解碼自動(dòng)駕駛的基礎(chǔ)——汽車專用短距離通訊（DSRC）

近年各國(guó)探討智能交通的熱門研究主題之一是聯(lián)網(wǎng)汽車(Connected Car)，其發(fā)展目的是要打造出更安全、智能并兼顧環(huán)保的交通運(yùn)輸工具。

在所有建設(shè)聯(lián)網(wǎng)汽車的所需條件中，連結(jié)性(Connectivity)為其實(shí)現(xiàn)的重要要素之一。聯(lián)網(wǎng)汽車可通過車與車(Vehicleto Vehicle)、車與路側(cè)單元(Vehicle to Roadside Unit)如交通號(hào)志、車與智能型手機(jī)或其他裝置的相互溝通鏈接，提供駕駛更多便利性功能，同時(shí)使汽車在行駛的旅程中能增添安全性。

聯(lián)網(wǎng)汽車的連結(jié)性應(yīng)用，大致可分為以下三種：

1、車與車(V2V)的連結(jié)

通過車輛間相互溝通協(xié)助，以防止交通事故的發(fā)生，進(jìn)而減少車禍傷亡。

2、車與路側(cè)(V2R)、基礎(chǔ)建設(shè)(V2I)的連結(jié)

可提供車主實(shí)時(shí)性與區(qū)域性的路況信息，促進(jìn)旅程便捷快速。

3、車與其他智能型裝置/系統(tǒng)的鏈接

串連其他用戶系統(tǒng)，提供實(shí)時(shí)不間斷的服務(wù)，讓乘車環(huán)境與旅程更為安全舒適。

目前配置車聯(lián)網(wǎng)的新車數(shù)量逐漸增加，但多數(shù)應(yīng)用服務(wù)僅是與車廠的后臺(tái)系統(tǒng)取得聯(lián)系以尋求幫助，或是在駕駛過程中提供導(dǎo)航和各種語音服務(wù);但若涉及到更高層次，如與安全駕駛有關(guān)的應(yīng)用功能則尚不多見。

WAVE/DSRC將成新車標(biāo)準(zhǔn)配備

有關(guān)車與車之間的溝通，美國(guó)計(jì)劃采取汽車專用短距離通訊(Dedicated Short Range Communications，DSRC)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。NHTSA雖然未明確表示將采用何種DSRC通訊技術(shù)，但就美國(guó)先前的研究開發(fā)與場(chǎng)域測(cè)試來看，其將采用的DSRC通訊技術(shù)應(yīng)該是5.9GHz車用環(huán)境無線存取(WAVE)/DSRC，包含IEEE1609相關(guān)協(xié)議與IEEE802.11p的技術(shù)。

DSRC 的有效通訊距離為數(shù)百米，車輛通過DSRC以每秒十次的頻率，向路上其他車輛發(fā)送位置、車速、方向等信息;當(dāng)車輛接收到其他車輛所發(fā)出的信號(hào)，在必要時(shí)(例如馬路轉(zhuǎn)角有其他車輛駛出，或前方車輛突然緊急煞車、變換車道)車內(nèi)裝置會(huì)以閃爍信號(hào)、語音提醒或是座椅、方向盤震動(dòng)等方式提醒駕駛?cè)俗⒁?圖1)。

圖1 車機(jī)通過DSRC，可提供駕駛?cè)税踩拘畔榇?，通用汽?GM)已為汽車座椅震動(dòng)技術(shù)申請(qǐng)了專利，福特(Ford)也研發(fā)出方向盤震動(dòng)技術(shù)，以配合將可能強(qiáng)制安裝的車輛互連通訊系統(tǒng)。

此外，若交通管理號(hào)志等公路設(shè)施采用DSRC通訊技術(shù)，同樣也能與路上的車輛對(duì)話，告知車輛駕駛?cè)讼嚓P(guān)路況(如前方道路壅塞、施工、路面坑洞等信息)，以便駕駛?cè)颂崆案牡阑蜃⒁狻?/p>

DSRC建立自動(dòng)駕駛基礎(chǔ)

美國(guó)密歇根交通局(MDOT)2011年在密執(zhí)安州奧克蘭郡做實(shí)車展示測(cè)試，在這次的實(shí)車展示測(cè)試中，有將近三千輛裝有DSRC通訊裝置的汽車、巴士、貨車與摩托車參與，以進(jìn)行V2V、V2I通訊效用的測(cè)試。

測(cè)試首先連結(jié)車輛與路口交通燈號(hào)控制設(shè)備的路側(cè)裝置，通過DSRC通訊技術(shù)，路口紅綠燈號(hào)志將信號(hào)相位和時(shí)序(Signal Phaseand Timing，SPAT)信息傳輸給車輛，車輛再基于差分全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(DGPS)/全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)做精準(zhǔn)定位，依其行車信息(車速、前進(jìn)方向、停止線距離)與環(huán)境信息(路段長(zhǎng)度、道路速限)，估算后提供車輛駕駛?cè)诵旭偹俣冉ㄗh，以達(dá)成行車安全與效率并重之應(yīng)用(圖2)。

圖2 通過DSRC廣播SPaT信息示意圖2014 年1月在美國(guó)舉行的國(guó)際消費(fèi)電子展(CES)上，福特、通用等汽車大廠紛紛展示出各自最先進(jìn)的V2V溝通技術(shù)。據(jù)相關(guān)研發(fā)人員表示，這套系統(tǒng)的功能遠(yuǎn)大于車用雷達(dá)、紅外線傳輸感應(yīng)等技術(shù)，并將成為未來自動(dòng)駕駛汽車的基礎(chǔ);且待該技術(shù)進(jìn)到商業(yè)化階段，新車安裝此系統(tǒng)僅須支付100多美元的額外成本。

雖然DSRC受到了福特、通用、本田(Honda)、現(xiàn)代(Hyundai)、奔馳(Mercedes-Benz)、日產(chǎn)(Nissan)、豐田(Toyota)等眾多汽車廠商支持，但美國(guó)運(yùn)輸部(The United States Department of Transportation，USDOT)官員表示，新技術(shù)至少須10年才可能廣泛應(yīng)用;另外，此項(xiàng)技術(shù)雖可望減少交通事故發(fā)生，但也可能引起侵犯?jìng)€(gè)人隱私的爭(zhēng)議。汽車自動(dòng)化專家表示，通過DSRC系統(tǒng)，汽車廠商等相關(guān)機(jī)構(gòu)將能了解車主一舉一動(dòng)，后續(xù)該技術(shù)在應(yīng)用與法規(guī)制訂上，仍值得觀察。

除美國(guó)之外，歐洲國(guó)家及澳洲也著手研究與測(cè)試DSRC通訊技術(shù)，并開發(fā)新的應(yīng)用領(lǐng)域;以葡萄牙來說，其利用五百多輛汽車及路側(cè)單元(Road Side Unit，RSU)，建構(gòu)出涵蓋整個(gè)城市的汽車網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)(Vehicle Mesh Network)，并作為港口碼頭管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳遞之用。

結(jié)合遠(yuǎn)程服務(wù)，車聯(lián)網(wǎng)優(yōu)化車輛管理

前述的DSRC聯(lián)網(wǎng)汽車應(yīng)用，主要通過互助式的行車安全警示及路況信息提供，達(dá)成減少車禍的發(fā)生與傷亡;設(shè)備上須有支持DSRC通訊功能的車機(jī)搭配政府布建的路側(cè)單元;此外，還要仰賴政府訂定法規(guī)來支持。

因當(dāng)前多數(shù)車輛尚未配備有DSRC通訊功能的車機(jī)，政府亦未大量布建路側(cè)單元，使各大車廠僅先著手于連結(jié)智能型手機(jī)、車機(jī)與3G/4G網(wǎng)絡(luò)來提供自家的車聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，比如通用汽車的OnStar，及大眾汽車(Volkswagen)的Car-Net(圖3)。

圖3 大眾汽車提供的Car-Net服務(wù)以福斯汽車為例，目前已在部分車種上配備Car-Net車聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，其服務(wù)大致可分為遠(yuǎn)程車輛存取(Remote Vehicle Access)、安全守護(hù)(Safe & Secure)、家人監(jiān)護(hù)(Family Guardian)、診斷維護(hù)(Diagnostics & Maintenance)等幾類。

在「安全守護(hù)」方面，發(fā)生交通碰撞事故時(shí)，一旦車內(nèi)的安全氣囊充氣彈出，車輛馬上會(huì)自動(dòng)聯(lián)機(jī)到服務(wù)中心，由客服人員立即通知相關(guān)救護(hù)單位前往救援;又當(dāng)車輛故障須要協(xié)助時(shí)，車主只須按下車內(nèi)緊急通話按鈕，即可聯(lián)機(jī)服務(wù)中心，獲得適當(dāng)?shù)膮f(xié)助;而當(dāng)車輛失竊時(shí)，亦可通過服務(wù)中心得知車輛目前位置，并持續(xù)追蹤車輛行徑，盡速協(xié)助車主尋回愛車(圖4)。[!--empirenews.page--]

圖4 安全守護(hù)應(yīng)用示意圖若車主將車輛借予親友、家人使用時(shí)(比如父母將車借給子女)，可以設(shè)定車輛速度警(Speed Alert)與邊境范圍警示(BoundaryAlert)，持續(xù)追蹤車輛的行為;當(dāng)家人超速開車或超出邊境范圍，車輛會(huì)對(duì)車主發(fā)出警示通知，讓車主聯(lián)系開車的家人注意安全，以達(dá)到「家人監(jiān)護(hù)」功能(圖5)。

圖5 家人監(jiān)護(hù)服務(wù)示意圖有時(shí)車主停車后卻忘了將車鑰匙帶下車，因而無法開啟車門，此時(shí)車主就能通過智能型手機(jī)開啟車門;又或是下車離開后，卻忘了車門、車燈是否關(guān)上，此時(shí)車主在他處即可通過智能型手機(jī)來檢查車輛的油量、車門、車燈、引擎蓋、后行李箱等車況狀態(tài)，亦可通過智能型手機(jī)查詢最后停放的位置，甚至是操控喇叭、開閃光燈等「遠(yuǎn)程車輛存取」功能(圖6)。

圖6 手機(jī)可通過遠(yuǎn)程車輛存取服務(wù)查詢車況在「診斷維護(hù)」服務(wù)方面，車主通過該系統(tǒng)得以查詢維修保養(yǎng)廠位置，并在線預(yù)約保養(yǎng)維修時(shí)間，亦可通過系統(tǒng)做車輛遠(yuǎn)程診斷，系統(tǒng)將以電子郵件定期傳送診斷報(bào)告給車主，確保行車安全(圖7)。

圖7 遠(yuǎn)程診斷維護(hù)示意圖編后語

V2V模式可以讓汽車減少事故發(fā)生率，這個(gè)比單純使用傳感器、雷達(dá)和攝像頭會(huì)更有效。但使用5.9GHz和使用wifi道理是一樣的，都會(huì)有干擾。在15年有關(guān)于此類技術(shù)被國(guó)外某組織發(fā)文聲討過，其大意表示該技術(shù)非常適用于未來駕駛，但干擾問題目前無法避免。保持 5.9GHz 頻段不受干擾是車輛通訊時(shí)一個(gè)至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，汽車制造商協(xié)會(huì)認(rèn)為，只有當(dāng)證明在 V2V、V2I 系統(tǒng)通訊不會(huì)受干擾時(shí)，這個(gè)頻段才可以被允許開放使用。

其實(shí)早在1999年，5.9GHz 頻段就被聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)分配用來保障公共交通安全。因此這個(gè)頻段其實(shí)并沒有被聯(lián)邦政府保留，而是一直都作為部署智能交通的一項(xiàng)技術(shù)。

而對(duì)于汽車制造商來說，他們有以下觀點(diǎn)：

1. 車廠、大學(xué)、政府在合作開發(fā) V2V、V2I(vehicle-to-infrastructure)技術(shù)，這可以讓我們所謂的“互聯(lián)汽車”有專用的頻段來進(jìn)行瞬時(shí)或持續(xù)的通訊。 汽車工業(yè)一直都計(jì)劃為 V2V 和 V2I 使用一個(gè)相對(duì)小眾、有價(jià)值、高效的頻段，并且創(chuàng)造能夠協(xié)調(diào)千萬量級(jí)的車輛運(yùn)行的系統(tǒng)。

2.汽車行業(yè)可以支持頻段的有效利用，并且會(huì)測(cè)試5.9GHz 頻段是否可以在未經(jīng)授權(quán)的用戶之間安全的共享。

3.美國(guó)國(guó)家公路交通安全管理局(NHTSA)估計(jì),V2V 和 V2I 技術(shù)可以減少高達(dá)80%的交通事故傷亡。

4.互聯(lián)汽車可以減少交通擁堵，節(jié)省乘客的時(shí)間和金錢，同時(shí)也可以減少車輛怠速時(shí)排出的尾氣。

再有，從上文我們可以知道DSRC必須配有兩樣?xùn)|西，定位的GPS和具有提示和顯示功能的車機(jī)。之前我們有發(fā)過“上帝視角”的問題，V2I(汽車對(duì)基礎(chǔ)建設(shè))使用周邊的建設(shè)可以彌補(bǔ)GPS在高樓密集地或者地下通道等問題。

因現(xiàn)在的定位技術(shù)及時(shí)在空曠地方定位也會(huì)相差5~6米距離，放在馬路上就會(huì)有3條車道的距離，根據(jù)各種交通意外來判斷，很多交通意外還是近距離的磕磕碰碰，這個(gè)時(shí)候還是需要毫米波雷達(dá)、紅外和攝像頭來解決近距離問題，所以有多種技術(shù)給汽車做安全鋪墊是一定會(huì)大大減少意外發(fā)生，提高生存幾率。