V2V理论与实践进展,5G-V2V是无人驾驶的必经之路

5GV2V是解决车与车之间通信的核心发展方向,是未来无人驾驶的基础,是无人驾驶在渐进式发展中不可逾越的阶段,然而真正普及要到5G-V2X标准冻结之后。

车与车通信是车联网最典型的应用场景,也是当前物联网技术在车联网领域的具体应用。在“物-物”互联方面,当前工业机器设备之间、共享单车与云控平台、智能家居物联、环境监测、可穿戴设备等都是具体的应用,但是多年来最应该实施物联的车与车之间的通信发展缓慢。5GV2V是解决车与车之间通信(Vehicle to Vehicle, V2V)的核心发展方向,是未来无人驾驶的基础,是无人驾驶在渐进式发展中不可逾越的阶段。

V2V理论与实践进展

理论方面

业内最早在2000年左右提出了Ad Hoc(移动自组织网络技术),Ad Hoc源自于拉丁语,意思是“for this”引申为“for this purpose only”,移动自组织网络是一种多跳的临时性自治系统,最早用在军事领域,目前在无人机领域应用。Ad Hoc虽然也可以应用在车联网领域,但远远达不到未来车联网、无人驾驶使用场景的要求。

1 9 9 2年,美国材料与试验协会 (ASTM) 最早提出DSRC (Dedicated Short Range Communications,专用短程通信技术),是国际上专门开发适用于车辆通信的技术;近两年,国内有技术研发人员提出了“城市车联网V2V链路时延动态预测”;“基于V2V和GPS的不受控交叉口的预警算法”提出在一些没有红绿灯的交叉路口,车辆如何安全高效地通行,这也是未来没有红绿灯时代V2V的技术基础;“基于车辆自组网中V2V通信模型仿真设计”作者提出车辆自组网,这也是未来自动驾驶编队的雏形;街道环境V2V通信信道建模与容量分析;“时延QoS保证的D2D_based_V2V车载通信功率分配方案”提出了车载通信功率分配的算法、模型。以上这些最新研究都是最新的V2V探索。

总之,目前车与车通信主要有DSRC技术、Ad Hoc技术、C-V2V技术,其中5G-V2V是未来的发展趋势。

实践应用方面

2012年,美国交通局成立了一个专门研究V 2 V技术的研究中心研究5.9GHz的无线网络;2016年12月,奥巴马政府提议,所有的汽车、轻型卡车都配置V2V技术;美国市场推出2017款凯迪拉克CTS时就已经在部分车型中提供了V2V功能,到了中期这项技术将成为标配;通用集团在数年前就已经推出了安吉星提供的LTE网络平台。丰田也在日本推出了V2V技术

关于V2V还有很多其它说法,一些厂商把它叫做Car-to-X,还有“internet of cars”以及“connected car”。但是无论是什么称谓,在未来车载系统实现标准化之前,V2V技术都只是一种高端品牌车型内部使用的功能,V2V在短期内更多的只是豪华汽车里一个炫目的科技配置,而真正普及要到5G-V2X标准冻结之后(预计2020年)。

V2V技术基础分析

V2V主要包含以下几个技术要点。

V2V节点通信技术

使用了V2V技术后,车辆可以在每秒内发送10次地点、时速、方向以及其他方面的信息,一辆汽车可以检测另一辆车的运行轨迹,比如,另外一辆车是否要抢红灯,或者是否会突然拐弯等,从而避免碰撞事故的发生。通过使用无线网络,各种车辆之间都可以通过V2V实现通信,比如商用卡车和客车、农用车辆以及施工和矿山车辆可以通过车载设备进行通信。在起始阶段,V2V技术将主要在园区、矿山、大型展馆、校园等相对封闭环境下实现。

V2V的组播技术

正如V2V技术提出之初所预测的,车辆行驶信息的提前播报可以为驾驶员提供足够反应时间,针对前方路况决定是否要提前减速或者绕道行驶在交通安全与道路通行效率方面,能带来很大的帮助。车辆信息的播报是车辆实施精确动态安全预警计算的依据。

V2V的屏幕显示技术

在高级辅助驾驶阶段(L3级别),V2V技术通过视频显示、声光告警提示驾驶员行驶安全。比如通过平视显示器(Head Up Display)、抬头显示系统等实时显示动态提醒,当信息量较大时,需要通过V2C云端作为信息中转与处理的平台。

V2V视联技术

汽车之间行驶记录仪配合V2V、5G技术可以升级为视联自组织网络,车队之间的行驶信息状态可以在需要的场景下被调用,基于这个技术也会带来丰富的应用场景;车辆传送的视频数据可以通过请求和同意实现数据的互动。

V2V的应用场景分析

当前,汽车主动安全技术(L 2/ADAS为主)已经应用在C级以上的轿车上,包括自动紧急刹车(AEB)、自适应巡航(ACC)、车道保持系统(LKS)、自动泊车(AP)、前车防撞预警(FCW)、车道偏离预警(LDW)、行人碰撞预警(PCW)、疲劳预警(DMS)、盲区监测(BSD)、远近光灯辅助(ADB)、夜视系统等。根据相关统计,装备了自动刹车系统的汽车可以减少27%的事故发生率;车道保持与偏离预警功能可以提高高速行驶下车辆的稳定性;可以提醒自适应巡航功能,保持前后车的距离。

这些技术都是基于汽车本身的自动化控制技术,而汽车与汽车之间则由互通信技术更进一步提高车辆之间的行驶安全。如果采用V2V技术,美国交通部预测,对于不涉及酒精以及毒品的交通事故中,V2V技术甚至可以防止或者降低80%的事故率。因为它可以检测到建筑物后面、传感器及摄像头监控范围以外的车辆。V2V技术体现的最主要功能是车辆间车速与所在位置,以此延伸到共享实时路况信息、紧急事故以及恶劣天气信息等。

高速公路V2V技术典型应用场景

在高速公路环境下,相对于V2P, V2V是主要的使用环境,其车辆有多种行驶状态:抛锚停车、前方堵车、车辆编队行驶、跟车行驶、变道行驶等。高速公路抛锚停车是非常危险的场景,后方车辆车速很快,刹车距离在60~80米左右,大货车刹车距离更长,人沿着道路逆向摆放“三脚架”也是非常危险的。此时V2V就会派上用场,通过组播方式实时告诉后方车辆距离前方抛锚车辆多少米,还有多少米需要减速。在大雾、暴雪、冰冻等场景下,几十乃至上百辆车连环追尾的事件每年时有发生。2017年1月26日在黑龙江省哈绥高速公路,路面出现雪雾、结冰,能见度较低,致使发生多车连撞特大交通事故,多达几十辆货车、大巴车、小汽车连环追尾。而如果采用了V2V技术,则可以提前500~800米通过V2V广播事故点和相对距离,提醒后方车辆根据距离减速、刹车。

在高速公路环境下,物流车队可以实现自动编队巡航行驶,车辆之间可以保持合理距离,提高安全系数、降低运输保险成本。当车辆配备了无人驾驶能力,可以在头车引领下,车队保持无人驾驶环境下的匀速行驶,减少驾驶员数量、降低物流成本,为企业提高竞争力。

城市道路V2V技术典型应用场景

在城市道路环境下,V2V典型的场景是“十”字路口、“T”型路口、道路拥堵、高架桥事故提醒等。城市道路中V2I、V2C、V2P相对比V2V的功能使用场景要多,但是V2V也非常必要。在V2V的场景下,车辆通过交叉路口可以互相通信,根据所在车道互相告诉对方速度和行驶轨迹。

红绿灯的存在是因为车辆通行无法进行排序,而采用了双向“大颗粒”的等待时间来排序,这种排序效率很低,哪怕是十字方向上,某一方向只有1辆车,另外一个方向有几十辆车也要一起等待几十秒的红绿灯。而所有的红绿灯加起来就是全社会一起等待的时间。但采用V2V技术,车辆有始发地和目的地、行驶轨迹,车辆在交叉路口可以参与一起排序,类似通信行业的交换技术,一开始是模拟交换、纵横制,效率很低,随着电话的普及和计算机技术提升,程控交换、IP交换等得以实现,按照这个逻辑,配合V2P、V2I,未来的红绿灯即将消失。初期红灯闪烁,提示哪个方向有危险,随着V2V的普及,所有车辆进行V2V,则可以实现市场应用渐进式发展。

另外,城市中的应急车辆、公交车也可以通过V2V提高通行效率,而不是仅靠救护警笛、长设专用车道的方式。当车辆需要使用专用车道时,通过V2V通知前方车辆变道让出车道,这样可以提高应急车辆、专用车道的通过率。

普通公路V2V技术典型应用场景

普通公路是所有公路里程最多的,其道路场景也是最复杂的(这里的普通公路特指连接城市与乡村、城市与城市之间的国道、省道、县道、乡道等),这些公路配套基础设施不如高速公路、城市道路,V2V可以派上大用场。自然灾害阻塞道路预警、恶劣天气行驶提醒(如大雾环境下车辆之间互相告知距离和速度、碰撞告警)、道路拥堵视频网联、对相会车提醒、不受控交叉路口的交叉通过等都有一定的应用场景。

如岔路口辅助,很多普通公路交叉路口没有红绿灯,其应用如上述城市十字路口场景。车辆通过V2V向周边车辆广播车辆位置、车辆行驶和车辆操作数据,车辆通过收集多个方向的的车辆位置、速度计算可能出现的车辆碰撞概率,计算是否可能发生前向碰撞,并提醒驾驶员注意,或者在无人驾驶时车辆直接作出决策。

另外,普通公路还有较常用的场景是当车道比较少时,前方车辆为卡车等大型车辆行驶速度较慢,此时车辆若要借助对向车道进行变道,需要V2V辅助提醒是否能够变道,并作出声光提醒。

总之,V2V的应用会开辟“物-物”通信的典范,从商业价值上来说,是个逐步演进的过程,提高了汽车消费者使用车辆的安全性、节省了通行时间。从减少事故发生概率降低社会保险成本、减少车辆维修费用、减少经济损失、提高交通管理效率等方面综合来看,投入是比较经济的,而且V2V也是实现无人驾驶的技术基础。

作者:唐怀坤 来源:通信世界

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