汽车互联 大势所趋

　　汽车百年的发展史，为人类带来出行便利巨大福祉的同时，也带来了一系列的问题，主要包括三个方面：

　　(1)汽车安全。世界卫生组织公布的资料显示，世界每年有120万人死于交通事故。英国卫报报导，世界平均每半分钟就发生一起交通事故，事故的死亡人数主要发生在发展中国家，估计中国和印度每年各自都至少有10万人在道路交通事故中死亡。即使在美国等西方发达国家，交通事故也是头号杀手，据美国高速公路管理局统计，2012年，全美共发生交通事故5300000起，共发生32367起高速公路死亡案例。汽车的安全问题是汽车技术从业者关注的头号问题。

　　(2)机动性效率。汽车虽然极大地便利了个性化出行，但在大城市，交通拥堵不仅没带来出行便利，反而使交通陷入了迟滞的泥潭，耗费了大量时间成本。

　　(3)环境与能源问题。传统汽车“吃”的是石油，巨量的石油消费正触发能源危机，带来一系列经济与社会问题，“排”的是CO₂和其他有毒气体，导致了严重的环境问题，特别是在中国，汽车尾气排放与严重的大气污染直接相关。

　　为应对这些问题，现代汽车技术发展出现了三个趋势：电动化，无人化，互联化，分别以特斯拉公司的电动汽车技术，谷歌公司的无人驾驶汽车技术，以及密歇根大学的互联汽车技术为代表。汽车的互联化处于三个趋势的核心地位。

　　照作者看来，汽车的电动化重新定义了汽车的动力与传动系统，根本解决了能量来源与环境污染问题;无人汽车将人从枯燥的驾驶操作解放出来的同时，避免了人的失误造成的交通事故，部分解决了汽车安全问题;而互联汽车技术将车与车，车与交通设施联通起来，解决了交通拥堵问题，也提供了根本解决汽车安全问题的可行途径。

　　在汽车带来的安全、机动效率、环境与能源问题这三者之中，无疑，汽车安全问题是最为重大，最为迫切，直接关系大众切身生命安全。几十年来，汽车科技人员孜孜以求寻找解决汽车安全问题的途径，从提高汽车碰撞被动安全性能，到发展汽车主动安全电子系统，各个汽车厂商各显神通，推动着汽车安全技术的不断发展。互联汽车技术的出现，为根本解决汽车安全问题提供了可行的路径。

　　互联汽车的技术现状及发展趋势

　　(1)互联汽车解决汽车安全问题的途径。传统汽车在公路上行驶，所有汽车驾驶员面向和遵循着统一的交通规则，不同汽车之间的交流通过驾驶员识别汽车制动信号灯、转向信号灯、双闪信号灯、甚至驾驶员手势等信号完成，而汽车在交通系统的行为则受到交通路牌，红绿灯信号的规范，安全驾驶依赖于驾驶员能够准确，快速，无误地识别各类交通信号。人总是会有范错误或失误的时候，于是，汽车安全事故随之发生。汽车互联技术通过汽车与汽车之间的互联(V2V,Vehicle to Vehicle),汽车与交通基础设施之间的互联(V2I，Vehicle to Infrastructure),精确交流汽车的位置、速度、加速度、车辆操作等信息，将车辆的控制交于高性能计算机，避免人员误操作，最大程度避免车辆碰撞潜在风险，最优化车辆行驶轨迹，从而在保障车辆安全的前提下，提高交通运行效率。

　　如果我们来仔细梳理一下汽车碰撞安全事故，大致可分为两个类别：高速公路上的汽车追尾事故、交通路口的汽车碰撞事故。互联汽车技术正是瞄准了这两个危险工况，开展队列技术与路口管理技术相关研究。

　　(2)队列技术。高级汽车上多装配了ACC自动巡航系统，在这种模式下汽车可以以恒定车速在高速公路上自动行驶，如果ACC自动巡航系统与DSRC汽车通信系统相结合，高速公路上的多辆汽车可以组成一个队列(Platoon)，保持相互之间的距离不变，以一个相互协作的队列成组前行。队列技术不仅大大降低了高速公路上汽车追尾的可能性，同时提升了高速公路汽车通行容量，也提升了燃油经济性。

　　队列技术的研究已经有了10多年的历史，关键点在于队列形成算法，队列内汽车单元相互协作加速与制动策略，队列长度确定，汽车进入队列的时机，汽车退出队列的方式等。

　　(3)路口管理技术。传统上，红绿灯信号在路口车辆与行人通行中发挥着核心作用，但是存在两方面的问题：一方面红绿灯控制路口各个方向车辆与行人通信需要个体严格按照信号指示行动，但只要个体存在失误或犯错，极易造成车辆碰撞事故和车辆对行人的伤害;另一方面红绿灯控制车辆路口通行，只允许一个或几个方向通行，其他方向车辆需要完全停止下来，造成城市工况路口车辆的频繁制动加速操作，不仅降低了通行效率，也降低了汽车的燃油经济性。

　　借助互联汽车V2V和V2I技术，汽车之间，汽车与交通设施之间，汽车与行人之间可以共享车辆行驶信息，精确预测每辆车的行驶轨迹与车速等信息，从而可以在路口设置高性能计算机进行运算控制，取代红绿灯的简单通行控制逻辑，最大限度上避免车辆碰撞事故发生，最优化车辆通行效率。

　　目前，国际上对交通路口管理技术的研究集中在多车道路口控制策略的探讨上，科研人员将基于规则的控制，模型预测控制，最优化控制等控制理论应用在了自动路口控制。其中，德克萨斯大学奥斯汀分校(UT-Austin)的研究团队提出了自动路口管理系统(AIM-Autonomous Intersection Managment)，汽车在快要到达路口前向路口控制计算机单元(Agent)发出通行指令，控制单元将路口区域进行网格化划分，根据各个方向车辆的位置与行驶速度，按照先到先行的原则统筹考虑，分配通行指令，从而最大化通行效率、保障通行安全。

　　麻省理工学院的 Carlo Ratti 教授也提出了一个基于轨迹的路口管理策略。随着自动驾驶技术的发展，V2V、V2X 技术逐渐普及，车与车之间也可以互相沟通位置信息。这种路口控制策略更加强调每辆车的位置，而不是车流的通行状况。研究团队同时比较了传统红绿灯路口通行方式与自动路口管理方式的通行效率，验证了互联汽车技术的可行性。

       (4)车轮上的网络。实现V2V，V2I技术的关键是构建汽车通信网络，汽车通信网络需具备短距离，高速实时通信，承载大宽带车载应用信息的特点。专用短程通信(Dedicated ShortRange Communication,简称DSRC) 是基于长距离RFID射频识别的微波无线传输技术，它可以实现小范围内图像、语音和数据的实时，准确和可靠的双向传输，将车辆和道路有机连接。

　　DSRC迄今为止还没有形成统一的国际标堆，国际上DSRC标准主要有欧、美、 日三大阵营：欧洲的ENV系列，美国的900MHz和日本的ARIBSTD-T75标准。鉴于DSRC的国际标准发展趋势和应用，我国交通部智能交通系统中心向交通部无线电管理委员会提出将5.8GHz频段(5.795～5.815GHz：下行链路500Kbps,上行链路250Kbps)分配给DSRC技术领域。

　　为验证互联汽车技术的可行性，2012年，密歇根大学安娜堡分校在美国交通部的资助了于安娜堡市区开展了互联汽车技术试验项目，安娜堡市区的居民根据自愿原则可以选择安装车载汽车通信装置，参与互联汽车驾驶试验，截止2014年的统计数据，安娜堡市区已经有3000辆私家车参与了互联汽车驾驶试验，积累了大量互联汽车驾驶工况试验数据。

　　国内一汽、长安的互联汽车样车也参与了安娜堡互联汽车试验项目。

　　同时，密歇根大学安娜堡分校还修建了无人驾驶互联汽车试验场，进行各种路面，各种工况下的无人驾驶、互联汽车驾驶试验，丰田等国际汽车厂商的无人驾驶互联汽车也在该试验场内进行了试验。

　　我国发展互联汽车技术的几点探讨

　　汽车的互联化、无人化、电动化是汽车技术的必然发展趋势，而这三者又是密不可分、相互融合的。国际上，无人驾驶互联汽车统称为Autonomous Connected vehicle，而在国内，据中国汽车工业协会的定义，无人驾驶互联汽车称为智能网联汽车(ICV-Intelligent Connected Vehicle)，并对智能网联汽车进行了分级。据中国汽车工业协会的规划，至2030年，3级以上智能互联汽车占新车比例30%以上，道路交通事故减少80%。

　　自动化等级等级名称智能网联等级定义适用工况

　表1 智能网联汽车的分级

　　我国发展互联汽车需要重点关注的几个问题：

　　(1)汽车互联是个逐步实现的过程，装有车载通信设备的汽车会长期与传统汽车、卡车等共享道路，这就加大了汽车互联的控制实现难度;

　　(2)汽车的互联化对交通系统会产生革命性影响，其实质是交通系统的数字化变革，只有在交通基础设施规范，有序，合理的基础上，互联汽车技术才能获得实质进展;

　　(3)需要加强汽车通信技术的技术研发与产业发展，目前，华为、中国移动等电信运营商已经与一汽、东风等汽车制造商合作开展汽车网联通信技术的开发;

　　(4)需要建立智能网联汽车技术示范运营试验场，建立智能网联汽车运行基础数据共享平台，探索适合中国国情的智能网联汽车技术标准制定。

　　我们可以尽情期待互联汽车技术完全实现的那一刻，希望那就是不久的将来。