劉曉東

摘 要：本文介紹的網(wǎng)聯(lián)終端設備結(jié)合了蜂窩網(wǎng)移動通信終端和C-V2X PC5直連通信終端，兩者通過以太網(wǎng)進行信息交互，均由車載電池供電并連接到車輛總線，根據(jù)車輛總線消息進入不同的工作模式；移動通信終端可為車輛提供遠控、防盜、OTA、數(shù)據(jù)路由等多種服務；C-V2X通信終端可與其他車輛、基礎設施等進行交互，然后基于交互消息和自身狀態(tài)進行判斷并向駕駛員提供預警信息。

關(guān)鍵詞：T-Box；V-Box；C-V2X；Telematics；TCSAE-53；網(wǎng)聯(lián)；智能交通系統(tǒng)

車聯(lián)網(wǎng)是汽車電子、移動通信、交通系統(tǒng)高度融合的新產(chǎn)業(yè)，是汽車行業(yè)最重要的技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)方向。

目前車聯(lián)網(wǎng)已逐漸開始普及，為實現(xiàn)網(wǎng)聯(lián)功能安裝T-box的新車在不斷增加。新車上安裝的T-box配合覆蓋率非常高的移動通信網(wǎng)絡可為車主、車廠和4S店等提供多種網(wǎng)聯(lián)服務，例如可為車主提供車輛遠程控制、防盜、車載ECU軟件的OTA升級等服務，可為車載其它設備提供數(shù)據(jù)路由，具有緊急狀態(tài)下的自動或手動呼叫等功能；車廠和4S店可獲得車輛狀態(tài)及故障等信息，向車主推送維修、保養(yǎng)等提醒信息[1]。

0 引言

C-V2X（Cellular-Vehicle to Everything）是一種車用無線通信技術(shù)，是將車輛與一切事物相連接的新一代信息通信技術(shù)，其中V代表車輛，X代表任何與車交互信息的對象，目前X主要包含車V、人P、路側(cè)基礎設施I（例如路側(cè)單元RSU）和移動通信網(wǎng)絡N。以C-V2X為代表的智能交通系統(tǒng)可非常有效地降低交通事故，提高交通效率。目前C-V2X設備（簡稱V-Box）已有新車開始裝配，其可與其他車輛、RSU等通過PC5直連通信實現(xiàn)信息交互，并通過T-box與移動通信網(wǎng)絡進行交互，獲取更多更遠的交通信息，這樣本車可通過這些信息判斷其他車輛的狀態(tài)、路況或行人的意圖等，從而做出預判并提醒駕駛員及時對車輛采取措施，以避免交通事故的發(fā)生，或者使車輛以最佳速度通過交通燈路口，減少車輛等待時間和道路擁堵幾率，提高道路通行效率等。

我國目前在大力推動汽車的網(wǎng)聯(lián)化、智能化和電動化，可以預見，隨著技術(shù)的發(fā)展、基礎設施的完善、相關(guān)法規(guī)的實施，車聯(lián)網(wǎng)和以C-V2X為核心的智能交通系統(tǒng)將逐漸普及，給車主帶來更加快捷、舒適、安全的駕駛體驗。

1 系統(tǒng)設計

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 系統(tǒng)特點

本文介紹了一種T-box加V-Box的方案，該方案是把T-box和V-Box分為兩個單獨的模塊，兩者之間、兩者和車上其他ECU之間通過以太網(wǎng)進行信息交互，既可實現(xiàn)與移動通信網(wǎng)絡的網(wǎng)聯(lián)功能，也可實現(xiàn)C-V2X的PC5直連通信；這樣既可實現(xiàn)車聯(lián)網(wǎng)的功能，又可實現(xiàn)C-V2X功能（如V2V、V2I、V2N）。

該架構(gòu)可在已具有T-box的車型上增加V-Box進行升級增配，根據(jù)不同的車型等級提供不同的功能配置。

3 各模塊的功能及作用

3.1 在上述架構(gòu)圖中，T - box主要用于和移動通信網(wǎng)絡通信

1）網(wǎng)聯(lián)模塊通過以太網(wǎng)將與移動通信網(wǎng)絡通信的上下行數(shù)據(jù)與V-Box或車內(nèi)其他設備（如信息娛樂系統(tǒng)）進行交互。網(wǎng)聯(lián)模塊配備主輔兩個外置天線，主天線具有收發(fā)功能，輔天線具有接收功能。為了在天線出現(xiàn)故障時能及時發(fā)現(xiàn)并通知車主，T-box需具備天線開、短路診斷功能；網(wǎng)聯(lián)模塊和微處理器MCU通過UART等進行狀態(tài)交互。在待機模式下，為了可遠程快速喚醒T-box，網(wǎng)絡模塊處于DRX模式，當待機超過一定時間（如14天），為減少對車輛電池的消耗，網(wǎng)聯(lián)模塊的電源將被切斷進入掉電狀態(tài)。

2）MCU通過總線收發(fā)器收發(fā)車輛總線消息并進行解碼，根據(jù)車輛發(fā)送的總線消息（如車輛點火、熄火等），對T-box整機進行開機、待機等控制，并對各模塊電源進行管理，實現(xiàn)關(guān)鍵模塊的正確上電時序以及整機在待機模式下的低功耗要求。MCU同時還對自身和其他模塊進行監(jiān)控，避免整機進入死循環(huán)等狀態(tài)，如網(wǎng)聯(lián)模塊發(fā)送定時信號給MCU，如果MCU超時未收到此信號，則認為網(wǎng)聯(lián)模塊出現(xiàn)意外并強制對其進行復位。

3）總線收發(fā)器為CAN收發(fā)器，可根據(jù)整車總線網(wǎng)絡選擇高速CAN或CAN FD。使用CAN FD可在T-box待機狀態(tài)下根據(jù)總線報文確定是否喚醒T-box，從而降低功耗。

4）電源模塊的設計在兼顧成本的前提下要考慮幾個因素：整機和各模塊峰值電流的要求，待機模式下低功耗的要求，關(guān)鍵模塊的供電診斷，車廠或國標的電源測試標準要求（如ISO7637、傳導輻射測試、傳導抗擾測試等）。

3.2 V- Box用于PC5直連通信（如和其他車輛、RSU的通信）

1）C-V2X直連通信模塊主要用于和其他對象直接交互信息，并根據(jù)接收到的消息和本車的狀態(tài)信息做出預警等判斷；具備兩個V2X天線。

2）MCU除了接收解碼CAN消息用于V-box整機的開關(guān)機控制和各模塊的電源管理，還將與車輛狀態(tài)相關(guān)的CAN消息（如車輛速度、左右轉(zhuǎn)彎、剎車、雙閃燈狀態(tài)等）解碼后發(fā)送給C-V2X直連通信模塊，該模塊再將這些消息發(fā)送給周圍車輛；MCU同時還對自身和其他模塊如直連通信模塊、應用處理器進行監(jiān)控，以避免出現(xiàn)死循環(huán)等問題。

3）由于V-Box要處理的C-V2X消息數(shù)據(jù)量大，如按周圍300 m范圍內(nèi)有200輛車、每輛車交互10條消息/秒計算，V-Box每秒需要處理2 000條消息，對處理器的算力要求高，因此需要外加應用處理器專門用于C-V2X消息的處理。

4）由于C-V2X對定位精度和時間精度要求高，除了有通信模塊內(nèi)置的模塊用于GNSS數(shù)據(jù)接收、定位和授時外，還需要外加慣性測量單元IMU（陀螺儀+加速度計）和專門的算法用于特殊場景的定位和授時，例如隧道、高樓林立的市區(qū)等。

5）硬件安全模塊HSM主要用于C-V2X消息的簽名、驗簽、證書驗證以及秘鑰存儲等，需要支持相應的國密算法。

6）以太網(wǎng)除了和T-box交互移動通信網(wǎng)絡信息，還將通過以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)將V-Box產(chǎn)生的前向碰撞預警、車輛失控等預警信息轉(zhuǎn)發(fā)給其他系統(tǒng)，為駕駛員提供及時的圖文、語音預警。如果車輛配備駕駛輔助系統(tǒng)，V-Box還可作為傳感器，該系統(tǒng)在綜合V-Box、雷達、攝像頭、超聲波等的輸入后進行運算決策，然后對車輛進行相應控制（如剎車、減速等）。

4 實際應用

本系統(tǒng)所介紹的方案已應用在實際產(chǎn)品中，可實現(xiàn)TCSAE-53-2017標準中的安全和效率類場景，例如V2I場景的道路危險狀況提示、闖紅燈預警和綠波車速引導、弱勢交通參與者碰撞預警等；V2V場景的前向碰撞預警、盲區(qū)提醒和故障車輛預警等，取得了良好的應用效果。

參考文獻：

[1] 中國汽車工程學會.TCSAE-53-2017合作式智能運輸系統(tǒng)車用通信系統(tǒng)應用層及應用數(shù)據(jù)交互標準[S].