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V2X测试系列——V2X应用场景仿真及开发流程


汽车新四化已经深入人心,电动、智能、互联、共享,每一个都是当前汽车行业的热门话题,我们今天的话题就与智能、互联相关。


在科幻类影视作品中,常常遇到脑洞大开的科幻场景,比如机器人服务、星球大战......其中很多场景都在逐渐变成现实。智慧交通系统毫无疑问也会是未来科技世界的重要一员,V2X技术则是助力其实现的强大后盾。


什么是V2X?


V2X即Vehicle to Everything,车联万物。车与车V2V、车与路V2I、车与人V2P、车与云V2N都可以互相联结,形成一个强大的信息网络圈。交通网络中的一辆汽车,将不再是一个独立的个体,它既可以基于先进的传感器模块获取自身驾驶状态信息和视距范围内的交通环境信息,还可以通过V2X技术去获取更远距离和更大视野内的其它车辆状态、交通标识牌、信号灯以及道路信息,全面及时地了解所处的驾驶环境,实现更加安全高效的驾驶行为。


车用无线通信技术(图片来源于C-V2X白皮书)


V2X的典型应用场景有哪些?


典型的V2X应用场景有哪些呢?由中国汽车工程学会发布的T/CSAE 53-2017标准中有较为详细的阐述和说明。根据目前发布的第一期V2X应用场景来看,主要应用方向包括安全和效率两方面(后续也会逐渐扩展至自动驾驶领域),具体应用涵盖了车车通讯V2V、车路通讯V2I和车人通讯V2P。


具体项目如下表所示:


CSAE第一期V2X场景(图片来源于中国汽车工程学会标准 T/CSAE 53-2017)


接下来我们从实际生活中比较常见的交通场景来举例说明。


早晚高峰常常让上班族们苦不堪言,这种情况下最糟糕的莫过于再发生一点小事故,常见的事故场景如下(以下交通事故视频均来源于网络):


前向碰撞预警场景:FCW

由于驾驶习惯问题,自车(HV)跟车太近或者车速太快,来不及反应前车或者远车(RV)的急刹,导致追尾事故。


FCW.gif

基于仿真平台创建的FCW场景


逆向超车提醒场景:DNPW

回家心切或者着急办事,忍不住就变道超车或者逆向超车了,结果遭遇盲区事故。


DNPW.png

基于仿真平台创建DNPW场景


左转和交叉路口盲区提醒场景:LTA/ICW

通过交叉路口时没有环顾四周,盲区内的车辆未被及时发现,导致事故发生。


行人突然冲出的弱势道路使用者碰撞预警:VRUCW

行人从盲区范围内突然冲到路面,车辆来不及反应,导致事故发生。


VRUCW.png

基于仿真平台创建的VRUCW场景


前车遮挡导致误闯红灯预警场景:RLVW

经过卡车所在的行驶道路,视线遮挡又着急赶时间,导致误闯红灯。


这些都是生活中比较典型的交通场景,由于盲区或者视距阻挡等原因很容易引起一定程度的交通事故。V2X技术模块依托于无线通讯技术,克服了ADAS应用中视距传感器的局限,可以在更大视野范围内进行有效感知来避免事故和交通违法行为。


以下是基于CSAE /53-2017的第一期应用场景的仿真场景重建视频,可以更加全面的看到第一期V2X应用场景的覆盖面和实际意义。


V2X的技术标准有哪些?


实现V2X的应用,需要基于一定的技术标准。V2X的研究基于无线通信技术,主要涉及到两个技术标准:DSRC和C-V2X。其中DSRC是基于IEEE1609标准开发的,是早期进行V2X研究的标准,最早由美国等国家采用,目前已切换为C-V2X技术标准;C-V2X技术是基于蜂窝网络的V2X技术,由3GPP组织在Release 14中正式提出,未来支持由LTE-V过渡到5G。3GPP目前已冻结了5G的前两个版本Release15和Release16,最新的Release17版本由于疫情原因会在2022年6月左右冻结释放,届时相当于3GPP的5G最终版本冻结。


由于DSRC的投入使用依赖于大量的RSU单元,落地困难,所以目前国内外普遍倾向于C-V2X技术。我国基于良好的4G通信基础建设,现在也是采用C-V2X技术标准。C-V2X提供的两种通信接口如下图所示,分别为直连通信接口PC5 (SideLink) 和蜂窝通信接口Uu(UL&DL)口。


C-V2X通信接口(来源于C-V2X白皮书)


V2X研究开发流程?


最终的V2X应用肯定是在实际的道路交通环境中来实现,但是由于直接进行实车路测十分不易,大量的场景搭建费时费力、测试重复性和安全性都难以满足,尤其在研发阶段需要不断地优化调整,而实车路测不仅调整优化周期长,且最终效果难以保证。综上,V2X技术的研究作为目前ADAS研究的一个重要补充和延伸,整个开发过程其实更加需要遵从虚拟仿真测试(MIL/SIL阶段)到硬件在环仿真测试(HIL阶段),最后到实车道路测试(VIL阶段)的V型开发流程。


结合怿星科技的应用经验,可以先基于CANoe的CAR2X进行虚拟仿真测试,再基于目前成熟的商业平台进行室内的HIL测试(硬件在环测试),最后进行实车道路测试来完成整个开发应用过程。


在以上的虚拟仿真和HIL仿真过程中,既可以轻松创建各类应用场景、又可以不受时间、地域约束进行差异化及多样性测试。对于实际研究过程中发现的问题,还可以进行及时调整、验证,大大降低了后期实车路测的风险,最终的实车道路测试可在充分的前期验证下,高效安全的环境中进行。


C-V2X测试开发V流程(源自Vector)


怿星科技目前在V2X研究方面的进展如何?


目前怿星科技的C-V2X系统测试研究,在各个开发阶段均取得了一定的进展,既可以基于CANoe的CAR2X模块实现V流程的虚拟仿真测试,也可以基于其它成熟的商业平台进行V流程中的实时仿真测试,同时还可以提供支持实车道路测试的工程服务。


具体的应用案例如下:


基于CANoe的CAR2X模块进行纯虚拟仿真,满足V2V、V2I场景的测试,拥有完整的协议栈解析和交互功能。


V2X虚拟仿真


基于成熟的场景仿真软件、成熟的协议栈平台以及专业的射频模块等实现HIL测试服务,支持集成了BSW和FCW预警等开/闭环应用。



V2X HIL仿真


同时,怿星科技还参加了在沪举行的2019 C-V2X“四跨”互联互通应用示范活动,实现了跨模组、跨终端、跨整车和跨安全平台的互联互通测试。包括V2V和V2I等多个应用场景,实现了基于PC5端口的最远400m通讯距离。


V2X道路实车测试(图片来源于2019 C-V2X“四跨”互联互通应用示范活动)


目前V2X研究在国内外均受到国家层面和行业领域的重点关注,但是相关的测试研究标准和应用方向仍然处于摸索阶段,需要相关行业的成员共同努力来实现最终的落地应用。