Порше тества V2X комуникация с двеста

Комуникацията V2X (vehicle-to-everything) означава, че вашият автомобил може да говори с други автомобили или с почти всичко друго, например със светофарите. Това би могло да бъде огромно подобрение на безопасността, тъй като буквално може да предотврати сблъсъците на автомобилите един в друг. 

Но V2X изисква достъп до wi-fi мрежа и Porsche тества системата на ниво, което не сме виждали досега. То иска да види как скоростта на автомобила влияе на честотната лента. То установи, че до 100 км/ч скоростта на предаване на данни остава доста постоянна, като скоростта на качване е 150 мегабита в секунда. 

При скорост от 200 км/ч скоростта на качване спада до 120 мегабита в секунда. И едва при „значително по-високи скорости“ скоростта наистина намалява, но според Porsche скоростта на качване все още е достатъчна за V2X комуникация – 90 мегабита в секунда. Това означава, че V2X би трябвало да работи добре, когато ситуацията е „pedal to the metal“ и се движите по аутобана или си се движите по Тракия, но си мислите, че сте на Аутобана.

Автомобилите на бъдещето ще комуникират помежду си и с околната среда. Тази комуникация между превозните средства помага да се предотвратят произшествия и задръствания и да се постигне напредък в автономното шофиране.

Ето защо Porsche Engineering разработва V2X функции, готови за серийно производство, но вече работи върху функциите на бъдещето, базирани на изкуствен интелект.

Ето и един пример

Препятствието се намира непосредствено след завоя: голям клон, който препречва пътя. Предната камера открива препятствието, а свързаният с нея алгоритъм за оценка задейства алармата. Той класифицира клона като опасност и започва спиране. 

В същото време докладва позицията и вида на препятствието на облачен сървър, като използва мобилната мрежа. Другите шофьори, които също се приближават към опасната зона, вече виждат предупредителното съобщение „Препятствие“ на таблото си, включително разстоянието до клона на пътното платно. Това им дава възможност да се подготвят за опасността много по-рано.

Предполага се, че този сценарий скоро ще стане реалност, тъй като комуникацията между превозните средства (Vehicle-to-X, V2X) напредва с бързи темпове. Само след няколко години превозните средства трябва да поддържат постоянна връзка помежду си и със заобикалящата ги среда. Тогава те ще могат да обменят информация със смартфоните на пешеходците или с набор от светофари. 

Предполага се, че V2X ще спомогне за предотвратяване на произшествия, подобряване на движението и повишаване на ефективността на усъвършенстваните системи за подпомагане на водача (ADAS).

Разработване: Car Data Box е разработен от екип, ръководен от Адриан Тимиш (отпред) и Думитру Котец (отзад) в инженерните обекти на Porsche в Клуж-Напока и Тимишоара, Румъния.

„Автомобилът на бъдещето ще използва не само собствената си сензорна технология, но и сензорните системи на другите участници в движението“, обяснява Паскуал Бьомсдорф, ръководител на проекта за функцията V2X в Porsche Engineering. 

„Това прави V2X важна стъпка напред по пътя към напълно автономно шофиране.“ Понастоящем Китай е пионер по отношение на V2X.

В мегаполиса Уси много светофари са свързани с център за управление на трафика, който съобщава на водачите кога предстои следващата серия от зелени светлини. 

Нещо повече, в метрополиса се изпробва свързването в мрежа на участниците в движението: Ако бордовите сензори на превозното средство регистрират например, че пътната настилка е хлъзгава, то може да изпрати тази информация до централен сървър, който да я предаде на други превозни средства.

Porsche Engineering също вече провежда интензивни тестове в реални условия с технологията V2X в развойния си център в Антинг близо до Шанхай.

Голям брой нови функции

Новата технология, която се използва и в тези части, може да направи възможни голям брой полезни функции: така например функцията за информиране на светофарите в реално време може да бъде свързана с дистанционния круиз контрол и по този начин да променя скоростта, така че водачът да трябва да чака на светофарите възможно най-кратко време и по този начин да може да шофира по-ефективно.

Възможно е и цифрово разширяване на предупредителния триъгълник: Ако превозното средство спре с включени аварийни светлини, близките участници в движението ще бъдат информирани чрез пряка комуникация на къси разстояния.

Предупреждението за опасност би могло да се препрати към централен сървър, така че да се осигури достъп и на участници в движението, които не са в непосредствена близост.

По принцип има две технически концепции, които се използват за свързване на превозните средства. Едната е стандартът 802.11p, който е вариант на Wi-Fi. Той позволява на превозните средства да комуникират директно помежду си. Ако те се намират на повече от 200-300 метра едно от друго, са необходими крайпътни устройства (RSU) по пътя, които да предават сигналите. 

Инсталирането на тези маршрутизатори е скъпо, но при това положение Wi-Fi се счита за напълно развита технология. Вторият вариант е да се използва съществуващата клетъчна мрежа. Съответният стандарт се нарича C-V2X (буквата „C“ означава „клетъчна“).

Първоначално той се основаваше на клетъчния стандарт 4G/LTE и всички данни трябваше да се изпращат с помощта на базова станция. Най-новата версия, базирана на 5G, позволява и директна комуникация между превозните средства (с помощта на т.нар. sidelink/PC5 интерфейс).

Първоначално Европа и САЩ бяха избрали стандарта 802.11p, но преди две години американският регулатор FCC изтегли необходимите радиочестоти от стандарта. От своя страна Китай напредва в изграждането на мрежи, базирани на 5G: До 2025 г. се очаква всеки втори нов автомобил в Народната република да бъде постоянно онлайн.

„Автомобилът на бъдещето ще използва не само собствената си сензорна технология, но и сензорните системи на другите участници в движението.“
Паскуал Бьомсдорф, ръководител на проекта V2X Functions в Porsche Engineering

„Ето защо предполагам, че за V2X ще преобладава система, базирана на мобилни комуникации“, казва Томас Преч, старши мениджър „Свързаност“ в Porsche Engineering. 

Внедряването на нова функция V2X започва с разработването на софтуер. В случая с предупреждението за препятствия, което беше описано в началото на тази статия, това включва използването на изкуствен интелект (AI): Невронна мрежа се обучава чрез записи на реални пътни ситуации, за да може да разпознава и класифицира препятствията – и това продължава, докато не може да разграничи реалните опасности (например пешеходци или клони) от безобидните обекти (листа, найлонови торбички) със стопроцентова сигурност.

Тъй като често има малко реален учебен материал, особено за опасните ситуации, той се допълва със синтетични данни.

„Ние виртуално променяме действителната ситуация на шофиране“, обяснява д-р Йоахим Шапер, старши мениджър „ИИ и големи данни“ в Porsche Engineering. Инструментът, който се използва за това, се нарича PEVATeC (Porsche Engineering Virtual ADAS Testing Center). 

Той възпроизвежда точно физическата среда – не само видимата околна среда с пътища и превозни средства, но и данните от сензорите, които биха били налични в автобуса на автомобила в съответната ситуация. Това дава възможност да се премине през опасната ситуация „клон на пътното платно“ в безброй варианти: с отблясъците на слънцето на заден план, когато е тъмно или когато вали силен дъжд. В крайна сметка ИИ трябва да класифицира обекта правилно при всички условия.

Многостепенни мерки за противодействие

След обучението инженерите копират невронната мрежа в компонента, наречен Car Data Box. Този развоен компютър, който е разработен в инженерната база на Porsche в Клуж-Напока и Тимишоара, Румъния, се инсталира в тестовия автомобил и може да стартира всяка ADAS програма. CDB използва невронната мрежа за оценка на реалните данни от камерата и сензорите за предупреждение за препятствия. 

Специален алгоритъм определя дали даден обект превишава прага на опасност и инициира контрамерки в съответствие с многостепенна система: От обикновено съобщение на таблото до звуков предупредителен сигнал или, накрая, автономно спиране.

5G в Нардо

На последния етап функцията се тества в реални условия. Техническият център в Нардо (NTC) предлага идеални условия за това, тъй като целият терен от 700 хектара е оборудван с частна 5G мрежа.

Именно там инженерите могат да проверят дали веднъж издадено предупредително съобщение надеждно достига до получателите си и в реални условия. „Връзката между скоростта на автомобила и пропускателната способност на данните е от решаващо значение в този случай“, обяснява Луиджи Мацарела, експерт по телекомуникации в NTC.

През лятото на 2022 г. инженерите тестват колко бързо се разпространяват данните при висока скорост на движение. Няколко автомобила правят обиколки на 12,6-километровата високоскоростна писта, докато техните Car Data Boxes изпращаха данни.

Резултатът: при скорост до 100 км/ч скоростта на предаване на данни остава почти постоянна – 1 гигабит в секунда за изтегляне и около 150 мегабита в секунда за качване.

При скорости над 200 км/ч скоростта на качване леко намалява до 120 мегабита в секунда, докато скоростта на приемане не се променя. Пропускателната способност намалява само при значително по-високи скорости, но все пак остава достатъчна – 90 мегабита в секунда за качване на данни.

Тестовете показаха, че както широчината на честотната лента, така и закъснението в мрежата 5G са достатъчни за автомобилни приложения. Прехвърлянето, т.е. преминаването от една базова станция към следващата, също беше интензивно тествано.

При по-ранните поколения безжични мрежи връзката можеше да се прекъсне, но 5G гарантира, че предаването е надеждно дори при високи скорости. За разработването на функциите V2X специалистите от Porsche Engineering вече не трябва да пътуват до тестовата писта в Апулия.

Актуалната версия на Car Data Box е оборудвана с 5G модул, който дава възможност за дистанционно инсталиране на тестови програми.

„Ние променяме реалната ситуация на шофиране виртуално.“Д-р Йоахим Шапер, старши мениджър AI и Big Data в Porsche Engineering

След или по време на тестовото шофиране Car Data Box използва 5G, за да изпрати всички данни обратно към облака, където те могат да бъдат анализирани и обогатени.

„По този начин шофирането, от една страна, и оценката и внедряването, от друга, са независими от времето и местоположението“, казва Шапер одобрително.

Отдалеченият достъп ще позволи на новите функции – включително тези за свързаното шофиране – в бъдеще буквално да стигнат по-бързо до пътя.

Кутията за данни на автомобила

Car Data Box (CDB) е развоен компютър, свързан с шината за данни и сензорната технология на тестовия автомобил. Той е идеално подходящ за внедряване на нови системи за подпомагане на водача, за които стандартните ECU не са достатъчно мощни.

Ядрото на CDB е графичен процесор (GPU) на производителя NVIDIA, който е особено добър в приложенията за машинно обучение.

Тестовият компютър е проект, осъществяван от инженеринговите центрове на Porsche в Клуж-Напока и Тимишоара (Румъния), които разработват и необходимия софтуер. Инженерите от локацията в Прага отговаряха за хардуерната страна на нещата. Първата версия на CDB е представена през юни 2020 г. и оттогава тя е в процес на непрекъснато развитие. От 2021 г. например модул 5G подобрява връзката с облака. 

Интегрирането на роботизираната операционна система (ROS) също улеснява работата по разработката: ROS преобразува данните от камери, радарни или лидарни сензори във формат, който не зависи от конкретната технология.

Например, ако в изпитвателния автомобил се инсталира нова камера с по-висока разделителна способност, съществуващите алгоритми за оценка могат да продължат да се използват. Така отпада необходимостта от нова разработка.

Заключение

Само след няколко години превозните средства трябва да останат в постоянен контакт помежду си и със заобикалящата ги среда (V2X). За разработване на функциите V2X Porsche Engineering използва виртуални методи за разработка, които дават възможност за проиграване на ситуации в безброй варианти. Важен инструмент за разработка тук е Car Data Box, който може да изпълнява всяка функция V2X. Тестовете се провеждат и в 5G мрежата в NTC, която е създадена специално за тази цел.