智能網(wǎng)聯(lián)汽車 課件 項目四 任務(wù)二認知汽車聯(lián)網(wǎng)與通信技術(shù)

項目四智能網(wǎng)聯(lián)汽車網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)認知汽車聯(lián)網(wǎng)與通信技術(shù)Annualworksummary2前言聯(lián)網(wǎng)是實現(xiàn)自動駕駛技術(shù)的一種重要途徑，其核心在于車路協(xié)同技術(shù)?！奥斆鞯穆贰⒅腔鄣能嚒钡募夹g(shù)路線能夠彌補當(dāng)前自動駕駛汽車在信息感知、分析決策上的不足，盡快實現(xiàn)車輛的智能化自動化運營。在智能網(wǎng)聯(lián)數(shù)據(jù)共享的傳輸，有兩種基本的方式：一是V2X協(xié)同通信，二是高速蜂窩（5G/6G）移動通信。目前，我國強化5G通信技術(shù)，車聯(lián)網(wǎng)項目應(yīng)用上大量支持LTE-V2X、5G-V2X等無線通信關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展。目錄01教學(xué)目標(biāo)02教學(xué)內(nèi)容03課后練習(xí)教學(xué)目標(biāo)0103能描述V2X的應(yīng)用。01能說出智能網(wǎng)聯(lián)汽車V2X的概念、優(yōu)點及相關(guān)技術(shù)。02能說出汽車智能網(wǎng)聯(lián)近距離、中短距離、長距離通信技術(shù)的區(qū)別。01培養(yǎng)學(xué)生樹立家國情懷，以產(chǎn)業(yè)報國，實現(xiàn)偉大復(fù)興的中國夢。02引導(dǎo)學(xué)生樹立不斷探索的科學(xué)精神，提高科學(xué)素養(yǎng)。知識目標(biāo)素質(zhì)目標(biāo)04能闡述我國汽車聯(lián)網(wǎng)與通信技術(shù)。教學(xué)內(nèi)容02一、智能網(wǎng)聯(lián)汽車V2X技術(shù)

汽車中的電子部件越來越多，大量的電子單元都要進行信息交互，傳統(tǒng)的點對點通信已經(jīng)不能滿足需求，因此必須要采用先進的總線技術(shù)。車用總線就是車載網(wǎng)絡(luò)中底層的車用設(shè)備或車用儀表互聯(lián)的通信網(wǎng)絡(luò)其應(yīng)用。一、智能網(wǎng)聯(lián)汽車V2X技術(shù)V2X是即車輛自身和外界事物之間的信息交換。V2X作為智能網(wǎng)聯(lián)汽車通信技術(shù)的核心，車輛自身主要與以下外界事物進行信息交換。01V2X的概念一、智能網(wǎng)聯(lián)汽車V2X技術(shù)⑴覆蓋面更廣300~500m的通信范圍相比雷達探測范圍要遠得多，不僅是前方陣礙物，而且身旁和身后的建筑物、車輛都會互相連接，大大拓展了駕駛員的視野范圍。⑵有效避免盲區(qū)由于所有物體都接入互聯(lián)網(wǎng)，每個物體都會有單獨的信號顯示，因此即便是視野受阻，通過實時發(fā)送的信號也可以顯示視野范圍內(nèi)看不到的物體狀態(tài)，降低了盲區(qū)出現(xiàn)的概率，充分避免了因盲區(qū)而導(dǎo)致的潛在傷害。02V2X有優(yōu)點一、智能網(wǎng)聯(lián)汽車V2X技術(shù)V2X主要包含V2V、V2I、V2N、V2P等。⑴V2VV2V（Vehicle-To-Vehicle，車-車）可以用做車輛間信息交互和提醒，最典型的應(yīng)用是用于車輛間防碰撞安全系統(tǒng)。V2V通信需要一個無線網(wǎng)絡(luò)，在這個網(wǎng)絡(luò)上汽車之間互相傳送信息，這些信息包括速度、位置、駕駛方向、剎車等。車與車之間的信息交互與共享如圖4-2-1所示。03V2X技術(shù)一、智能網(wǎng)聯(lián)汽車V2X技術(shù)V2X主要包含V2V、V2I、V2N、V2P等。⑴V2VV2V（Vehicle-To-Vehicle，車-車）可以用做車輛間信息交互和提醒，最典型的應(yīng)用是用于車輛間防碰撞安全系統(tǒng)。V2V通信需要一個無線網(wǎng)絡(luò)，在這個網(wǎng)絡(luò)上汽車之間互相傳送信息，這些信息包括速度、位置、駕駛方向、剎車等。車與車之間的信息交互與共享如圖4-2-1所示。03V2X技術(shù)一、智能網(wǎng)聯(lián)汽車V2X技術(shù)⑴V2V車輛自身與外界車輛之間的信息交換內(nèi)容，主要包括以下幾點：當(dāng)前本體車輛的行駛速度與附近范圍內(nèi)車輛的行駛速度進行信息內(nèi)容的交換；當(dāng)前本體車輛的行駛方向與附近范圍內(nèi)車輛的行駛方向進行信息內(nèi)容的交換；當(dāng)前本體車輛緊急狀況與附近范圍內(nèi)車輛的行駛狀況進行信息內(nèi)容的交換。V2V主要實現(xiàn)交叉路口碰撞預(yù)警ICW、緊急制動預(yù)警EBW、車輛失控預(yù)警CLW、異常車輛提醒AVW等功能。03V2X技術(shù)一、智能網(wǎng)聯(lián)汽車V2X技術(shù)⑵V2IV2I主要實現(xiàn)道路危險狀況提示HLW）、限速預(yù)警SLW、闖紅燈預(yù)警SVW、綠波車速引導(dǎo)GLOSA等功能。03V2X技術(shù)一、智能網(wǎng)聯(lián)汽車V2X技術(shù)⑶V2NV2N（Vehicle-To-Network，車-互聯(lián)網(wǎng)）是目前應(yīng)用最廣泛的車聯(lián)網(wǎng)形式，其主要功能是使車輛通過移動網(wǎng)絡(luò)，連接到云服務(wù)器，使用云服務(wù)器提供的導(dǎo)航、娛樂、防盜等應(yīng)用功能。03V2X技術(shù)一、智能網(wǎng)聯(lián)汽車V2X技術(shù)⑷V2PV2P即車輛自身與道路之間的信息交換。按照道路的特殊性而言，V2R又可分為兩大類型，一類是車輛自身與城市道路之間的信息交換，另一類是車輛自身與高速道路之間的信息交換車輛自身與道路之間的信息交換內(nèi)容，如圖4-2-4所示V2P主要包括以下方面：車輛自身的行駛路線與道路當(dāng)前路況進行信息內(nèi)容的交換；車輛自身的行駛方向與前方道路發(fā)生的事故進行信息內(nèi)容的交換；車輛行駛的導(dǎo)航信息與道路前方的路標(biāo)牌進行信息內(nèi)容的交換。03V2X技術(shù)一、智能網(wǎng)聯(lián)汽車V2X技術(shù)⑷V2PV2P即車輛自身與道路之間的信息交換。按照道路的特殊性而言，V2R又可分為兩大類型，一類是車輛自身與城市道路之間的信息交換，另一類是車輛自身與高速道路之間的信息交換車輛自身與道路之間的信息交換內(nèi)容，如圖4-2-4所示V2P主要包括以下方面：車輛自身的行駛路線與道路當(dāng)前路況進行信息內(nèi)容的交換；車輛自身的行駛方向與前方道路發(fā)生的事故進行信息內(nèi)容的交換；車輛行駛的導(dǎo)航信息與道路前方的路標(biāo)牌進行信息內(nèi)容的交換。03V2X技術(shù)一、智能網(wǎng)聯(lián)汽車V2X技術(shù)V2X早期主要是基于DSRC，全稱是dedicatedshortrangecommunication，專用短距離通信技術(shù)，后期隨著蜂窩移動通信技術(shù)發(fā)展出現(xiàn)了C-V2X（CellularV2X，即以蜂窩通信技術(shù)為基礎(chǔ)的V2X）技術(shù)。C－V2X無線通信技術(shù)全稱為CellularVehicletoeverything，中文名稱為蜂窩車聯(lián)網(wǎng)，是一種以蜂窩技術(shù)為基礎(chǔ)的車聯(lián)網(wǎng)。C-V2X應(yīng)用如圖4-2-5所示。04V2X的發(fā)展一、智能網(wǎng)聯(lián)汽車V2X技術(shù)（1）移動通信的發(fā)展V移動通信是指通信中的移動一方通過無線的方式在移動狀態(tài)下進行的通信，這種通信方式可以借助于有線通信網(wǎng)，通過通信網(wǎng)實現(xiàn)與世界上任何國家任何地方任何人進行通信，因此，從某種程度上說，移動通信是無線通信和有線通信的結(jié)合。移動通信主要經(jīng)過了1G、2G、3G、4G到如今的5G幾個階段。055G與C-V2X的技術(shù)移動通信技術(shù)介紹一、智能網(wǎng)聯(lián)汽車V2X技術(shù)（2）5G與C-V2X目前5G技術(shù)和C-V2X相輔相成，在5G的框架下開發(fā)C-V2X技術(shù)具備一些傳統(tǒng)的車聯(lián)網(wǎng)所不具備的優(yōu)勢，它可以帶來可提供遠距離和盲區(qū)預(yù)警，具備超寬視野，并且還具備低成本、高可靠、更安全、更穩(wěn)定，可以讓汽車透過部分障礙物進行數(shù)據(jù)傳輸，提升車輛在視線盲區(qū)的感知力，擁有高度的精確性、可靠性及強大的非視距性能，大大提升了用戶駕駛體驗、交通效率以及安全性。我國對LTE-V和5G等基于蜂窩通信的車聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)與產(chǎn)業(yè)態(tài)度非常積極，其技術(shù)優(yōu)勢在于網(wǎng)絡(luò)帶寬更大、通信時延更小。055G與C-V2X的技術(shù)二、汽車智能網(wǎng)聯(lián)通信技術(shù)近距離通信技術(shù)主要有RFID技術(shù)、NFC技術(shù)、Wi-Fi技術(shù)、藍牙技術(shù)。各技術(shù)的特點及應(yīng)用如表4-2-1所示。01近距離通信技術(shù)RFID技術(shù)通過無線射頻方式結(jié)合數(shù)據(jù)訪問技術(shù)，進行非接觸雙向數(shù)據(jù)通信，利用無線射頻方式通過電磁波實現(xiàn)對電子標(biāo)簽進行讀寫，以實現(xiàn)識別目標(biāo)和數(shù)據(jù)交換的目的。可以用于機動車流量、車輛平均速度、道路擁擠狀況等交通信息的采集，也可以用于交通信號優(yōu)化控制、公交信號優(yōu)化控制、特定區(qū)域出入管理等智能交通控制，以及違章、違法行為檢測和車牌自動識別系統(tǒng)等領(lǐng)域。NFC技術(shù)NFC技術(shù)也稱為近場通信是一種高頻無線通信技術(shù)，允許電子設(shè)備之間進行非接觸式點對點數(shù)據(jù)傳輸（在10cm內(nèi)）交換數(shù)據(jù)、圖片和視頻信息?？梢蕴岣咂囀褂玫囊子眯院凸δ苄?，可以將智能手機作為汽車的智能鑰匙用于解鎖打開車門和關(guān)閉車門。Wi-Fi技術(shù)該技術(shù)是一種無線局域網(wǎng)技術(shù)，具有覆蓋范圍廣、傳輸速率快、安裝和建設(shè)成本低的優(yōu)勢。同時，由于無線電信號遇到障礙物會導(dǎo)致信號強度隨著相對接入點距離的增加而減弱，而且容易受同頻率電波的干擾和雷電天氣的影響，造成網(wǎng)絡(luò)信號的不穩(wěn)定和速率下降。Wi-Fi技術(shù)應(yīng)用于智能網(wǎng)聯(lián)汽車，可快速搭建移動熱點，在不依賴于移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)下實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接，體驗無線上網(wǎng)藍牙技術(shù)是一種支持移動電話、掌上電腦、無線耳機、智能汽車以及相關(guān)外設(shè)等設(shè)備不必借助電纜就能聯(lián)網(wǎng)，組成一個巨大的無線通信網(wǎng)絡(luò)進行近距離通信的技術(shù)。車載藍牙電話、車載藍牙音響、車載藍牙后視鏡、汽車虛擬鑰匙、獲取車輛信息、穿戴設(shè)備監(jiān)測人體狀態(tài)并與車輛信息交互等。二、汽車智能網(wǎng)聯(lián)通信技術(shù)中距離通信技術(shù)主要有DSRC技術(shù)、5G移動通信技術(shù)。各技術(shù)的特點及應(yīng)用如表4-2-2所示。02中距離通信技術(shù)DSRC技術(shù)DSRC技術(shù)是由IEEE802.11p底層通信協(xié)議與IEEE1609系列標(biāo)準(zhǔn)所構(gòu)成的技術(shù)，具備低傳輸延遲特性，以提供車用環(huán)境中短距離通訊服務(wù)。解決了在高速移動環(huán)境中數(shù)據(jù)的可靠低時延傳輸問題。闡釋了V2X通信的系統(tǒng)架構(gòu)、資源管理、安全機制等。該技術(shù)可以實現(xiàn)小范圍內(nèi)圖像、語音和數(shù)據(jù)的實時，準(zhǔn)確和可靠的雙向傳輸，將車輛和道路有機連接。國內(nèi)主要以車與路通信中的ETC不停車收費系統(tǒng)為代表。車輛經(jīng)過特定的ETC車道，通過車載OBU與路側(cè)RSU的通信，在無需停車和收費人員采取任何操作的情況下，自動完成收費過程。此外，DSRC應(yīng)用還可以實現(xiàn)電子地圖下載和交通調(diào)度等。LTE-V技術(shù)是大唐電信基于TD-LTE技術(shù)而推出的具有中國自主知識產(chǎn)權(quán)的車載中短距離通信技術(shù)，支持在車輛與車輛（V2V）、車輛與基礎(chǔ)設(shè)施（V2I）、車輛與行人（V2P）之間快速組網(wǎng)，構(gòu)建數(shù)據(jù)共享交互橋梁。LTE-V技術(shù)，可應(yīng)用于交叉路口的會車避讓，緊急車輛優(yōu)先通行，前方車輛的緊急剎車告警以及多車的編隊自動駕駛。二、汽車智能網(wǎng)聯(lián)通信技術(shù)遠距離通信技術(shù)主要有衛(wèi)星通訊技術(shù)、LTE-V技術(shù)。各技術(shù)的特點及應(yīng)用如表4-2-3所示。03遠距離通信技術(shù)衛(wèi)星通訊技術(shù)衛(wèi)星通信技術(shù)（SatelliteCommunicationTechnology）是指利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站轉(zhuǎn)發(fā)無線電波，以達到在兩個或多個地球站之間進行通信的目的。衛(wèi)星通信具有覆蓋范圍廣、通信容量大、傳輸質(zhì)量好、組網(wǎng)方便迅速、便于實現(xiàn)全球無縫鏈接等眾多優(yōu)點，被認為是建立全球通信的一種必不可少的重要手段。在智能交通系統(tǒng)中，衛(wèi)星通信技術(shù)主要應(yīng)用于全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS導(dǎo)航、車輛定位、車輛跟蹤及交通管理，向駕駛?cè)颂峁┏鲂芯€路的規(guī)劃和導(dǎo)航、信息查詢以及緊急援助等。5G移動通信技術(shù)5G移動通信技術(shù)即第五代移動通信技術(shù)（5thgenerationmobilenetworks），簡稱為5G技術(shù)，是最新一代蜂窩移動通信技術(shù)。5G技術(shù)是對包括3G、4G技術(shù)在內(nèi)的現(xiàn)有通信技術(shù)的技術(shù)更新，是4G網(wǎng)絡(luò)的延伸。網(wǎng)絡(luò)延遲低于1ms，數(shù)據(jù)傳輸速率可達10Gbit/s，比4GLTE網(wǎng)絡(luò)快100倍?；谝苿?G通信和網(wǎng)聯(lián)自動駕駛技術(shù)，可實現(xiàn)車輛自動駕駛能力，包括循跡自動駕駛，行人識別和動態(tài)避障、區(qū)域動態(tài)限速、交通信號燈通行、超視距、車輛動態(tài)調(diào)度等場景，同時還具有遠程駕駛功能，可根據(jù)場景需求，完成自動或遠程駕駛實時接管，以及網(wǎng)聯(lián)后臺的監(jiān)控與管理的功能場景。三、V2X的應(yīng)用⑴車路協(xié)同控制

車路協(xié)同控制是指基于無線通信、傳感探測等技術(shù)經(jīng)行車路信息獲取，通過車-車、車-路信息交互和共享，實現(xiàn)車輛和基礎(chǔ)設(shè)施之間智能協(xié)同與配合，達到優(yōu)化利用系統(tǒng)資源、提高道路交通安全、緩解交通擁擠的目標(biāo)。⑵實現(xiàn)方式基于車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的車路協(xié)同系統(tǒng)總體上由車載感知子系統(tǒng)、路側(cè)感知子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理及預(yù)警子系統(tǒng)、交通控制與信息發(fā)布子系統(tǒng)5個部分組成，各子系統(tǒng)的共同作用實現(xiàn)車路協(xié)同。01車路協(xié)同控制車路協(xié)同系統(tǒng)三、V2X的應(yīng)用⑵實現(xiàn)方式車載感知子系統(tǒng)是由安裝在車輛上的各種車輛運行參數(shù)傳感器、車載攝像頭和雷達、GPS衛(wèi)星定位裝置以及車載微處理單元等組成。該子系統(tǒng)又分為車輛感知模塊、環(huán)境感知模塊和GPS定位模塊3部分，如圖4-2-6所示。01車路協(xié)同控制三、V2X的應(yīng)用⑵實現(xiàn)方式路側(cè)感知子系統(tǒng)是由安裝在道路上的地磁、超聲波、紅外、RFID、信標(biāo)、視頻檢測器和道路氣象站、路面路況檢測器等組成，該子系統(tǒng)又分為道路交通感知模塊、道路氣象感知模塊和路面狀況感知模塊3部分。道路交通感知模塊如圖4-2-7所示。01車路協(xié)同控制三、V2X的應(yīng)用⑵實現(xiàn)方式車載通信模塊OBU、路側(cè)通信模塊RSU、移動通信基站以及其他通信設(shè)施共同組成數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)，用于實現(xiàn)短距離無線通信及遠距離有線或無線通信與數(shù)據(jù)傳輸。在交通管理中心，各種信息處理設(shè)備及顯示、報警裝置等組成了數(shù)據(jù)處理和預(yù)警子系統(tǒng)。該子系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)處理模塊、預(yù)警和報警模塊。01車路協(xié)同控制三、V2X的應(yīng)用⑵實現(xiàn)方式通控制與信息發(fā)布子系統(tǒng)是由安裝在道路沿線的信號控制裝置、可變信息板、路旁廣播以及車載信息提示與發(fā)布裝置等組成，如圖4-2-8所示。系統(tǒng)的上述5個子系統(tǒng)緊密聯(lián)系，相互協(xié)調(diào)，將人、車、路、環(huán)境和諧統(tǒng)一，共同形成一個基于車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的有機的車路協(xié)同整體，從而實現(xiàn)車路協(xié)同系統(tǒng)的總體目標(biāo)與功能。01車路協(xié)同控制三、V2X的應(yīng)用⑴多車列隊協(xié)同控制概念多車列隊協(xié)同控制是通過控制手段實現(xiàn)自動駕駛汽車自動組隊以較小間距沿相同路徑行駛，提高道路車輛密度，簡化交通控制復(fù)雜程度，在緩解交通壓力的同時可以降低油耗，節(jié)約能源。智能網(wǎng)聯(lián)汽車將先進的計算機技術(shù)、信息采集與通信技術(shù)和無人駕駛車輛技術(shù)集成在一起，基于感知車輛及車隊周圍的環(huán)境信息，通過車輛隊列和單體車輛整體和局部決策規(guī)劃，利用協(xié)同控制策略和方法，實現(xiàn)多智能體的協(xié)同駕駛。02多車列隊協(xié)同控制三、V2X的應(yīng)用⑵實現(xiàn)方式首先，數(shù)據(jù)接收單元根據(jù)車輛信息進行處理，并進行軌跡規(guī)劃后將信息發(fā)送。場景中各個車輛根據(jù)自車的傳感器（如GPS，速度傳感器，加速度傳感器，橫擺角速度傳感器等）獲得自車的位置，速度，橫擺角（或者橫擺角速度）等自車的狀態(tài)變量，并根據(jù)地圖信息計算得出自車所在車道、車道寬度、車輛與車道中線的夾角等數(shù)據(jù)。通過車車通信將其和換道決策信息發(fā)送到協(xié)同軌跡規(guī)劃車輛。在協(xié)同軌跡規(guī)劃車輛上，一方面，數(shù)據(jù)處理模塊憑借地圖信息，計算得到車輛之間的相對距離，速度等信息；根據(jù)車輛的換道決策劃分為換道車輛和直行車輛，并將相關(guān)信息傳遞到協(xié)同軌跡規(guī)劃層，為其提供相關(guān)數(shù)據(jù)。另一方面，無線通信發(fā)射模塊把規(guī)劃好的車輛軌跡發(fā)送到各個車輛。02多車列隊協(xié)同控制四、我國汽車聯(lián)網(wǎng)與通信技術(shù)2019年12月，華為錢包與比亞迪DiLink聯(lián)合發(fā)布基于NFC的智能“手機車鑰匙”，將搭載比亞迪宋Pro車型，實現(xiàn)解鎖和上鎖等一系列動作，為用戶提供更便捷智能的數(shù)字車生活，如圖4-2-10所示。01華為NFC的運用四、我國汽車聯(lián)網(wǎng)與通信技術(shù)2018年9月15－18日在無錫召開的世界物聯(lián)網(wǎng)博覽會上，奧迪、大眾、一汽、東風(fēng)、長安、上汽等汽車廠商，采用搭載華為LTE-V（基于移動通信技術(shù)演進形成的車聯(lián)網(wǎng)無線通信技術(shù)）車載終端的汽車，進行了V2X智慧交通場景演示。華為LTE-V車載終端成為國內(nèi)首個在開放道路上成功應(yīng)用的LTE-V車聯(lián)網(wǎng)終端，通過集成千尋位置的亞米級定位服務(wù)及融合慣導(dǎo)算法，為汽車提供了車道級的定位能力。02華為LTE-V通信終端的運用課后練習(xí)03一、填空題1.智能網(wǎng)