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模组网2019年第11期
收稿日期：2019-09-24基于LTE-V的车载V2X系统研究 Research on the Vehicle V2X System Based on LTE-V
随着汽车保有量快速增长，交通问题愈发严重，车联网在智能交通领域作用越来越重要。立足于车联网的定义和车载系统架构，着重介绍基于LTE-V 的车载V2X 系统设计关键技术和应用，包括VBOX 硬件设计和软件设计，最后对V2X 系统进行了实车验证，实验证明，当远车没有变道情况下预警准确率可达到100%，当远车存在不确定性变道的情况下，准确率能达到90%以上。 V2X ；VBOX ；硬件；软件架构
With the rapid growth of car ownership and traffi c problems, the role of Internet of vehicles (IoV) in the intelligent transportation is becoming increasingly important. Based on the defi nition of IoV and the vehicle system architecture, this paper focuses on the key technologies and applications of the V2X sy
stem design based on LTE-V , including the hardware and software design of VBOX. Finally, the experiments reveal that the system is stable to achieve the desired requirements. When the remote vehicle (RV) has not changed the lane, the warning accuracy reaches 100%, and when the RV intends to change the lane with uncertainty, the accuracy reaches more than 90%.V2X; VBOX; hardware; software architecture
（广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院，广东 广州 510000）
(GAC Automotive Research & Development Center, Guangzhou 510000, China)
【摘 要】
【关键词】
杨波，张莹，蔡之骏，冯其高，张志德
YANG Bo, ZHANG Ying, CAI Zhijun, FENG Qigao, ZHANG Zhide
[Abstract]
[Key words]
0 引言
随着汽车数量飞速增长，交通安全事故急剧上升，道路拥堵等问题愈发严重，车联网技术逐渐成为行业研究热点，通过车联网实现车路人互联，可以显著提高行车安全，优化交通状况，减少汽车能耗[1]。
车联网功能等级可以分为四个阶段，第一阶段为网联辅助信息交互，基于车—路、车—云通信，实现 导航、道路状态、交通信号灯等辅助信息的获取以及车辆行驶与自车驾驶员操作等数据的上传。第二阶段为网联协同感知，基于车—车、车—路、车—人、车—云通信，实时获取车辆周边交通环境信息及周边各交通参与者和路侧/云端的感知信息，与自车传感器的感知信息融合，作为自车决策系统的输入。第三阶段为网联协同决策，基于车—车、车—路、车—人、车—云通信，实时并可靠获取车辆周边交通环境信息 及周边各交通参与者和路侧/云端的决策信息，与自车
doi:10.3969/j.issn.1006-1010.2019.11.012 中图分类号：TN929.5 文献标志码：A 文章编号：1006-1010(2019)11-0075-06
引用格式：杨波，张莹，蔡之骏，等. 基于LTE-V的车载V2X系统研究[J]. 移动通信, 2019,43(11): 75-8
0.
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传感器的感知信息融合，作为自车决策和控制系统的输入。第四阶段为车路云一体化协同控制，基于车—
路、车—云通信，结合交通参与者、路侧感知信息，路端/云端进行全局优化调度与控制，实现交通安全与效率最大化[2]
。
当前，正处于网联辅助信息交互阶段，国家相关网络、标准和法规在逐步建立中[3]
，国内外芯片制造商也已在研制满足车联网标准的LTE-V 通讯芯片，已经有相应的模组或产品推出，可用于前期技术研究和演示，本文基于LTE-V 通讯技术设计了一款车载V2X 系统。
1 V2X 车载系统设计
V2X 车载系统主要由VBOX （V2X 控制器）、天线、安全警示系统以及连接线束组成，其中天线包含4G 天线、LTE-V 天线和GNSS 天线，安全警示系统集 成在IVI （车载信息娱乐系统）中进行展示，并向驾驶员提供预警信息。
1.1 VBOX 系统设计
VBOX 的系统架构方案如图1所示，主要由LTE-V 模组、MCU 、4G 模组和高精定位模组组成，并且预留HSM 承担V2X 信息安全的加解密。
（1）VBOX 核心包括LTE-V 通讯模组、4G 模组、高精度定位模组和MCU 。
（2）V B O X 通过A C A N 、B C A N 和P C A N 与车内网连接，在车内获取SAS （方向盘角度传感器）、GSM （换挡杆模块）、EMS （发动机管理系统）、BCS （制动控制系统）、BCM （车身控制器）等节点的相关信号。
（3）MCU 将总线上获取的车速信号并通过SPI 发送至4G 模组，将轮速信号通过硬线发送至GNSS 模组。
（4）通过4G 模组上网获取RTK 信号、车速信号
QX _RTK
VehicleID
VehicleSize
GPS多肽修饰
SteeringAngle GearForDsip BrkPedPst GasPedalActPst ABSActiveSt VehSpeed LightSwitchSt
图1 VBOX 系统架构
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发送至高精定位模组计算高精度定位信号。
（5）通过LTE-V 模组获取其他车辆信号、并周期性地广播本车信号。燃煤烤箱
（6）LTE-V 模组接收GNSS 的GPS 信号、MCU 的车内信号，通过应用算法计算出预警信息并通过SPI 发送至MCU ，MCU 将预警信息通过CAN 总线发送至IVI 显示。
1.2 天线匹配
天线用于实现V2X 信号、GNSS 信号、4G 信号的接收和发射，基本功能如下：
（1）接收空间中的电磁波信号，将其转换为高频电流信号并传输到接收机上。
（2）将高频电流信号转变为空间传波的电磁波信号。 其中LTE-V 天线指标如表1所示：
表1 LTE-V 天线射频指标
参数
特性
频段
V2X 主天线V2X 副天线 5 855 MHz —5 925 MHz （TX/RX ）5 855 MHz —5 925 MHz （only RX ）
频段内增益<5~6 dBi 辐射方式
全向
最大接收电平
V2X 主天线V2X 副天线-22 dBm （不得大于-16 dBm ）-22 dBm （不得大于-16 dBm ）
VSWR ≤1.5频带内发射效率-40 ~ +23 dBm
挤压爆破主副天线的频段内隔离度
>10 dB
将所有天线集成在鲨鱼鳍内，并放置于车顶，可以提高天线的接收和发射性能，如图2所示为与VBOX 配合的鲨鱼鳍天线：
图2 VBOX 鲨鱼鳍天线
1.3 布置位置
从鲨鱼鳍天线到VBOX 的连接线缆应尽量选用车规级高性能线缆，选取3组3.5 m 长的RG58LL 线缆对不同频段的信号进行衰减测试，结果如表2所示，对高频段信号平均每米衰减1.07 dB 。
表2 RG85LL 信号衰减测试结果
序号频段/GHz
0—20—40—61 1.84 2.73 3.812 1.83 2.71 3.713
1.83
2.72
3.75
所以VBOX 的布置位置应尽量靠近鲨鱼鳍，如图3所示，将VBOX 布置在车顶钣金下方，可将鲨鱼鳍与VBOX 之间的线缆降低至20 cm 以内，提高信号强度。
图3 VBOX 布置位置
2 VBOX 软件设计
V B O X 的软件包括三部分，分别位于M C U 、LTE-V 模组和4G 模组内，MCU 负责VBOX 的电源管理、CAN 协议栈等，4G 模组负责VBOX 的上网功能，而V2X 的核心功能均布置于LTE-V 模组内。
2.1 LTE-V 模组软件架构
LTE-V 模组内的软件可分为八部分，如图4所示。（1）LTE-V 模组的SDK ：包括Bootloader 、Linux
Kernel 、PDCP 、RLC 、GNSS Driver 、PPS Driver 等
6石墨烯设备
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个模块，其中Bootloader 为AP 的刷新提供支持，Linux Kernel 包含SPI 、UART 等硬件驱动，PDCP 和RLC 为标准中定义网络层二层协议栈，GNSS Driver 调用UART 驱动使用NEMA 协议接口，PPS Driver 实现PC5模组与
（2）
N e t w o r k S t a c k ：栈，包括DSMP 、中DMSP 配置，由DME 进行配置服务。议栈的数据流（Data Plane ）（3）层，主要包括ASN.1格式的编码/解码/解析/封装。
（4）V 2X A p p l c a t i o n S u p p o r t ：包括V 2V Service 、V2I Service 、V2P Service 等3个模块，分别负责V2V 、V2I 、V2P3种服务，处理服务逻辑。
GPS NEMA GNSS Vehicle 等3个模
QX _RTK
图4 LTE-V 模组软件架构
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为V2X （7）（8）H Ta r g e t C l a s
LTA 、BSW C LW 、R LV 15个模块，（T C ），负置。P H &P P （TA 2.2 rad (x )=2d R =××
(2)2
0101120())()2s
V V DTC V V T t t d a −=−++++（ (3)
其中X 0和Y 0为本车的经纬度值，X 1和Y 1为远车的经纬度值，V 0为本车的车速，V 1为远车的车速，T 为驾驶员反应时间，t 1为制动协调时间，t 2为减速度增长时间，d 0为静止时安全距离。
当d <DTC 时，即应向驾驶员发送预警信息。前向碰撞预警流程如图5所示。
3 实验验证
为了验证该系统的稳定性及预警准确率，在某车型上搭载本文设计的V2X 系统后，在特定园区内分别进行了7种不同场景各50次重复实验验证。
（1）RV 在HV 的左前方，如图6所示：
图6 RV 在HV 左前方
（2）RV 在HV 正前方，如图7所示：
图7 RV 在HV 正前方
（3）RV 在HV 的右前方，如图8所示：
图8 RV 在HV 右前方
（4）RV 在HV 的左前方，且RV 通过方向盘，即将并入HV 正前方，如图9所示：
图9 RV 从HV 左前方并入正前方
图5 前向碰撞预警流程图
HV
RV
HV
RV
HV
RV
HV
RV苹果削皮机
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