智能網聯汽車V2X技術研究

摘要：信息技術的不斷發展，以互聯網為基礎的新技術、新工藝被廣泛應用于汽車制造領域，改善了傳統的汽車設計制造方案，全面提高智能網聯汽車的生產力水平。本文對智能網聯汽車中主流V2X技術標準及研發方向進行了論述，在此基礎上對V2X終端硬件系統設計進行了重點分析，結合智能汽車與無人駕駛中V2X技術的應用效果，提出V2X終端性能與應用功能檢測方案，對智能聯網汽車感知、決策、執行功能的綜合管理提供積極參考。

關鍵詞：智能網聯汽車;V2X技術;研究分析

本研究工作開展前，首先需要明確智能網聯汽車聯網通信需求和網絡基本框架，分析在當前5G時代的發展背景下，智能網聯汽車V2X技術應用過程中需要解決的問題，全面提高V2X技術的實際應用水準，確保智能網聯汽車的持續穩定發展。智能網聯汽車是汽車產業轉型升級的重要標志，主要在傳統汽車功能的基礎上，通過傳感器、控制器等一系列硬件設施的裝配與應用，在保證現代通訊要求的同時，在網絡技術的支持下實現車與x之間的數據共享。

一、智能網聯汽車主流V2X技術標準及研發方向

（一）技術標準

智能網聯汽車的環境感知、行車決策制定需要V2X技術作為支持，實現車與車之間的智能通信，充分發揮出自動化駕駛具有的功能作用，制定出明確的控制目標。在V2X技術研發階段，除了提供專用的短程通信通道之外，還需要結合主流通信標準分析5G技術時代的到來，結合汽車智能控制的根本需求，充分發揮出V2X技術的競爭優勢。V2X技術能夠保證在高速移動過程中數量傳輸數據的穩定性，降低數據傳輸延遲，實現對車輛運行的安全控制，建立安全網絡架構，避免在行駛過程中由于行車車輛過多導致的技術體系容量下降等問題，為企業創造更高的經濟效益，滿足新時期V2X技術的應用需求。

（二）研發方向

移動通信網絡技術在汽車研發與制造中的有效應用，經過長時間的業務融合與發展，已經成為汽車研究制造領域不可或缺的重要技術，當前智能網聯汽車項目的開發，將目光放在V2X技術研發的基礎上，確保車聯網系統的穩定性。隨著技術的逐漸成熟，車與車之間的智能化通信成為現實，通信網絡技術能夠提高智能車輛的控制成效，在5G時代的背景下降低網絡延遲，提高智能網聯汽車的感知能力、決策能力。當前智能網聯汽車中5G技術尚未得到普及，V2X技術有便捷開放式的發展特點，在蜂窩網絡的基礎上，不需要重新設置網絡設備，就能實現數據互聯。V2X技術的頻帶寬度分配具有較強的靈活性，能夠結合汽車行駛的實際情況，自動化完成頻譜帶寬的調整，V2X技術的支持下保證數據傳輸的可靠性，集中化的資源分配降低網絡數據丟失問題的發生。V2X技術在汽車制造研發領域得到了廣泛應用，能夠為企業創造更高的經濟效益，在未來發展階段相關領域的研究學者逐漸意識到V2X技術存在的缺點和問題，通過測試與驗證逐漸完善智能網聯汽車的通信需求框架。

二、智能網聯汽車V2X終端硬件系統設計

首先，V2X設備設計需要參考用戶的根本需求，通訊終端是實現車輛之間智能交互的重要媒介，基本功能是及時獲取車輛所處的位置信息，通過以太網分析車輛當前的運行狀態，將得到的數據內容封裝處理，并根據系統分析結果對駕駛員下發通行指令。在此基礎上設計高性能處理器，滿足車路協同應用的根本需求，V2X終端硬件系統設計如圖1所示：

（一）定位系統模塊

V2X終端硬件系統設計需要保證在通信交互的過程中信息的集中化處理，定位系統模塊主要負責定位數據的收集與分析，實現數據信息與設備實際運行的同步管理需求，要求在車輛通信階段保證通訊數據的準確性和及時性，并在車輛預警系統中結合定位算法，保障車輛定位的精準度，提高系統運行的可靠性。GPS定位模塊設計需要參考的數據參數有：靈敏度、靈敏度捕捉時間、時間精度、水平精度等等。在終端啟動后通過數據處理單元進行定位搜尋，獲得衛星信號傳輸的GPS信息，按照標準的時間序列將得到的數據內容，整合為數據包自動進入程序解析，當完成解析后進行數據共享，根據得到的時間信號進行系統時間校準。

（二）數據處理系統模塊

數據處理模塊是硬件系統的核心，想要在多元化數據通信模式下保證數據交互的實時性和準確性，需要根據服務需求自動連接基本操作接口，將數據內容轉換為協議中的消息格式，通過接口對接進行操作功能的開發。智能芯片在數據處理單元中的有效應用，將該模塊分為本機操作模塊、系統通信操作模塊、信息鏡像功能和信息傳輸功能，通過本機操作獲取基礎信息，結合設備使用類型分析設備的運行狀態，判斷網絡接口是否正常，通過技術調整參數發送、參數接收等功能。自動通過V2X通信接口完成操作函數的接收發，在系統內部建立參數記錄文件夾，消息鏡像功能主要包括通知、請求和應答，要求在系統執行階段進行數據接收，重新進行設備定義調整函數，根據得到的基礎信息將數據傳輸到系統功能槽，實現消息應答。消息操作功能是將本機所獲得的各類數據，通過打包處理直接傳輸通信子系統中，完成數據的收發與對接，通過GPS定位系統獲取行車過程中需要的數據參數，利用數據解析成果完成兩車之間的通訊交互，做好V2X應用場景分類。

（三）無線電通信模塊

無線電通信模塊的主要作用是自動進行空中信號的接收與發送，通過信息處理技術將數據內容加載到載波上，以射頻信號的方式進行數據解調，當前我國制定的V2X路線規劃標準，需要通過商務通信模組的分析，計算得到工作頻率、工作寬帶。分析其是否達到V2X終端通信標準，根據通信協議進行程序編寫，將數據傳輸獲得的信息集中式處理，并共同輸送到載波，以射頻信號的方式傳輸到天線系統完成數據發送。

（四）天線系統模塊

天線系統模塊能夠實現設備數據的電磁波轉換，自動完成其他設備發送的電磁波信號解調，得到有效的數據信息，在系統方案制定的過程中，天線系統設計要求具備收發功能，能夠自動完成衛星信號接收，得到車輛的定位信息，并做好時間同步處理，配合無線電通信子系統進行數據收發。想要全面提高該系統模塊的運行靈活性，需要采用一發兩收的設計原理，借助通信接口與通信基站間的連接，達到與千里之外的目標車輛之間的通信聯系，提前進行路況信息獲取。技術開發人員可以直接進行終端系統訪問，利用天線技術向廣大車輛用戶發布預警信息，WiFi天線可以作為連接熱點，并通過電腦訪問內部系統進行參數和程序修改。

三、智能汽車與無人駕駛中V2X技術應用必然性

（一）智能化和網聯化發展

智能網聯汽車制造需在信息化、智能化的發展基礎上，實現生產、組裝車間等眾多領域的自動化轉型，隨著無人駕駛技術在我國汽車研發領域的廣泛應用，需運用新網絡技術逐步解決存在的發展問題，有效預防各類駕駛事故的發生。傳統的傳感器安裝和智能化系統建立無法滿足無人駕駛的根本需求，隨著V2X技術在車聯網系統建設中的廣泛應用，強化車與車、車與路之間的有效通信，簡化單車智能設備算法運行流程，將車輛的智能化發展作為無人駕駛的標準。通過V2X技術的有效滲透，加快汽車智能化發展速度，滿足智能網聯汽車產業技術創新、政策改革的根本需求。

（二）V2X通信技術成熟化

V2X技術在智能網聯汽車設計中的有效應用，相關通信技術逐漸成熟，國產科技得到進一步發展，傳統的4G網絡已經無法滿足V2X技術的應用需求。4G網絡時代下存在的延遲效果對快速移動中的車輛會造成嚴重影響，自動駕駛下容易引發交通事故，因此，5G技術時代與V2X系統之間的結合應用勢在必行，采用高效的無線通信技術，實現對快速移動目標的自動化識別，車與車之間的雙向通信技術已經逐漸成熟。中國華為科技與高通共同制定新的通信標準，具有較高的覆蓋率，能夠支持高速移動場景讀取，具有較強的網絡可靠性，全面提高數據資源的利用率。國內正在逐漸加大對新型科技的研發扶持力度，實現標準化的工作加速，讓V2X技術市場逐漸走向規范化，智能網聯汽車制造與終端設備應用涉及多個領域的專業內容，隨著智能網汽車標準體系的構建，標志著國內的標準化工作逐漸成熟。

（三）V2X服務巨大的成長空間

V2X技術能夠為用戶提供更加多元化的服務類型，在完善傳統服務功能的同時，保障汽車行駛的安全性，車聯網生態結構的逐漸完善，用戶所提出的需求功能正在從傳統的安全為主向體驗式發展。建立集硬件設備、研發公司、電信運營商為一體的車聯網服務市場，目前我國V2X服務形式具有多樣化的發展特點，與智能手機低成本、高利潤的科技研發價值進行對比分析，服務市場具有廣闊的成長空間，正在堅定不移地走手機APP市場增值之路

四、智能網聯汽車V2X終端性能與應用功能檢測

（一）V2X終端性能測試

虛擬測試：虛擬化測試工作的開展需要建立系統分析環境，通過信號產生器和信號分析儀等設備的有效應用搭建測試系統，根據實際模擬需求輸入信號，系統在啟動運行后能夠實現GPS信息的同步處理，當各個模塊處于工作狀態時，利用信號分析儀模擬終端設備與系統保持通訊。當通信線路連接后，接收的數據信號分析得到的射頻參數合理性，在測試開展前需要通電運行系統開展定位模塊，模擬行駛路線，將得到的數據信息直接發送到系統內部，通過輻射的方式連接到自由空間，在串口終端查看GPS信號指令，分析該模塊是否順利接收到衛星傳輸的定位數據。當確定GPS定位處于正常工作狀態后，利用物理層調試工具向終端發送正弦信號，調整信號分析儀的中心頻率，參考工作頻率和信號發生功率保持通訊連接狀態，在傳輸過程中完成雙方統計，通過檢波調節的方式獲取精準的參數信息。

終端射頻測試：電磁信號傳播過程中主要分為兩種傳輸形式，一種是通過電纜、帶狀線等微波傳輸線進行傳輸，一種是直接輻射到自由空間，兩種傳輸形式之間存在明顯差別，線纜主要采用絕緣材料包裹導體的制作工藝，保證信號傳輸的有效性，同時有效避免傳輸過程中出現電磁波泄露或降低能量損失等問題。與此同時，這一線纜材質存在一系列問題和缺陷，線纜的長度限制通信長度，空間傳播的電磁波信號遠低于線纜傳輸的信號，自由空間充滿著雜亂的信號，處于不可控的傳播環境下，同時存在和反射的障礙物在傳輸過程中會強行吸取電磁波信號。但自由空間的應用優勢在于徹底擺脫線纜的距離限制，讓信號傳播變得更加便捷和自由，在測試階段我們對無線通信設備具有的射頻性能參數進行分析，模擬自由空間下載流程，測試階段屏蔽其他設備的電磁信號，避免對測試設備造成干擾。射頻性能參數測試實驗，主要通過有線直連的方式進行傳導測試，將最終得到的數據整合到一起，了解發射功能頻率、工作范圍等信息，建立頻譜發射模板。

（二）V2X應用功能檢測

通信性能測試：采用傳導射頻測試原理，結合各項射頻指標在滿足標準值的基礎上，分析該設備的運行原理是否符合工作需求，實現終端之間的相互通信，利用天線進行信息收發進行輻射測試，了解V2X的通訊性能，分析在一定信號覆蓋范圍內多個終端系統之間，信息交互過程中存在的數據延時情況以及數據丟失頻率，數據延時指的是從數據發送端——接收端單向傳輸所耗費的時長參數，會直接影響到車輛的行駛安全。

實車道路測試：在實車測試的過程中需要參考虛擬場景測試得到的系統結果，對該結果進行驗證分析，仿真模擬程序對比分析仿真場景與現實車道測得結果的差異性。由于實車道路環境存在嚴重的信號干擾，受到自由空間和氣候條件的影響，無時無刻不對信號傳輸效率造成影響，這是虛擬化設備無法呈現的效果，因此需要通過實車道路測試檢驗，通過實車測試結果進行數值修改。

碰撞測試：V2X安全系統中的碰撞預警程序，通過自動化檢測分析汽車行駛的正前方是否存在減速車輛，在車后方是否具有追尾風險，在系統檢測過程中觀察系統向駕駛員發出警報的時間，將其作為V2X安全防護效果的檢驗標準。當發現危險沖突時，只有及時獲取報警信息才能夠降低危險事故的發生，在測試階段控制好被測車輛與目標車輛之間的相對距離、相對速度。采用應用層預警算法進行V2X終端測試，在保證設備具有良好通信性能的同時，不斷完善預警算法。爭取在短時間內完成預警輸出，讓駕駛員獲得良好的駕駛體驗。虛擬化場景測試與實車道路測試的有效應用，能通過對比分析的方式進行檢測，了解V2X終端的預警效果，保證測試結果的真實性和準確性。

五、結束語

智能網聯汽車在通行階段能夠自動完成復雜交通環境的感知，迅速做出智能化行駛決策，強化汽車系統的控制與執行，確保汽車駕駛的安全性和節能性，智能網聯汽車中V2X技術作為關鍵技術，主要負責汽車的通信服務和網絡管理，想要實現個系統之間的協同發展，就需要為V2X技術的創新與完善創造良好條件。V2X終端硬件系統設計需要結合設備應用的基本需求，本研究從定位系統模塊、數據處理系統模塊、無線電通信模塊、天線系統模塊四個方向探討系統總體設計方案，并通過虛擬測試、終端射頻測試、通信性能測試、實車道路測試等方式，分析智能網聯汽車V2X技術的終端功能和應用功能。

作者單位：趙統一? ? 江蘇先安科技有限公司

參? 考? 文? 獻

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