深度解讀車聯(lián)網(wǎng)、智能交通的發(fā)展和應(yīng)用

目前我們正在花費(fèi)越來(lái)越多的時(shí)間用在交通上。在美國(guó)，平均每個(gè)人清醒時(shí)間的百分之十消耗在了方向盤(pán)旁邊。更糟糕的是，根據(jù)得克薩斯州A＆M大學(xué)交通學(xué)院的研究，美國(guó)通勤人員每年的交通堵塞時(shí)長(zhǎng)高達(dá)38小時(shí)。如果恰巧在華盛頓和洛杉磯，情況就更嚴(yán)重了，司機(jī)分別揮霍67和61小時(shí)盯著靜止不動(dòng)前車的車牌。

這些問(wèn)題不僅僅造成勞動(dòng)時(shí)長(zhǎng)損失。交通堵塞白白消耗了燃料（在美國(guó)約為每年29億加侖），并且大氣中的溫室氣體也大幅增加（每年二氧化碳排放量約為560億磅）。經(jīng)濟(jì)和商業(yè)研究中心以及INRIX的報(bào)告顯示，2013年燃料浪費(fèi)和誤工時(shí)間的成本高達(dá)1240億美元。

圖1：在美國(guó)，2013年交通堵塞導(dǎo)致的燃料浪費(fèi)和誤工時(shí)間成本高達(dá)1240億美元（iStockphoto＃21416015）

汽車制造商不斷努力以解決這些挑戰(zhàn)。汽車已經(jīng)成為舒適的隔離空間，因?yàn)槠渚邆淞烁粢?、支持座椅和空調(diào)等功能；由于防抱死制動(dòng)系統(tǒng)、安全氣囊以及吸能區(qū)等方面的創(chuàng)新，駕乘人員的事故生存能力顯著增強(qiáng)；駕駛員可以使用車載娛樂(lè)設(shè)施，可能收聽(tīng)數(shù)字無(wú)線電廣播或智能手機(jī)中的音樂(lè)，以及從座位上DVD播放器中觀看視頻，以緩解堵塞時(shí)的枯燥。

而且近年來(lái)，車載系統(tǒng)已經(jīng)加入了互聯(lián)網(wǎng)連接功能。這種連接性允許司機(jī)和乘客在家里或辦公室之外，隨時(shí)接入企業(yè)和社交網(wǎng)絡(luò)，從而將交通堵塞的時(shí)間轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力時(shí)間。

但是，如果互聯(lián)網(wǎng)連接性再提升一個(gè)臺(tái)階會(huì)發(fā)生什么變化？如果從最小的溫度傳感器，一直到發(fā)動(dòng)機(jī)管理單元和衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，它們都可以在駕駛員或乘客不介入的情況下通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送和接收信息，那么會(huì)帶來(lái)什么巨大驚變？這種連接性可以進(jìn)一步提升車輛駕乘人員的安全性和舒適性，同時(shí)解決許多現(xiàn)代化交通中的擁堵問(wèn)題。這種未來(lái)車輛已經(jīng)有一個(gè)名稱，“聯(lián)網(wǎng)車”。

1融合互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)

區(qū)別于互聯(lián)網(wǎng)，物聯(lián)網(wǎng)的主要數(shù)據(jù)輸入來(lái)源從人類轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算機(jī)、機(jī)器以及傳感器。這種進(jìn)展確保物理世界可以緊密接入因特網(wǎng)而無(wú)需人為干預(yù)。

這種轉(zhuǎn)變的潛在影響是巨大的，因?yàn)椴幌褚追稿e(cuò)誤并且會(huì)覺(jué)得無(wú)聊的人類，專注于收集數(shù)據(jù)的工作系統(tǒng)，不會(huì)出錯(cuò)或者疲勞。“物聯(lián)網(wǎng)” 概念的提出者Kevin Ashton，早在1999年指出：“如果我們有這樣的電腦：知曉周遭事物的一切狀況，在沒(méi)有人類參與的前提下，使用它們采集到的各類數(shù)據(jù)，這樣我們將能夠追蹤和計(jì)算任何事情，并大大減少浪費(fèi)、損耗和成本。”

一些網(wǎng)絡(luò)公司，比如思科系統(tǒng)，將物聯(lián)網(wǎng)定義為互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IP）網(wǎng)絡(luò)的融合—— 數(shù)百萬(wàn)臺(tái)計(jì)算機(jī)和數(shù)十億部家庭和辦公室中的其它類IP設(shè)備——再加上移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)——帶網(wǎng)絡(luò)接入功能的移動(dòng)端傳送的數(shù)百萬(wàn)語(yǔ)音通信及數(shù)十億的數(shù)據(jù)包 ———形成一個(gè)擁有千億終端節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)，使用共同的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，而這些終端覆蓋簡(jiǎn)單的傳感器到機(jī)器再到汽車這樣的更復(fù)雜的設(shè)備。

“減少浪費(fèi)、損失和成本，”是汽車領(lǐng)域的口頭禪，因此，汽車制造商以及車載芯片供應(yīng)商是物聯(lián)網(wǎng)的最熱心支持者之一。這種熱情背后的一個(gè)關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力是有機(jī)會(huì)引入一些節(jié)約成本的措施，如執(zhí)行“空中”升級(jí)車載軟件——特別是發(fā)動(dòng)機(jī)管理單元（EMU）這樣的關(guān)鍵部件。這種方式將在不召回潛在數(shù)百萬(wàn)車輛的前提下允許進(jìn)行關(guān)鍵修改。

無(wú)論汽車公司的動(dòng)機(jī)如何，車輛加入物聯(lián)網(wǎng)也將是消費(fèi)者的福音。

2智能交通系統(tǒng)的興起

物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用將擴(kuò)展到汽車的方方面面。例如，車輛的機(jī)械部分、支持交通流量的外部基礎(chǔ)設(shè)施、駕乘人員的舒適性和娛樂(lè)性將以某種形式的互聯(lián)。聯(lián)網(wǎng)車輛將能夠從智能交通系統(tǒng)（ITS）與車內(nèi)和車載通信、智能交通管理、電子收費(fèi)系統(tǒng)、車輛控制以及安全性和道路救援等的相互接合而受益多多。

圖2：聯(lián)網(wǎng)車輛將從智能交通系統(tǒng)中受益。 （來(lái)源：ETSI）

配備物聯(lián)網(wǎng)的車輛將能夠提供位置、速度和方向等諸多信息，強(qiáng)大的云端服務(wù)器將根據(jù)這些信息進(jìn)行流量分析、預(yù)測(cè)瓶頸以及在堵塞出現(xiàn)時(shí)管理交通。在車輛內(nèi)部，駕駛員會(huì)收到堵塞警告以及可選暢通路線的建議。在車輛外部，這些計(jì)算機(jī)提供的堵塞緩解技術(shù)包括可變限速、智能交通信號(hào)燈和標(biāo)志、潮汐道路流量以及可變收費(fèi)式定價(jià)。有些系統(tǒng)已經(jīng)通過(guò)路邊的監(jiān)控或埋藏的感應(yīng)線圈來(lái)測(cè)量車流量，但直接從聯(lián)網(wǎng)汽車獲取數(shù)據(jù)將提供更準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)、廣泛的信息。數(shù)據(jù)傳輸至聯(lián)網(wǎng)車輛將帶來(lái)更好的駕駛體驗(yàn)。有一天，“路怒癥”將成為過(guò)去，因?yàn)橄乱淮?lián)網(wǎng)車輛服務(wù)利用動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)來(lái)提供智能決策，可避免實(shí)時(shí)交通擠塞，迅速找到開(kāi)放的停車位，并提供GPS和搜索體驗(yàn)來(lái)找到充電站或比較附近燃油源的價(jià)格。 INRIX公司，一家西雅圖公司，為聯(lián)網(wǎng)車輛創(chuàng)造工具，其中包括一個(gè)可以幫助司機(jī)找到開(kāi)放和關(guān)閉的停車位，并根據(jù)每天多達(dá)20億個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)提供實(shí)時(shí)和預(yù)測(cè)交通數(shù)據(jù)，應(yīng)用到車載通信服務(wù)。

聯(lián)網(wǎng)車輛可以直接與駕駛員通信，提供建議以避免擁擠路段。而在未來(lái)，擁堵最嚴(yán)重的情況下，遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)將從駕駛員手機(jī)獲得控制權(quán)，管理車輛的行進(jìn)以通過(guò)堵塞路段，在事情搞定之后再將控制權(quán)移交回駕駛員。

但是，盡管解決堵塞將同時(shí)有利于駕駛員以及國(guó)家經(jīng)濟(jì)，安全仍是汽車制造商和交通管理局的首要任務(wù)。因此，這些組織都在想方設(shè)法利用物聯(lián)網(wǎng)以確保駕駛更安全。

避免事故發(fā)生是消除傷亡的最佳方法，目前工程師們正在研發(fā)一種系統(tǒng)，其理念比避免堵塞更進(jìn)一步，使用道路上其他人員的實(shí)時(shí)信息來(lái)降低碰撞的風(fēng)險(xiǎn)。每個(gè)駕駛員都會(huì)被打分，系統(tǒng)將給低分人員警告，這種情況很像當(dāng)前的GPS系統(tǒng)使用溫和的電子鈴聲來(lái)警告駕駛員前方有紅燈攝像頭。

其它物聯(lián)網(wǎng)功能的避免事故的機(jī)制可能會(huì)使用ITS來(lái)分析聯(lián)網(wǎng)車輛的數(shù)據(jù)，以確保兩車最終不會(huì)在同一時(shí)間出現(xiàn)在同一條高速公路上。這項(xiàng)技術(shù)的一個(gè)示例來(lái)自Adelaide，一家澳大利亞的Cohda無(wú)線公司。 Cohda系統(tǒng)使用意法半導(dǎo)體公司的GPS平臺(tái)來(lái)提供有關(guān)車輛的行進(jìn)數(shù)據(jù)。GPS系統(tǒng)聯(lián)合STA2062多媒體處理器來(lái)處理遠(yuǎn)程信息。

如果識(shí)別到有危險(xiǎn)，將立即警告駕駛員采取措施以避免發(fā)生意外。 Cohda無(wú)線公司表示，其技術(shù)將駕駛員意識(shí)擴(kuò)展到遮擋駕駛員視線的建筑物之外，讓司機(jī)知曉所有潛在威脅。

圖。3：Cohda無(wú)線的ITS警告駕駛員視線之外的潛在危險(xiǎn)。 （來(lái)源：Cohda無(wú)線。）

歐盟（EU）在車聯(lián)網(wǎng)從概念到實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中處于主導(dǎo)作用。兩個(gè)歐洲標(biāo)準(zhǔn)組織，歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（ETSI）和歐洲標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)證實(shí)，去年該組推進(jìn)車聯(lián)網(wǎng)成為現(xiàn)實(shí)的基本標(biāo)準(zhǔn)集已經(jīng)完成。這些標(biāo)準(zhǔn)確保不同制造商制造的車輛能夠彼此通信。

歐盟規(guī)定所有新車將攜帶車載技術(shù)，使它們?cè)谧顗那闆r發(fā)生時(shí)能夠自動(dòng)呼叫緊急服務(wù)中心。如果車內(nèi)乘客失去意識(shí)，該技術(shù)將車輛位置提供給緊急服務(wù)中心。該系統(tǒng)還將給緊急服務(wù)中心傳達(dá)一些重要信息，如車輛品牌和車輛碰撞部位、燃料類型甚至碰撞時(shí)的安全帶扣緊數(shù)量。

3聯(lián)網(wǎng)車輛內(nèi)部

乍一看，未來(lái)聯(lián)網(wǎng)車輛的轎廂內(nèi)部與當(dāng)前車輛不會(huì)有太大不同。一個(gè)大型的人機(jī)界面（HMI）將可能占據(jù)前風(fēng)擋，這與當(dāng)前的車輛類似。而且因?yàn)楝F(xiàn)代車輛已經(jīng)包含了大量經(jīng)過(guò)可靠性驗(yàn)證的聯(lián)網(wǎng)電子（并且受益于持續(xù)降低的商品定價(jià)），許多技術(shù)仍將調(diào)整以適應(yīng)連接到物聯(lián)網(wǎng)。

然而，所需的適配努力仍然相當(dāng)大。當(dāng)前車輛包括各種有線和無(wú)線組件形成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。電子控制單元（ECU）——即驅(qū)動(dòng)從儀表盤(pán)到安全特性和動(dòng)力總成零部件再到車載信息娛樂(lè)（IVI）系統(tǒng)的一切部件——形成這些網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分。這些設(shè)備的數(shù)量在過(guò)去十年平均翻了一番，而不少車輛包含了125多個(gè)獨(dú)立ECU。當(dāng)前的車輛還配備了各式傳感器，可以監(jiān)視道路狀況、前車距離、車輛速度和加速度以及位置（通過(guò)GPS），還能監(jiān)測(cè)車內(nèi)溫度、安全帶張力以及駕駛員警惕性。

無(wú)線連接性，例如藍(lán)牙技術(shù)或Wi-Fi，通常用于將智能手機(jī)或平板電腦連接到車輛儀表盤(pán)上的HMI。當(dāng)前車輛的大多數(shù)其它傳感器，比如那些監(jiān)視動(dòng)力總成、底盤(pán)、車身、控制和安全性使用有線控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（CAN）和本地互連網(wǎng)絡(luò)（LIN）總線。組合儀表也通過(guò)CAN總線與網(wǎng)絡(luò)連接。所有網(wǎng)絡(luò)連接的終點(diǎn)都位于中心網(wǎng)關(guān)處以監(jiān)測(cè)各種功能，并且可以使用外部計(jì)算機(jī)通過(guò)機(jī)載診斷數(shù)據(jù)鏈路連接器（OBD DLC）來(lái)訪問(wèn)這些監(jiān)測(cè)功能。

物聯(lián)網(wǎng)功能車輛傳統(tǒng)布局的變化很可能包括使用以太網(wǎng)來(lái)連接各種系統(tǒng)以替代CAN和LIN總線（特別是以太網(wǎng)已經(jīng)被幾個(gè)汽車OEM廠商用作車載信息娛樂(lè)系統(tǒng)的總線），以及引入微型集線器以聚合各組傳感器或ECU從而簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。所有一切仍將連接回駐留在OBD DLC的中心車載網(wǎng)關(guān)，但車輛也將集成一個(gè)遙測(cè)模塊以保證無(wú)線連接到互聯(lián)網(wǎng)。[1]雖然汽車本身可以形成因特網(wǎng)上的一個(gè)“東西”，各種系統(tǒng)和子系統(tǒng)將產(chǎn)生物聯(lián)網(wǎng)的最佳價(jià)值信息。理解車輛物聯(lián)網(wǎng)連接性的一個(gè)好方法是將車輛當(dāng)作一個(gè)大的樞紐，連接所有系統(tǒng)和子系統(tǒng)的車載連接，以發(fā)送和接收外部更廣泛網(wǎng)絡(luò)的信息。

今天，位于車輛網(wǎng)關(guān)中心的計(jì)算單元與智能設(shè)備需要獲取車內(nèi)系統(tǒng)的原始數(shù)據(jù)，將其打包成有用形式發(fā)送給外部服務(wù)器，然后接收和傳播回傳的信息。但在不久的將來(lái)，車輛傳感器可能具備新技術(shù)，可以與云端服務(wù)器直接通信，車載網(wǎng)關(guān)只充當(dāng)簡(jiǎn)單的無(wú)聲轉(zhuǎn)發(fā)器。

藍(lán)牙v4.1（包括一個(gè)低功耗的變體“低功耗藍(lán)牙”，適合于無(wú)線傳感器）軟件已經(jīng)包含一些基礎(chǔ)技術(shù)，幫助無(wú)線傳感器自帶其IP地址從而與因特網(wǎng)上的遠(yuǎn)程設(shè)備直接通信。意法半導(dǎo)體，德州儀器和北歐半導(dǎo)體等公司是這一領(lǐng)域的先驅(qū)。

4增加車載連接性

電子制造商已經(jīng)確定汽車領(lǐng)域?qū)樗麄兊奈锫?lián)網(wǎng)產(chǎn)品帶來(lái)豐厚的利潤(rùn)。但目前還處于技術(shù)早期，汽車級(jí)部件也很稀少。

盡管如此，英特爾在發(fā)布其基于CM1050高性能計(jì)算模組的車載方案開(kāi)發(fā)套件后，也鼓勵(lì)汽車工程師使用該套件來(lái)進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)。該公司聲稱，該套件簡(jiǎn)化了車載系統(tǒng)設(shè)計(jì)。英特爾還與Alter、Arbor和Greenliant一起成立了物聯(lián)網(wǎng)解決方案聯(lián)盟，以增強(qiáng)研發(fā)實(shí)力。

圖4：聯(lián)網(wǎng)車輛是輪子上的智能手機(jī)，具備搜索功能及訪問(wèn)交通事故或道路施工等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

德州儀器正在努力利用WiLink8Q解決方案來(lái)挖掘車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。該公司表示，WiLink8Q汽車無(wú)線連接系列產(chǎn)品具備跨多種技術(shù)的可擴(kuò)展性，提供車載多媒體流視頻以及免提藍(lán)牙技術(shù)和GPS導(dǎo)航等功能。

飛思卡爾半導(dǎo)體(已經(jīng)與NXP合并)也在支持汽車物聯(lián)網(wǎng)，其重點(diǎn)放在Linux和Android操作系統(tǒng)，以作為未來(lái)車輛的軟件基礎(chǔ)，并建議i.MX系列汽車應(yīng)用處理器作為車載網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的理想解決方案。

物聯(lián)網(wǎng)注定將改善駕駛體驗(yàn)并拯救生命。然而，為充分釋放這些潛力，需要跨越一系列障礙，包括網(wǎng)絡(luò)安全、人身安全、規(guī)范、缺乏跨行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、風(fēng)云變幻的行業(yè)動(dòng)態(tài)以及生命周期，還有有限的初始目標(biāo)市場(chǎng)。因此，盡管車聯(lián)網(wǎng)的前途是光明的，其前進(jìn)道路上卻充滿著各式減速路障。