桥接智能城市和自主车辆之间的差距

智能城市规划者和汽车制造商正努力解决类似的问题和目标,但是他们正在以不同的速度,通常用不同的技术——尽管这两个世界需要弥合为了是有用的。

移动城市交通优化是至关重要的减少能源消耗和事故,和移动应急车辆通过城市街道尽快。如何最好地实现这些目标是复杂的,虽然。它需要一个交叉的通信、安全和电力技术,需要安装在道路、交通信号、建筑物及其他设施,通讯从车辆和基础设施,以及其他车辆。

这是一个有争议的辩论的中心在北美之间的通信标准802.11便士(DSRC)和细胞Vehicle-to-Everything (C-V2X),这是基于5克。

图1:车辆相互通信在智能城市和基础设施。来源:西门子EDA

去年11月,美国联邦通信委员会采纳新规则旨在提高汽车安全保留上30 mhz频带的智能交通系统(ITS)服务,并指定细胞V2X作为安全运输和车载通信的技术标准。C-V2X使用细胞协议来提供车辆和障碍物之间的直接通信与其他车辆,自行车,行人,和道路工人,从路边发射器和接收安全信息。

C-V2X势头在美国和国际。FCC已经指定专用短程通信(简称DSRC)服务作为其服务的技术标准20多年前,但DSRC尚未有效地部署。因此,这个关键mid-band光谱主要是未使用几十年。所以美国联邦通信委员会已经开始转变了从短距离C-V2X”,加快实际部署的服务将提高汽车安全。”

这是一个重大转变,因为DSRC与C-V2X不兼容。与许多这样的标准活动,这是没有解决问题,开发人员迫切。

“无论C-V2X自治会发生,因为它发生的,”吉姆说Misener,产品管理高级主管高通。“但C-V2X将大大提升自主汽车的想法,因为你有车辆在接近消息交换。没有传感器,可以预测车辆的轨迹,除非它是车辆通信未来的发展轨迹。没有传感器,可以看一下至少在十字路口除了收音机和C-V2X。”

直到现在,这种发展已经vehicle-centric或regulation-centric。“为了让效用发生在第一天,你要跟别人在一辆车,如果你有C-V2X”Misener说。“会有低市场占有率第一天。第一效用是跟这座城市,我们敏锐地意识到从汽车的需要,但也从服务和价值产生在路旁。道路运营商超越城市,顺便说一下,因为道路运营商有时是地区性的,有时在国家层面上,但道路的优势在城市,和疼痛点发生在城市交通工程师首先我们看到安全进来,”他解释道。

也将是效率的汽车和十字路口,通过智能交通信号,即交通信号可以开始适应,因为他们知道交通模式是什么。在这里,一个大的市场普及率不是必需的。例如,如果一辆车接近一个队列的末尾,这是足够的。汽车传输数据不需要确切的队列。这开始排除路边传感器的需要,这是相当昂贵的。

另一个例子包括紧急服务车辆和先遣队。“如果他们可以自己拨打C-V2X绿色,并清除整个轨迹——不仅在近场吗?这是一个组合的无线广域网和短程,”他说。“这将使反应很快,立即发生。这有助于提高运作效率。一套智能城市不是一个静态的基础设施针对性。智能城市是动态的,因此任何道路使用者是一个智能城市的一部分包括行人和车辆。”

尽管V2X和自主权将开发同时,他们最有可能会有单独的实施时间表。

“即使是使用激光雷达用于十字路口的情况下,这并不意味着它是一个自治的4级或5级车,”威拉德你提到的,汽车主管赛灵思公司。“这可能是二级系统说汽车是来自你的一个盲点。事实上,很多车辆可以提供这种能力,并且不会那么昂贵的水平4或5。另一方面,在卡车等商用车,用例是复杂得多,它将需要更昂贵的技术。也有不同的基础设施,将部署在走廊,但不一定是在人口稠密地区。第一个用例可能depot-to-depot,紧随其后的是“最后一英里”场景中,需要在高度城市化地区。因此,尽管这些都是并行路径,构建不同的基础设施走廊有意义。”

然后是车辆本身。V2X概念如何在车辆仍在制定当中,虽然是新兴的线索。

从加工的角度来看,电力消耗是一个巨大的考虑,无论它在哪里发生。但在全电动汽车动力学是非常不同的,这就需要能源消耗和性能之间的权衡。现成的处理器不会在电动汽车工作,或在基础设施设备。尽管从技术上说,也可以使用现成的硬件运行完全相同的算法在一块基础设施设备,如路边的标志,为目标检测和分类能力仅考虑不可行。

“如果你在纽约的一个十字路口在交通高峰期,你检测更多的对象,但是这个过程是相同的计算需求是巨大的,”观察到大卫•弗里茨自治和ADAS高级主管西门子数字行业软件。“很多人都希望所有的计算能力从一个太阳能电池板,但我们没有。太阳能电池板将需要一个足球场的大小。所以我们回考虑车辆一侧。我们必须运行AI推理算法。我们需要大量的训练,有许多过程发生。所有的消耗大量的电力。我们如何得到功耗?这意味着现成的硬件组件的想法不会飞,尤其是当他们20000美元到30000美元一盒,还有6000在纽约市的十字路口”。

这显然是行不通的。“这些东西的方式来设计是设计与权力,”弗里茨说。“你需要可伸缩的解决方案需要进行交互,并一致,机上的解决方案是为非常低功耗设计的。它是关于翻译的低功率强调车载智能基础设施。”

可以节省大量的能源,在汽车和整个城市电网。

“重要的是要记住大量的能耗来自电动机,所以能够优化交通和交通流量会产生影响,”库尔特·舒勒说,负责营销的副总裁Arteris IP。“汽车基础设施而言,有大Waze大脑能够直接你的车和优化所有的会减少权力。就像舰队管理联邦快递,但是对于每一个人。”

可以肯定的是,智能汽车能够彼此交流及其环境开放的可能性道路更安全,更高效的旅行,和更好的驾驶体验。但它也需要时间推出。

“V2I,在更广泛的层面上V2X,需要支持的实现智能基础设施以外的车辆,”拉斯乌尔里希说,汽车副总裁英飞凌美洲。今天“试点项目已经存在,但我们仍然处于早期阶段的理解需求和现有技术的能力。这使得大规模采用至少在未来5年或更多。半导体扮演了一个重要的角色在部署的V2X当我们考虑的概念车车轮上的一个连接网络,需要感应功能,连接,通信和安全。一切必须坚持高可靠性的汽车标准。”

安全
得到这个工作仅仅是挑战的一部分。一个同样艰巨的任务是弄清楚如何让它所有的工作安全。

“你必须确保汽车,和你谈话是一辆车,它是一个真正的汽车从一个真正的制造商,不是黑客或敌对实体试图发送假信号或干扰你的反应,“蒂埃里Kouthon说,技术产品经理Rambus安全。“这涉及公钥密码学为了让汽车互相验证,所以我知道,100年的信号,我收到那些周围的车我都从实际汽车从大众、奔驰、通用汽车等。为了做到这一点,你需要两件事情。你需要一个信任的根,以确保没有人能普遍检查您的加密处理,并加密操作当你处理它们。你需要两边。”

除了V2X上下文中的沟通,必须有安全的内部车辆。,常常被认为是“现代汽车比汽车更像车轮上的电脑,“Kouthon指出。“这是因为一个典型的汽车包含一切——操舵的50到100台电脑,巡航控制、娱乐、仪器仪表、刹车灯,你的名字。真的有很多组件,但70%的OEM组件都是由供应商提供,而不是由OEM本身。你如何确保每一个人提供一些对你是真诚的,而且它不是注入一些恶意的车吗?”

的CAN总线长一直是车载通信网络,通常不包括任何安全成本的原因。“这不是因为oem厂商不知道,“Kouthon说。“这是因为汽车的利润很小。这是一个很大的公共汽车,这是一个大量的布线。使它非常安全成本的资金,因而会增加汽车的材料清单,现在的方法是把内部的安全电子控制单元(ecu),因为每一个ecu计算机处理器内。因为我们不能安全处理器之间的网络,而不是处理器获得了自己,这样当他们互相交谈,无论传播媒介,他们可以互相验证。”

正在通信的数据需要保护,。“你想有基础属性,“杰森·奥伯格说,首席技术官龟岛的逻辑。“你想加密,确保没有人能够窃取信息。然后你要确保你所有的信息签名或者是真实的。这意味着如果我发送另一辆车或一个建筑物或一个标志或基础设施的一部分,它是真正来自我。你不想要一个攻击者在路边,笔记本和一个天线,向系统注入材料使其认为是我,导致我的车都采取不同的行动。这些都是需要解决的基本问题。”

这可能听起来简单,但问题是一切分布,它创建一个密钥管理的混乱。“你怎么更新谁是谁,”奥伯格问道。“我怎么知道钥匙,我不得不说,‘我是杰森,最新的钥匙吗?中央的所有者所有,是谁?”

因为一辆车是一个实际的设备,这些安全特性需要被存储在硬件水平。“尤其是当你看今天的基础设施,一个人可以爬上电线杆和神气活现的这是一个不同的攻击模式,”他说。“这是非常重要的所有路由到实际的芯片。这就是根的信任是非常重要的,和那些键需要安全地存储在某个地方。根的信任提供了一个良好的框架,并更新他们在相同的环境中是很重要的。所有的安全的复杂性如何管理是很重要的,因为你必须验证所有的,以确保你不犯错,确保系统的复杂性不是傲慢,这是要为这些V2V和V2X应用程序尤其重要,”奥伯格说。

的另一个方面是需要交流的水平,使车辆接口与任何和各种各样的基础设施将是巨大和5 g的管道,Jorg Grosse功能安全产品经理,OneSpin解决方案认为,。“今天人工智能和计算技术将显著增长的验证需要也将增加。复杂性参与确保这些通信发生安全、安全将是惊人的。形式验证将发挥至关重要的作用在集成电路的验证,这个智能通信。技术将超越只是确保按计划设计操作还必须确保安全漏洞和弱点是消除。我可以看到连续的产品生命周期验证被领养,由于年龄的设备相互通信将是一个范围广泛。不仅将设备年龄扮演一个因素,但这些设备必须跟上不断进化的安全需求。”

地区发售会有所不同
政治基础设施将扮演一个角色在轻松V2V和V2X是如何实现的,。美国的经验将不同于欧洲,并且都是非常不同的来自中国。

“很多与政治系统,”你说。“中国可能会的领导人之一的空间。他们的政府是非常活跃在基础设施建设和投资于基础设施。欧洲和日本可能会跟随,与美国可能落后一点,因为我们希望私营部门接的。我们不指望政府一定要支付这些东西,这就是为什么美国将效仿。话虽这么说,短期内有些创新的美国城市,真正想邀请自主驾驶车辆进入区域的一些早期部署。”

并不是所有的功能将立即无处不在,即使技术准备。营销主管汤姆Wong设计IP节奏指出,由于DSRC已经部署,可以买一辆大众GTI今天内置DSRC在德国。所以soc和芯片组支持DSRC都准备好了,即使不是外部基础设施。“下一步是4 g,最终5克,”他说。

通用汽车(General Motors)的车辆提供了4 g好几年了,但是它已经相当有限的使用。“他们不使用它来更新软件无线,”黄说。“他们使用它为你打电话给某人当你锁车,他们对你解锁汽车——这样简单的事情。显然是世界在哪里,会有地理、国家4 g和DSRC、高度控制的通信频谱和政府监管”。

对于智能城市实现,仍有许多问题需要解决从监管的角度来看,这是重要的V2X试验前进,罗恩DiGiuseppe指出,汽车IP段经理Synopsys对此。“公共试验得到了不同的地区/市/城市将确保法规可以看到的,和法规与行业部署。虽然早期,试验正在进行中,这是一件好事。”

这说话的紧密耦合与进化V2X全自动车辆。“公分母是5 g无线技术而言,“DiGiuseppe说。“V2X,他们想使用5 g的通讯。事实上,5 g的3 gpp实现特定的功能,使它更有用的汽车,其中之一是提高可靠性,当然,提高带宽——他们还添加了一些优先级。如果有人在后座上的流媒体电影后座娱乐,你想要的最后一件事是,流数据干扰安全性至关重要的数据。V2X或自主驾驶5克,有特定的特性让它优先考虑数据,这有助于安全应用程序。”

自主驾驶使用5 g在高分辨率的位置路线规划,和V2X使用5 g V2X通信。但这需要共享带宽的流媒体电影,这使得这尤其复杂。与V2X试验进一步迷惑的事情,发生在越来越多的城市在全球范围内,实际的部署会有所不同。

“有许多汽车制造商已经致力于V2X部署远程信息处理控制单元(tcu),“DiGiuseppe说。“然后,路边的单位在基础设施方面,通信路灯或停车场正在实施5 g收音机。这些硬件的实现需要完成并推出了更广泛。很明显,中国有更多的自由来定义这些智能城市,而不是美国,哪个更在个案采用社区层面。中国已经宣布其智能城市项目,凸显了它的建立一个智能城市。如果你要创建一个新的智能城市,然后你计划有更多的灵活性。”

总的来说,部署V2X基础设施支持的规定也得视情况而定,主要投资和发展自主车辆的关键技术。“当我们迈向更高的自治水平汽车,越来越多的国家开始参与试点项目,测试应用程序的V2X在现实生活情况下,“英飞凌的乌尔里希说。“在美国,越来越多的势头V2X部署,特别是它的好处和易用性更加明显。在美国有一些自由度,使早期试点应用,旨在理解和验证所需的技术使V2X成为现实。创业的本质使监管机构,创业和科技巨头都在一个紧密的生态系统一起工作。许多美国汽车制造商们致力于支持V2X功能在新车型。密西根州发起了密歇根办公室未来的流动性,导致所有mobility-related计划包括基础设施的战略协作。旧金山、亚特兰大、科罗拉多、匹兹堡和许多其他人也推出了自主车辆和V2X试点项目。

同样,在欧洲,V2X测试是发生在许多国家。从私营企业有广泛的支持和行动,如欧盟C-Roads项目。5 g功能测试也发生在该地区广泛推出5 g的预期。

最后,中国有许多项目旨在实现掌握智能辅助驾驶。中国宣布计划90%的高速公路上安装V2X技术。

结论
智能城市和智能汽车都取得进展。做这项工作的好处是显而易见的,即使交付)不平衡。

“C-V2X是其中的一个罕见的车辆传感器随时间变得更有价值,所以最大的挑战是要迈出第一步,因为更有价值意味着更多的汽车,拥有它,更好的是,“高通的Misener说。“这就像群体免疫。如果我能来到一个十字路口,可以确信,一大堆汽车装备,它给了我更多的安全。福特宣布在美国,许多汽车厂商在中国已经宣布,这正在发生的第一步。之后,大家就会开始看到好处。从小型市场渗透的一些好处,但关键的基础设施是必要的加速。一旦安全利益成为已知的,更多的生产厂商发生,然后在适当的时候,当它是一个标准特性——或者至少一个功能,你想买一辆车,那么我们将会看到更多的好处。”

仍然有很多工作要做,要使这成为可能。