先進的車載無線通信技術推動智能交通系統的發展

摘要：智能交通系統(ITS)建立在網絡化的信息通信技術的基礎之上，以實現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。本文介紹先進無線通信技術在推動智能交通發展中所發揮的作用，以及中國汽車電子行業所面臨的全新發展機遇。

關鍵詞： 智能交通系統；ITS；毫米波雷達；ASV

智能交通系統(ITS)建立在網絡化的信息通信技術的基礎之上，以實現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。據報道，日本在先進安全自動車(AdvancedSafetyVehicle，ASV)概念中，把ITS所需要的重要駕駛支持系統歸納為包括如下方面：

·防止碰撞前方障礙物的支持系統；

·防止進入彎道危險速度支持系統；

·制動并用式車間距離定速控制ACC(全速度域控制)系統；

·防止越出車線支持系統；

·維持車線支持裝置；

·防止碰撞車輛周圍死角障礙物系統；

·燈光隨動系統(AFS)；

·被碰撞預知傷害降低系統；

·行人傷害降低及安全氣囊系統；

·睡意警報裝置；

·所有座位安全帶使用勸告裝置；

·后側方和側方信息提供裝置；

·緊急制動信息提供裝置；

·夜間前方行人信息提供系統；

構建上述系統需要用于道路環境和車輛狀態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配套的車載信息通信系統(Telematics)要滿足兩方面的通信需求：1．與道路信息的協調；2．與通信系統的協調。因此，以汽車為中心的信息通信技術、先進的駕駛控制系統和環境識別系統是汽車電子發展的下一波熱點，其中，核心技術之一就是先進的無線通信技術。

本文試圖向中國汽車電子、半導體和通信行業的技術人員概要介紹先進的車載無線通信技術在推動智能交通系統的發展中所發揮的作用，從而為中國汽車電子產業的技術升級提供參考。

車載無線網關提供統一的信息通信平臺

目前，領先的汽車制造商已經開始研發針對駕駛員的信息服務系統和信息通信系統。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(Telematics)。福特公司將提供配備藍牙和微軟操作系統的汽車。Autonet Mobile公司也計劃推出能夠為車輛提供互聯網接入服務的技術。

建立這些系統有望為制造商、零售商、消費者、導航服務提供商以及內容原創公司帶來新的附加價值。例如，基于陸地和衛星的技術將為安全、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成為可能。如圖1所示，下一代智能交通系統將建立在先進的移動通信、衛星通信和互聯網的基礎之上。

從上圖顯而易見，無線通信技術將在智能交通系統中扮演重要的角色。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的需要，汽車中有望出現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。

值得注意的是DSRC技術的發展動向。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的自動車輛識別的頻率轉向5．8GHz～5．9GHz系統，Fcc(美國聯邦通信委員會)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技術委員會(國內編號為SAC／TC268)的5．795—5．815GHz ISM頻段。目前，2．45GHz系統應用相對較少，沒有形成主流。

傳統上，DSRC是ITS智能交通系統領域中專門用于機動車輛在高速公路等收費點實現不停車自動收費EFC(Electronic Fee Collec—tion)的技術，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，實現車輛與路邊設備RSU的數據交換。

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、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，還能夠實現長距離GPS和衛星通信的功能。據報道，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。該項技術將使汽車OEM廠商可以開發出完整的預防安全系統，具備火災自動報警以及防止相撞的功能。

利用DSRC技術避免汽車之間的相撞事故是一項尖端的技術研究目標。業內認為，DSRC基礎設施網絡的建設是一個相當漫長的過程，這為中國半導體行業開發具備WiMAX、DSRC、GPS甚至蜂窩電話通信功能的統一無線網關，促進智能交通系統的發展提供的重要機會?？梢灶A見的是，未來的汽車將成為一個隨時隨地由無線網絡連接的移動通訊平臺。

利用毫米波雷達和圖像傳感器構建智能駕駛控制系統

據日本Hitachi公司的研究顯示，日本和西方國家正在努力開發更為先進的安全技術，其目標是把每年的交通事故和災害降低30％～50％，為此，要開發一種新型的駕駛控制系統，這種的系統的主要功能包括：

·自適應巡航系統(ACC)；

·預防撞剎車系統(Precrash Safety System)；

·停止和前進(stop—And—Go)控制系統；

·車道保持系統(LKS)；

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

目前，國際汽車半導體廠家在毫米波雷達器件上已經取得了一系列突破。例如，飛思卡爾半導體已經展示了使用硅鍺(SiGe)技術的面向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及預防撞安全系統等的車間距檢測用途。與此同時，飛思卡爾還開發將射頻芯片與接口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，據稱，該公司今后還將對毫米波雷達的所有技術進行不斷開發。

此外，新日本無線公司成功開發了使用76GHz頻帶的面向車載毫米波雷達的VCO。在AIN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容二極管形成VCO。日本村田公司也推出了采用介質振蕩器、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，它利用毫米波雷達判斷出追尾危險后，發出警報音并起動制動器，通過追尾減輕制動系統中的“預防撞安全系統”來防止碰撞。

由于毫米波雷達產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。在這方面，NEC搶占日本市場半壁江山的“預防撞安全”系統市場，該公司利用車載圖像識別并行處理器，通過采用結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的立體物體的距離和速度，向駕駛員發出警報，從而減輕沖撞造成的傷害。因此，代表了環境識別技術的發展方向之一。圖3為基于毫米波雷達和圖像傳感器的環境識別技術在汽車中的應用的示意圖。

結語

隨著智能交通系統的發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的需求與日俱增。

比較而言，傳統的車載無線電設備一收音機、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。在智能交通系統中，把無線通信技術、車載汽車計算平臺、信息顯示系統以及駕駛控制系統有機地結合起來，構成統一的ITS ECU或車載信息通信系統(Telematics)平臺，將對無線電通信技術提出更高的要求，設計過程中面臨的最大挑戰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，軟件無線電技術將有著無限的應用空間。

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

參考文獻：

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