智聯(lián)網(wǎng)汽車技術(shù) 課件 10.2 車際網(wǎng)V2X技術(shù)

項(xiàng)目四汽車信息交互系統(tǒng)任務(wù)10車載通信技術(shù)主講人：朱巨蓮智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)車際網(wǎng)V2X技術(shù)課程導(dǎo)入了解一下智能網(wǎng)聯(lián)汽車的概念以及V2X技術(shù)引入智能網(wǎng)聯(lián)汽車的重要意義，智能網(wǎng)聯(lián)汽車的發(fā)展離不開V2X技術(shù)的應(yīng)用。學(xué)習(xí)目標(biāo)了解V2X技術(shù)在車輛安全方面的應(yīng)用場景01兩種主流的V2X通信技術(shù)02激活舊知智能網(wǎng)聯(lián)汽車的基本概念：智能網(wǎng)聯(lián)汽車搭載了先進(jìn)的車載傳感器、控制器和執(zhí)行器等裝置，融合現(xiàn)代通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)車與X人、車、路、后臺(tái)等智能信息交換共享，具有安全、舒適、節(jié)能、高效的特點(diǎn)。激活舊知其中實(shí)現(xiàn)車與人、車、路、后臺(tái)等智能信息交換共享的關(guān)鍵技術(shù)就是V2X技術(shù)，包括V2V、V2I、V2N、V2P和V2R等，通過V2X技術(shù)，車輛可以與其他車輛、基礎(chǔ)設(shè)置、互聯(lián)網(wǎng)和行人等進(jìn)行信息交互。場景應(yīng)用直行前碰撞預(yù)警（FCW）車輛失控預(yù)警（CLW）緊急制動(dòng)燈（EEBL）轉(zhuǎn)向禁止穿越提醒（DNPW）左轉(zhuǎn)輔助（LTA）交叉路口交叉路口輔助（IMA）變道盲區(qū)提醒/變道預(yù)警（BSW+LCW）探索新知1.V2V安全應(yīng)用場景V2V安全應(yīng)用場景探索新知1.V2V安全應(yīng)用場景FCW：前碰撞預(yù)警（ForwardCollisionWarning）提示駕駛員前方有碰撞風(fēng)險(xiǎn)，提前減速避讓。根據(jù)統(tǒng)計(jì)的事故數(shù)據(jù)，將追尾事故分為三個(gè)場景：前車正常行駛前車停車前車減速探索新知1.V2V安全應(yīng)用場景FCW：前碰撞預(yù)警（ForwardCollisionWarning）①緊挨著本車正前方的車輛停車或減速前車停車和前車減速這兩種場景發(fā)生事故的原因：②駕駛員視野范圍以外的前方車輛停車或減速。探索新知1.V2V安全應(yīng)用場景FCW：前碰撞預(yù)警（ForwardCollisionWarning）對(duì)于原因一情況下，如果車輛保持足夠車距，駕駛員有足夠注意前方，這種事故完全可以避免。但是對(duì)于原因二的事故，駕駛員不知遠(yuǎn)處交通狀況很難避免此交通事故，這就是為何高速公路上經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)連環(huán)交通事故。探索新知1.V2V安全應(yīng)用場景FCW：前碰撞預(yù)警（ForwardCollisionWarning）如果V2V技術(shù)普及后，那么駕駛員可以提前制動(dòng)或變道，減少原因二造成的事故。目前市場上大部分量產(chǎn)車型做的前碰撞預(yù)警功能都是借助雷達(dá)和攝像頭傳感器實(shí)現(xiàn)。探索新知1.V2V安全應(yīng)用場景CLW：失控預(yù)警(ControlLosingWarning)當(dāng)車輛失控時(shí)，將車輛失控信息至少提供給周邊左右1.5m，前后150m的車輛，周邊車輛收到信息后提示駕駛員進(jìn)行緊急避讓，減少事故發(fā)生。探索新知1.V2V安全應(yīng)用場景EEBL：緊急電子剎車燈(ElectronicEmergencyBrakeLight)當(dāng)周邊車輛（不一定在同一車道上）進(jìn)行緊急制動(dòng)時(shí)，向周邊車輛發(fā)送急剎預(yù)警信號(hào)，駕駛員接收到預(yù)警信號(hào)后提前做好減速、避讓準(zhǔn)備。緊急電子剎車燈探索新知1.V2V安全應(yīng)用場景EEBL：緊急電子剎車燈(ElectronicEmergencyBrakeLight)這與目前很多市面車型類似，在車速超過一定值，駕駛員緊急制動(dòng)時(shí)，汽車雙閃燈會(huì)自動(dòng)點(diǎn)亮。緊急電子剎車燈探索新知1.V2V安全應(yīng)用場景DNPW:禁止通過預(yù)警（DoNotPassWarning）在雙向兩車道的道路上行駛時(shí)，后方車輛想要超過前方車輛，必須要臨時(shí)占用對(duì)向車道，當(dāng)本車與對(duì)向車輛有超車碰撞隱患時(shí)，此時(shí)及時(shí)提醒駕駛員謹(jǐn)慎通過。探索新知1.V2V安全應(yīng)用場景LTA：左轉(zhuǎn)輔助（LeftTurnAssist）在駕駛員想要進(jìn)行左轉(zhuǎn)向時(shí)，此時(shí)對(duì)向如果有車輛正在靠近，系統(tǒng)及時(shí)提醒駕駛員注意前方車輛。左轉(zhuǎn)輔助探索新知1.V2V安全應(yīng)用場景LTA：左轉(zhuǎn)輔助（LeftTurnAssist）目前僅有當(dāng)駕駛員打開轉(zhuǎn)向燈時(shí)才可觸發(fā)此功能，未來系統(tǒng)可以不通過轉(zhuǎn)向燈識(shí)別駕駛員左轉(zhuǎn)意圖，但是也有一定誤報(bào)風(fēng)險(xiǎn)，畢竟有時(shí)候讓系統(tǒng)識(shí)別駕駛員模棱兩可的意圖目前還是有一定難度的。左轉(zhuǎn)輔助探索新知1.V2V安全應(yīng)用場景IMA：交叉路口輔助(IntersectionMovementAssist)交叉路口是交通事故高發(fā)區(qū)，車輛通過復(fù)雜路口時(shí)通過V2V技術(shù)相關(guān)通訊，理解對(duì)方行駛意圖，減少事故發(fā)生的概率。探索新知1.V2V安全應(yīng)用場景IMA：交叉路口輔助(IntersectionMovementAssist)在無信號(hào)燈的路口直行、左轉(zhuǎn)，在有信號(hào)燈的路口右轉(zhuǎn)，闖紅燈和闖禁行區(qū)都有較好的應(yīng)用，及時(shí)提示駕駛員注意路口周邊車輛。探索新知1.V2V安全應(yīng)用場景BSW/LCW：盲區(qū)/變道預(yù)警（BlindSpotWarning/LaneChangeWarning）車體和內(nèi)外后視鏡在設(shè)計(jì)上與生俱來的角度問題，導(dǎo)致駕駛者在駕駛車輛的時(shí)候。探索新知1.V2V安全應(yīng)用場景BSW/LCW：盲區(qū)/變道預(yù)警（BlindSpotWarning/LaneChangeWarning）車身的左右后側(cè)方都存在一個(gè)無法根除的視覺盲區(qū)，駕駛員很難察覺到視角盲區(qū)的車輛。探索新知1.V2V安全應(yīng)用場景BSW/LCW：盲區(qū)/變道預(yù)警（BlindSpotWarning/LaneChangeWarning）借助于V2V技術(shù)，駕駛員變道前能夠及時(shí)察覺到盲區(qū)車輛，減少事故的發(fā)生。這項(xiàng)功能與通過雷達(dá)、紅外、攝像頭實(shí)現(xiàn)變道輔助系統(tǒng)功能類似。探索新知2.V2I安全應(yīng)用場景01紅燈預(yù)警02彎道限速預(yù)警03限速施工區(qū)域預(yù)警05人行橫道行人預(yù)警04天氣預(yù)警探索新知2.V2I安全應(yīng)用場景RLVW：紅燈預(yù)警（RedLightViolationWarning）當(dāng)車輛接近有交通信號(hào)燈的路口，即將亮起紅燈，V2I設(shè)備判斷車輛無法及時(shí)通過此路口時(shí)，及時(shí)提醒駕駛員減速停車。紅燈預(yù)警探索新知2.V2I安全應(yīng)用場景這與基于攝像頭采集到紅燈提醒功能類似，但是它的優(yōu)點(diǎn)是能與交通設(shè)施進(jìn)行通訊，尤其是在無紅綠燈倒計(jì)時(shí)顯示屏的路口具有“預(yù)知”紅綠燈時(shí)間的作用，減少駕駛員不必要的加速和急剎。紅燈預(yù)警RLVW：紅燈預(yù)警（RedLightViolationWarning）探索新知2.V2I安全應(yīng)用場景CSW：彎道限速預(yù)警（CurveSpeedWarning）車輛從平直路面進(jìn)入轉(zhuǎn)彎工況時(shí)，V2I設(shè)備接收到相關(guān)彎道限速信號(hào)后及時(shí)提醒駕駛員減速慢行，這與基于GPS地理信息導(dǎo)航提醒或攝像頭采集到限速標(biāo)志提示駕駛員慢行的功能類似。探索新知2.V2I安全應(yīng)用場景WZW：限速施工區(qū)域預(yù)警（ReducedSpeed/WorkZoneWarning）當(dāng)車輛行駛至限速區(qū)域（如學(xué)校）附近時(shí)，通過路邊V2I設(shè)備向駕駛員傳遞顯示提示或者僅僅當(dāng)車輛超過限定車速時(shí)才提示駕駛注意車速。限速施工區(qū)域預(yù)警探索新知2.V2I安全應(yīng)用場景當(dāng)車輛行駛至限行區(qū)域（如燃油車限行、單雙號(hào)限行、貨車限行）、施工區(qū)域附近時(shí)，通過車載V2I設(shè)備向駕駛員提示前方即將進(jìn)入限行區(qū)域。WZW：限速施工區(qū)域預(yù)警（ReducedSpeed/WorkZoneWarning）限速施工區(qū)域預(yù)警探索新知2.V2I安全應(yīng)用場景SWIW：天氣預(yù)警（SpotWeatherImpactWarning）當(dāng)車輛行駛至惡劣天氣的地帶時(shí)，如多霧、雨雪天氣時(shí)，及時(shí)提醒駕駛員控制車速、車距以及謹(jǐn)慎使用駕駛員輔助系統(tǒng)，這與目前高速公路邊的提示雨雪天氣減速慢行的功能類似。探索新知2.V2I安全應(yīng)用場景Transit-PSCW：人行橫道行人預(yù)警（PedestrianinSignalizedCrosswalkWarning）人行橫道線上安裝有行人探測傳感器，當(dāng)車輛靠近人行橫道時(shí)，交通信號(hào)設(shè)施向周邊車輛發(fā)送行人信息，提示車輛減速及停車，這與通過雷達(dá)或攝像頭實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)緊急制動(dòng)（AEB）功能類似。人行橫道行人預(yù)警探索新知3.V2N安全應(yīng)用場景V2V和V2I都是代表的近距離通訊，而通過V2N技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸。車輛既可以將車輛、交通信息發(fā)送到云端交警指揮中心。云端也可以將廣播信息如交通擁堵、事故情況發(fā)送給某一地區(qū)相關(guān)車輛。V2N主要是實(shí)現(xiàn)車輛與云端信息共享探索新知4.V2P安全應(yīng)用場景道路行人預(yù)警行人穿越道路時(shí)，道路行駛車輛與人進(jìn)行信號(hào)交互，當(dāng)檢測到具有碰撞隱患時(shí)，車輛會(huì)收到圖片和聲音提示駕駛員，同樣行人收到手機(jī)屏幕圖像或聲音提示，這項(xiàng)技術(shù)非常實(shí)用。探索新知4.V2P安全應(yīng)用場景因?yàn)槟壳笆謾C(jī)“低頭黨”非常多，過馬路時(shí)經(jīng)常有人只顧盯著手機(jī)屏幕，無暇顧及周邊環(huán)境。道路行人預(yù)警探索新知4.V2P安全應(yīng)用場景倒車預(yù)警行人經(jīng)過正在經(jīng)過倒車出庫的汽車時(shí)，由于駕駛員視覺盲區(qū)未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)周邊的人群（尤其是玩耍的兒童），很容易發(fā)生交通事故，這與借助全景影像進(jìn)行泊車功能類似。探索新知V2X通信技術(shù)DSRCLTE-V探索新知V2X通信技術(shù)DSRC(DedicatedShortRangeCommunication,專用短程通信）是以美國為引導(dǎo)主流的技術(shù)，DSRC是以依托IEEE802.11P底層協(xié)議和IEEE1609系列標(biāo)準(zhǔn)建立起來的。1.DSRC探索新知V2X通信技術(shù)專門用于車車通信和車路通信的通信標(biāo)準(zhǔn)。在美國DSRC的通信頻率是5.85GHz-5.925GHz。1.DSRC探索新知V2X通信技術(shù)1.DSRCDSRC主要是由車載單元OBU和路側(cè)單元RSU兩部分組成DSRC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖OBU是安裝在車上的移動(dòng)終端，車載單元就是采用電子標(biāo)簽，電子標(biāo)簽內(nèi)存儲(chǔ)車輛的基本信息：車型和車輛的物理參數(shù)：還可以存儲(chǔ)交易賬戶余額、交易記錄等。探索新知V2X通信技術(shù)1.DSRCDSRC主要是由車載單元OBU和路側(cè)單元RSU兩部分組成DSRC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖RSU是安裝在路側(cè)是固定通信設(shè)備，實(shí)現(xiàn)OBU和RSU之間的信息交互，DSRC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖如下圖所示。探索新知V2X通信技術(shù)小貼士DSRC信號(hào)可以攪蓋周圍1公里的范圍，在600m的距離內(nèi)，平均時(shí)延低于5ms,控制信道和服務(wù)信道的丟包率分別低于15%、25%。DSRC技術(shù)是基于CSMA/CA傳輸介質(zhì)爭用機(jī)制，在高密度場景下，信道的競爭增大，就會(huì)發(fā)生通信延遲的發(fā)生，大大降低了汽車的行駛安全性。DSRC信號(hào)特點(diǎn)探索新知V2X通信技術(shù)小貼士另外，即使解決了此問題，為了實(shí)現(xiàn)車路通信，也需要搭建一個(gè)全路段的DSRC網(wǎng)絡(luò)，帶要在路上每間隔一段距離就部署一個(gè)路側(cè)單元RSU,再通過光纖或無線網(wǎng)絡(luò)傳至ITS的服務(wù)器，車載單元與此系統(tǒng)組成一個(gè)專用短程通信網(wǎng)絡(luò)，基礎(chǔ)設(shè)施的搭建所需的費(fèi)用也是不菲，而且這個(gè)過程也不是一蹴而就的，難以大規(guī)模商業(yè)化使用。DSRC信號(hào)特點(diǎn)探索新知V2X通信技術(shù)小貼士DSRC技術(shù)在針對(duì)自動(dòng)駕駛方面沒有清晰的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)路線，在國內(nèi)也缺少核心知識(shí)產(chǎn)權(quán)，應(yīng)用受到一定限制：DSRC的頻譜利用率不高、信道競爭問題以及廣播風(fēng)暴問題還待進(jìn)一步研究。DSRC信號(hào)特點(diǎn)探索新知DSRC應(yīng)用場景ETC不停車收費(fèi)系統(tǒng)具有傳輸速度快受干擾程度小安全性好可以靈活的將路邊和車輛聯(lián)系起來，實(shí)現(xiàn)路邊和車輛信息，雙向?qū)崟r(shí)傳輸。探索新知DSRC應(yīng)用場景ETC不停車收費(fèi)系統(tǒng)利用微波或紅外線，讀寫識(shí)別設(shè)備對(duì)通過ETC車道的車輛實(shí)行車輛的自動(dòng)識(shí)別和不停車自動(dòng)收費(fèi)，減少停車時(shí)間提高通行能力，對(duì)收費(fèi)停車場進(jìn)行自動(dòng)計(jì)時(shí)和自動(dòng)收費(fèi)，使收費(fèi)過程更加方便快捷，安全和易于管理。探索新知DSRC應(yīng)用場景行人識(shí)別與躲避當(dāng)車輛行駛到路口位置，路側(cè)的攝像頭監(jiān)控是否有行人經(jīng)過，通過RSU設(shè)備廣播出行人的信息，車輛上的OBU單元接收到消息后會(huì)在終端顯示或聲音進(jìn)行警告提醒，駕駛員采取制動(dòng)或減速，避免危險(xiǎn)的發(fā)生。

探索新知DSRC應(yīng)用場景紅綠燈自動(dòng)調(diào)節(jié)道路上一些高優(yōu)先權(quán)的特殊車輛（比如消防車、救護(hù)車、執(zhí)勤車等），車上的OBU可以發(fā)送應(yīng)急消息給路口的RSU，路口的紅綠燈收到RSU控制消息后，進(jìn)行相應(yīng)的變綠配時(shí)和相位的調(diào)節(jié)，使紅綠燈的節(jié)奏能夠配合汽車的行駛狀態(tài)，使車輛優(yōu)先通行，快速通過。探索新知DSRC應(yīng)用場景施工信息警示當(dāng)?shù)缆愤M(jìn)行施工時(shí)，可通過情報(bào)板向RSU向周圍車輛發(fā)送施工信息，告知車輛道路信息，車輛提前減速，降低汽車發(fā)生碰撞的危險(xiǎn)性。車輛可以在超視距范圍內(nèi)提前感知道路交通信息，車輛做好路線規(guī)劃或減速準(zhǔn)備。

探索新知DSRC應(yīng)用場景停車位檢測通過攝像頭對(duì)車位進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，利用DSRC通信技術(shù)，將車位有無被占用的信息通過RSU廣播給周圍車輛，車上OBU在收到消息后，終端就能顯示出停車位的使用情況和未被使用車位。探索新知LTE-V什么技術(shù)的通信距離長呢？是蜂窩移動(dòng)通信。也就是我們使用的手機(jī)通信。進(jìn)入21世紀(jì)后，蜂窩移動(dòng)通信得到了快速的發(fā)展，技術(shù)水平和行業(yè)生態(tài)都飛速進(jìn)步。于是，人們開始研究使用蜂窩通信技術(shù)（Cellular），用于車聯(lián)網(wǎng)通信。LTE-V車聯(lián)網(wǎng)解決方案探索新知LTE-V目前我們最主流的蜂窩通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是4GLTE。2014年9月，LG向3GPP提交了LTE在V2X通信應(yīng)用的規(guī)范草案。同年12月，Ericsson提交了增強(qiáng)LTED2D相近服務(wù)的規(guī)范草案。LTE-V車聯(lián)網(wǎng)解決方案探索新知LTE-V隨后，2015年，3GPP正式啟動(dòng)了LTE-V技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化的研究。速度很快，到2016年9月，3GPP就在R14版本里完成了對(duì)LTE-V2X標(biāo)準(zhǔn)的制定?？梢赃@么說，LTE-V是給車聯(lián)網(wǎng)量身定制的LTE。LTE-V車聯(lián)網(wǎng)解決方案探索新知LTE-VLTE-V標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議架構(gòu)LTE-V是基于蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)的V2I和V2V的通信物理層協(xié)議。當(dāng)車速超過45Km/h，由于DSRC的通信距離較短，無法給對(duì)向來車提供及時(shí)的警告信息，也無法及時(shí)收到來自對(duì)方車輛的信息。物理層數(shù)據(jù)鏈路層應(yīng)用層探索新知LTE-VLTE-V標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議架構(gòu)但是LTE-V的通信距離較遠(yuǎn)，這一速度門限可以增加到70Km/h，即在車速不超過70Km/h時(shí)，車輛可以在保證安全的情況下借道超車，使用LTE-V技術(shù)使對(duì)向超車的速度從45Km/h增加到了7OKm/h。探索新知LTE-VLTE-V技術(shù)模式集中式（LTE-V-Cell）LTE-V-Cell需要基站作為控制中心，實(shí)現(xiàn)大帶寬、大覆蓋通信。分布式（LTE-V-Direct）LTE-V-Direct可以無需基站作為支撐，可直接實(shí)現(xiàn)車輛與車輛，車輛與周邊環(huán)境節(jié)點(diǎn)的可靠