V2V, V2I, технологии и возможное будущее автомобильного транспорта

По прогнозу “V2X Market for Automotive by Communication Type (V2C, V2D, V2G, V2P, V2V and V2I), Offering Type (Hardware and Software), Connectivity Type (DSRC and Cellular), Propulsion Type (ICE and EV), Technology Type, and Region — Global Forecast to 2025”

предоставленному MarketsandMarkets (международная исследовательская компания, проводит количественные исследования в области B2B) рынок технологии V2X для использования в автомобильной промышленности достигнет 99.55$ млрд. уже к 2025 году.

Ожидается что в мировом рынке CARG (Compound annual growth rate, Совокупный среднегодовой темп роста) доходов с сервисов технологии V2X вырастет на 17.61% в период c 2017 до 2025, достигнув роста размеров рынка c 27.19 млрд. $ в 2017 году до 99.55 млрд. $ в 2025.

На данный момент рынок сегментирован в программном и аппаратном обеспечении. В 2017 году рынок программного обеспечения доминировал на рынке из-за растущего спроса на доступ и контроль над платформой и сервисами технологии V2X.

В связи с ростом спроса на технологию V2X, автомобильные OEM производители наращивают объемы применения технологий технологии V2X в своих автомобили:

Так Toyota и Lexus работают вместе, чтобы оснастить свои автомобили сервисами технологии V2X, и к 2021 году они планируют развернуть связь V2I и V2V с помощью технологии Dedicated Short-Range Communications (DSRC/ITS-G5), работающей на частоте 5.9 ГГц.

С другой стороны, более ста компаний, ведущих OEM автопроизводителей и телеком производителей, объединились в ассоциацию 5GAA, с целью консолидации подходов к реализации сервисов технологии V2X. Компании, входящие в ассоциацию, предлагают развёртывать сети V2X с использованием сотовых технологий, а именно: С-V2X (5.9 ГГц), 4G/5G (частота регулируется лицензией сотового оператора).

Однако отсутствие инфраструктуры в развивающихся странах и высокая стоимость транспортных средств, оснащенных V2x, являются ограничениями в развитии автомобильного рынка сервисов технологии V2X.

Основные ведущие игроки на мировом автомобильном рынке технологии V2X: BMW, Audi AG, Ontinental AG (Germany), Qualcomm Inc. (U.S.), Infineon Technologies AG (Germany), Delphi Automotive PLC (U.K.), Cisco Systems, Inc. (U.S), Intel Corporation, Vodafone Group PLC., Robert Bosch GmbH, PTC Inc., General Motors., Harman International Industries, Inc.

Сегментация рынка V2X представлена ниже:

Ожидается что инициативы, проводимые правительствами различных стран в части коммерциализации рынка V2X будут стимулировать рынок.

Значимые события в сфере технологииV2X:

В России:

На основании решения ГКРЧ № 11-11-01-1 от 2011 года в России выделена полоса радиочастот 5855-5925 МГц для V2X без оформления отдельных решений ГКРЧ для каждого конкретного типа РЭС

В США:

Правительство штата Колорадо, США совместно с компаниями Qualcomm и Ford объявили о начале развертывания сети V2X на основе технологии C-V2X на территории штата.

В Европе:

В рамках ассоциации 5GAA во втором квартале 2018 года в Париже были проведены тестирования и демонстрации работы сервисов V2X.

Проходит процедура выделения дополнительно спектра частот под V2X взаимодействие.

Идет пересмотр стандарта связи для организации V2X взаимодействия (ITS-G5/DSRC ->C-V2X)

В Корее:

Выделен спектр шириной 70МГц на частоте 5.9ГГц под V2X взаимодействие

Идет пересмотр стандарта связи для организации V2X взаимодействия

(DSRC/ITS-G5->C-V2X)

В Японии:

Выделены спектры на частотах 760 МГц и 5.9ГГц под V2X взаимодействие

Страна выступает за DSRC

В Китае:

Выделен спектр шириной 20МГц на частоте 5.9ГГц под V2X взаимодействие. Основная технология: C-V2X

General Motors разработала новую систему, которая называется vehicle-to-vehicle — V2V (означает «от одного авто к другому») и которая дает возможность автомобилям без участия водителя обмениваться друг с другом информацией. Таким образом, между автомобилями благодаря системе V2V создается беспроводная сеть. По этой сети передается информация о скорости и местонахождении автомобиля. Также эта система анализирует полученные данные, притом процесс этот непрерывный, поэтому она своевременно предупреждает о возможной опасной ситуации, которую создали другие автомобили, предотвращая ДТП.

Надежность системы увеличивается за счет проверенных компонентов

Возможности V2V в дорожных ситуациях, которые возникают каждый день в реальной жизни

Инженерами GM на практических примерах были показаны преимущества системы:

1. Впереди стоит неподвижное транспортное средство. В этом случае система предупредит водителя, что на обочине дороги стоит автомобиль. Даже если неподвижное авто стоит не в том ряду, по которому едет другая машина (отсутствие риска столкновения), то V2V все равно предупредит водителя приближающейся машины о стоящей машине. Соответствующий символ на дисплее отображается заранее, до визуального контакта. Следовательно, водитель получает информацию о возможной опасной ситуации заранее и может предпринять соответствующее действие.
2. Оповещение об экстренном торможении. Несколько лет назад включение аварийной сигнализации светом при внезапном торможении (торможение перед впереди стоячей дорожной пробки) было узаконено, хотя на протяжении долгого времени и было общепринятым приемом. Сегодня «пульсирующие» стоп-сигналы, быстро мигающие при резком торможении, устанавливаются и на серийные автомобили. В этом случае система V2V оказалась более эффективной, так как она заранее предупреждает водителя, следующего сзади о том, что впереди опасная ситуация. Благодаря этой системе водитель успевает снижать скорость. Водитель еще визуально не видит опасную зону (так как находится за перегибом рельефа или за большим грузовиком), а V2V уже сообщила о ней визуальным символом, появившимся на экране дисплея.
3. Предупреждение о столкновении с впереди находящимся автомобилем. Такая ситуация нередко возникает если автомобиль поломался на проселочной дороге, где нет обочины или в пробке. В таких случаях автомобиль либо очень медленно движется или вообще останавливается, создавая при этом для сзади едущего транспорта опасную ситуацию. Наличие системы V2V позволит избежать столкновения, так как на дисплее появится предупреждение. По мере того, как автомобиль будет приближаться сзади, у неподвижно стоячего автомобиля начнут быстро мигать задние фонари, а водитель приближающегося автомобиля получит звуковой сигнал, да и водительское сиденье начнет вибрировать. Подобные своевременные предупреждения позволят водителю затормозить и при необходимости совершить маневр объезда.
4. Оповещение о том, что в «мертвой зоне» находится автомобиль (ситуация, когда необходимо сменить ряд движения). Система V2V предупреждает водителя о наличии транспорта в «мертвой зоне», что позволяет избежать столкновения в условиях интенсивного потока автомобилей на многорядных дорогах. Водителя предупреждает визуальный сигнал о том, что в непросматриваемой зоне движется другой автомобиль. В этом случае светодиод включается на соответствующей стороне автомобильного кузова. Светодиод может находиться в передней стойке крыши либо в корпусе зеркала заднего вида. Если водитель после предупреждения включит указатель поворота в соответствующее направление, решив сменить ряд движения, то сигнал начнет мигать более интенсивно, а водительское кресло начнет вибрировать. Система в таком случае во внимание принимает скорость каждой машины: чем больше скорость автомобиля, который совершает обгон, тем раньше система подаст предупреждающий сигнал.
5. Оповещение о том, что приближается автомобиль экстренной службы. Чаще всего водители, когда слышат вой сирены автомобиля экстренной помощи (пожарной, медицинской) не могут понять, с какой стороны этот автомобиль движется. Нередко сирену не слышно из-за громкого звучания автомагнитолы. Именно по этим причинам водители не знают освобождать им дорогу или нет, чтобы проехал автомобиль экстренной помощи. Система V2V не только оповещает водителя о направлении движения автомобилей экстренной помощи, но и дает прямые указания, такие как «Уступите дорогу между 2-ым и 3-им рядами!» или «Прижмитесь к правой обочине!». Такое оповещение сократит время в пути пожарной или другой экстренной помощи (так как будет расчищена дорога) и увеличит шансы пострадавших на экстренную помощь и спасение.
6. Оповещение о зоне, где ведутся дорожные работы. Каждый водитель наверняка сталкивался с ситуацией, когда на разделительной центральной полосе косят траву, притом за косилкой следует служебный транспорт (расстояние доходит до нескольких сотен метров) с мигающими фонарями и большой стрелкой, которая указывает с какой стороны объезжать. Тем не менее, бывают случаи, когда беспечный водитель врезается сзади в такой автомобиль, становясь виновником серьезного ДТП. Риск столкновения можно избежать, если служебный автомобиль будет передавать предупреждающие сигналы, которые появятся на дисплее автомобиля, едущего сзади такого содержания «Проезжайте справа, так как левый ряд занят!». Такой же сигнал может передаваться и при долгосрочных работах на дорогах. В таких случаях также передаются данные о необходимости на время ограничить скорость движения, пока водитель не проедет зону проведения работ.
7. Оповещение о том, что на перекрестке есть опасность столкновения. Особенно опасными считаются не просматриваемые и не оборудованные светофорами перекрестки. Чаще всего на таких перекрестках, водители отвлекаются либо не замечают другого автомобиля, а когда замечают, бывает уже поздно. Новая система устанавливает между автомобилями связь еще до того, как автомобили покажутся в зоне видимости, поэтому своевременно предупреждает обоих водителей об опасной ситуации заранее, давая водителям время, чтобы сделать маневры и не столкнуться. В том случае, если столкновения не избежать, система автоматически тормозит либо оба автомобиля, либо один из двух.

11-04-2013, 00:08 | Игорь Пелих«Если бы я спросил людей, чего они хотят, они бы попросили более быструю лошадь» Генри Форд об анализе требований заказчика Современный автомобиль вещь довольно консервативная в базовых своих характеристиках. Несмотря на многочисленные электронные навороты он остается средством передвижения повышенной опасности, управляемым исключительно в ручном режиме при помощи странного биологического процессора, расположенного между рулевым колесом и водительским креслом. Но времена меняются, и технологический прогресс в последние годы серьезным образом подпирает шаткую плотинку здравого смысла. Так что же нам ждать от отрасли в ближайшие пять лет?

Автоматический транспорт

Об инициативах Google тут все, безусловно, знают. Лупастый автомобильчик с бешено вращающейся на крыше камерой вполне успешно справляется с задачей автоматического вождения на испытательных трассах. В город его пока не пускают, но не из-за неэффективности «железа», а из-за проблем с законами, оберегающими жизнь и здоровье людей. Но все в автомобильной отрасли прекрасно понимают, что выход автоматического транспорта на дороги всего лишь дело времени. Эксперты называют 2020 год, и на пути у этой даты не технологии, а только и исключительно законы. Ну, и вполне понятный страх перед страшными роботами-убийцами, управляемыми хакерами-социопатами 🙂 Эксперты GM видят следующие этапы на пути к автоматическому управлению автомобилем, многие из которых уже стали реальностью:

1. Информирование водителя без перехвата управления
2. Перехват управления в экстренных случаях
3. Возможность ограниченной передачи управления (автоматизированный режим)
4. Возможность полной передачи управления по инициативе водителя
5. Полностью автоматический автомобиль

Применение автоматического транспорта дает много выгод: комфорт, снижение заторов, безопасность, энергоэффективность и т.п. Проблема в том, что польза автоматического транспорта для конечного потребителя сейчас совсем не очевидна. И при этом существует множество нерешенных проблем. Как автоматический автомобиль поведет себя на автостраде, переполненной «обычными» автомобилями? Как обычные водители будут реагировать на маневры автоматического автомобиля? Что нужно сделать, чтобы на дороге всем стало хорошо и более безопасно? Технические специалисты в один голос говорят пока что только одно — для начала желательно, чтобы все автомобили на дорогах были связаны друг с другом сетью передачи данных.

Связанные автомобили

Современные коммуникации V2V (автомобиль — автомобиль) базируются на стандартной технологии DSRC (Dedicated short-range communications) aka IEEE 802.11p, хорошо зарекомендовавшей себя в системах электронного взимания дорожных сборов. Эксперименты показывают, что автомобиль, на котором установлено оборудование V2V со встроенной антенной, может держать уверенную связь с другими автомобилями в радиусе 800 м. Со стационарными объектами (V2I) — до 1000 м.Антенны для наружной установки, для установки на лобовом стекле и для скрытой установки в автомобиле Антенны подключаются к бортовому оборудованию, к которому также могут быть подключены датчики автомобиля через стандартную шину (CAN и т.п.)Бортовое и придорожное оборудование DSRC В итоге, имеем энное количество источников данных автомобильной телематики, которые могут содержать позицию автомобиля на основании GPS, данные одометра, акселерометра, признаки торможения, данные от других датчиков, а также данные, принятые по цепочке от других автомобилей. Сразу проблемы:

• Отсутствие стандартов V2V прикладного уровня. В американской рабочей группе IEEE 1609 и в европейской рабочей группе TC204 пока разработаны стандарты нижних уровней. Прикладная тематика в области V2V находится на этапе проектирования.
• Вопросы приватности и защиты системы от преднамеренных манипуляций (что в условиях интенсивного скоростного движения чревато)
• При большом скоплении связанных автомобилей имеет место лавинообразное нарастание количества исходных данных для анализа, что приводит к ошибкам и тормозам бортовых устройств. До конца не проработаны способы эффективной фильтрации данных без ущерба базовым сценариям управления.

Почему DSRC?

Во-первых, на текущий момент отлажена технологическая основа, модель OSI проработана вплоть до уровня приложений. Разработаны протоколы, включая высокоуровневые. Приложения, отлаженные и стандартизированные в настоящий момент в Европе следующие:

• Взимание платы (ISO 14906). Во время проезда автомобиля под антенной организуется защищенный канал связи и формируется транзакция проезда — структура данных, достаточная для расчета размера платы и списания средств.
• Контроль исполнения правил взимания платы (ISO 12813). То же, что и оплата, только другие крипто-ключи и другая информация, поступающая от бортового устройства. Например, госномер, количество осей, информация о контракте, история изменения уровней сигналов, лог качества связи и т.п. (поля можно выбирать)
• Помощь в позиционировании (ISO 13141). Во время проезда в поле действия антенны DSRC в память бортового устройства записывается идентификатор антенны и дополнительная информация о ее местоположении. Крайне полезная фича для случаев, где опираться на данные GPS нельзя, но при этом необходимо получить информацию о том, что автомобиль проехал в определенном месте — в тоннелях, на горных серпантинах, на сложных развязках.

Перечисленные приложения работают в Европе повсеместно. Взимание платы через DSRC работает практически на всех пунктах взимания со шлагбаумами (т.н. полосы с электронной оплатой), а также в режиме свободного потока (в основном для коммерческого транспорта). В США частоты DSRC по-настоящему разрешили использовать только в этом году, поэтому американцы внедряли аналогичные системы в основном с RFID метками вместо DSRC, но работы по стандартизации DSRC, тем не менее, шли своим чередом. Устройства DSRC используют лицензированный спектр частот, специально выделенный для нужд безопасности дорожного движения. Протокол ориентирован на работу на больших скоростях (устройство быстро просыпается и устанавливает соединение), отвечает всем требованиям по информационной безопасности и хорошо работает в условиях множественных источников сигнала, что является обычным делом в потоке машин.Спектр DSRC. На нужды V2V выделен сервисный канал 172.

Приложения V2V и V2I. Немного научной фантастики

В рамках короткой заметки трудно достаточно полно раскрыть тему возможностей, которые открывают «умные» автомобили. Сейчас машина, оснащенная радаром, кажется каким-то инопланетным чудом, что уж говорить о по-настоящему связанных автомобилях. Но мечтать не вредно, и далее я перечислю те приложения и сервисы, которые эксперты развивают уже сейчас и которые мы увидим на дорогах в ближайшие пять-семь лет. Особое значение имеет безопасность. Сразу оговорюсь, теоретики пока не знают толком, что делать в ситуации когда на дороге соседствуют автоматизированные, связанные и обычные автомобили. Поэтому сервисы предполагают значительное (или подавляющее) превосходство связанных автомобилей на дороге. Сервисы безопасности V2V (автомобиль — автомобиль)

• Избежание столкновения с впереди следующим автомобилем
• Электронные стоп-сигналы. Резко тормозящий автомобиль сигнализирует о применении экстренного торможения, у всех приближающихся сзади включается сигнал или даже перехват управления автоматикой. Сейчас есть аналогичные системы с использованием мерцающих «стопарей» и оптического сенсора
• Предупреждение об автомобиле в слепой зоне. Сейчас есть аналоги на базе радара
• Помощь при смене полосы. Аналогично слепой зоне, но с большим количеством параметров. Индикатор показывает, что перестроение безопасно
• Предупреждение об опасности обгона (см. рисунок ниже)
• Предупреждение о возможных столкновениях на перекрестках (на стендах демонстрируют сценарий выезда на главную дорогу в условиях ограниченного обзора)
• Предупреждение о движении по встречке
• Кооперативный адаптивный круиз-контроль (aka «паровозик»)

Грузовик предупреждает собирающуюся идти на обгон легковушку об опасности подобного маневра. Разрабатывается также ряд сервисов V2I (автомобиль — придорожная инфраструктура) в части светофорного регулирования, предупреждения о сложных метеорологических условиях, дорожных работах, поездах на переезде и т.п. О коммерческих сервисах V2V и V2I нужно говорить отдельно и посвятить этому отдельную заметку. В идеальном мире все перечисленное выше вполне жизнеспособно. Но в реальности светлую картину омрачают «непродвинутые» автомобили, перемещающиеся по той же дороге, «непродвинутые» мотоциклисты и гордые обладатели мопедов, конных повозок и велосипедов. Инженерное и экспертное сообщество в настоящий момент копит экспериментальную базу и разрабатывает комплексные сценарии внедрения технологий V2V, которые позволили бы получить хоть немного реальных преимуществ от прекрасно проработанного технологического бэкграунда. Нам же с вами остается затаив дыхание следить за развитием данного направления. Может быть, даже поучаствовать в его развитии.Используемые источники:

• https://2g3g4g5g.ru/tehnologija-v2x-v-automotive/
• https://www.autoshcool.ru/4234-sistema-v2v-opisanie-i-vozmozhosti.html
• https://habr.com/post/237447/