交通系統(ITS)建立在網絡化的信息通信技術的基礎之上,以實現交通管理的最佳化和道路的有效利用為手段,提高行車的安全性、舒適性以及道路的運輸效率。據報道,日本在先進安全自動車(AdvancedSafetyVehicle,ASV)概念中,把ITS所需要的重要駕駛支持系統歸納為包括如下方面:
1.防止碰撞前方障礙物的支持系統;
2.防止進入彎道危險速度支持系統;
3.制動并用式車間距離定速控制ACC(全速度域控制)系統;
4.防止越出車線支持系統;
5.維持車線支持裝置;
6.防止碰撞車輛周圍死角障礙物系統;
7.光隨動系統(AFS);
8.碰撞預知傷害降低系統;
9.行人傷害降低及安全氣囊系統;
10.睡意警報裝置;
11.所有座位安全帶使用勸告裝置;
12.后側方和側方信息提供裝置;
13.緊急制動信息提供裝置;
14.夜間前方行人信息提供系統;
構建上述系統需要用于道路環境和車輛狀態檢測的各種傳感器以及用于信息提供、報警及操作支持的各種控制裝置。此外,與ASV道路交通和通信信息系統配套的車載信息通信系統(Telematics)要滿足兩方面的通信需求:
1.與道路信息的協調;
2.與通信系統的協調。
因此,以汽車為中心的信息通信技術、先進的駕駛控制系統和環境識別系統是汽車電子發展的下一波熱點,其中,核心技術之一就是先進的無線通信技術。
本文試圖向中國汽車電子、半導體和通信行業的技術人員概要介紹先進的車載無線通信技術在推動智能交通系統的發展中所發揮的作用,從而為中國汽車電子產業的技術升級提供參考。
車載無線網關提供統一的信息通信平臺
目前,領先的汽車制造商已經開始研發針對駕駛員的信息服務系統和信息通信系統。例如克萊斯勒集團和HughesTelematics公司宣布將提供集合了信息娛樂、安全和遠程診斷功能的車載信息通信系統(Telematics)。福特公司將提供配備藍牙和微軟操作系統的汽車。AutonetMobile 公司也計劃推出能夠為車輛提供互聯網接入服務的技術。
建立這些系統有望為制造商、零售商、消費者、導航服務提供商以及內容原創公司帶來新的附加價值。例如,基于陸地和衛星的技術將為安全、保密、信息娛樂、遠程診斷、維護通知和多播提供信息通信服務,最終有可能使遠程升級車載系統成為可能。如圖1所示,下一代智能交通系統將建立在先進的移動通信、衛星通信和互聯網的基礎之上。
圖1基于互聯網的智能交通系統需要建立完善的車載信息通信系統
從上圖顯而易見,無線通信技術將在智能交通系統中扮演重要的角色。瑞薩科技的專家指出(圖2),為了滿足基于無線的信息通信系統的需要,汽車中有望出現一個智能交通電子控制單元(ITSECU),由它通過WLAN和專用短程通信(DSRC,DedicatedShortRangeCommunication)實現車與車之間、車與路之間的通信。可以想象,3G無線通信有著廣闊的應用前景,本文在此不贅述。
圖2以汽車為中心的無線通信技術
值得注意的是DSRC技術的發展動向。國際上,DSRC標準化體系分為歐、美、日三大陣營所制訂。歐洲采用的是CEN/TC278標準、日本采用的是ISO/TC204標準,它們都選擇5.8GHz作為DSRC通信頻率;美國正逐步地將應用于智能交通領域內的自動車輛識別的頻率轉向 5.8GHz~5.9GHz系統,FCC(美國聯邦通信委員會)也正式將5.9GHz頻段批準用于專用短程通信。中國目前采用的是源于ISO/TC204 國際標準化組織智能運輸系統技術委員會(國內編號為SAC/TC268)的5.795-5.815GHzISM頻段。目前,2.45GHz系統應用相對較少,沒有形成主流。
目前,國際汽車半導體廠家在毫米波雷達器件上已經取得了一系列突破。例如,飛思卡爾半導體已經展示了使用硅鍺(SiGe)技術的面向 77GHz頻帶毫米波雷達的射頻(RF)芯片。該芯片主要面向在部分汽車上配備的車與車之間的間距控制系統及預防撞安全系統等的車間距檢測用途。與此同時,飛思卡爾還開發將射頻芯片與接口IC、微控制器一起封裝的毫米波雷達模塊,以及旨在使該模塊實現小型化的小型天線。由于通用毫米波雷達將來會成為必不可少的裝備,據稱,該公司今后還將對毫米波雷達的所有技術進行不斷開發。
此外,新日本無線公司成功開發了使用76GHz頻帶的面向車載毫米波雷達的VCO。在AlN底板上形成基于微帶線的電路后,通過表面封裝耿氏二極管及變容二極管形成VCO。日本村田公司也推出了采用介質振蕩器、振蕩頻率為38GHz的VCO。京瓷不久前也推出了兩款用于60GHz頻段無線通信和76GHz頻段車載雷達等毫米波頻段的陶瓷天線。
在實際使用的過程中,雷達系統與偏航速率傳感器采用一體化設計,配備于車前隔柵后方。成功的案例包括:德爾福最大檢測角度為15度的新型巡航控制系統毫米波雷達;雷克薩斯LS460車型使用毫米波雷達和攝像機實現車輛前方障礙物識別功能和后方車輛識別功能;日野為Profia車型增加的標配追尾減輕制動系統,它利用毫米波雷達判斷出追尾危險后,發出警報音并起動制動器,通過追尾減輕制動系統中的“預防撞安全系統”來防止碰撞。
由于毫米波雷達產生的電波能夠穿透人體,從而給健康造成不良影響,因此毫米波雷達在能夠檢測的障礙物方面存在局限性,比如不能將行人作為障物來檢測等,只能借助于攝像技術。在這方面,NEC搶占日本市場半壁江山的“預防撞安全”系統市場,該公司利用車載圖像識別并行處理器,通過采用結合毫米波雷達及攝像頭等多個傳感器的信息進行綜合處理的方式,檢測包括前方車輛及行人在內的立體物體的距離和速度,向駕駛員發出警報,從而減輕沖撞造成的傷害。因此,代表了環境識別技術的發展方向之一。圖3為基于毫米波雷達和圖像傳感器的環境識別技術在汽車中的應用的示意圖。