紀(jì)明君、陳新、李彪

（北京汽車研究總院 101300)

0 引言

汽車已經(jīng)成為人們生產(chǎn)和生活的必需品，但由于能源價(jià)格持續(xù)上升、交通壓力不斷增加和環(huán)境污染日益嚴(yán)重等因素影響，以及人們對(duì)汽車駕駛安全性、舒適性和經(jīng)濟(jì)性要求不斷升高的共同作用下，積極開發(fā)并使用基于V2X的車輛組隊(duì)通信管理系統(tǒng)，已經(jīng)成為車輛領(lǐng)域不可避免的發(fā)展方向[1]。

1 車輛組隊(duì)的車間通信技術(shù)現(xiàn)狀

車輛組隊(duì)的車間通信系統(tǒng)功能，是利用車間通信設(shè)備實(shí)現(xiàn)車隊(duì)內(nèi)部通信，通過(guò)車輛位置和狀態(tài)信息的傳輸與共享，為決策、規(guī)劃和控制提供必要信息，實(shí)現(xiàn)近距離的車輛編隊(duì)行駛。此外，車間通信子系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)車輛編隊(duì)的管理，包括創(chuàng)建車隊(duì)、解散車隊(duì)、車輛入隊(duì)和車輛出隊(duì)等狀態(tài)的切換，使得整個(gè)車隊(duì)步調(diào)一致，協(xié)調(diào)運(yùn)行。

1.1 主流技術(shù)方案內(nèi)容

當(dāng)前車輛組隊(duì)的車間通信技術(shù)方案，主要利用無(wú)線通信設(shè)備建立車載自組織網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)車隊(duì)內(nèi)部通信，以保證車隊(duì)內(nèi)車輛位置和狀態(tài)信息的共享。針對(duì)車隊(duì)內(nèi)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)，需要獲取以自身為中心的附近車輛狀態(tài)信息，為車輛決策提供信息支撐。對(duì)于引導(dǎo)車，需要掌握車隊(duì)的實(shí)時(shí)狀態(tài)信息，為車隊(duì)決策提供依據(jù)[2]。本軟件采集車輛的位置和狀態(tài)信息，進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示并對(duì)外發(fā)布，為引導(dǎo)車提供車隊(duì)管理功能，為跟隨車提供入隊(duì)申請(qǐng)和故障報(bào)告等功能。

1.2 主流技術(shù)方案存在的問(wèn)題

目前基于自動(dòng)駕駛的車輛組隊(duì)技術(shù)尚處于預(yù)研發(fā)階段，預(yù)期采用“領(lǐng)航車輛+跟隨車輛”模式。領(lǐng)航車輛主要由人工駕駛，傳感器負(fù)責(zé)輔助駕駛；跟隨車輛完全為無(wú)人駕駛。智能技術(shù)采用激光雷達(dá)和攝像頭等，網(wǎng)聯(lián)技術(shù)采用無(wú)線通信系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享協(xié)同控制。涉及到車規(guī)及標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題，目前車輛組隊(duì)采用的數(shù)據(jù)通信控制單元還停留在測(cè)試實(shí)驗(yàn)階段，整個(gè)通信管理控制單元還沒(méi)有達(dá)到實(shí)際量產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。

2 基于V2X的車輛組隊(duì)通信管理系統(tǒng)架構(gòu)

2.1 車間通信網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建

車間通信網(wǎng)絡(luò)采用DSRC（Dedicated Short Range Communication）設(shè)備組建車間網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。現(xiàn)階段車載專用短程通信設(shè)備使用的是5.9 GHz微波專用短程通信（DSRC）技術(shù)，工作在5.8～5.9 GHz頻段，且工作頻率可調(diào)，通過(guò)以太網(wǎng)RJ45接口與工控機(jī)連接，并利用UDP協(xié)議實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)收發(fā)。編隊(duì)車輛通過(guò)表示不同命令的數(shù)據(jù)包傳輸實(shí)現(xiàn)信息交互，在DSRC設(shè)備的通信覆蓋范圍內(nèi)，單個(gè)節(jié)點(diǎn)能夠接收到所有節(jié)點(diǎn)的信息。數(shù)據(jù)在車隊(duì)節(jié)點(diǎn)間傳輸時(shí)，其通信系統(tǒng)運(yùn)行流程如圖1所示。

圖1 通信系統(tǒng)運(yùn)行流程

2.2 V2I和V2V技術(shù)的運(yùn)用

車隊(duì)內(nèi)部車輛與路測(cè)設(shè)備之間通過(guò)V2I（汽車對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施）通信，可實(shí)現(xiàn)限速預(yù)警、限高預(yù)警、紅綠燈預(yù)警、道路施工提醒以及基于信號(hào)燈的車速引導(dǎo)等應(yīng)用場(chǎng)景。車隊(duì)內(nèi)部車輛之間的V2V（汽車對(duì)汽車）通信，可實(shí)現(xiàn)車隊(duì)創(chuàng)建、車隊(duì)巡航、隊(duì)外車輛加入、隊(duì)內(nèi)車輛離開、車隊(duì)拆分、車隊(duì)融合以及車隊(duì)解散等應(yīng)用場(chǎng)景[3]。其中V2I作為可選項(xiàng)，可通過(guò)傳感器或其他方式來(lái)實(shí)現(xiàn)其功能。

2.3 主要通信管理系統(tǒng)控制單元

車載控制單元：包括核心處理控制器、前向中長(zhǎng)距毫米波雷達(dá)、側(cè)后方短距毫米波雷達(dá)、前置雙目攝像頭、一組V2X/4G/GNSS天線以及車輛控制相關(guān)的元件。

定位控制單元：RTK（載波相位差分技術(shù)）高精度定位，系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)獲取CORS基站的位置矯正信息，再通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)該信息到車輛搭載的GNSS控制單元。在車載GNSS控制單元進(jìn)行實(shí)時(shí)求差解算坐標(biāo)，并得到最終的位置信息，定位精度可達(dá)到厘米級(jí)。

控制單元：控制車輛的縱向、橫向移動(dòng)。

決策控制單元：通過(guò)前車軌跡信息、自車信息進(jìn)行速度與專項(xiàng)決策。

2.4 車輛組隊(duì)方式

車輛在數(shù)據(jù)傳輸前需要車輛組隊(duì)，根據(jù)車輛的位置信息將車輛組成有序的車隊(duì)。車隊(duì)運(yùn)行過(guò)程共包含3種狀態(tài)，分別為車隊(duì)組建、車隊(duì)運(yùn)行和車隊(duì)解散。其組隊(duì)過(guò)程中，首先由領(lǐng)航車發(fā)出組隊(duì)邀請(qǐng)，邀請(qǐng)目標(biāo)自動(dòng)選定距離最近的跟隨車；當(dāng)車隊(duì)組建完成后，可以通過(guò)車隊(duì)路由對(duì)車隊(duì)運(yùn)行進(jìn)行控制，并保障車隊(duì)正常運(yùn)行；車隊(duì)解散指令即可在車隊(duì)運(yùn)行后執(zhí)行[4]，也可以在車隊(duì)組建后尚未運(yùn)行前執(zhí)行。具體車隊(duì)狀態(tài)變遷圖如圖2所示。

3 技術(shù)方案驗(yàn)證

3.1 技術(shù)方案優(yōu)勢(shì)

利用V2X通信控制單元對(duì)車輛組隊(duì)進(jìn)行通信管理，可極大提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)車隊(duì)的動(dòng)態(tài)管理，包括創(chuàng)建車隊(duì)、解散車隊(duì)、車輛入隊(duì)和車輛離隊(duì)等狀態(tài)的切換，使得整個(gè)車隊(duì)步調(diào)一致，協(xié)調(diào)運(yùn)行。其次，車輛組隊(duì)是未來(lái)智能交通重要研究方向，車輛組隊(duì)后，可減小車輛之間的距離，從而降低風(fēng)阻、較少燃料消耗和廢氣排放，降低卡車等商用車運(yùn)營(yíng)成本。同時(shí)增加道路的利用率，提高道路的通行效率。最后，對(duì)于車輛駕駛員來(lái)講，可提高駕駛舒適性，不需要全神關(guān)注路面情況，行駛中有空閑時(shí)間進(jìn)行娛樂(lè)、休息和工作。車隊(duì)內(nèi)車輛之間相對(duì)速度較小，碰撞時(shí)沖量也較小，智能傳感器反應(yīng)速度比人的反應(yīng)速度更快，車輛行駛將更加安全。

3.2 實(shí)際運(yùn)行效果

基于V2X車輛組隊(duì)通信管理系統(tǒng)的技術(shù)方案，提供了車輛組隊(duì)與信息傳遞的功能，保證了車輛組隊(duì)信息的采集、傳輸以及車隊(duì)的管理，為車輛組隊(duì)提供了保障[5]。在實(shí)際進(jìn)行的三輛車組隊(duì)測(cè)試過(guò)程中，可以做到在時(shí)速不超過(guò)50 km/h的情況下，車隊(duì)中車與車之間的距離可以控制在15 m之內(nèi)，已初步滿足了車輛組隊(duì)的需求。

4 結(jié)束語(yǔ)

車輛組隊(duì)在降低燃料消耗及環(huán)境污染、緩解道路交通壓力、提升駕駛安全性和舒適性等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，也是未來(lái)車輛發(fā)展的趨勢(shì)。因此，這種基于V2X的車輛組隊(duì)通信管理系統(tǒng)的成功研發(fā)，可在一定程度上加快推動(dòng)社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步。

領(lǐng)航車在車輛組隊(duì)中起到核心控制的作用，負(fù)責(zé)向跟隨車發(fā)送相關(guān)組隊(duì)邀請(qǐng)，并控制和審批跟隨車的入隊(duì)申請(qǐng)。而跟隨車僅能接受來(lái)自領(lǐng)航車的組隊(duì)邀請(qǐng)，并判斷是否入隊(duì)，若入隊(duì)則向領(lǐng)航車發(fā)送入隊(duì)申請(qǐng)。根據(jù)車輛組隊(duì)，按照領(lǐng)航車與跟隨車角色的不同，二者具體組隊(duì)流程如圖3所示。

圖3 車隊(duì)組隊(duì)流程（左圖為領(lǐng)航車，右圖為跟隨車）