使得应用层标准做数据交换的时候不管你下面用的是哪一个通信站、通信协议,使得上面应用不受影响。这从中国产业发展角度来说,能够解耦的作用。上面通过定义API,最上面的应用跟人机界面交互相关的应用,拿到的是整理清楚的数据交换集,这里面包括的信息我在下面会讲到。

    DSRC是连结车辆与车辆(V2V)、车辆与路侧装置间的RF通用射频通讯技术,在车用环境中提供公共安全和中短距离通讯服务。各个国家分配的DSRC使用频段各不相同。1999年,美国联邦通讯委员会(FCC)于1999年决定将5.9GHz(5.850~5.925GHz)频段分配给汽车通讯使用。主要目标是使公共安全应用能够挽救生命并改善交通流量。FCC还允许在本领域提供私人服务来降低部署成本,并鼓励快速开发和采用DSRC技术和应用。

    LTE-V-Cell 关键指标:传输带宽最高可扩展至100MHz,峰值速率上行500Mbps,下行1Gbps,时延用户面时延≤10ms,控制面时延≤50ms,支持车速 500km/h,覆盖范围与 LTE 范围类似。

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