CN111726784A - 一种基于v2x的车辆行驶安全管理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于V2X的车辆行驶安全管理方法，包括：车辆与车辆之间的管理方法；车辆与路侧设备之间的管理方法；车辆与基础设施之间的管理方法；车辆与行人之间的管理方法。本发明可以通过通讯获得实时路况、道路信息、行人信息等一系列交通信息，提高驾驶安全性、减少拥堵、提高交通效率等。

Description

一种基于V2X的车辆行驶安全管理方法
技术领域
本发明涉及一种基于V2X的车辆行驶安全管理方法，属于车辆智能化控制技术领域。
背景技术
车联网是使用无线通信、传感探测等技术收集车辆、道路、环境等信息，通过车-车(V2V)、车-路(V2R)信息交互和共享，使车和基础设施之间智能协同与配合，从而实现智能交通管理控制、车辆智能化控制和智能动态信息服务的一体化网络。
车联网是物联网技术在智能交通系统领域的延伸。车联网安全应用系统架构包含感知层、通讯层与应用层，感知层包含雷达、光学雷达与影像传感器等，提供车辆收集周边环境信息；通讯层也可称为汽车区域网络(VehicleAreaNetwork，VAN)，分为车载通讯(in-vehiclecommunicaTIon)、车外通讯、车间通讯(vehicletovehiclecommunicaTIon)与车路通讯(vehicletoroadcommunicaTIon)等四部分。目前，以上技术手段还停留在设想阶段。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种基于V2X的车辆行驶安全管理方法，可以通过通讯获得实时路况、道路信息、行人信息等一系列交通信息，提高驾驶安全性、减少拥堵、提高交通效率等。
为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：
一种基于V2X的车辆行驶安全管理方法，包括：车辆与车辆之间的管理方法；车辆与路侧设备之间的管理方法；车辆与基础设施之间的管理方法；车辆与行人之间的管理方法。
前述的一种基于V2X的车辆行驶安全管理方法中，所述车辆与车辆之间的管理方法包括下述方法：通过无线网络将指定距离内的车辆建立通讯连接，将本车辆的状态信息发送给建立通讯连接的其他车辆，同时收集其他车辆的状态信息，所述状态信息包括车辆的速度、位置、驾驶方向、刹车状态。
前述的一种基于V2X的车辆行驶安全管理方法中，车辆与车辆之间通过专用短程通信建立连接，对360°范围内车辆进行感知，对视觉盲点进行侦测，延长驾驶员的驾驶反应时间。
前述的一种基于V2X的车辆行驶安全管理方法中，所述车辆与路侧设备之间的管理方法包括下述方法：为路侧设备配备通讯设备，通过无线网络将车辆和指定距离内的路侧设备建立通讯连接，建立连接的路侧设备将位置信息和状态信息通过无线网络发送给车辆，车辆显示给驾驶员，驾驶员通过路侧设备的状态信息提前思考驾驶方式。
前述的一种基于V2X的车辆行驶安全管理方法中，所述路侧设备指的是电控设备。
前述的一种基于V2X的车辆行驶安全管理方法中，所述车辆与基础设施之间的管理方法包括下述方法：为基础设施配备通讯设备，通过无线网络将车辆和指定距离内的基础设施建立通讯连接，建立连接的基础设施将位置信息和设施信息通过无线网络发送给车辆，车辆显示给驾驶员，驾驶员了解基础设施的位置信息和设施信息后提前思考驾驶方式。
前述的一种基于V2X的车辆行驶安全管理方法中，所述车辆与行人之间的管理方法包括下述方法：为行人配备通讯设备，通过无线网络将车辆和行人的通讯社比建立通讯连接，建立连接的行人的通讯设备将行人的位置信息通过无线网络发送给车辆，车辆显示行人的位置信息给驾驶员，驾驶员了解行人的位置信息后提前思考驾驶方式。
与现有技术相比，本发明可以通过通讯获得实时路况、道路信息、行人信息等一系列交通信息，提高驾驶安全性、减少拥堵、提高交通效率等。
附图说明
图1是车辆V2X原理图。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
具体实施方式
本发明的实施例：一种基于V2X的车辆行驶安全管理方法，包括：车辆与车辆之间的管理方法；车辆与路侧设备之间的管理方法；车辆与基础设施之间的管理方法；车辆与行人之间的管理方法。
所述车辆与车辆之间的管理方法包括下述方法：通过无线网络将指定距离内的车辆建立通讯连接，将本车辆的状态信息发送给建立通讯连接的其他车辆，同时收集其他车辆的状态信息，所述状态信息包括车辆的速度、位置、驾驶方向、刹车状态。车辆与车辆之间通过专用短程通信建立连接，对360°范围内车辆进行感知，对视觉盲点进行侦测，延长驾驶员的驾驶反应时间。
V2V作为V2X中发展最为成熟的，重点了解一下V2V的原理及应用也十分必要。V2V通信是为了防止事故发生，通过专设的网络发送车辆位置和速度信息给另外的车辆。依靠技术的实现，驾驶员收到警告后就能降低事故的风险或车辆本身就会采取自治措施，像是制动减速。
V2V通信需要一个无线网络，在这个网络上汽车之间互相传送信息，告诉对方自己在做什么，这些信息包括速度、位置、驾驶方向、剎车等。V2V技术使用的是专用短程通信(DSRC)，由类似FCC和ISO的机构设立的标准。有时候它会被描述成WiFi网络，因为可能使用到的一个频率是5.9GHz，这也是WiFi使用的频率。不过更准确地说，DSRC是类WiFi网络，它的覆盖范围最高达300米。V2V是一种网状网络，网络中的节点(汽车、智能交通灯等)可以发射、捕获并转发信号。网络上5-10个节点的跳跃就能收集一英里外的交通状况。这对多数驾驶者来说都有足够的应对时间。
所述车辆与路侧设备之间的管理方法包括下述方法：为路侧设备配备通讯设备，通过无线网络将车辆和指定距离内的路侧设备建立通讯连接，建立连接的路侧设备将位置信息和状态信息通过无线网络发送给车辆，车辆显示给驾驶员，驾驶员通过路侧设备的状态信息提前思考驾驶方式。所述路侧设备指的是电控设备。需要分为两种场景，第一种是高速公路，第二种是城市道路。高速公路是第一步，而城市道路需要在其基础上，对城市道路中的增加标识的识别后，实现更复杂的数据判断和数据通信。高速路上的V2R相对来说比较容易。首先是标识明确，没有人行道，红绿灯，行人等复杂路况因素的影响，只需要识别高速路中与车辆行驶和高速公路出入口标识等就可以了。其次高精地图已经提前布局高速路。高精地图能够精确到厘米级，对于车辆的路线规划和自动驾驶有着的很大的帮助。有了高精地图的支撑，V2R的交互就会相对变少，处理起来更加方便。最后，就是尽快实现V2V也能够助力V2R的快速开发。因为每一辆车都可以共享采集到的道路信息，并将这个信息传递到云端，促进道路信息的合理化和完善化。
所述车辆与基础设施之间的管理方法包括下述方法：为基础设施配备通讯设备，通过无线网络将车辆和指定距离内的基础设施建立通讯连接，建立连接的基础设施将位置信息和设施信息通过无线网络发送给车辆，车辆显示给驾驶员，驾驶员了解基础设施的位置信息和设施信息后提前思考驾驶方式。基础设施指车辆行驶过程中遇到的所有基础设施。这包括红绿灯，公交站，电线杆，大楼，立交桥，隧道等等一切人类的建筑设施。通信功能具体将采用车载智能交通运输系统的760MHz频段，使用该频段可以在不影响车载传感器的情况下实现基础实施与车辆之间相互通信功能，从而获取得到必要的关键信息。在交叉路口能见度较差时，V2I通信系统就可以接收到红绿灯的信息，并通过V2V和V2P系统，接收到车辆和行人的信息，汇总提交给车脑(AB)系统，车脑通过车载操作系统(AOS)分析处理，控制汽车继续行驶还是继续等待。
所述车辆与行人之间的管理方法包括下述方法：为行人配备通讯设备，通过无线网络将车辆和行人的通讯社比建立通讯连接，建立连接的行人的通讯设备将行人的位置信息通过无线网络发送给车辆，车辆显示行人的位置信息给驾驶员，驾驶员了解行人的位置信息后提前思考驾驶方式。如今人手一部手机的时代已经来临。无论是手机，尤其是可穿戴设备，都可以客串本文中提到的P模块，实现和车辆中V模块的交互通信。
LTE-V中的LTE-V-Cell是实现V2I的有效工具，因为所有P(活动的人，人只有活动才有意义)都是需要随时移动的，搭载一个长距离随时可以互联的模块才能够保证车辆能随时接收到。车辆再辅以摄像头，雷达传感器等识别技术，便能够有效的实现V2P。
车辆、活动的人、基础设施等实现网络通讯主要有专用短程通信技术标准(DSRC)与研制中的基于4.5G/5G的LTE-V技术标准在性能上符合需求，V2X的主流通信标准之争将在这两者之间展开。当前智能交通系统ITS正处在第三阶段，5G标准在LTE-V的基础上，为满足未来自动驾驶的需求，性能指针会更进一步提升。DSRC由物理层标准IEEE802.11p又称为WAVE(WirelessAccessinVehicularEnvironment)及网络层标准IEEE1609所构成，在此基础之上，美国汽车工程师协会(SocietyofAutomoTIveEngineers，SAE)规范V2V与V2I信息的内容与结构，欧洲相关标准由ETSICT-ITS所规范。IEEE802.11p由IEEE802.11标准扩充，专门应用于车用环境的无线通信技术，支持915MHz与5.9GHz。
802.11p物理层架构与802.11a大致相同，采用正交多频分工(OrthogonalFrequency-divisionMultiplexing，OFDM)调变技术，且52个子载波可支持正交振幅调变(QuadratureAmplitudeModulation，QAM)、相位移键调变(Phase-shiftkeying，PSK)等调变技术，同时搭配向前错误校正技术(ForwardErrorCorrection，FEC)，减少信息重新传输所发生的延迟情况，能够因应在高速移动下信息传递的实时性。
802.11p在915MHz频段中，支持传输距离小于300公尺，传输速率低于0.5Mbit/s，使用5.9GHz频段通讯时，传输距离最远可达1，000公尺，以频道带宽10MHz为单位，传输速率最高为27Mbit/s，允许在车速260km/h下进行车与车之间以及车与道路设备之间的信息传输。
DSRC系统包含车载装置(OnBoardUnit，OBU)与路侧装置(RoadSiteUnit，RSU)两项重要组件，透过OBU与RSU提供车间与车路间信息的双向传输，RSU再透过光纤或行动网络将交通信息传送至后端平台(图1)。由于车间与车路通讯应用情境复杂，汽车数量多寡、距离与道路气候等都会影响无线网络的通讯，通讯速度与质量将对用路人安全造成极大影响，因此车联网安全应用相关通讯网络通常被要求须要具备高移动性与低延迟率，IEEE将安全应用通讯延迟容许范围定在50ms内，最多不超过100ms，允许接收讯息后有足够反应时间。
车间与车路间的通讯技术除DSRC外，华为、高通(Qualcomm)等网通厂商积极推动以LTE网络为基础的LTEV2X技术，3GPP自2015年底将LTE-V技术纳入Release14标准制定，目前于SAWG1内进行相关服务之研究及讨论。
德国电信亦宣布将与华为、丰田(Toyota)及奥迪(Audi)汽车合作，在因哥尔斯塔特高速公路的测试场域上进行LTE-V技术实证。德国电信将在LTE基地台上设置华为供应的LTE-V硬件，Toyota及Audi车载LTE-V装置同样由华为提供。中国政府也看好LTE应用于车联网环境中，由中国信息通信研究院主导成立LTE-V核心工作组，在中国通讯标准化协会与3GPP架构下推动LTE-V的标准化与商业化发展。
在3GPP架构下，与V2X相关技术标准包含多媒体广播群播(MultimediaBroadcastMulticastService，MBMS)与LTEDirect通讯。利用MBMS技术可同时对大量装置广播如公共警示等紧急讯息，LTEDirect通讯部分，3GPP于2011年展开相关研究，并正式将其纳入Release12的标准制定，LTEDirect可自动搜寻邻近上千台装置，能够让处于LTE讯号覆盖范围内外之车辆、路侧装置等在不透过基地台情形下相互沟通。3GPP于TS22.185文件中描述LTE-V应用情境与传输要求，LTE-V应用情境包含LTE网络范围内及范围外的V2V、车对基础建设/网络(V2I/N)及车对行人(V2P)等。传输部分须达到支持最大相对速度280km/h、绝对速度160km/h的高速移动，以及V2V环境下延迟速度低于100ms等要求。
LTE-V的实际运作可分为LTE覆盖范围外的V2X通讯，单一营运商透过基地台管理的V2X通讯以及多营运商透过基地台管理的V2X通讯等。3GPP认为，在多营运商提供V2X服务的情境下，讯息传递有三种情形需被考虑：第一，特定区域内仅有一家营运商有基地台，该营运商与其他营运商分享基地台提供包含V2X等多种服务；第二，特定区域内仅有一家营运商拥有V2X频段，该营运商分享基地台给其他营运商限定提供V2X服务；第三，特定区域内有2家营运商都拥有基地台，V2X服务器分配V2X讯息给2家营运商的网络。终端应能够接收不同营运商之V2X讯息，避免漏接重要信息。
对车辆电器网络通讯的方案可以采用如图1所述架构图。
MCU从汽车CANBUS获取实时的车速，档位，刹车，转向灯，故障灯等车身数据，通过SPI接口送往i.MX8中参与V2X场景运算。
HSM是为车联网通信安全专门设计的一款安全芯片，适用于基于移动蜂窝通信系统的C-V2X(Cellular-V2X)技术，最高主频180MHz。提供丰富的通讯接口，包括I2C、SPI、UART、SDIO、USB、I2S、7816等。支持国际通用的密钥算法，包括AES、DES、RSA、ECC、SHA-1、SHA-256；支持国密算法，包括SM1、SM2、SM3、SM4、SM7、SSF33。除此之外，还具备DMA控制器、CRC计算器、定时/计数器、WDT、随机数发生器。提供灵活的存储器管理机制，支持异常及事件等多种中断机制。提供了软硬多种复位方式，完善的时钟配置方案，并支持多种节电模式。
i.MX8中部署C-V2X通信协议栈，场景应用算法。通过AG15收发的BSM消息在i.MX8中进行处理和校验。应用场景如下：
1.前向碰撞预警(FCW)
2.交叉路口碰撞预警(ICW)
3.左转辅助(LTA)
4.盲区预警/变道辅助(BSW/LCW)
5.逆向超车预警(DNPW)
6.紧急制动预警(EBW)
7.异常车辆提醒(AVW)
8.车辆失控预警(CLW)
9.道路危险状况提示
10.限速预警(SLW)
11.闯红灯预警(RLVW)
12.弱势交通参与者碰撞预警(VRUCW)
13.绿波车速引导(GLOSA)
14.车内标牌(IVS)
15.前方拥堵提醒(TJW)
16.紧急车辆提醒(EVW)
AG35基于高通MDM9628车载前装芯片研发，支持多输入多输出技术(MIMO),在接收端可以使用多个接收天线，使信号通过接收端的多个天线进行接收，从而降低误码率、改善通信质量。同时，它内置了多星座高精度GNSS(GPS/GLONASS/BeiDou/Galileo/QZSS)接收机，在简化产品设计的同时，还大大提升了定位精度与速度。这款模组采用3GPP Rel.10LTE技术，可支持最大下行速率150Mbps和最大上行速率50Mbps。同时，AG35可向后兼容3G和2G网络，即使汽车行驶至缺乏4G网络的偏远地区，依然能够实现连接覆盖。AG35适用于汽车相关领域，如车队管理、车辆追踪、车载导航系统、车载远程监控、远程车辆诊断、车载无线路由器、车载信息娱乐系统等。
AG15基于C－V2X技术，移远AG15模组采用3GPP Release 14C－V2X PC5协议，为车辆与其他车辆及基础设施之间提供低时延、高可靠性、高密度的信息传输，保障各交通参与方进行有效的信息互通以避免碰撞事故，从而提升汽车安全性、改善自动化驾驶和提升交通效率。这种直连通信模式无需使用SIM卡、成为蜂窝用户或依赖蜂窝网络协助，因此可降低客户开发的复杂度和成本。在定位功能上，AG15内置了多星座高精度GNSS(GPS/GLONASS/BeiDou/Galileo/QZSS)接收机，还可支持星基增强系统(SBAS)和Qualcomm&reg；3D航位推测技术，在简化客户方案设计的同时，大大提升了定位精度与速度。

Claims (7)

1.一种基于V2X的车辆行驶安全管理方法，其特征在于，包括：车辆与车辆之间的管理方法；车辆与路侧设备之间的管理方法；车辆与基础设施之间的管理方法；车辆与行人之间的管理方法。
2.根据权利要求1所述的一种基于V2X的车辆行驶安全管理方法，其特征在于，所述车辆与车辆之间的管理方法包括下述方法：通过无线网络将指定距离内的车辆建立通讯连接，将本车辆的状态信息发送给建立通讯连接的其他车辆，同时收集其他车辆的状态信息，所述状态信息包括车辆的速度、位置、驾驶方向、刹车状态。
3.根据权利要求2所述的一种基于V2X的车辆行驶安全管理方法，其特征在于，车辆与车辆之间通过专用短程通信建立连接，对360°范围内车辆进行感知，对视觉盲点进行侦测，延长驾驶员的驾驶反应时间。
4.根据权利要求1所述的一种基于V2X的车辆行驶安全管理方法，其特征在于，所述车辆与路侧设备之间的管理方法包括下述方法：为路侧设备配备通讯设备，通过无线网络将车辆和指定距离内的路侧设备建立通讯连接，建立连接的路侧设备将位置信息和状态信息通过无线网络发送给车辆，车辆显示给驾驶员，驾驶员通过路侧设备的状态信息提前思考驾驶方式。
5.根据权利要求4所述的一种基于V2X的车辆行驶安全管理方法，其特征在于，所述路侧设备指的是电控设备。
6.根据权利要求1所述的一种基于V2X的车辆行驶安全管理方法，其特征在于，所述车辆与基础设施之间的管理方法包括下述方法：为基础设施配备通讯设备，通过无线网络将车辆和指定距离内的基础设施建立通讯连接，建立连接的基础设施将位置信息和设施信息通过无线网络发送给车辆，车辆显示给驾驶员，驾驶员了解基础设施的位置信息和设施信息后提前思考驾驶方式。
7.根据权利要求6所述的一种基于V2X的车辆行驶安全管理方法，其特征在于，所述车辆与行人之间的管理方法包括下述方法：为行人配备通讯设备，通过无线网络将车辆和行人的通讯社比建立通讯连接，建立连接的行人的通讯设备将行人的位置信息通过无线网络发送给车辆，车辆显示行人的位置信息给驾驶员，驾驶员了解行人的位置信息后提前思考驾驶方式。
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