V2X和自動(dòng)駕駛的整體方法

在許多方面，寶馬和梅賽德斯等公司最近發(fā)布的自動(dòng)駕駛概念車都本末倒置。盡管 Google 無(wú)人駕駛汽車的成就是不可否認(rèn)的，但它們僅提供了完全自主交通基礎(chǔ)設(shè)施所需的一小部分快照。

除了對(duì)未來(lái)的這些孤立的一瞥之外，還需要全面部署車對(duì)車和車對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施或 V2X 技術(shù)，以推動(dòng)自動(dòng)駕駛汽車從測(cè)試實(shí)驗(yàn)室和受控環(huán)境到開(kāi)放的大眾市場(chǎng)采用路。V2X 架構(gòu)由跨越汽車行業(yè)所有層級(jí)以及網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施（從車載設(shè)備和應(yīng)用程序到云）的元素組成，并通過(guò)無(wú)縫連接將傳感器信息和大數(shù)據(jù)拼接在一起，形成運(yùn)輸中的系統(tǒng)系統(tǒng)根據(jù)。Meg Divitto 說(shuō)，雖然仍處于早期階段，但 V2X 是汽車行業(yè)數(shù)十年發(fā)展的產(chǎn)物，現(xiàn)在正達(dá)到工業(yè)和政府的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，這將有助于開(kāi)創(chuàng)汽車和互聯(lián)交通的新時(shí)代。

“由于它與汽車行業(yè)的發(fā)展有關(guān)，早期它是一個(gè)具有一些控制邏輯的機(jī)械系統(tǒng)，”Divitto 說(shuō)?！斑@在 80 年代和 90 年代轉(zhuǎn)移到了機(jī)電系統(tǒng)，這意味著它是一個(gè)機(jī)電系統(tǒng)，在汽車中進(jìn)行了更多的電氣操作——從使用按鈕門鎖到電動(dòng)門鎖，再到使用非常簡(jiǎn)單的例子。突然之間出現(xiàn)了更多的電子產(chǎn)品，然后是 90 年代汽車中的軟件時(shí)代。軟件開(kāi)始變得越來(lái)越復(fù)雜，從基本的控制邏輯轉(zhuǎn)向復(fù)雜的模塊和設(shè)備，然后每個(gè)人都變得瘋狂。

“因此，您看到內(nèi)容以快速的速度進(jìn)入車輛，而汽車制造商由于具有單獨(dú)的架構(gòu)且沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)，因此將東西固定在車輛上只是為了裝上東西，”她繼續(xù)說(shuō)道?！岸颐總€(gè)人都聽(tīng)說(shuō)過(guò)這一點(diǎn)，但汽車中的代碼行數(shù)比噴氣式戰(zhàn)斗機(jī)中的多，主要是因?yàn)樗鼪](méi)有架構(gòu)，而且模塊是用螺栓固定的。這導(dǎo)致了巨大的復(fù)雜性，因?yàn)樗c軟件質(zhì)量和車輛質(zhì)量有關(guān)。

“當(dāng)你看到這種進(jìn)展時(shí)，你會(huì)說(shuō)，‘好吧，我們必須以不同的方式做事，’”Divitto 解釋道?！皬倪@種車輛架構(gòu)到功能架構(gòu)已經(jīng)發(fā)生了變化。一些原始設(shè)備制造商從 2000 年代開(kāi)始將他們的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變?yōu)槟軌蜻M(jìn)入功能架構(gòu)，在該架構(gòu)中，您可以以一種有意義且不允許這種大毛球代碼的方式布置架構(gòu)和車輛模塊的分區(qū); AUTOSAR 誕生于 2004 年，旨在解決這個(gè)問(wèn)題，并讓所有 OEM 圍繞一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的功能性車輛架構(gòu)聚集在一起，該架構(gòu)可以為供應(yīng)商提供通用要求，以便可以使用通用方法來(lái)構(gòu)建、推出、測(cè)試和認(rèn)證。

“但如果你明白這一點(diǎn)，現(xiàn)在就進(jìn)入下一波浪潮，那就是遠(yuǎn)程信息處理，”她說(shuō)?！艾F(xiàn)在，車輛相互連接并連接到基礎(chǔ)設(shè)施，而且復(fù)雜性要高得多。我對(duì)行業(yè)的看法是，這將導(dǎo)致一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，架構(gòu)將不得不回到抽象層方法論，在該方法論中，您從與遠(yuǎn)程信息處理相關(guān)的所有其他事物中抽象出基本的機(jī)械、機(jī)電一體化和軟件功能，聯(lián)網(wǎng)車輛和 V2V。一旦出現(xiàn)這個(gè)臨界點(diǎn)，我們將能夠看到技術(shù)的不同進(jìn)展以及解決復(fù)雜性的方式的不同進(jìn)展。那時(shí)事情會(huì)更和諧地完成。

V2X 的整體方法

隨著汽車技術(shù)的不斷進(jìn)步，一個(gè)特別的領(lǐng)域正在幫助推動(dòng) V2X 架構(gòu)的發(fā)展——電子控制單元 （ECU）。隨著大規(guī)模多核處理器的出現(xiàn)，ECU 正在演變?yōu)橛?a target="_blank">控制器，為聯(lián)網(wǎng)汽車中的高級(jí)應(yīng)用提供更高的性能，并實(shí)現(xiàn)對(duì)各種車輛子系統(tǒng)的更細(xì)粒度的控制。盡管從表面上看，這可能被視為 V2X 車輪上的一個(gè)非常小的齒輪，但硬件技術(shù)的進(jìn)步為軟件和通信基礎(chǔ)設(shè)施的創(chuàng)新開(kāi)辟了道路，這些基礎(chǔ)設(shè)施將作為連接車輛的網(wǎng)關(guān)，Artur Seidel 說(shuō)。

“我們目前處于實(shí)現(xiàn)最終目標(biāo)的早期階段，但我們看待最終目標(biāo)的方式是，必須對(duì) V2X 采取非常全面的方法，”Seidel 說(shuō)?！澳壳埃?dāng)您查看媒體中的一些故事時(shí)，其中有一個(gè)系統(tǒng)被嚴(yán)重入侵，它往往是一個(gè)單獨(dú)的系統(tǒng)，被固定在汽車的某個(gè)地方，添加到系統(tǒng)中。但是汽車中的系統(tǒng)本身并沒(méi)有考慮到連接性，因此必須有一個(gè)整體的方法——查看硬件、查看軟件、查看通信。

“如果你回顧幾年，我們最終看到的是，有很多小型 ECU 沒(méi)有很好的性能，”Seidel 繼續(xù)說(shuō)道。“現(xiàn)在，事情正在轉(zhuǎn)向我們所謂的域控制器，它更強(qiáng)大，我們?cè)诶珩{駛輔助領(lǐng)域看到了這一點(diǎn)；你在 CES 上看到 NVIDIA 推出了一款名為 X1 的 256 核 CPU，它將用于駕駛輔助應(yīng)用程序?，F(xiàn)在您擁有一個(gè)具有所有這些核心的域控制器，那么您現(xiàn)在如何在其之上擁有一個(gè)可以利用的軟件層呢？

“Elektrobit 在 AUTOSAR 中非?；钴S，我們有一個(gè)名為 EB tresos 安全操作系統(tǒng)的安全操作系統(tǒng)，它本質(zhì)上根據(jù)功能是什么，將功能分配給不同安全級(jí)別的這些內(nèi)核。那是軟件部分，第三部分當(dāng)然是通信部分，我們?cè)O(shè)想像公鑰或私鑰這樣的非對(duì)稱加密，不僅來(lái)自汽車，還來(lái)自外部和車內(nèi)組件之間。這是一種組合方法，將是逐步實(shí)現(xiàn)的方法，但最終我們將看到這類系統(tǒng)具有強(qiáng)大的多核域、由安全要求構(gòu)建的安全操作系統(tǒng)軟件汽車，然后對(duì)車輛進(jìn)行嚴(yán)格的加密，”他說(shuō)。

V2X 安全合規(guī)性

盡管將多個(gè) ECU 整合到更少、更強(qiáng)大的基于多核芯片的域控制器中有助于降低硬件成本和復(fù)雜性，但它也凸顯了自聯(lián)網(wǎng)汽車問(wèn)世以來(lái)一直困擾著的安全問(wèn)題。在今天和過(guò)去車輛子系統(tǒng)主要由單個(gè) ECU 控制的情況下，當(dāng)為在同一域控制器上運(yùn)行的一組特定應(yīng)用程序引入連接性時(shí)，該控制器還管理安全關(guān)鍵功能，您會(huì)引入互聯(lián)網(wǎng)傳播威脅的可能性整個(gè)系統(tǒng)。雖然進(jìn)入智能手機(jī)或筆記本電腦的惡意軟件可能會(huì)破壞日常活動(dòng)，但聯(lián)網(wǎng)汽車環(huán)境中的惡意軟件或損壞的文件可能會(huì)導(dǎo)致災(zāi)難性故障，從而導(dǎo)致生命損失。

盡管安全關(guān)鍵操作系統(tǒng)解決方案可用，但在單個(gè) CPU 上安全地將信息娛樂(lè)應(yīng)用與轉(zhuǎn)向或制動(dòng)功能分開(kāi)是 V2X 開(kāi)發(fā)人員的首要考慮因素，因?yàn)樗仨氁苑蠂?yán)格的汽車安全法規(guī)的方式進(jìn)行架構(gòu)，并另外考慮與互聯(lián)網(wǎng)連接相關(guān)的安全風(fēng)險(xiǎn)。因此，汽車供應(yīng)商越來(lái)越多地轉(zhuǎn)向?yàn)?V2X 軟件開(kāi)發(fā)提供最佳實(shí)踐的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)也有助于促進(jìn)采用統(tǒng)一的安全和安保合規(guī)方法。

“追溯到遠(yuǎn)程信息處理市場(chǎng)時(shí)代，一直被討論為抑制因素的一件事是，如果一輛汽車以每小時(shí) 60 英里的速度行駛并被黑客入侵，會(huì)發(fā)生什么？因此，公眾恐懼癥與安全領(lǐng)域的這個(gè)空間有關(guān)，”Divitto 說(shuō)?！敖鉀Q這個(gè)問(wèn)題的一種方法是通過(guò)與創(chuàng)建抽象層的車輛架構(gòu)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。就像在飛機(jī)中，飛機(jī)功能的核心是黑盒的，抽象層之上的其他方面是允許車輛連接的特性和功能。當(dāng)你開(kāi)始談?wù)搫?chuàng)建抽象層時(shí)，就像今天在飛機(jī)上一樣，信息娛樂(lè)系統(tǒng)不與飛機(jī)的操作共享任何東西——不是公共汽車，不是通信，不是設(shè)備，沒(méi)有什么。這就是我們作為一個(gè)行業(yè)將要達(dá)到的目標(biāo)，因?yàn)樗鼊?chuàng)建了分離，根據(jù)某些系統(tǒng)需要與他們周圍的世界?！?/p>

“一旦你連接了一個(gè)系統(tǒng)，你當(dāng)然就有可能面臨安全挑戰(zhàn)，比如黑客攻擊等等，”Seidel 說(shuō)?！耙虼耍ㄐ疟仨?a） 加密；b） 必須滿足功能安全的要求，因?yàn)橹挥熊噧?nèi)的某些子系統(tǒng)才能接收這些更新；c） 就像您在啟動(dòng)時(shí)對(duì)未聯(lián)網(wǎng)汽車進(jìn)行非?；镜南到y(tǒng)檢查一樣，對(duì)于聯(lián)網(wǎng)的更復(fù)雜的車輛，這些檢查必須更復(fù)雜、更精細(xì)——例如，如果有人介紹不正確的地圖數(shù)據(jù)，具有與 V2I 接口通信的傳感器的聯(lián)網(wǎng)車輛應(yīng)該有多種驗(yàn)證信息的方式。

“隨著我們看到越來(lái)越強(qiáng)大的 ECU，我們現(xiàn)在必須將各種車輛系統(tǒng)的劃分組合到一個(gè)物理 CPU 上，這符合將安全操作系統(tǒng)與信息娛樂(lè)功能相結(jié)合的要求，”他繼續(xù)說(shuō)道。“那么你如何安全地實(shí)施這種劃分？

“我們使用 ISO 26262，并為此付出了很多努力，”Seidel 繼續(xù)說(shuō)道?！耙幚磉@種多核方法，它又回到了這樣一個(gè)事實(shí)，即這不是您的智能手機(jī)軟件或具有大量軟件負(fù)載的 PC 軟件。這些是不同分區(qū)的軟件，有助于管理復(fù)雜性。對(duì)于不同的汽車安全完整性等級(jí) （ASIL） 要求，如果我的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有危及生命的 ASIL D 要求，我會(huì)以與信息娛樂(lè)系統(tǒng)的一部分截然不同的方式對(duì)待和劃分它。ISO 26262 有助于管理復(fù)雜性，因?yàn)樗宄囟x了要求，因此當(dāng)我處理 ASIL D 系統(tǒng)時(shí)，我不會(huì)通過(guò)共享內(nèi)存或非加密訪問(wèn)提供任何東西?！?/p>

除了在車輛子系統(tǒng)之間實(shí)施安全的軟件架構(gòu)外，V2X 系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)人員還面臨著測(cè)試和驗(yàn)證聯(lián)網(wǎng)汽車如何與其他車輛及其周圍環(huán)境交互的挑戰(zhàn)?，F(xiàn)代汽車中的數(shù)百萬(wàn)行代碼不僅使這些驗(yàn)證工作變得復(fù)雜，而且 OEM 和一級(jí)供應(yīng)商還面臨這樣一個(gè)事實(shí)，即幾乎不可能測(cè)試車輛在道路上可能遇到的所有場(chǎng)景。作為回應(yīng)，ETSI 和 Car2Car 通信聯(lián)盟等組織正在積極努力為聯(lián)網(wǎng)車輛定義合規(guī)性測(cè)試和測(cè)試場(chǎng)景，而軟件供應(yīng)商正在轉(zhuǎn)向模擬技術(shù)來(lái)幫助降低成本并加快上市時(shí)間，首席產(chǎn)品官 André Rolfsmeier 說(shuō)dSPACE GmbH 經(jīng)理。

“V2X 應(yīng)用程序，如交叉路口輔助、避免碰撞或危險(xiǎn)警告系統(tǒng)，通常是通過(guò)基于模型的設(shè)計(jì)方法開(kāi)發(fā)的，并通過(guò)仿真進(jìn)行測(cè)試，”Rolfsmeier 說(shuō)?！癲SPACE 提供了專用工具，用于通過(guò)使用開(kāi)環(huán)和閉環(huán)仿真的虛擬測(cè)試驅(qū)動(dòng)器來(lái)測(cè)試 V2V 和 V2I 應(yīng)用程序。通過(guò)這種方式，可以在實(shí)驗(yàn)室中使用真實(shí)場(chǎng)景對(duì)ECU軟件進(jìn)行測(cè)試，并在開(kāi)始實(shí)際試駕之前提高相關(guān)的軟件成熟度水平。這種方法可以顯著減少汽車行業(yè)的開(kāi)發(fā)時(shí)間和成本。

“此外，dSPACE 快速原型設(shè)計(jì)系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于汽車行業(yè)。例如，這些系統(tǒng)允許在較短的迭代周期內(nèi)開(kāi)發(fā) V2X 應(yīng)用程序并直接在車輛中體驗(yàn)，”Rolfsmeier 補(bǔ)充道。

V2X 推動(dòng)通信融合

雖然 V2V 和 V2I 通信不會(huì)用作侵入式制動(dòng)等安全關(guān)鍵功能的最終控制回路，但它們對(duì)于傳輸有關(guān)車輛周圍環(huán)境以及即將到來(lái)的道路和交通狀況的信息至關(guān)重要，這些信息可以與其他車輛融合傳感器數(shù)據(jù)為駕駛員以及未來(lái)的自動(dòng)駕駛汽車提供更清晰的環(huán)境圖。隨后，V2X 連接架構(gòu)通常需要低于 100 微秒的延遲，尤其是在應(yīng)用于避免碰撞等應(yīng)用時(shí)。

目前有多種連接技術(shù)可用于促進(jìn) V2V 和 V2I 數(shù)據(jù)的傳輸，但尚未就最終在國(guó)家或全球范圍內(nèi)采用的最終共識(shí)達(dá)成一致。這促使行業(yè)調(diào)查用于聯(lián)網(wǎng)車輛的現(xiàn)有和新興通信類型，因?yàn)槿狈φO(jiān)管可能會(huì)迫使汽車制造商在未來(lái)支持多種無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)。

“對(duì)于 V2V 以及部分 V2I，設(shè)備之間需要直接、低延遲的臨時(shí)通信，因?yàn)橥ǔＯ嚓P(guān)的應(yīng)用程序與安全相關(guān)，”Rolfsmeier 說(shuō)?！癡2V 和 V2I 要求車輛和交通基礎(chǔ)設(shè)施（如交通信號(hào)燈、信標(biāo)和道路工作標(biāo)志）配備專用的 WLAN 通信模塊。因此，如果不強(qiáng)制引入這項(xiàng)技術(shù)，OEM 將不得不考慮商業(yè)模式和車輛設(shè)備選項(xiàng)，例如將 V2V、V2I 和某些 ADAS 功能打包到一個(gè)專用選項(xiàng)中。”

“在美國(guó)、歐盟和日本，目前使用不同的汽車專用 WLAN 自組織網(wǎng)絡(luò)實(shí)施，因此沒(méi)有全球標(biāo)準(zhǔn)，”Rolfsmeier 繼續(xù)說(shuō)道?！拔磥?lái)幾年，美國(guó)可能會(huì)強(qiáng)制實(shí)施 V2V 和 V2I，但尚未做出最終決定。就目前的情況而言，歐盟的政府并不傾向于規(guī)范這項(xiàng)技術(shù)的引入?！?/p>

“目前在車輛之外，它將是 802.11p。這至少是人們計(jì)劃的標(biāo)準(zhǔn)，”Seidel 說(shuō)?！昂孟⑹潜泵篮蜌W洲目前正在采用該標(biāo)準(zhǔn)，但我也聽(tīng)說(shuō)一些蜂窩提供商開(kāi)始將所謂的 LTE Direct 定位為替代方案?，F(xiàn)在還為時(shí)尚早，但這利用了 Wi-Fi 和 LTE 調(diào)制解調(diào)器，我們都知道它們的發(fā)展速度有多快。因此，我們將看到更多提高速度和通信訪問(wèn)的選項(xiàng)?！?/p>

“為了節(jié)省開(kāi)發(fā)成本和時(shí)間，必須協(xié)調(diào)各個(gè)汽車 WLAN 自組織網(wǎng)絡(luò)實(shí)施，”Rolfsmeier 說(shuō)?！胺駝t，像 dSPACE 這樣的汽車制造商和工具供應(yīng)商如果打算在全球范圍內(nèi)支持 V2V 和 V2I 通信，他們可能不得不對(duì)所有不同的實(shí)施進(jìn)行投資。

“我們將特定區(qū)域的 WLAN ad hoc 網(wǎng)絡(luò)實(shí)施視為 V2V 和 V2I 的中間解決方案，”Rolfsmeier 說(shuō)?！皩?duì)于汽車制造商和汽車司機(jī)來(lái)說(shuō)，車對(duì)后端服務(wù)器 （V2B） 通信似乎也是一個(gè)有吸引力的用例。相關(guān)的 V2B 架構(gòu)包括車輛中的 3G/4G LTE 通信模塊、通常由 OEM 運(yùn)行的后端服務(wù)器，以及對(duì)于某些功能，允許使用大數(shù)據(jù)分析和評(píng)估數(shù)千輛汽車的汽車云。在這種情況下，重要的是要注意 3G/4G LTE 是一種通用的、非汽車專用的全球標(biāo)準(zhǔn)，并且由于通用汽車的 OnStar 等緊急呼叫系統(tǒng)和寶馬輔助。此外，智能手機(jī)利用 3G/4G，智能手機(jī)在現(xiàn)代汽車中的更緊密集成也迫在眉睫。使用移動(dòng)通信技術(shù)，車輛連接到云中的后端服務(wù)器，OEM 可以通過(guò)這些服務(wù)器提供特定服務(wù)、無(wú)線 （OTA） 軟件更新或動(dòng)態(tài)導(dǎo)航數(shù)據(jù)以及有關(guān)地圖的最新信息、實(shí)時(shí)交通、道路工程、交通標(biāo)志、停車位和其他基于位置的服務(wù)。

“此外，目前正在研究一種名為 5G 的新移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)——4G LTE 的繼任者，”他繼續(xù)說(shuō)道?！?G 應(yīng)該在 2020 年準(zhǔn)備就緒，據(jù)說(shuō)它還支持低延遲的 ad hoc 設(shè)備到設(shè)備通信，而無(wú)需移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)商的基站。如果這成為現(xiàn)實(shí)，5G 可能是 V2V、V2I 和 V2B 的未來(lái)技術(shù)。

V2X 和自動(dòng)駕駛汽車——雙向街道

盡管 V2X 架構(gòu)仍處于起步階段，但技術(shù)的進(jìn)步、標(biāo)準(zhǔn)的演變以及行業(yè)和政府之間的協(xié)作正在融合在一起，以引導(dǎo)通往自動(dòng)駕駛的道路。IBM 和 Continental 的 Connected Electronic Horizo??n 計(jì)劃等合作伙伴、Black Hat 的 I Am The Cavalry等草根組織以及汽車聯(lián)盟 等行業(yè)聯(lián)盟只是其中的幾個(gè)例子。汽車領(lǐng)域圍繞 V2X 技術(shù)產(chǎn)生的協(xié)同效應(yīng)，其結(jié)果已經(jīng)顯現(xiàn)。

“在 CES 上，一些供應(yīng)商使用的一個(gè)術(shù)語(yǔ)是‘群智能’，”Seidel 說(shuō)?！耙恍┰荚O(shè)備制造商展示的其中一個(gè)應(yīng)用是停車位查找器，其中汽車使用自動(dòng)停車來(lái)尋找停車位并使用自動(dòng)功能離開(kāi)停車位，然后與其他汽車通信，現(xiàn)在有另一個(gè)停車位現(xiàn)貨。所以這不僅僅是一個(gè)安全討論，而是一個(gè)效率討論——所有這些事情都通過(guò) V2X 實(shí)現(xiàn)。您不需要自動(dòng)駕駛汽車即可從 V2X 中受益，但 V2X 和自動(dòng)駕駛可以完美地結(jié)合在一起，因?yàn)槟梢员确亲詣?dòng)駕駛汽車更好地駕駛自動(dòng)駕駛汽車。

“當(dāng)然，這是一個(gè)主題，根據(jù)定義，您必須解決需要標(biāo)準(zhǔn)化的沖突，同時(shí)需要 OEM 區(qū)分他們的產(chǎn)品，”他繼續(xù)說(shuō)道?！拔艺J(rèn)為我們正走在良好的軌道上，隨著 V2X 與自動(dòng)駕駛相結(jié)合的好處變得更加明顯，這將加速。V2X 將與自動(dòng)駕駛汽車攜手開(kāi)發(fā)，我們肯定會(huì)在該領(lǐng)域與我們的客戶合作。在接下來(lái)的 10 到 20 年，你會(huì)看到這兩者并行發(fā)展?！?/p>

審核編輯：郭婷