智能网联汽车技术 课件 项目三（任务1、2、3）车联网的概念

任务1车联网的概念01任务1车联网的概念02任务引入任务引入顾客从某品牌汽车4S店购入新车后，接到4S店销售员电话，通知顾客去激活新车的车联网服务。车联网需要用买车时候登记的手机号进行注册，并输入车架号进行激活以后才可以使用，若是没有激活的话是不能够使用的。那么什么是车联网，它具有哪些功能呢？03任务目标04能够了解车联网的概念能够了解车联网的概念2能够了解车联网的发展现状3能够了解车联网技术的发展趋势4能够与生活中见到的车联网技术相结合知识链接20世纪60年代，日本开始研究车间通信。2000年左右，欧洲和美国也相继启动多个车联网项目，旨在推动车间网联系统的发展。2007年，包括BMW在内的欧洲6家汽车制造商成立了Car2Car通信联盟，积极推动建立开放的欧洲通信系统标准，实现不同厂家汽车之间的相互沟通。2010年，美国交通部发布了《智能交通战略研究计划》，规划和部署美国车辆网络技术。2016年9月，华为、奥迪、宝马和戴姆勒等公司合作推出5G汽车联盟（5GAA），并与汽车经销商和科研机构共同开展汽车网络应用。2017年底，中国政府颁布多项方案，开始将发展车联网提到了国家创新战略层面。知识链接图3-1-1车联网的概念示意图车联网指借助新一代信息通信技术，实现车与人、车与车、车与路、车与服务平台等的全方位网络连接，提升汽车智能化水平和自动驾驶能力，从而提高交通效率，为用户提供智能、舒适、安全、节能、高效的综合服务。具体地说车联网是指通过装载在车辆上的电子设备通过无线技术，实现在信息网络平台上对所有车辆的静、动态信息进行提取和有效利用，如图3-1-1所示。V2X车联网技术车联网是一个宽泛的概念，包括车内网、车际网、车载移动互联网等。V2X（VehicletoEverything）是实现车与外界通信的一系列技术，包括V2V、V2I、V2P等，如下图所示。图3-1-2车联网V2X05V2VV2VV2V（VehicletoVehicle）即车辆与车辆之间的信息交换，V2V技术使用的是专用短程通信，覆盖范围最高达300米，不受限于固定式基站，为移动中的车辆提供直接端到端的无线通信。目前以V2V的发展最为成熟。如图3-1-3所示。通过V2V通信技术，车辆终端彼此可以直接交换无线信息，无需通过基站转发。利用它可以监测街上行驶的其他车辆的速度、位置等对其他驾驶员无法开放的“隐藏”数据，同时能够自动预测出在该车行车道路前方是否会发生可能的碰撞。V2V21图3-1-3V2V技术②当前本体车辆的行驶方向与附近范围内车辆的行驶方向进行信息内容的交换。V2V的信息交换包括：①当前本体车辆的行驶速度与附近范围内车辆的行驶速度进行信息内容的交换。③当前本体车辆紧急状况与附近范围内车辆的行驶状况进行信息内容的交换。43506V2PV2P图3-1-4V2P技术V2P（VehicletoPedestrian）即车辆与外界行人之间的信息交换，借助于智能手机或智能穿戴设备检测行人位置、方向、速度，并通过短波通讯技术，获取周围车辆的位置、方向及速度，若系统计算后认为两者或多者保持原有状态继续运动会发生碰撞，则会在手机屏幕上弹出警告消息。同时车辆在接收到相关信息后，智能驾驶辅助系统也会通过声音、图像提示驾驶员前方的危险。如上图3-1-4所示。07V2RV2RV2R（VehicletoRoad）即车辆与道路之间的信息交换，如图2-1-6所示。按照道路的特殊性而言，V2R又可分为两大类型，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。如图3-1-5所示。V2R图3-1-5V2R技术V2R的信息交换包括：①车辆自身的行驶路线与道路当前路况进行信息内容交换。②车辆自身的行驶方向与前方道路发生的事故进行信息内容的交换。③车辆行驶的导航信息与道路前方的路标牌进行信息内容的交换。08V2IV2IV2I（VehicleToInfrastructure）即车辆与基础设施之间的信息交换，在此包含了交通信号灯、公交站、电线杆、大楼、立交桥、隧道、路障等交通设施设备。V2I通信功能采用车载智能交通运输系统的760MHz频段，可以在不影响车载传感器的情况下实现基础设施与车辆之间相互通信功能总结：V2X就是对车载传感器的完善，甚至可以说车载传感器只是其辅助手段。它就像是给人们配上了智能手机，它可以无死角、穿越任何障碍物来获取信息，还可以和其他“手机”形成互联，信息互通。同时还可以通过计算来进行智能操作，完美履行“司机”的义务。V2X的主流技术路线包括两条，一是美国主推的DSRC，另一个是C-V2X技术。V2I(1)DSRC其实大家对于这项技术并不陌生，它是现代生活中不可或缺的专用短程通信技术，上过高速的朋友都知道ETC专用通道，它就是实现车辆身份识别，电子扣费，实现不停车、免取卡，建立无人值守车辆通道的关键（如图2-1-7所示）。另外，在小区停车场遇见的电子拦路口也有与之相同的技术应用。图3-1-6DSRC技术V2I(2)C-V2XV2X早期主要是基于DSRC，专用短距离通信技术。DSRC在美国已经经过多年开发测试，后期随着蜂窝移动通信技术发展才出现了C-V2X（CellularV2X，即以蜂窝通信技术为基础的V2X）技术是基于LTE-R14技术为基础，通过LTE-V-D和LTE-V-Cell两大技术支持包括V2I、V2V、V2P等各种应用，形成以华为、高通等通信产业链企业、电信运营商和汽车企业为主的产业阵营。如图3-1-7所示。V2I图3-1-7C-V2X技术C-V2X典型场景及应用包括：①信息服务典型应用场景：信息服务是提高车主驾车体验的重要应用场景，是C-V2X应用场景的重要组成部分。典型的信息服务应用场景包括紧急呼叫业务等。紧急呼叫业务是指当车辆出现紧急情况时（如安全气囊引爆或侧翻等），V2I车辆能自动或手动通过网络发起紧急救助，并对外提供基础的数据信息，包括车辆类型、交通事故时间地点等。服务提供方可以是政府紧急救助中心、运营商紧急救助中心或第三方紧急救助中心等。该场景需要车辆具备V2X通信的能力，能与网络建立通信联系。②交通安全典型应用场景：交通安全是C-V2X最重要的应用场景之一，对于避免交通事故、降低事故带来的生命财产损失有十分重要的意义。典型的交通安全应用场景包括交叉路口碰撞预警等。交叉路口碰撞预警是指，在交叉路口，车辆探测到与侧向行驶的车辆有碰撞风险时，通过预警声音或影像提醒驾驶员以避免碰撞。该场景下车辆需要具备广播和接收V2X消息的能力。V2I③交通效率典型应用场景：交通效率是C-V2X的重要应用场景，同时也是智慧交通的重要组成部分。对于缓解城市交通拥堵、节能减排具有十分重要的意义。典型的交通效率应用场景包括车速引导等。车速引导是指路边单元（RSU）收集交通灯、信号灯的配时信息，并将信号灯当前所处状态及当前状态剩余时间等信息广播给周围车辆。车辆收到该信息后，结合当前车速、位置等信息，计算出建议行驶速度，并向车主进行提示，以提高车辆不停车通过交叉口的可能性。该场景需要RSU具备收集交通信号灯信息，并向车辆广播V2X消息的能力，周边车辆具备收发V2X消息的能力。④自动驾驶典型应用场景：与现有的摄像头视频识别、毫米波雷达、激光雷达类似，V2X是获得其他车辆、行人运动状态（车速、刹车、变道）的另一种信息交互手段，并且不容易受到天气、障碍物以及距离等因素的影响。同时，V2X也有助于为自动驾驶的产业化发展构建一个共享分时租赁、车路人云协同的综合服务体系。车联网的应用“智能化”及“信息化”的“两化”融合才是智能汽车真正意义上的颠覆和变革。车联网可以帮助车主实时导航，并通过与其它车辆和网络系统的通信，提高交通运行的效率，在安全类、驾驶类、服务类、娱乐类运用。车联网的功能如图3-1-8所示。图3-1-8车联网的功能V2X和车联网的区别与联系(1)互联对象的区别。车联网是车、人、环境、行为的数据和业务方面的连接；V2X是车与X（所有与车有交互行为的事物），更偏重技术架构层面的连接。(2)通信区别。车联网指的是通过汽车上集成的GPS定位，RFID识别，传感器、摄像头和图像处理等电子组件，按照约定的通信协议和数据交互标准，在V2V、V2R、V2I之间，进行无线通信和信息交换的大系统网络。(3)V2X技术与车联网技术实现的路径不同，如下图所示。智能网联汽车V2X功能的实现条件是必须先实现车辆自身的智能化，车辆的智能化主要包括车载传感器的感知功能、汽车数据通信处理能力以及数据分析后的决策功能。只有在实现了车辆智能化的基础上，才能利用网络通信技术实现智能网联汽车V2X的功能。V2X和车联网的区别与联系图3-1-9V2X与车联网技术的路径(4)车联网和V2X的联系。V2X系统指的是汽车与外界进行的各类互联，车联网是V2X的一部分。如图3-1-10所示。V2X和车联网的区别与联系图3-1-10二者的关系09任务2车联网的架构体系任务2车联网的架构体系任务引入在如今智能化、网联化的大背景下，车联网系统几乎成为每一辆新能源车型的标准配置，包括在线娱乐、云端导航、语音交互等功能在内，为用户带来了智能便捷的用车体验。对于不少消费者，车机系统的好用与否已成为消费者购车的重要因素。陈嘉豪在新能源汽车公司担任实习销售员，某顾客对一款具有车联网功能的车感兴趣，需要陈嘉豪讲解车联网的功能和原理，那么车联网一般包含哪些功能，它的架构又是怎样的呢？任务目标10能够熟悉车联网的架构体系能够熟悉车联网的架构体系2能够通过查阅资料拓展车联网架构体系有关的知识11能够了解车联网架构体系的发展方向能够了解车联网架构体系的发展方向4能够运用车联网架构体系知识解释生活中见到的车联网产品车联网分类如下图3-2-1所示，车联网可分为车内网和车际网、车载移动互联网。图3-2-1车联网分类（1）车内网:通过应用成熟的总线技术建立一个标准化的整车网络实现电器间控制信号及状态信息在整车网络上的传递，实现车载电器的控制、状态监控以及故障诊断等功能;车联网分类（2）车际网:无线通信技术把车载终端与外部网络连接起来，实现车和车之间、车和固定设施之间的信息交互。（3）车载移动互联网：以车为移动终端，通过远距离无线通信技术构建的车与互联网之间的网络，实现车辆与服务信息在车载移动互联网上的传输。12三层架构三层架构车联网系统架构可以分为三个层次。如下图所示：图3-2-2车联网系统架构（1）车联网感知层:由多种传感器及传感器网关构成，包括车载传感器和路侧传感器。感知层是车联网的神经末梢，是信息的来源。通过这些传感器，可以提供车辆的行驶状态信息、运输物品的相关信息、交通状态信息、道路环境信息等。三层架构（2）车联网网络层:由车载网络、互联网、无线通信网、网络管理系统等构成。网络层在车联网中充当神经中枢和大脑。它能够传递和处理从感知层获取的信息，目前己经制定了车载环境下无线接入的相关协议。（3）车联网应用层:主要是与其他子系统的接口，根据不同用户的需求提供不同的应用，如道路事故处理、紧急事故救援、动态交通诱导、停车诱导、危险品运输监控等。13“云-管-端”的架构“云-管-端”的架构V2X按照“云-管-端”的架构，从逻辑上分为上下3层：云端、边缘、终端。云端就是V2X云服务平台，实现大数据/AI算法智能分析、交通调度优化、高精度地图服务定位、车辆状态管理、车辆在线升级、信息服务等功能。终端就是包括OBU（车载单元）、智能车、人等。边缘从逻辑上包括路侧通信单元RSU（roadsideunit）、路侧计算单元（MEC）,路侧感知单元（雷达、摄像头、交通信号灯与指示牌等环境信息）。路侧通信单元RSU负责和车载单元OBU通信、负责和路侧计算单元MEC通信等，相当于移动网络基站。路侧计算单元MEC起着边缘大脑的作用，接收来自路侧感知单元的信息、接收车载单元和其他MEC的信息，然后进行分析、检测、跟踪、识别等一系列处理。车载单元OBU（OnboardUnit，OBU）车载单元包括信息采集模块、定位模块、通信模块等，主要职责是完成BSM消息的上报、V2X消息的接收与解析、CAN数据的读取与解析、消息的展示与提醒、保障信息安全。“云-管-端”的架构车联网的网络结构主要由车车之间的通信和车路之间的通信组成，如下图所示。车辆通过安装的车载单元与其他车辆或者固定设施进行通信。这里的固定设施通常指的是路侧单元（RoadsideUnit，RSU）。路侧单元一方面将车辆的信息上传至管理控制中心，另一方面也将控制中心下发的指令和相关信息传给车辆。控制中心将其管理区域内路侧单元获取的车辆相关信息进行汇总以对交通状况进行实时监控，包括管理模块、紧急事故处理模块、动态交通诱导模块、停车诱导模块等。此外，驾驶员和乘客也可通过智能手机等设备与车载单元和路侧单元连接，获取所需的信息。“云-管-端”的架构图3-2-3车联网的网络结构根据工信部《新能源汽车生产企业及产品准入管理规定》，自2017年1月1日起对新生产的全部新能源汽车安装车载控制单元，新能源汽车的T-Box前装率非常高。T-Box与OBU功能非常相似：都是车联网“云—管—端”下的车端，都具备车辆CAN数据的读取和解析功能，都具备信息上传功能，都具备车辆消息显示提醒功能，都具备OTA升级功能，T-box具备车辆管理与控制，OBU通过云端也可以。“云-管-端”的架构图3-2-4T-Box应用目前T-box基本都是4GT-box，是目前阶段车联网的重要设备。OBU是目前实现智能网联测试的重要设备，与RSU进行通信，实现封闭园区、试验区等场地的5G智能车联网测试。14远程操作远程操作包括远程开锁关锁、远程发动车辆、远程开启空调等应用。这些应用通常和网络相结合，使用者通过手机APP或者提供相应服务的Web页面，远程对车辆进行操作，大大提升了方便性，如下图所示。图3-2-5远程操作技术15车载导航娱乐技术车载导航娱乐技术这类应用已逐步走向网络化，如下载音乐、在线收看音频、视频、在线打电话等多种方式，给车辆使用者带来了更好的用户体验。为了提高视频的清晰度和流畅性，车载终端硬件的图像处理能力也在逐步提升，如下图所示。图3-2-6车载导航娱乐技术16智能钥匙(KEY)技术智能钥匙(KEY)技术当车辆处于锁定状态时，探测天线发送低频波，探测周围的波段，当钥匙处于探测区域范围内时，钥匙接收到低频波，钥匙发生响应并发送高频波，高频接收模块接收高波（包含钥匙ID码），I-KeyECU（智能钥匙控制模块）对该ID码进行认证，认证匹配成功后，通过B-CAN通信，传输开锁信号至ECM（车身控制模块），控制门锁电机进行开锁，如下图所示。图3-2-7智能钥匙技术任务3车联网的关键技术任务引入随着车联网技术在量产汽车上的普及，越来越多的顾客选购具有该功能配置的汽车。陈嘉豪在某家汽车4S店做销售实习生，经过他对某款汽车车联网功能的讲解，顾客被深深吸引，但又顾虑重重。顾客担忧整车厂商对用户数据的保密性，对于涉及驾驶员信息、驾驶习惯、车辆信息、位置信息等敏感数据是否会被泄露？任务目标17能够熟悉车联网的关键技术能够熟悉车联网的关键技术2能够通过查阅资料拓展车联网关键技术有关的知识18能够了解车联网关键技术的发展方向能够了解车联网关键技术的发展方向4能够运用车联网关键技术解释生活中见到的车联网产品知识链接车联网就是将多种先进技术有机地运用于整个交通运输管理体系而建立起的一种实时的、准确的、高效的交通运输管理和控制系统以及由此衍生的诸多技术。从交通运输领域及信息技术领域进行划分，车联网关键技术如下图3-3-1所示。图3-3-1车联网关键技术知识链接综合来讲，车辆联网技术已经从传统通信服务演进到车路、车车以及车与其他任意相关要素的互联通信。而实现车联网系统的重中之重，仍然是解决技术问题。实现车联网系统，要深入研究十大关键技术，即面向车联网的智能车载终端关键技术TCV（TerminalsforConnectedVehicles）、多源交通信息智能感知关键技术MIS（Multi-sourceInformationSensing）、基于车载以太网的车内网关键技术OEN（OnboardEthernetNetwork）、基于DSRC/LTE-V/5G的车车/车路网关键技术C2C/C2R（CartoCar/CartoRoad）、异构网络融合关键技术HNC（HeterogeneousNetworkConvergence）、智能路侧系统关键技术IRS（IntelligentRoadsideSystem）、知识链接高精度地图与定位技术HRMP（HighResolutionMapandPositioning）、交通大数据处理与分析关键技术ATBD（AnalysisonTrafficBigData）、交通云计算与云存储关键技术CCCS（CloudComputingandCloudStorage）、信息交互与安全关键技术IIS（InformationInteractionandSecurity）。这十大关键技术共同支撑和推动着车联网系统的发展。下面对车联网的部分关键技术介绍如下：智能感知信息整合“车联网是车、路、人之间的网络”，车联网中的传感技术应用主要是车的传感器网络和路的传感器网络。车的传感器网络又可分为车内传感器网络和车外传感器网络。车内传感器网络是向人提供关于车的状况信息的网络；车外传感器网络就是用来感应车外环境状况的传感器网络。路的传感器网络指铺设在路上和路边的传感器构成的网络，这些传感器用于感知和传递路的状况信息。无论是车内、车外，还是道路的传感器网络，都起到了车内状况和环境感知的作用，整合传感网络信息，将是“车联网”重要的也是极具特色的技术发展内容，如下图3-3-2所示。智能感知信息整合图3-3-2传感器融合技术智能车载终端系统平台智能车