车车通信技术研发及运用

随着生活水平的提高，汽车逐渐成为我们生活的一部分。或者说，汽车作为人类的一个伙伴，“他”就自然应该像人一样去认知、思考和解决问题。可是，自从第一辆汽车的产生，道路交通事故就逐年增加。世界卫生组织报告指出，全世界每天有3000多人死于汽车交通事故。如果不采取适当措施，到2020年汽车交通事故伤害预计将成为导致全球疾病与伤害原因中的第3位。那么，首先应考虑造成交通事故的因素。交通事故研究和数据分析机构(ITSRDA)对一定数量的交通事故因素做出了统计，如图1所示。近年来，随着驾驶员安全意识的提高，交通事故的数量在减少，但交通事故伤亡率在不断增长。

这也体现了汽车安全整体性较差。被动安全系统对于保护乘员逐步达到了一个极限。相反，主动安全对于提高车辆安全还具有很大的潜能。主动安全系统在提高车辆的整体安全性能起到很大的作用，如图2所示。一般来说，车辆整体安全主要有4部分组成:驾驶员环境、主动安全、被动安全和事故救援。驾驶员环境部分主要是指在正常情况下驾驶员的舒适性，并且舒适性有助于不同车辆之间正常交换信息。目前车辆安全的含义已经有了较大的变化，并且各自的比重也作了重新定义。车辆的正常行驶是各部分因素相互作用的结果，如图3所示。

从第一辆车学会“感知”去探测碰撞到安全气囊，可以看到车辆安全系统的发展。目前来说，对于即将发生的交通事故有预见性探测的主动安全系统是发展的趋势。从图1中也可以看出，交叉口和纵向交通事故占了很大比重，并且该类型的事故主要是由于车辆不能对前方事故车辆有预见性，才会引起碰撞等事故。因此，车辆必须通过车车通信学会“听说”。车车通信系统可以提高车辆行驶安全，消除过多的交通碰撞。它的实现对汽车整体主动安全系统而言将会是一个里程碑。本文主要介绍了车车通信系统发展的必要性，以及在交通安全中的巨大潜能，另外，介绍了由于自身和客观原因对车车通信系统的阻碍。

1车车通信系统的定义

车车通信系统在消除过多的交通碰撞和提高交通顺畅性等方面显示了巨大的优越性，促进智能交通系统的发展。当车辆在分离摩擦系数或者摩擦系数较低的路面行驶时，车辆容易发生打滑，驾驶员往往会采取紧急制动措施，但这对其他车辆容易造成碰撞事故。如果车辆自动给其他车辆发送警告信息，就可以避免事故发生。或者说，车辆在十字路口发生紧急事故，事故车辆向一定区域内的驾驶车辆发送警告信息就可以避免不必要的碰撞。这就是车车通信的基本理念。车车通信以及车辆和基础设施之间的通信依靠专业的无线局域网络技术，实现小范围通信。

车车通信系统可以克服盲点比如当转弯或者通过的时候。如果驾驶员有转向意图的时候，弯道前方有车辆在它的盲点位置，该系统将会通过座椅发送震动给驾驶员。并且会估算车辆在制动情况下的速度及碰撞时间。此外，车辆通信系统可以在驾驶员不注意车道，行驶速度较低或者前方有车辆制动时发出报警。研究发现，如果在车辆事故发生前0．5s发出报警信号，大约60%的道路事故就会避免。

2车车通信系统的优越性

环境感知与处理技术作为智能机器人获取信息的重要方式，正逐渐应用在智能车辆系统中。博世公司早就提出了自己的环境感知方案，利用无线通信技术为车辆周围形成一个完整的安全带，排除了现在雷达传感器的死角。车车通信技术作为智能车辆发展的一部分，充分利用无线局域网技术，实现车辆的听、说功能，为智能化交通的实现提供了路径。在2010年(第十一届)北京国际汽车展览会上，上海汽车董事长胡茂元与中国联通董事长常小兵共同揭幕了应用华为通信模块的上海汽车自主品牌3G互联网轿车荣威350，标志着我国以WCDMA3G高速无线网络为载体的汽车信息化时代的到来。图4中3辆车A、B、C在同一车道行驶。当A紧急制动时，B和C都处于危险状态。更进一步说，C要比B更不安全。其主要原因如下。

(1)制动灯的视角限制:由于在同一车道行驶时，一般只有一辆车可以直接看到前方车辆的制动灯。因此，C不能直接观察到A的制动情况，只有通过B才可以了解。

(2)时间延迟:从看到A制动灯到B踩下制动踏板，驾驶员由于大约需要0．7～1．5s的反应时间，这将会很大程度延迟紧急事件的报警。

随着通信技术的发展，尽可能会减少紧急事件中的延迟。缩小局域网的范围，将会使车车通信更加安全。如前所述，B和C在接收到A发来的警告信息时，如果没有延迟，驾驶员就可以及时调整，提高避免发生连撞反应的几率。尤其是在大雾天气能见度很差或者驾驶员注意力不集中时，这种优势更加明显。

3车车通信系统的技术挑战

车辆遇到突发状况时，通过车车通信系统及时发送警告信息，包括车辆位置、速度、加速度和移动方向，来警告周围其他车辆。收到警告信息之后的车辆再决定紧急情况下车辆的动作。由于道路情况的复杂性也导致了警告信息发送的困难。此外，无线局域网技术自身的限制也对车车通信系统的实现提出了挑战。

挑战1:信息发送的延迟。当事故发生后，警告信息发送越快，事故避免的可能性越大。警告信息发送的时间是指从危险车辆发生紧急情况到周围车辆成功接收信息的时间。如果车辆以60km/h的速度行驶要比20km/h更容易接收到信息，并且延迟只在毫秒内。然而，高速运动车辆由于信号容易衰退、被遮挡等原因，会导致信号传送的质量降低。在对不同车辆移动情景的无线局域网信号性能评估中显示，车辆的速度会影响信号质量。进而言之，所有靠近危险车辆的车辆都有潜在的危险，都有必要及时收到警告信息。但是，由于车辆的高移动性，危险车辆的群体在不停的变化，如图5所示。车辆A处于故障中，附近的车辆N1、N2、N3、N4、N5都处在潜在的危险。由于N1、N5会迅速通过A避开危险不需要接受警告。同时，车辆N6、N7、N8越来越接近A，并且会处于危险状态。无线通信的不可靠性和车辆位置的迅速改变对警告信息的传送时间产生挑战。

挑战2:多车合作的支持。事故发生后，车辆在一定时期内处于危险状态。比如，由于机械原因车辆停驶在高速公路的中间，任何接近它的车辆都会有危险。或者，当前面车辆紧急制动时，后面的车辆会突然制动减速，在时间上存在操作的重叠。因此，为了满足紧急情况下警告信息发送的多样性要求，车辆通信协议必须有较多车辆的合作支持。

挑战3:紧急程度的辨别。紧急情况下事故车辆由于轨迹的不确定性通常会对周围的车辆造成不同的冲击。因此，对于不同危险情况的车辆，警告信息也应该有所不同。

当车辆A发生故障失去控制的时候，它的运动轨迹是多样不可测的，如图6所示。在这种情况下，N1、N3和N5车辆都会作出制动反应，因此，对他们发出警告都很重要。另外，任何通过事故车辆的车辆都会有危险存在。如图5，车辆A突然停止在路中间。对于A突然停止，车辆N3突然制动并且停止在A后。从A的角度观察，车辆N3保护了后面的车辆，比如N7、N8。在这种情况下，对于A车没有必要继续发送多余的警告信息给其他车辆。这主要是由于发送过多不必要的警告信息将占用信号通道;另外，采用同一通道发送较多信息，会导致警告信息的延迟。

4结语

车车通信对于主动安全性的提高有很大的潜能，它使车辆整体安全性有更广泛的发展。在美国，调查研究表明车车通信有很好的应用前景。现在问题的关键是解决车车通信技术中存在的技术问题:信息传递的保障以及广泛应用的安全。此外，运用了监测技术的车辆整体安全性将来也许会扩展到无人驾驶系统。也可能进一步扩展到基于网络的驾驶辅助系统，包括基础设施与车辆之间的通信。