解碼自動(dòng)駕駛的基礎(chǔ)――汽車(chē)專用短距離通訊（DSRC

近年各國(guó)探討智能交通的熱門(mén)研究主題之一是聯(lián)網(wǎng)汽車(chē)(Connected Car)，其發(fā)展目的是要打造出更安全、智能并兼顧環(huán)保的交通運(yùn)輸工具。

在所有建設(shè)聯(lián)網(wǎng)汽車(chē)的所需條件中，連結(jié)性(Connectivity)為其實(shí)現(xiàn)的重要要素之一。聯(lián)網(wǎng)汽車(chē)可通過(guò)車(chē)與車(chē)(Vehicleto Vehicle)、車(chē)與路側(cè)單元(Vehicle to Roadside Unit)如交通號(hào)志、車(chē)與智能型手機(jī)或其他裝置的相互溝通鏈接，提供駕駛更多便利性功能，同時(shí)使汽車(chē)在行駛的旅程中能增添安全性。

聯(lián)網(wǎng)汽車(chē)的連結(jié)性應(yīng)用，大致可分為以下三種：

1、車(chē)與車(chē)(V2V)的連結(jié)

通過(guò)車(chē)輛間相互溝通協(xié)助，以防止交通事故的發(fā)生，進(jìn)而減少車(chē)禍傷亡。

2、車(chē)與路側(cè)(V2R)、基礎(chǔ)建設(shè)(V2I)的連結(jié)

可提供車(chē)主實(shí)時(shí)性與區(qū)域性的路況信息，促進(jìn)旅程便捷快速。

3、車(chē)與其他智能型裝置/系統(tǒng)的鏈接

串連其他用戶系統(tǒng)，提供實(shí)時(shí)不間斷的服務(wù)，讓乘車(chē)環(huán)境與旅程更為安全舒適。

目前配置車(chē)聯(lián)網(wǎng)的新車(chē)數(shù)量逐漸增加，但多數(shù)應(yīng)用服務(wù)僅是與車(chē)廠的后臺(tái)系統(tǒng)取得聯(lián)系以尋求幫助，或是在駕駛過(guò)程中提供導(dǎo)航和各種語(yǔ)音服務(wù);但若涉及到更高層次，如與安全駕駛有關(guān)的應(yīng)用功能則尚不多見(jiàn)。

WAVE/DSRC將成新車(chē)標(biāo)準(zhǔn)配備

有關(guān)車(chē)與車(chē)之間的溝通，美國(guó)計(jì)劃采取汽車(chē)專用短距離通訊(Dedicated Short Range Communications，DSRC)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。NHTSA雖然未明確表示將采用何種DSRC通訊技術(shù)，但就美國(guó)先前的研究開(kāi)發(fā)與場(chǎng)域測(cè)試來(lái)看，其將采用的DSRC通訊技術(shù)應(yīng)該是5.9GHz車(chē)用環(huán)境無(wú)線存取(WAVE)/DSRC，包含IEEE1609相關(guān)協(xié)議與IEEE802.11p的技術(shù)。

DSRC 的有效通訊距離為數(shù)百米，車(chē)輛通過(guò)DSRC以每秒十次的頻率，向路上其他車(chē)輛發(fā)送位置、車(chē)速、方向等信息;當(dāng)車(chē)輛接收到其他車(chē)輛所發(fā)出的信號(hào)，在必要時(shí)(例如馬路轉(zhuǎn)角有其他車(chē)輛駛出，或前方車(chē)輛突然緊急煞車(chē)、變換車(chē)道)車(chē)內(nèi)裝置會(huì)以閃爍信號(hào)、語(yǔ)音提醒或是座椅、方向盤(pán)震動(dòng)等方式提醒駕駛?cè)俗⒁?圖1)。

圖1 車(chē)機(jī)通過(guò)DSRC，可提供駕駛?cè)税踩拘畔榇?，通用汽?chē)(GM)已為汽車(chē)座椅震動(dòng)技術(shù)申請(qǐng)了專利，福特(Ford)也研發(fā)出方向盤(pán)震動(dòng)技術(shù)，以配合將可能強(qiáng)制安裝的車(chē)輛互連通訊系統(tǒng)。

此外，若交通管理號(hào)志等公路設(shè)施采用DSRC通訊技術(shù)，同樣也能與路上的車(chē)輛對(duì)話，告知車(chē)輛駕駛?cè)讼嚓P(guān)路況(如前方道路壅塞、施工、路面坑洞等信息)，以便駕駛?cè)颂崆案牡阑蜃⒁狻?/p>

DSRC建立自動(dòng)駕駛基礎(chǔ)

美國(guó)密歇根交通局(MDOT)2011年在密執(zhí)安州奧克蘭郡做實(shí)車(chē)展示測(cè)試，在這次的實(shí)車(chē)展示測(cè)試中，有將近三千輛裝有DSRC通訊裝置的汽車(chē)、巴士、貨車(chē)與摩托車(chē)參與，以進(jìn)行V2V、V2I通訊效用的測(cè)試。

測(cè)試首先連結(jié)車(chē)輛與路口交通燈號(hào)控制設(shè)備的路側(cè)裝置，通過(guò)DSRC通訊技術(shù)，路口紅綠燈號(hào)志將信號(hào)相位和時(shí)序(Signal Phaseand Timing，SPAT)信息傳輸給車(chē)輛，車(chē)輛再基于差分全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(DGPS)/全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)做精準(zhǔn)定位，依其行車(chē)信息(車(chē)速、前進(jìn)方向、停止線距離)與環(huán)境信息(路段長(zhǎng)度、道路速限)，估算后提供車(chē)輛駕駛?cè)诵旭偹俣冉ㄗh，以達(dá)成行車(chē)安全與效率并重之應(yīng)用(圖2)。

圖2 通過(guò)DSRC廣播SPaT信息示意圖2014 年1月在美國(guó)舉行的國(guó)際消費(fèi)電子展(CES)上，福特、通用等汽車(chē)大廠紛紛展示出各自最先進(jìn)的V2V溝通技術(shù)。據(jù)相關(guān)研發(fā)人員表示，這套系統(tǒng)的功能遠(yuǎn)大于車(chē)用雷達(dá)、紅外線傳輸感應(yīng)等技術(shù)，并將成為未來(lái)自動(dòng)駕駛汽車(chē)的基礎(chǔ);且待該技術(shù)進(jìn)到商業(yè)化階段，新車(chē)安裝此系統(tǒng)僅須支付100多美元的額外成本。

雖然DSRC受到了福特、通用、本田(Honda)、現(xiàn)代(Hyundai)、奔馳(Mercedes-Benz)、日產(chǎn)(Nissan)、豐田(Toyota)等眾多汽車(chē)廠商支持，但美國(guó)運(yùn)輸部(The United States Department of Transportation，USDOT)官員表示，新技術(shù)至少須10年才可能廣泛應(yīng)用;另外，此項(xiàng)技術(shù)雖可望減少交通事故發(fā)生，但也可能引起侵犯?jìng)€(gè)人隱私的爭(zhēng)議。汽車(chē)自動(dòng)化專家表示，通過(guò)DSRC系統(tǒng)，汽車(chē)廠商等相關(guān)機(jī)構(gòu)將能了解車(chē)主一舉一動(dòng)，后續(xù)該技術(shù)在應(yīng)用與法規(guī)制訂上，仍值得觀察。

除美國(guó)之外，歐洲國(guó)家及澳洲也著手研究與測(cè)試DSRC通訊技術(shù)，并開(kāi)發(fā)新的應(yīng)用領(lǐng)域;以葡萄牙來(lái)說(shuō)，其利用五百多輛汽車(chē)及路側(cè)單元(Road Side Unit，RSU)，建構(gòu)出涵蓋整個(gè)城市的汽車(chē)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)(Vehicle Mesh Network)，并作為港口碼頭管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳遞之用。

結(jié)合遠(yuǎn)程服務(wù)，車(chē)聯(lián)網(wǎng)優(yōu)化車(chē)輛管理

前述的DSRC聯(lián)網(wǎng)汽車(chē)應(yīng)用，主要通過(guò)互助式的行車(chē)安全警示及路況信息提供，達(dá)成減少車(chē)禍的發(fā)生與傷亡;設(shè)備上須有支持DSRC通訊功能的車(chē)機(jī)搭配政府布建的路側(cè)單元;此外，還要仰賴政府訂定法規(guī)來(lái)支持。

因當(dāng)前多數(shù)車(chē)輛尚未配備有DSRC通訊功能的車(chē)機(jī)，政府亦未大量布建路側(cè)單元，使各大車(chē)廠僅先著手于連結(jié)智能型手機(jī)、車(chē)機(jī)與3G/4G網(wǎng)絡(luò)來(lái)提供自家的車(chē)聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，比如通用汽車(chē)的OnStar，及大眾汽車(chē)(Volkswagen)的Car-Net(圖3)。

圖3 大眾汽車(chē)提供的Car-Net服務(wù)以福斯汽車(chē)為例，目前已在部分車(chē)種上配備Car-Net車(chē)聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，其服務(wù)大致可分為遠(yuǎn)程車(chē)輛存取(Remote Vehicle Access)、安全守護(hù)(Safe Secure)、家人監(jiān)護(hù)(Family Guardian)、診斷維護(hù)(Diagnostics Maintenance)等幾類。

在「安全守護(hù)」方面，發(fā)生交通碰撞事故時(shí)，一旦車(chē)內(nèi)的安全氣囊充氣彈出，車(chē)輛馬上會(huì)自動(dòng)聯(lián)機(jī)到服務(wù)中心，由客服人員立即通知相關(guān)救護(hù)單位前往救援;又當(dāng)車(chē)輛故障須要協(xié)助時(shí)，車(chē)主只須按下車(chē)內(nèi)緊急通話按鈕，即可聯(lián)機(jī)服務(wù)中心，獲得適當(dāng)?shù)膮f(xié)助;而當(dāng)車(chē)輛失竊時(shí)，亦可通過(guò)服務(wù)中心得知車(chē)輛目前位置，并持續(xù)追蹤車(chē)輛行徑，盡速協(xié)助車(chē)主尋回愛(ài)車(chē)(圖4)。