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1.3 网联化汽车 |
车联网是以车内网、车载移动互联网和车际网为基础，按照约定的体系架构通信协议和数据交互标准，在车-X（X包括车、路、行人及互联网等）之间，进行通信和信息交换的信息物理系统。它能实现智能交通管理、智能动态信息服务和车辆智能化控制的一体化网络，它是物联网技术在交通系统领域的典型应用。
车联网相当于车内网、车载移动互联网和车际网三网融合而成的网，如图1-21所示。其中，车内网是指通过应用成熟的总线技术建立一个标准化的整车网络，包括CAN、LIN，各个控制模块之间通过数据线进行数据共享；车载移动互联网是指车载终端通过4G或5G通信技术与互联网进行无线连接的网络，以便和云服务器之间进行大容量的数据交换；车际网是基于无线局域网络协议的动态网络，实现在一定范围内的车辆与车辆之间的数据交换，实现协同控制，如图1-22所示。
图1-21 三网融合而成的车联网
图1-22 车-车互联
车联网不仅可以应用于交通控制和车辆安全保障，同时在信息服务方面和智慧城市建设方面也有应用；车联网可以实现远程故障诊断，有利于实现汽车与手机互联映射，实现协同控制，有利于实现无人驾驶；车联网可以大大提高车辆的智能化程度，拥有车联网的城市将不再出现交通拥挤，并且驾驶也会变得更加安全。车联网的功能如图1-23所示。
图1-23 车联网的功能
车联网可为交通管理机构提供服务，提高车辆与交通相关信息的数量和质量，更高效地管理运输系统，为城市交通规划提供支持。车联网可为消费者提供服务，例如选择出行方式、提供路径规划、推荐加油站或充电站。
通过车联网，能与其他车辆进行通信，彼此明确对方的“意愿”，便于高速通过交通路口，提高路口通行能力；通过车联网，汽车能够连接到城市各类红绿灯等交通设施，相当于拥有“千里眼”，明晰道路状况，实现最合理的路径规划，自动规避危险，从而有助于提高行驶安全，减少道路交通事故；通过车联网，可以实现多辆汽车的队列协同控制，提高道路利用率，减少因车辆穿插而出现事故的可能；通过车联网，可以及时获取行人和非机动车辆的预警信息，从而做出预判，减少交通事故，如图1-24所示。
图1-24 车联网减少交通事故的方式
车联网带来的智能交通将成为节能降耗的重要推手。一方面可以规划好的线路，实现最短的行驶里程和最佳的路面状况，减少无谓的能量消耗；另一方面也可以控制车辆在最经济的模式下运行，减少能耗。总之，就是利用人、车、路三者构成的流畅交通网络，来大幅减少额外的燃油消耗和污染。
一般情况下，智能化汽车的等级可以按照驾驶人介入汽车行驶的程度进行定义，而车联网的等级则应当从乘客体验角度出发进行定义，一般分为网联辅助信息交互、网联协同感知、网联协同决策与控制三个等级。各个等级的定义、车辆控制、车辆要获取的典型信息、车辆对信息的要求参见表1-1所示的内容。
表1-1 车联网的等级划分
车联网以“两端一云”为主体、路基设施为条件，包括智能网联汽车、移动智能终端、车联网服务平台等对象，如图1-25所示，涉及V2C（车-云）、V2V（车-车）、V2P（车-人）、V2I（车-路）、车内通信五个场景。车联网主要包括人、车、路、通信、服务平台五类要素。
图1-25 “两端一云”的车辆场景
图1-26所示为基于V2C网联的自动驾驶场景。车与云平台间的通信是指车辆通过卫星或移动蜂窝等无线通信技术实现车辆与车联网服务平台的信息传输。一方面将自身的位置和状态信息上传给云服务器，供他人使用；另一方面接收平台下达的相关控制指令或其他相关信息，控制车辆的运行。基于V2C（车与云）网联的自动驾驶对网络的要求非常高，一方面要保证数据的传输速率，另一方面要保证及时性，否则车辆将无所适从。
图1-26 基于V2C网联的自动驾驶场景
V2V（车与车）间的通信是指车辆与车辆之间实现信息交流与信息共享，包括车辆位置、行驶速度等车辆状态信息，可用于判断道路车流状况和形成编队行驶。以排头的车辆作为头车，跟随车们通过V2V车联网实时连接，根据头车的操作而变更驾驶策略，整个车队以极小的车距编队自动驾驶，把车辆开出“婚车仪仗队”的既视感，如图1-27所示。编队行驶状态可以在节省油耗的同时更高效地完成货物运输，减少驾驶人疲劳驾驶等情况带来的事故风险，也可释放更多车道，缓解交通压力。
图1-27 基于V2V协作/编队的自动驾驶场景
车与人间的通信是指用户可以通过Wi-Fi、蓝牙、蜂窝等无线通信手段与车辆进行信息沟通，使用户能通过对应的移动终端设备监测并控制车辆。例如利用远程通信设备通知车辆自主到达停车泊位，或者利用远程通信设备通知车辆自主到达上车地点，无须驾驶人或乘客在上、下车地点和停车泊位之间来回走动，如图1-28所示。
车联网关键技术分布在“端-管-云”三个层面。在“端”层面，关键技术主要包括车辆和路侧设备的智能化、网联化进程加快，关键技术包括汽车电子、车载操作系统技术等；在“管”层面，关键技术主要包括4G/5G车载蜂窝通信技术、LTE-V2X和802.11p无线直连通信技术等；在“云”层面，实现连接管理、能力开放、数据管理、多业务支持的车联网平台技术是核心。
图1-28 基于V2P的远程自动驾驶汽车/远程自动泊车场景
射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）技术是通过无线射频信号实现物体识别的一种技术，具有非接触、双向通信、自动识别等特征，对人体和物体均有较好的效果。RFID不但可以感知物体位置，还能感知物体的移动状态并进行跟踪。RFID技术一般与服务器、数据库、云计算、近距离无线通信等技术结合使用，由大量的RFID通过物联网组成庞大的物体识别体系，如图1-29所示。
图1-29 射频识别技术的应用
车辆服务需要大量数据的支持，这些数据的原始来源正是依靠各类传感器进行采集。不同的传感器或大量的传感器组成一个庞大的数据采集系统，动态采集一切车联网服务所需要的原始数据，例如车辆位置、状态参数、交通信息等。当前的采集系统已由单个或几个传感器演化为由大量传感器组成的传感器网络，并且能够根据不同的业务进行个性化定制，向服务器提供数据源，经过分析处理后作为各项业务数据为车辆提供优质服务，如图1-30所示。
图1-30 传感网络技术
卫星定位是指通过利用卫星和接收机的双向通信来确定接收机的位置，可以实现全球范围内实时为用户提供准确的位置坐标及相关的属性特征，如图1-31所示。如果采用差分技术，其精度甚至可以达到米级。定位是导航的基础，随着全球定位技术的发展，车联网的发展迎来了新的历史机遇，传统全球定位系统成为车联网技术的重要技术基础，为车辆的定位和导航提供了高精度的可靠位置服务，成为车联网的核心业务之一。随着我国北斗导航系统的日益完善并投入使用，车联网技术又有了新的发展方向，并逐步实现向国产化、自主知识产权的时期过渡。
图1-31 卫星定位技术
传感网络采集的路况信息需要通过通信系统传输到云端，才能得到及时的处理和分析，分析后的数据也要经过通信网络的传输才能到达车辆终端设备。考虑到车辆的移动特性，车联网技术只能采用无线通信技术来进行数据传输，因此无线通信技术是车联网技术的核心组成部分之一。在各种无线传输技术的支持下，数据可以在服务器的控制下进行交换，实现业务数据的实时传输，并通过指令的传输实现对网内车辆的实时监测和控制，如图1-32所示。
图1-32 无线通信技术
大数据（Big Data）是指借助于计算机技术、互联网，捕捉到数量繁多、结构复杂的数据或信息的集合体。在计算机技术和网络技术的发展推动下，各种大数据处理方法已经开始得到广泛的应用。常见的大数据技术包括信息管理系统、分布式数据库、数据挖掘、类聚分析等，这些技术成为不断推动大数据在车联网中应用的强大驱动力。
车联网作为一个庞大的物联网应用系统，包含了大量的数据、处理过程和传输节点，其高效运行必须有一套统一的标准体系来规范，从而确保数据的真实性和完整性，完成各项业务的应用。标准化已成为车联网技术发展的迫切要求，也是一项复杂的管理技术。另外，车联网和获取服务本身也是为了更好地为车辆安全行驶提供保障，因此安全体系的建立也十分重要。如果没有很好的数据安全保障，车辆的运行就会受到各种意外的影响，人财物的安全都将无从谈起。