先進的車載通信技術(shù)推動智能交通系統(tǒng)的發(fā)展

智能交通系統(tǒng)(ITS)建立在網(wǎng)絡化的信息通信技術(shù)的基礎之上，以實現(xiàn)交通管理的最佳化和道路的有效利用為手段，提高行車的安全性、舒適性以及道路的運輸效率。據(jù)報道，日本在先進安全自動車(Advanced Safety Vehicle, ASV)概念中，把ITS所需要的重要駕駛支持系統(tǒng)歸納為包括如下方面：

*防止碰撞前方障礙物的支持系統(tǒng);

*防止進入彎道危險速度支持系統(tǒng);

*制動并用式車間距離定速控制ACC(全速度域控制)系統(tǒng);

*防止越出車線支持系統(tǒng);

*維持車線支持裝置;

*防止碰撞車輛周圍死角障礙物系統(tǒng);

*燈光隨動系統(tǒng)(A FS);

*被碰撞預知傷害降低系統(tǒng);

*行人傷害降低及安全氣囊系統(tǒng);

*睡意警報裝置;

*所有座位安全帶使用勸告裝置;

*后側(cè)方和側(cè)方信息提供裝置;

*緊急制動信息提供裝置;

*夜間前方行人信息提供系統(tǒng);

構(gòu)建上述系統(tǒng)需要用于道路環(huán)境和車輛狀態(tài)檢測的各種傳感器以及用于信息提供、報警及操作支持的各種控制裝置。此外，與ASV道路交通和通信信息系統(tǒng)配套的車載信息通信系統(tǒng)(Telematics)要滿足兩方面的通信需求：1. 與道路信息的協(xié)調(diào);2. 與通信系統(tǒng)的協(xié)調(diào)。因此，以汽車為中心的信息通信技術(shù)、先進的駕駛控制系統(tǒng)和環(huán)境識別系統(tǒng)是汽車電子發(fā)展的下一波熱點，其中，核心技術(shù)之一就是先進的無線通信技術(shù)。

本文試圖向中國汽車電子、半導體和通信行業(yè)的技術(shù)人員概要介紹先進的車載無線通信技術(shù)在推動智能交通系統(tǒng)的發(fā)展中所發(fā)揮的作用，從而為中國汽車電子產(chǎn)業(yè)的技術(shù)升級提供參考。

車載無線網(wǎng)關提供統(tǒng)一的

信息通信平臺

目前，領先的汽車制造商已經(jīng)開始研發(fā)針對駕駛員的信息服務系統(tǒng)和信息通信系統(tǒng)。例如克萊斯勒集團和Hughes Telematics公司宣布將提供集合了信息娛樂、安全和遠程診斷功能的車載信息通信系統(tǒng)(Telematics)。福特公司將提供配備藍牙和微軟操作系統(tǒng)的汽車。Autonet Mobile公司也計劃推出能夠為車輛提供互聯(lián)網(wǎng)接入服務的技術(shù)。

建立這些系統(tǒng)有望為制造商、零售商、消費者、導航服務提供商以及內(nèi)容原創(chuàng)公司帶來新的附加價值。例如，基于陸地和衛(wèi)星的技術(shù)將為安全、保密、信息娛樂、遠程診斷、維護通知和多播提供信息通信服務，最終有可能使遠程升級車載系統(tǒng)成為可能。如圖1所示，下一代智能交通系統(tǒng)將建立在先進的移動通信、衛(wèi)星通信和互聯(lián)網(wǎng)的基礎之上。.

圖1 基于互聯(lián)網(wǎng)的智能交通系統(tǒng)需要建立完善的車載信息通信系統(tǒng)

圖片來源：Hitachi公司

從上圖顯而易見，無線通信技術(shù)將在智能交通系統(tǒng)中扮演重要的角色。瑞薩科技的專家指出(圖2)，為了滿足基于無線的信息通信系統(tǒng)的需要，汽車中有望出現(xiàn)一個智能交通電子控制單元(ITS ECU)，由它通過WLAN和專用短程通信(DSRC, Dedicated Short Range Communication)實現(xiàn)車與車之間、車與路之間的通信?？梢韵胂?，3G無線通信有著廣闊的應用前景，本文在此不贅述。

圖2 以汽車為中心的無線通信技術(shù)

圖片來源：瑞薩科技

值得注意的是DSRC技術(shù)的發(fā)展動向。國際上，DSRC標準化體系分為歐、美、日三大陣營所制訂。歐洲采用的是CEN/TC278標準、日本采用的是ISO/TC204標準，它們都選擇5.8GHz作為DSRC通信頻率;美國正逐步地將應用于智能交通領域內(nèi)的自動車輛識別的頻率轉(zhuǎn)向5.8GHz～5.9GHz系統(tǒng)，F(xiàn)CC(美國聯(lián)邦通信委員會)也正式將5.9GHz頻段批準用于專用短程通信。中國目前采用的是源于ISO/TC204國際標準化組織智能運輸系統(tǒng)技術(shù)委員會(國內(nèi)編號為SAC/TC268)的5.795-5.815GHz ISM頻段。目前，2.45GHz系統(tǒng)應用相對較少，沒有形成主流。

傳統(tǒng)上，DSRC是ITS智能交通系統(tǒng)領域中專門用于機動車輛在高速公路等收費點實現(xiàn)不停車自動收費EFC(Electronic Fee Collection)的技術(shù)，也就是長距離RFID射頻識別(又稱電子標簽E-tag)。DSRC標準主要涉及兩類設備：路邊設備RSU(Road-Side Unit)和車載設備OBU(On-Board Unit)。正是通過路邊設備RSU與車載設備OBU之間建立通信，使得裝有OBU的機動車輛在中速(50~60Km/h)情況下通過部置有RSU天線的門架時，實現(xiàn)車輛與路邊設備RSU的數(shù)據(jù)交換。

國際上，松下電器在CEATEC JAPAN 2006上展出了支持5.8GHz頻段DSRC的新一代ITS車載設備，這種通信系統(tǒng)將過去一直用于EFC的DSRC應用范圍擴展到了其他服務和安全行駛輔助領域，例如，接收交通擁堵信息等等。該產(chǎn)品預計將在2007年度投入實用。

此外，推出DSRC芯片方案的還有沖電氣工業(yè)、東光和TransCore公司。以TransCore公司研制出的Modem為例，它除了具備專用短距離通信功能之外，還能夠?qū)崿F(xiàn)長距離GPS和衛(wèi)星通信的功能。據(jù)報道，該Modem的GPS精確度可達1米，并提供與汽車之間的多路通信通道，能夠給車輛提供安全服務，且具有自動預警功能，并不受地域限制。該項技術(shù)將使汽車OEM廠商可以開發(fā)出完整的預防安全系統(tǒng)，具備火災自動報警以及防止相撞的功能。

利用DSRC技術(shù)避免汽車之間的相撞事故是一項尖端的技術(shù)研究目標。業(yè)內(nèi)認為，DSRC基礎設施網(wǎng)絡的建設是一個相當漫長的過程，這為中國半導體行業(yè)開發(fā)具備WiMAX、DSRC、GPS甚至蜂窩電話通信功能的統(tǒng)一無線網(wǎng)關，促進智能交通系統(tǒng)的發(fā)展提供的重要機會。可以預見的是，未來的汽車將成為一個隨時隨地由無線網(wǎng)絡連接的移動通訊平臺。

利用毫米波雷達和圖像傳感器構(gòu)建智能駕駛控制系統(tǒng)

據(jù)日本Hitachi公司的研究顯示，日本和西方國家正在努力開發(fā)更為先進的安全技術(shù)，其目標是把每年的交通事故和災害降低30%~50%，為此，要開發(fā)一種新型的駕駛控制系統(tǒng)，這種的系統(tǒng)的主要功能包括：

*自適應巡航系統(tǒng)(ACC);

*預防撞剎車系統(tǒng)(Precrash Safety System);

*停止和前進(Stop-And-Go)控制系統(tǒng);

*車道保持系統(tǒng)(LKS);

為了實現(xiàn)上述功能，需要采用一系列基于毫米波雷達的環(huán)境識別傳感器、圖像處理攝像機以及新型的剎車、方向盤和其它子系統(tǒng)。其中的關鍵無線電技術(shù)就是毫米波雷達傳感器。

圖3 環(huán)境識別技術(shù)在汽車中的應用

圖片來源：Hitachi公司

目前，國際汽車半導體廠家在毫米波雷達器件上已經(jīng)取得了一系列突破。例如，飛思卡爾半導體已經(jīng)展示了使用硅鍺(SiGe)技術(shù)的面向77GHz頻帶毫米波雷達的射頻(RF)芯片。該芯片主要面向在部分汽車上配備的車與車之間的間距控制系統(tǒng)及預防撞安全系統(tǒng)等的車間距檢測用途。與此同時，飛思卡爾還開發(fā)將射頻芯片與接口IC、微控制器一起封裝的毫米波雷達模塊，以及旨在使該模塊實現(xiàn)小型化的小型天線。由于通用毫米波雷達將來會成為必不可少的裝備，據(jù)稱，該公司今后還將對毫米波雷達的所有技術(shù)進行不斷開發(fā)。

此外，新日本無線公司成功開發(fā)了使用76GHz頻帶的面向車載毫米波雷達的VCO。在AlN底板上形成基于微帶線的電路后，通過表面封裝耿氏二極管及變?nèi)荻O管形成VCO。日本村田公司也推出了采用介質(zhì)振蕩器、振蕩頻率為38GHz的VCO。京瓷不久前也推出了兩款用于60GHz頻段無線通信和76GHz頻段車載雷達等毫米波頻段的陶瓷天線。

在實際使用的過程中，雷達系統(tǒng)與偏航速率傳感器采用一體化設計，配備于車前隔柵后方。成功的案例包括：德爾福最大檢測角度為15度的新型巡航控制系統(tǒng)毫米波雷達;雷克薩斯LS460車型使用毫米波雷達和攝像機實現(xiàn)車輛前方障礙物識別功能和后方車輛識別功能;日野為Profia車型增加的標配追尾減輕制動系統(tǒng)，它利用毫米波雷達判斷出追尾危險后，發(fā)出警報音并起動制動器，通過追尾減輕制動系統(tǒng)中的“預防撞安全系統(tǒng) ”來防止碰撞。

由于毫米波雷達產(chǎn)生的電波能夠穿透人體，從而給健康造成不良影響，因此毫米波雷達在能夠檢測的障礙物方面存在局限性，比如不能將行人作為障物來檢測等，只能借助于攝像技術(shù)。在這方面，NEC搶占日本市場半壁江山的“預防撞安全”系統(tǒng)市場，該公司利用車載圖像識別并行處理器，通過采用結(jié)合毫米波雷達及攝像頭等多個傳感器的信息進行綜合處理的方式，檢測包括前方車輛及行人在內(nèi)的立體物體的距離和速度，向駕駛員發(fā)出警報，從而減輕沖撞造成的傷害。因此，代表了環(huán)境識別技術(shù)的發(fā)展方向之一。圖3為基于毫米波雷達和圖像傳感器的環(huán)境識別技術(shù)在汽車中的應用的示意圖。

結(jié)語

隨著智能交通系統(tǒng)的發(fā)展以及駕駛員對信息通信需求的增加，對路-車之間、車-車之間無線通信技術(shù)的需求與日俱增。

比較而言，傳統(tǒng)的車載無線電設備—收音機、GPS、遙控無鑰進入、TPMS和GSM/GPRS設備等,都是相對獨立的無線電設備。在智能交通系統(tǒng)中，把無線通信技術(shù)、車載汽車計算平臺、信息顯示系統(tǒng)以及駕駛控制系統(tǒng)有機地結(jié)合起來，構(gòu)成統(tǒng)一的ITS ECU或車載信息通信系統(tǒng)(Telematics)平臺，將對無線電通信技術(shù)提出更高的要求，設計過程中面臨的最大挑戰(zhàn)在于如何將不同標準和頻點的無線電通信設備集成為一體。在此，軟件無線電技術(shù)將有著無限的應用空間。

由于智能交通系統(tǒng)的建設牽涉面廣，因此，需要汽車制造商與汽車電子、半導體、通信、軟件設計及內(nèi)容提供等行業(yè)開展廣泛的跨行業(yè)協(xié)作。此外，國家的產(chǎn)業(yè)政策支持以及相關標準的引導也是至關重要的。

參考文獻：

1. ‘Trends in Drive Control Systems and Hitachi Group Initiatives,’ Hitachi.

2. ‘瑞莎汽車電子技術(shù)的應用和發(fā)展’，2006汽車電子深圳技術(shù)論壇峰會演講文集

3. 易漢文，‘美國智能交通10 年發(fā)展規(guī)劃’

4. 中國電子報, www.cena.com.cn

5. www.hitachi.com.cn

6. 呂京建，‘汽車計算平臺新技術(shù)綜述’, 電子產(chǎn)品世界 2s4d.com/othermeeting/2006em/汽車計算平臺新技術(shù)綜述-呂京建.pdf

7. ‘城市交通智能化設想： 綜合性公共移動信息服務系統(tǒng)’,電子產(chǎn)品世界 2s4d.com /Bookmark/zhai.aspx?bookmarkid=187

8. 鄒治永, ‘智能驅(qū)動和控制技術(shù)為汽車行駛安全帶來革命性變化’, 電子產(chǎn)品世界, 2006年10月上半月, 第114頁