联网汽车

联网汽车时代即将来临

安全、高效、舒适地抵达目的地

联网汽车时代即将来临。这将主要在中国大城市率先成为现实。但随着 5G 移动通信的推出,欧洲和美国也将很快确立针对车辆连接的蜂窝车联网 (C-V2X) 标准。主要的行业参与者信任罗德与施瓦茨测试与测量解决方案,以安全高效地推动自主车辆顺利上路。

高峰时段的上海街头异常繁忙。想要拉链式通行?鸣喇叭、踩油门才是正道!不得不刹车?再按喇叭,一切搞定。在十字路口倒车来改变行驶方向?的确会有这种情况。如果运气好,汽车会幸运地没有撞上那些在车缝中默默穿行的众多电动摩托车。电动摩托车甚至电动汽车驾驶员毫不羞愧地从人行道上一驶而过。毕业于上海财经大学的 Julian Schneider 在慕尼黑从事管理顾问工作,认为“街道对他们来说太不安全了”。他提到了一种非常危险的情况:如果行人想过马路,身后却不断传来汽车的喇叭声,那么即使红绿灯亮起绿色,也无法保证行人会绝对安全。这是因为即使是红灯,右转车辆也可以通行(加拿大、澳大利亚和美国也是如此)。而这, 导致中国的交通事故死亡人数高于全球其他地方。2018 年世界卫生组织 (WHO) 发布的最新数据说明了这一点。

中国大城市——蓄势待发的汽车电子革命实验室

但中国政府已决心改变这种局面, 并尤为重视能够增强国家技术实力的各项举措。例如,智慧城市在西方国家/地区仅处于筹划阶段,却在中国得以发展。“智慧城市”的概念早在 2011 年便已出现在中国的“十二五”规划中,在随后的规划阶段得到强化并发展成为“新智慧城市”。中国从 2015 年开始实施“中国制造 2025”战略,力求在机器人、人工智能和电动汽车等创新领域跃居全球领先地位。

互连的自主交通愿景与这些规划目标一致。中国的初创企业是未来汽车交通领域的开拓者。中国各大城市交通状况混乱,恰好给这些企业创造了机遇。小马智行是一家成立于 2016 年的自动驾驶出行服务公司,现已成为主要的行业参与者。公司的首席执行官彭军认为,中国面临的挑战非常严苛。彭军表示,相较于自主驾驶领域的先驱者美国,在不可预测的中国本土环境中积累的经验更有价值,获得的数据也更有意义。小马智行已经在中国南方地区的公路上进行了大规模的自动驾驶汽车现场试验。百度、安途和滴滴出行等其他本土参与者也在做同样的事情。业内人士预计,2023 年至 2025 年间自动驾驶将实现规模化经营。到 2030 年,作为全球最大市场的中国应该已出现数百万辆自动驾驶出租车。这种发展趋势备受青睐,因为大约只有四分之一的中国人拥有驾照,并且他们当中的大多数人短期内买不起车。

在中国大城市实施的汽车电子测试解决方案

自主汽车如果能够在中国顺利推行,便可征服其他地方。中国的本土自动驾驶出行服务开拓者以大城市为实验室来测试最具挑战性的 V2X 环境。为确保这些开拓者能够安全地在所有地方实现自己的商业构想,需要借助罗德与施瓦茨等供应商提供的汽车电子测试解决方案。

美国为行业先行者

毫无疑问,汽车电子革命起源于美国。从 2014 年开始,可爱的谷歌“蛋形”自主驾驶车辆便指明了行业发展方向。2015 年,公路上首次出现无人驾驶。成立于 2017 年的 Waymo 是谷歌的姐妹公司,开发了多种精密软件,积累了大量的测试里程数,被视为自主驾驶领域的标杆。但是,十几家其他美国公司和数家中国公司利用有利的监管条件(尤其是在加利福尼亚地区)自行进行现场测试。自动驾驶出租车的商业使用已受监管,部分运营商的无安全驾驶员操作亦获批准。道路上的任何问题都可以通过控制中心的远程控制得到纠正。

Waymo

与众多美国和中国公司一样,谷歌的姐妹公司 Waymo 的自主车辆已经上路。预计未来几年将出现第一批商用自动驾驶出租车车队。

截然不同的欧洲境况

欧洲初创企业的积极性难与美国和中国公司相媲美。在欧洲地区,人们利用汽车电子行业本身的开发服务,与主要 IT 参与者成立合作企业,德国等地甚至运用公共交通第一英里和最后一英里使用的自动穿梭巴士或大众运输工具开展本土项目。2021 年 7 月,德国率先通过针对自主驾驶(最高 4 级)的全国性法律。这也将允许自动出租车车队在德国道路上行驶。汽车租赁公司 Sixt 立即宣布打算尽早于 2022 年在慕尼黑推出自动驾驶出租车,并将使用英特尔子公司 Mobileye 的技术进行导航。但是,车上仍需配备一名安全驾驶员。

Jürgen Meyer

“联网自主驾驶的理念在全球加速盛行。汽车逐渐成为装在车轮上的智能手机。自主驾驶旨在为所有人提高道路交通的安全性。但是,我们必须能够信赖狭小的联网车辆中集成的技术。我们随时随地都需要验证这一点。创新的测试与测量解决方案为此提供支持。在部署车辆之前,所有技术和组件都经过严格测试。”

Jürgen Meyer,罗德与施瓦茨汽车电子市场副总裁

完全自主仅为次优目标

所有关于未来汽车交通的报告都提到了电动性和自主驾驶。但是,虽然这些主要技术恰好同期被提上日程,但实际上并无关联。汽车电子行业和大型制造商面临艰巨的任务和挑战,需要同时解决这两个问题。

虽然 Waymo、Argo AI 或百度等非汽车电子行业的新参与者在导航系统方面给传统的汽车原始设备制造商带来了压力,但后者必须积极应对以免依赖他人,同时设法转向电动平台。此外,电子设备在车辆开发中的作用日益加重。驾驶员辅助系统变得更加精密复杂,提高了安全性和自主性等级。同时,尽管在特定条件下可以实现完全自主驾驶(5 级),但这并不是真正的目标。行业正在绘制宏伟的合作式智能运输系统 (C-ITS) 蓝图。

这一愿景从更高视角规划交通,旨在通过技术手段最大限度地提高交通安全(“零死亡愿景”:到 2050 年实现几乎无交通死亡事故的目标)和交通效率。但是,只有支持车辆与其他车辆、周围基础设施和交通控制中心的通信,才能实现这一愿景。5G 移动通信将为此构筑基石。

移动体系中的汽车单元

与技术主题一样,汽车通信的话题讨论也充斥着各种易于记忆的简单术语。V2X 表示“车联网”。这一上层理念囊括 V2V(车对车)、V2I(车对基础设施)、V2N(车对网络)和 V2P(车对行人)。未来,汽车将与万事万物进行实时通信,以尽可能安全、快速、舒适地从 A 抵达 B。在此之前,仍需完成一些开发、协调和投资工作。但是,5G 技术提供了合适的无线系统,最重要的前提条件已得到满足。现在,必须在汽车上使用这项技术。

V2X animation

视频

智慧城市的重要一环:无线联网汽车与基础设施和其他道路使用者通信。在自主驾驶模式下,汽车将自动处理所有信号。罗德与施瓦茨移动无线电网络模拟器可在测试中协助车辆应对此类 V2X 场景,以为之后的实际应用作好准备。

提高驾驶员能力

交通情况极为复杂且不可预测,因此人们堪称一流的驾驶员。但是,目前的技术能够提供更多优势。未来,汽车将通过摄像头、雷达和激光雷达传感器探测周围所有环境,还可以确定路线、提高响应速度、时刻保持警惕并且永不疲倦。借助无线通信,车辆导引系统还可以集成有关远程情况的信息,否则驾驶员只能使用辅助系统才能访问这些信息。

一切就绪:启动模拟驾驶

汽车在一夜之间已通过移动通信更新到最新软件状态,还添加了新功能,并为下一次旅行作好了准备。开始自动模拟驾驶:首先在车载计算机中输入目的地,计算机先从网络获取最新的地图和交通信息。贝多芬街刚发生事故而被封锁,相关车辆已自动收到报告并绕行。市中心畅通无阻,因为控制中心了解整体交通状况并优化交通信号灯时段。红灯变绿后,通过远程协调重新启动汽车。红绿灯(“路侧单元”)以无线方式发出变成绿灯的信号。

第一辆车(“主车”)接收到信号,开始沿固定交通线启动 V2V 无线链路,并以受控方式加速。继续行驶两条街,前方出现危机:行人突然闯入车道,迫使一辆汽车自动紧急停车。该车同时向后方交通环境(包括我们的车辆)发送 V2V 信号,几毫秒内所有车辆作出相同响应,因此没有影响到交通。我们从入口匝道驶入繁忙的城市高速。车载计算机通知后方车辆我们要汇入,汽车随后从这些车辆间隙中插入。此后不久,一辆紧急救援车辆朝我们驶来,车流中神奇地整理出一条救援车道。这是因为交通控制中心已经通过移动通信向沿线的所有车辆发出警报。

到达目的地后,我们将整个程序交托给车库管理系统以找寻停车位,系统会将汽车引导到停车位并自行停车。之后,可以在出口通过呼叫信号再次启动汽车。

深入了解技术

模拟驾驶清楚表明,基于无线网络和车辆自主性的移动系统 (C-ITS) 需要运用自动机制以应对各种交通情况(场景)。此类机制需要独立于制造商而进行标准化。5G 汽车协会 (5GAA) 等组织正为此而努力。5GAA 专注于 5G 移动通信,汇集了汽车电子和通信行业中所有主要参与者的代表,包括罗德与施瓦茨。

汽车电子行业很早就开始了 5G 标准化进程,以确保充分考虑所关注的问题。5G 具有高传输率、高可用性、高可靠性和短信号传播时间(延迟)的固有特性,从一开始就是实现交通联网的理想之选。但是,蜂窝移动通信(通过切换基站进行无线电通信)仅支持部分通信任务。在死点或特殊情况下,车辆必须能够直接相互通信。为此,5G 之前的 LTE 技术提供了侧行链路接口(“PC5”),5G 技术同样集成此接口。根据应用情况,车辆将通过网络(C-V2X、Uu)或 PC5 侧行链路进行通信。

在美国和中国主要市场以及几乎所有欧洲制造商都表示支持 5G-PC5 之后,基于 WLAN (802.11p) 的备选侧行链路技术现已被搁置。

大秀风采

为了能够实施这些富有远见的计划,未来车辆需要为 5G 作好准备。由于所有新车都必须配备 eCall 紧急救援呼叫系统,多年来通用移动通信功能已成为车辆的标配性能。但是,5G 将在未来的交通场景中发挥核心作用,因此相应要求明显严于之前的标准。注重安全的实时应用不容出现连接故障。因此,远程信息处理单元(负责车辆通信)制造商和汽车制造商需要诸如罗德与施瓦茨的移动通信专家提供支持。

完整的专用测试设备可为开发人员和系统集成商提供有效方法以集成各类无线系统,包括移动通信、Bluetooth、WLAN 和 GNSS 系统。R&S®CMW500 或 R&S®CMX500 等移动无线电测试仪可模拟移动通信网络的所有功能,测量和评估连接设备的性能,并支持对自主驾驶用例等任何 5G 应用进行实验室测试。还需要特别注意车辆的空中接口:天线。交钥匙测量系统自动执行必要测试,因此制造商无需掌握特殊的专业知识来完成整车天线测试 (FVAT) 等耗时且容易出错的任务。

除了(移动)无线电测试设备之外,罗德与施瓦茨还为汽车电子制造商和供应商提供所有必备测试设备以开发和测试电气和电子车辆组件,包括 eCall 系统、多媒体设备、车辆数据总线、雷达传感器和电驱动装置。产品组合还包含电磁兼容性测试设备。归根结底,罗德与施瓦茨的测试与测量设备正在推动未来汽车的发展。

R&S®CMW500 和 R&S®CMX500 等移动无线电测试仪可模拟完整的移动通信网络。可以在实验室条件下利用目前尚不存在的所有可能道路场景测试汽车电子远程信息处理单元或整车等连接设备。

空口天线测试需要大型测试设施。汽车驶上转盘后,测试将自动运行。在汽车上方虚构出半球,并协调转盘和旋转臂移动以将测量天线的末端固定在半球的任何位置。因此,测量可提供囊括所有空间方向的连贯图像。