智能網聯(lián)汽車V2X技術研究

摘要：信息技術的不斷發(fā)展，以互聯(lián)網為基礎的新技術、新工藝被廣泛應用于汽車制造領域，改善了傳統(tǒng)的汽車設計制造方案，全面提高智能網聯(lián)汽車的生產力水平。本文對智能網聯(lián)汽車中主流V2X技術標準及研發(fā)方向進行了論述，在此基礎上對V2X終端硬件系統(tǒng)設計進行了重點分析，結合智能汽車與無人駕駛中V2X技術的應用效果，提出V2X終端性能與應用功能檢測方案，對智能聯(lián)網汽車感知、決策、執(zhí)行功能的綜合管理提供積極參考。

關鍵詞：智能網聯(lián)汽車;V2X技術;研究分析

本研究工作開展前，首先需要明確智能網聯(lián)汽車聯(lián)網通信需求和網絡基本框架，分析在當前5G時代的發(fā)展背景下，智能網聯(lián)汽車V2X技術應用過程中需要解決的問題，全面提高V2X技術的實際應用水準，確保智能網聯(lián)汽車的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。智能網聯(lián)汽車是汽車產業(yè)轉型升級的重要標志，主要在傳統(tǒng)汽車功能的基礎上，通過傳感器、控制器等一系列硬件設施的裝配與應用，在保證現(xiàn)代通訊要求的同時，在網絡技術的支持下實現(xiàn)車與x之間的數(shù)據共享。

一、智能網聯(lián)汽車主流V2X技術標準及研發(fā)方向

（一）技術標準

智能網聯(lián)汽車的環(huán)境感知、行車決策制定需要V2X技術作為支持，實現(xiàn)車與車之間的智能通信，充分發(fā)揮出自動化駕駛具有的功能作用，制定出明確的控制目標。在V2X技術研發(fā)階段，除了提供專用的短程通信通道之外，還需要結合主流通信標準分析5G技術時代的到來，結合汽車智能控制的根本需求，充分發(fā)揮出V2X技術的競爭優(yōu)勢。V2X技術能夠保證在高速移動過程中數(shù)量傳輸數(shù)據的穩(wěn)定性，降低數(shù)據傳輸延遲，實現(xiàn)對車輛運行的安全控制，建立安全網絡架構，避免在行駛過程中由于行車車輛過多導致的技術體系容量下降等問題，為企業(yè)創(chuàng)造更高的經濟效益，滿足新時期V2X技術的應用需求。

（二）研發(fā)方向

移動通信網絡技術在汽車研發(fā)與制造中的有效應用，經過長時間的業(yè)務融合與發(fā)展，已經成為汽車研究制造領域不可或缺的重要技術，當前智能網聯(lián)汽車項目的開發(fā)，將目光放在V2X技術研發(fā)的基礎上，確保車聯(lián)網系統(tǒng)的穩(wěn)定性。隨著技術的逐漸成熟，車與車之間的智能化通信成為現(xiàn)實，通信網絡技術能夠提高智能車輛的控制成效，在5G時代的背景下降低網絡延遲，提高智能網聯(lián)汽車的感知能力、決策能力。當前智能網聯(lián)汽車中5G技術尚未得到普及，V2X技術有便捷開放式的發(fā)展特點，在蜂窩網絡的基礎上，不需要重新設置網絡設備，就能實現(xiàn)數(shù)據互聯(lián)。V2X技術的頻帶寬度分配具有較強的靈活性，能夠結合汽車行駛的實際情況，自動化完成頻譜帶寬的調整，V2X技術的支持下保證數(shù)據傳輸?shù)目煽啃?，集中化的資源分配降低網絡數(shù)據丟失問題的發(fā)生。V2X技術在汽車制造研發(fā)領域得到了廣泛應用，能夠為企業(yè)創(chuàng)造更高的經濟效益，在未來發(fā)展階段相關領域的研究學者逐漸意識到V2X技術存在的缺點和問題，通過測試與驗證逐漸完善智能網聯(lián)汽車的通信需求框架。

二、智能網聯(lián)汽車V2X終端硬件系統(tǒng)設計

首先，V2X設備設計需要參考用戶的根本需求，通訊終端是實現(xiàn)車輛之間智能交互的重要媒介，基本功能是及時獲取車輛所處的位置信息，通過以太網分析車輛當前的運行狀態(tài)，將得到的數(shù)據內容封裝處理，并根據系統(tǒng)分析結果對駕駛員下發(fā)通行指令。在此基礎上設計高性能處理器，滿足車路協(xié)同應用的根本需求，V2X終端硬件系統(tǒng)設計如圖1所示：

（一）定位系統(tǒng)模塊

V2X終端硬件系統(tǒng)設計需要保證在通信交互的過程中信息的集中化處理，定位系統(tǒng)模塊主要負責定位數(shù)據的收集與分析，實現(xiàn)數(shù)據信息與設備實際運行的同步管理需求，要求在車輛通信階段保證通訊數(shù)據的準確性和及時性，并在車輛預警系統(tǒng)中結合定位算法，保障車輛定位的精準度，提高系統(tǒng)運行的可靠性。GPS定位模塊設計需要參考的數(shù)據參數(shù)有：靈敏度、靈敏度捕捉時間、時間精度、水平精度等等。在終端啟動后通過數(shù)據處理單元進行定位搜尋，獲得衛(wèi)星信號傳輸?shù)腉PS信息，按照標準的時間序列將得到的數(shù)據內容，整合為數(shù)據包自動進入程序解析，當完成解析后進行數(shù)據共享，根據得到的時間信號進行系統(tǒng)時間校準。

（二）數(shù)據處理系統(tǒng)模塊

數(shù)據處理模塊是硬件系統(tǒng)的核心，想要在多元化數(shù)據通信模式下保證數(shù)據交互的實時性和準確性，需要根據服務需求自動連接基本操作接口，將數(shù)據內容轉換為協(xié)議中的消息格式，通過接口對接進行操作功能的開發(fā)。智能芯片在數(shù)據處理單元中的有效應用，將該模塊分為本機操作模塊、系統(tǒng)通信操作模塊、信息鏡像功能和信息傳輸功能，通過本機操作獲取基礎信息，結合設備使用類型分析設備的運行狀態(tài)，判斷網絡接口是否正常，通過技術調整參數(shù)發(fā)送、參數(shù)接收等功能。自動通過V2X通信接口完成操作函數(shù)的接收發(fā)，在系統(tǒng)內部建立參數(shù)記錄文件夾，消息鏡像功能主要包括通知、請求和應答，要求在系統(tǒng)執(zhí)行階段進行數(shù)據接收，重新進行設備定義調整函數(shù)，根據得到的基礎信息將數(shù)據傳輸?shù)较到y(tǒng)功能槽，實現(xiàn)消息應答。消息操作功能是將本機所獲得的各類數(shù)據，通過打包處理直接傳輸通信子系統(tǒng)中，完成數(shù)據的收發(fā)與對接，通過GPS定位系統(tǒng)獲取行車過程中需要的數(shù)據參數(shù)，利用數(shù)據解析成果完成兩車之間的通訊交互，做好V2X應用場景分類。

（三）無線電通信模塊

無線電通信模塊的主要作用是自動進行空中信號的接收與發(fā)送，通過信息處理技術將數(shù)據內容加載到載波上，以射頻信號的方式進行數(shù)據解調，當前我國制定的V2X路線規(guī)劃標準，需要通過商務通信模組的分析，計算得到工作頻率、工作寬帶。分析其是否達到V2X終端通信標準，根據通信協(xié)議進行程序編寫，將數(shù)據傳輸獲得的信息集中式處理，并共同輸送到載波，以射頻信號的方式傳輸?shù)教炀€系統(tǒng)完成數(shù)據發(fā)送。

（四）天線系統(tǒng)模塊

天線系統(tǒng)模塊能夠實現(xiàn)設備數(shù)據的電磁波轉換，自動完成其他設備發(fā)送的電磁波信號解調，得到有效的數(shù)據信息，在系統(tǒng)方案制定的過程中，天線系統(tǒng)設計要求具備收發(fā)功能，能夠自動完成衛(wèi)星信號接收，得到車輛的定位信息，并做好時間同步處理，配合無線電通信子系統(tǒng)進行數(shù)據收發(fā)。想要全面提高該系統(tǒng)模塊的運行靈活性，需要采用一發(fā)兩收的設計原理，借助通信接口與通信基站間的連接，達到與千里之外的目標車輛之間的通信聯(lián)系，提前進行路況信息獲取。技術開發(fā)人員可以直接進行終端系統(tǒng)訪問，利用天線技術向廣大車輛用戶發(fā)布預警信息，WiFi天線可以作為連接熱點，并通過電腦訪問內部系統(tǒng)進行參數(shù)和程序修改。

三、智能汽車與無人駕駛中V2X技術應用必然性

（一）智能化和網聯(lián)化發(fā)展

智能網聯(lián)汽車制造需在信息化、智能化的發(fā)展基礎上，實現(xiàn)生產、組裝車間等眾多領域的自動化轉型，隨著無人駕駛技術在我國汽車研發(fā)領域的廣泛應用，需運用新網絡技術逐步解決存在的發(fā)展問題，有效預防各類駕駛事故的發(fā)生。傳統(tǒng)的傳感器安裝和智能化系統(tǒng)建立無法滿足無人駕駛的根本需求，隨著V2X技術在車聯(lián)網系統(tǒng)建設中的廣泛應用，強化車與車、車與路之間的有效通信，簡化單車智能設備算法運行流程，將車輛的智能化發(fā)展作為無人駕駛的標準。通過V2X技術的有效滲透，加快汽車智能化發(fā)展速度，滿足智能網聯(lián)汽車產業(yè)技術創(chuàng)新、政策改革的根本需求。

（二）V2X通信技術成熟化

V2X技術在智能網聯(lián)汽車設計中的有效應用，相關通信技術逐漸成熟，國產科技得到進一步發(fā)展，傳統(tǒng)的4G網絡已經無法滿足V2X技術的應用需求。4G網絡時代下存在的延遲效果對快速移動中的車輛會造成嚴重影響，自動駕駛下容易引發(fā)交通事故，因此，5G技術時代與V2X系統(tǒng)之間的結合應用勢在必行，采用高效的無線通信技術，實現(xiàn)對快速移動目標的自動化識別，車與車之間的雙向通信技術已經逐漸成熟。中國華為科技與高通共同制定新的通信標準，具有較高的覆蓋率，能夠支持高速移動場景讀取，具有較強的網絡可靠性，全面提高數(shù)據資源的利用率。國內正在逐漸加大對新型科技的研發(fā)扶持力度，實現(xiàn)標準化的工作加速，讓V2X技術市場逐漸走向規(guī)范化，智能網聯(lián)汽車制造與終端設備應用涉及多個領域的專業(yè)內容，隨著智能網汽車標準體系的構建，標志著國內的標準化工作逐漸成熟。

（三）V2X服務巨大的成長空間

V2X技術能夠為用戶提供更加多元化的服務類型，在完善傳統(tǒng)服務功能的同時，保障汽車行駛的安全性，車聯(lián)網生態(tài)結構的逐漸完善，用戶所提出的需求功能正在從傳統(tǒng)的安全為主向體驗式發(fā)展。建立集硬件設備、研發(fā)公司、電信運營商為一體的車聯(lián)網服務市場，目前我國V2X服務形式具有多樣化的發(fā)展特點，與智能手機低成本、高利潤的科技研發(fā)價值進行對比分析，服務市場具有廣闊的成長空間，正在堅定不移地走手機APP市場增值之路

四、智能網聯(lián)汽車V2X終端性能與應用功能檢測

（一）V2X終端性能測試

虛擬測試：虛擬化測試工作的開展需要建立系統(tǒng)分析環(huán)境，通過信號產生器和信號分析儀等設備的有效應用搭建測試系統(tǒng)，根據實際模擬需求輸入信號，系統(tǒng)在啟動運行后能夠實現(xiàn)GPS信息的同步處理，當各個模塊處于工作狀態(tài)時，利用信號分析儀模擬終端設備與系統(tǒng)保持通訊。當通信線路連接后，接收的數(shù)據信號分析得到的射頻參數(shù)合理性，在測試開展前需要通電運行系統(tǒng)開展定位模塊，模擬行駛路線，將得到的數(shù)據信息直接發(fā)送到系統(tǒng)內部，通過輻射的方式連接到自由空間，在串口終端查看GPS信號指令，分析該模塊是否順利接收到衛(wèi)星傳輸?shù)亩ㄎ粩?shù)據。當確定GPS定位處于正常工作狀態(tài)后，利用物理層調試工具向終端發(fā)送正弦信號，調整信號分析儀的中心頻率，參考工作頻率和信號發(fā)生功率保持通訊連接狀態(tài)，在傳輸過程中完成雙方統(tǒng)計，通過檢波調節(jié)的方式獲取精準的參數(shù)信息。

終端射頻測試：電磁信號傳播過程中主要分為兩種傳輸形式，一種是通過電纜、帶狀線等微波傳輸線進行傳輸，一種是直接輻射到自由空間，兩種傳輸形式之間存在明顯差別，線纜主要采用絕緣材料包裹導體的制作工藝，保證信號傳輸?shù)挠行裕瑫r有效避免傳輸過程中出現(xiàn)電磁波泄露或降低能量損失等問題。與此同時，這一線纜材質存在一系列問題和缺陷，線纜的長度限制通信長度，空間傳播的電磁波信號遠低于線纜傳輸?shù)男盘?，自由空間充滿著雜亂的信號，處于不可控的傳播環(huán)境下，同時存在和反射的障礙物在傳輸過程中會強行吸取電磁波信號。但自由空間的應用優(yōu)勢在于徹底擺脫線纜的距離限制，讓信號傳播變得更加便捷和自由，在測試階段我們對無線通信設備具有的射頻性能參數(shù)進行分析，模擬自由空間下載流程，測試階段屏蔽其他設備的電磁信號，避免對測試設備造成干擾。射頻性能參數(shù)測試實驗，主要通過有線直連的方式進行傳導測試，將最終得到的數(shù)據整合到一起，了解發(fā)射功能頻率、工作范圍等信息，建立頻譜發(fā)射模板。

（二）V2X應用功能檢測

通信性能測試：采用傳導射頻測試原理，結合各項射頻指標在滿足標準值的基礎上，分析該設備的運行原理是否符合工作需求，實現(xiàn)終端之間的相互通信，利用天線進行信息收發(fā)進行輻射測試，了解V2X的通訊性能，分析在一定信號覆蓋范圍內多個終端系統(tǒng)之間，信息交互過程中存在的數(shù)據延時情況以及數(shù)據丟失頻率，數(shù)據延時指的是從數(shù)據發(fā)送端——接收端單向傳輸所耗費的時長參數(shù)，會直接影響到車輛的行駛安全。

實車道路測試：在實車測試的過程中需要參考虛擬場景測試得到的系統(tǒng)結果，對該結果進行驗證分析，仿真模擬程序對比分析仿真場景與現(xiàn)實車道測得結果的差異性。由于實車道路環(huán)境存在嚴重的信號干擾，受到自由空間和氣候條件的影響，無時無刻不對信號傳輸效率造成影響，這是虛擬化設備無法呈現(xiàn)的效果，因此需要通過實車道路測試檢驗，通過實車測試結果進行數(shù)值修改。

碰撞測試：V2X安全系統(tǒng)中的碰撞預警程序，通過自動化檢測分析汽車行駛的正前方是否存在減速車輛，在車后方是否具有追尾風險，在系統(tǒng)檢測過程中觀察系統(tǒng)向駕駛員發(fā)出警報的時間，將其作為V2X安全防護效果的檢驗標準。當發(fā)現(xiàn)危險沖突時，只有及時獲取報警信息才能夠降低危險事故的發(fā)生，在測試階段控制好被測車輛與目標車輛之間的相對距離、相對速度。采用應用層預警算法進行V2X終端測試，在保證設備具有良好通信性能的同時，不斷完善預警算法。爭取在短時間內完成預警輸出，讓駕駛員獲得良好的駕駛體驗。虛擬化場景測試與實車道路測試的有效應用，能通過對比分析的方式進行檢測，了解V2X終端的預警效果，保證測試結果的真實性和準確性。

五、結束語

智能網聯(lián)汽車在通行階段能夠自動完成復雜交通環(huán)境的感知，迅速做出智能化行駛決策，強化汽車系統(tǒng)的控制與執(zhí)行，確保汽車駕駛的安全性和節(jié)能性，智能網聯(lián)汽車中V2X技術作為關鍵技術，主要負責汽車的通信服務和網絡管理，想要實現(xiàn)個系統(tǒng)之間的協(xié)同發(fā)展，就需要為V2X技術的創(chuàng)新與完善創(chuàng)造良好條件。V2X終端硬件系統(tǒng)設計需要結合設備應用的基本需求，本研究從定位系統(tǒng)模塊、數(shù)據處理系統(tǒng)模塊、無線電通信模塊、天線系統(tǒng)模塊四個方向探討系統(tǒng)總體設計方案，并通過虛擬測試、終端射頻測試、通信性能測試、實車道路測試等方式，分析智能網聯(lián)汽車V2X技術的終端功能和應用功能。

作者單位：趙統(tǒng)一? ? 江蘇先安科技有限公司

參? 考? 文? 獻

[1] 陳山枝，葛雨明，時巖. 蜂窩車聯(lián)網（c-V2X）技術發(fā)展、應用及展望[J]. 電信科學，2022，38（1）：1-12.

[2] 葉衛(wèi)明，常賀. 基于智能網聯(lián)汽車的通信和信息安全研究[J]. 電信工程技術與標準化，2022，35（1）：88-92.

[3] 楊燕玲. NR-c在智能網聯(lián)中的應用研究[J]. 廣東通信技術，2021，41（11）：46-49.