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V2X 動(dòng)起來(lái)，車(chē)聯(lián)網(wǎng)可望觸發(fā)創(chuàng)新應(yīng)用

本文作者：任苙萍點(diǎn)擊： 2017-08-16 11:12

前言：

隨著人們生活圈變大，通勤、差旅時(shí)間變多，車(chē)聯(lián)網(wǎng) (IoV) 成了解決交通繁忙、預(yù)防意外事故、邁向智慧城市的明星科技；歐盟明訂明年 3 月以后發(fā)售的新車(chē)都需配備 eCall 緊急呼救系統(tǒng)，更被視為點(diǎn)火車(chē)聯(lián)網(wǎng)商機(jī)的引信。

ETSI TC- ITS WG5 副主席暨臺(tái)灣工研院資通所—車(chē)載資通信與控制系統(tǒng)組技術(shù)副理曾蕙如表示，車(chē)聯(lián)網(wǎng)旨在建置人、車(chē)、路和云端平臺(tái)無(wú)縫連結(jié)的環(huán)境、以提升行車(chē)安全，前提是要有共通標(biāo)準(zhǔn)才能彼此溝通，于是催生統(tǒng)稱(chēng) V2X 的專(zhuān)用短距無(wú)線(xiàn)通信 (DSRC)，涵蓋六大層面：汽車(chē)對(duì)汽車(chē) V2V、汽車(chē)對(duì)路側(cè)設(shè)備 V2R、汽車(chē)對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施 V2I、汽車(chē)對(duì)行人 V2P、汽車(chē)對(duì)機(jī)車(chē) V2M，以及汽車(chē)對(duì)公交車(chē) V2T；美國(guó)有 IEEE 1609、歐洲有 ETSI TC-ITS 標(biāo)準(zhǔn) (ITS- G5)，兩者底層 (PHY+MAC) 皆采 IEEE 802.11p 標(biāo)準(zhǔn)、頻段落于 5.85～5.925 GHz 區(qū)間，技術(shù)上可互通。

圖1：DSRC 在主動(dòng)式安全的應(yīng)用
資料來(lái)源：https://www.pcb.its.dot.gov/eprimer/module13p.aspx

以安全為出發(fā)點(diǎn)，但不僅止于此
她舉例常見(jiàn)應(yīng)用：V2I 可將路側(cè)設(shè)備結(jié)合聯(lián)網(wǎng)功能 (在路燈或紅綠燈桿上安裝通信設(shè)備)、以控制器做介接，把交通號(hào)志信息通過(guò)廣播方式傳送到車(chē)上；V2V 則可做煞車(chē)／盲點(diǎn)／十字路口防碰撞警示。為什么要另外發(fā)展 DSRC 技術(shù)？因?yàn)橥话l(fā)緊急情況，容易讓人來(lái)不及反應(yīng)，而 V2V 通信可幫駕駛多爭(zhēng)取一些應(yīng)變時(shí)間；具體實(shí)現(xiàn)方式是在車(chē)上安裝通信設(shè)備，一秒會(huì)發(fā)送十次的信標(biāo) (Beacon)——在美國(guó)稱(chēng)為＂基本安全信息＂(Basic Safety Message, BSM)，內(nèi)容包括車(chē)輛位置、行駛速度、方向及歷史軌跡等，供其他車(chē)輛駕駛參酌判斷：是否會(huì)危害到自身？

＂BSM 亦可作為觸發(fā)警示之用，更宏觀的應(yīng)用是：由路側(cè)設(shè)備傳送道路、號(hào)志信息給駕駛，以判斷是否需減速？可進(jìn)一步據(jù)以調(diào)節(jié)交通號(hào)志、減少等待秒數(shù)，讓交通更順暢＂，曾蕙如說(shuō)。除了人車(chē)安全，資安更不容忽視，以免傳送錯(cuò)誤信息而致誤導(dǎo)；為此，歐美針對(duì)信息傳送設(shè)有公鑰架構(gòu) (PKI) 和簽署 (Signature) 等基礎(chǔ)防護(hù)機(jī)制，但由于傳送頻繁，并不主張對(duì)傳送信息逐條加密。美國(guó)于去年底發(fā)布＂法規(guī)制定預(yù)告＂(NPRM)，將立法強(qiáng)制新上市的小型車(chē)輛具備 V2V 通信技術(shù)，并公開(kāi)征求立法提案意見(jiàn)，預(yù)計(jì) 2019 年正式成案、2023 年前普及。

通用汽車(chē) (GM) 將在今年＂Cadillac CTS Sedans＂新車(chē)款搭載 V2V 通信技術(shù)，而美國(guó)政府也在紐約、坦帕、懷俄明州等地針對(duì)個(gè)別交通問(wèn)題展開(kāi) DSRC 部署，其中，懷俄明州更有橫跨東西向的高難度 V2R 建設(shè)，以解決冰天雪地、伸手不見(jiàn)五指環(huán)境下，大型連結(jié)貨柜車(chē)易因路面濕滑發(fā)生連環(huán)車(chē)禍的問(wèn)題；路側(cè)的通信設(shè)備會(huì)將信息發(fā)送到車(chē)機(jī)，讓駕駛?cè)祟A(yù)知前方路況。此外，歐洲也于去年 11 月在比利時(shí)啟動(dòng) C- ITS (協(xié)作 ITS) 平臺(tái)，為歐盟正式邁向 cooperative、connected 和 automated mobility 的初始里程碑，冀在 2019 年達(dá)成 V2V 和 V2I 目標(biāo)。

圖2：歐洲 C- ITS 平臺(tái)為歐盟部署車(chē)聯(lián)網(wǎng)的第一個(gè)里程碑
資料來(lái)源：http://sites.ieee.org/connected-vehicles/2016/01/21/c-platform-achieves-first-milestone-towards-connected-automated-vehicles-eu/

不讓 IEEE 802.11p 專(zhuān)美于前，3GPP LTE- V 快馬進(jìn)場(chǎng)
歐洲版 DSRC 稱(chēng)為＂ITS- G5＂，C- ITS 平臺(tái)已邁入第二階段，正對(duì)初期大量布署的成果做評(píng)估，了解市場(chǎng)究竟需要什么樣的服務(wù)？擬于今年提出相關(guān)安全與認(rèn)證規(guī)范，并于 2018 年納入歐盟層級(jí)的服務(wù)框架。另由荷蘭、德國(guó)和奧地利等三個(gè)國(guó)家共同在高速公路試行的＂C- ITS Corridor 計(jì)劃＂，聚焦于道路施工警示 (Road work warning) 與車(chē)輛資料收集 (Probe Vehicle Data)，可開(kāi)放給一般企業(yè)參與；法國(guó)則有 PAC V2X 計(jì)劃，將路側(cè)感測(cè)與車(chē)輛攝影、雷達(dá)連動(dòng)為其特色，若偵測(cè)到危險(xiǎn)可廣播出來(lái)，融入成為高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng) (ADAS) 的一環(huán)。

圖3：車(chē)聯(lián)網(wǎng)所涵蓋的服務(wù)／通信供貨商、車(chē)載平臺(tái)和應(yīng)用
資料來(lái)源：http://www.its-ukreview.org/cooperative-its-road-operators-can-plan-now-to-maximise-the-benefits/

一如其他應(yīng)用場(chǎng)域的無(wú)線(xiàn)通信競(jìng)逐，3GPP 另推 LTE- V2X (LTE- V) 標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)戰(zhàn)。曾蕙如指出，3GPP 展開(kāi)三階段研究：1.Release 14 之 LTE based V2X 服務(wù)；2.LTE V2X 技術(shù)強(qiáng)化；3.發(fā)展新的無(wú)線(xiàn)接取技術(shù)以降低延遲。2016 年 5 月，Release 15 更新增增強(qiáng)型車(chē)載通信 (eV2X) 以協(xié)助 5G V2X 服務(wù)，分為五大群組：自動(dòng)跟車(chē)、先進(jìn)駕駛、遠(yuǎn)程遙控車(chē)輛、傳感器輔助和通則。中國(guó)大陸已于去年完成 LTE- V2X 需求與架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定，并擬于今年完成空中接口的標(biāo)準(zhǔn)制訂；中國(guó)移動(dòng)、大唐電信與華為是主要推手，而華為與電信設(shè)備制造商更主導(dǎo) LTE- V2X 和 5G eV2X。

曾蕙如強(qiáng)調(diào)，上述計(jì)劃的＂互操作性測(cè)試＂不是只在實(shí)驗(yàn)室完成就算數(shù)，還須包括導(dǎo)入應(yīng)用的實(shí)際路測(cè)。臺(tái)灣工研院 iRoadSafe 智能道路安全警示系統(tǒng)為國(guó)際首套 V2X 系統(tǒng)解決方案，現(xiàn)正在新竹縣市及國(guó)道六座易肇事路口建置示范場(chǎng)域；不僅符合美國(guó) V2V Mandate 應(yīng)用趨勢(shì)，更創(chuàng)新結(jié)合路側(cè)通信／感測(cè)／廣告牌，不需 V2V 設(shè)備亦能提供行車(chē)信息、克服 V2V 裝機(jī)普及率問(wèn)題，包括：1.將雷達(dá)偵測(cè)到的移動(dòng)物體相關(guān)信息，通過(guò)路側(cè)感測(cè)單元 (RSU) 轉(zhuǎn)成標(biāo)準(zhǔn) V2V 信息；2.借助雷達(dá)偵測(cè)做近距離定位；3.臺(tái)灣工研院的識(shí)別控制機(jī)制可在交通流量大時(shí)靈活調(diào)整。

圖4：臺(tái)灣工研院 V2X 安全警示系統(tǒng)示意圖
資料來(lái)源：https://www.itri.org.tw/chi/Content/MsgPic01/Contents.aspx?SiteID=1&MmmID=620624054325020775&MSid=620634640463241437

設(shè)計(jì)與測(cè)試細(xì)節(jié)，決定 Pass or Fail
量測(cè)大廠是德科技 (Keysight) 認(rèn)為，車(chē)聯(lián)網(wǎng)牽涉到的通信系統(tǒng)涵蓋電信、無(wú)線(xiàn)連接、衛(wèi)星定位和廣播，基于整體行駛安全考慮，只有個(gè)別車(chē)輛的連網(wǎng)能力是不夠的，必須強(qiáng)化 V2V 并制訂統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。DSRC 除了用于安全示警與輔助駕駛外，還能用于車(chē)載娛樂(lè)的影音下載、與家用無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)絡(luò)整合、作為車(chē)隊(duì)管理的入口／資產(chǎn)追蹤／出勤排程，或銜接收費(fèi)亭、休息站、車(chē)隊(duì)停靠站的電子支付服務(wù)。因此，能適應(yīng)行車(chē)環(huán)境的無(wú)線(xiàn)接取能力、短距通信的專(zhuān)用性，以及高可用性與低延遲性是關(guān)鍵。與此同時(shí)，也為新一代智能車(chē)的設(shè)計(jì)和測(cè)試帶來(lái)諸多挑戰(zhàn)。

臺(tái)灣電子檢驗(yàn)中心 (ETC) 陳甚榮則從電磁干擾／電磁兼容性 (EMI / EMC) 分析：EMI 可能導(dǎo)致電子產(chǎn)品誤動(dòng)作，須恪守＂人不擾我、我不擾人＂原則。他解釋?zhuān)珽MI 可分為輻射 (Radiation) 與傳導(dǎo) (Conduction) 兩種：前者由產(chǎn)品本身所產(chǎn)生，可將待測(cè)物放置于＂暗室＂(chamber) 旋轉(zhuǎn)估量 EMI；后者肇因于電源系統(tǒng)，可串入電源系統(tǒng)、由＂線(xiàn)阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)＂(LISN) 設(shè)備測(cè)得。若 EMI 數(shù)值過(guò)高，可加裝磁扣因應(yīng)；經(jīng)外部修改確認(rèn)完成后，欲進(jìn)一步改善失效之頻率點(diǎn)，須以磁場(chǎng)探棒就電路板組件和引腳連接器找出干擾源頭與傳播路徑。

照片人物：臺(tái)灣電子檢驗(yàn)中心 (ETC) 陳甚榮

之后，由外而內(nèi)評(píng)估并在適當(dāng)區(qū)域加入有效對(duì)策。常見(jiàn)幾種處理方式如下：
1. 加強(qiáng)設(shè)備外部屏蔽，斷開(kāi)干擾傳播路徑；
2. 留心外部電源線(xiàn)、信號(hào)線(xiàn)布置，特別是位于 30～300 MHz 頻段的干擾會(huì)經(jīng)由接插線(xiàn)二次傳遞向外輻射；
3. 注意內(nèi)部電源線(xiàn)、信號(hào)線(xiàn)布置，盡可能縮短線(xiàn)材、避免纏繞、遠(yuǎn)離干擾；
4. 改變組件放置及走線(xiàn)控制，減少屏蔽縫隙、加強(qiáng)濾波；
5. 優(yōu)化內(nèi)部振蕩線(xiàn)路；
6. 避開(kāi)性能參數(shù)與干擾高度重迭的相關(guān)組件。

EMC 或成貿(mào)易壁壘手段，ISO 26262 認(rèn)證暗藏玄機(jī)
陳甚榮指出，外購(gòu)模塊可能會(huì)因產(chǎn)品匹配而面臨＂翹翹板＂窘境——好不容易搞定了這個(gè)、卻又催生另一個(gè)麻煩。至于 EMC，干擾源、干擾路徑與受干擾設(shè)備是其組成三要素；為減少 EMC 成本及對(duì)策時(shí)間，應(yīng)在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)就進(jìn)行 EMC 設(shè)計(jì)評(píng)估。他還提到，基于產(chǎn)品與人體安全考慮，許多國(guó)家都要求產(chǎn)品需通過(guò) EMC 測(cè)試才能進(jìn)入市場(chǎng)銷(xiāo)售；更有甚者，將 EMC 技術(shù)當(dāng)成貿(mào)易壁壘手段，用以限制進(jìn)口或迫使通過(guò)驗(yàn)證、提高成本，以降低本國(guó)產(chǎn)品的沖擊。歐盟 CE 和美國(guó) FCC 是常見(jiàn)的國(guó)際認(rèn)證。

圖5：臺(tái)灣電子檢驗(yàn)中心 EMC 測(cè)試示意
資料來(lái)源：臺(tái)灣電子檢驗(yàn)中心官網(wǎng)

一般而言，工業(yè)用產(chǎn)品會(huì)較消費(fèi)品寬松一些。雖然大部分的濾波線(xiàn)路可經(jīng)由電容、電感實(shí)現(xiàn)，但＂共模＂(common mode) 無(wú)線(xiàn)通信設(shè)備所造成的 EMI，須以折迭 (folding)、絕緣為佳；若使用電容濾波或加強(qiáng)接地，恐有反效果。鏈接到＂功能安全性＂認(rèn)證，關(guān)于坊間有人主張 ISO 26262 可利用拆解方式降低成本的說(shuō)法，對(duì)車(chē)用電子組件驗(yàn)證鉆研多年的宜特科技 (iST) 表示，理論上，若車(chē)內(nèi)某個(gè)設(shè)備的電子控制單元 (ECU) 需要 ASIL D 等級(jí)，整個(gè)模塊內(nèi)的相關(guān)零組件都需要滿(mǎn)足 ASIL D，但的確存在＂有條件＂的取巧方案。

具體作法就是將最核心的部分維持 ASIL D，其余部分降成 ASIL B、甚至只要達(dá)到質(zhì)量管理要求即可，不用另行考慮安全設(shè)計(jì)，或是利用數(shù)個(gè) ASIL 組合成 D 亦符合規(guī)范可行性，但前提是＂在設(shè)計(jì)時(shí)間就要進(jìn)行功能拆解，且設(shè)計(jì)區(qū)分的主導(dǎo)權(quán)在車(chē)廠或 Tier 1 手中，零組件供貨商往往只能配合，下游供貨商也只好比照辦理＂。簡(jiǎn)言之，在汽車(chē)這個(gè)相對(duì)封閉的產(chǎn)業(yè)，一切還得車(chē)廠或領(lǐng)頭廠商說(shuō)了算！

圖6：車(chē)用零組件基本要求說(shuō)明
資料來(lái)源：宜特科技官網(wǎng)

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