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新能源汽车无线通信技术

01/13 10:31
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上一篇文章我们介绍了汽车上主要的车内通信技术,这些通信依赖于各类物理线束,汽车上还有一些通信是不需要物理线束的,我们把这类通信叫做无线通信

本文将带领大家一起了解汽车相关的无线通信技术,如:蜂窝网络WiFiBTNFCETCC-V2X

经常研究无线通信的人应该知道,无线通信是指仅利用电磁波而不通过线缆进行的通信方式

无线通信在我们生活中也很常见,如:收音机、手机(用的是蜂窝式网络,1G、2G、3G、4G、5G...)、蓝牙、WiFi等。

下面我们看看汽车上用到了哪些无线通信技术。

1930年,Motorola的前身加尔文制造公司推出了一台名为Motorola的车载收音机,这款车载收音机一经推出便受到车主们的一致好评。

车载收音机为枯燥的汽车旅途增添了很多乐趣,直到如今仍然是汽车上必不可少的配置之一。

车联网技术大规模爆发之前,无线电收音机是标配,后来随着车联网技术的发展,无线电收音机慢慢被网络收音机所取代。

但就在2024年,中美几乎同时宣布汽车必须支持车载收音机功能,当战争或自然灾害导致网络中断时,无线电收音机将会发挥重要作用。

1946年6月17日,美国密苏里州圣路易斯的一名司机从汽车中控台拿出听筒,打出了世界上第一通民用移动电话,自此,车载电话开始兴起。

彼时的车载移动电话很笨重,电源接收器发射器等设备占去了后备箱大量空间。此外,每一通电话打出去,要很久才能打通。

随着通信技术的发展,移动电话体积变小,1973年时,摩托罗拉的工程师马丁·库珀在纽约街头拨打了世界上第一个移动电话。

马丁·库珀用的这部电话(“大哥大”)重约1.13公斤,总共可以通话十分钟,这被称为第一代移动通信技术(1G)。它的特点是基于模拟信号,通话质量有限。

1978年,贝尔实验室的科学家在芝加哥成功测试了世界上第一个具有随时随地通信能力的大容量蜂窝移动通信系统,并于1993年投入商用。

蜂窝网络技术将地理区域分成许多小的区域,每个小区域都有一个基站,用于向该区域内的移动设备提供无线通信服务。

这种技术架构就像蜂窝一样,所以被形象地叫做蜂窝网络。

到20世纪90年代时,第二代移动通信技术(2G)开始普及,它使用数字信号,通话质量和安全性大大提高,同时引入了短信服务(SMS)。

很快2G通信技术就被应用到了汽车上。1995年,通用汽车联合EDS、休斯电子成立了OnStar公司,这家公司主要为汽车提供紧急呼叫服务。

具体来讲,搭载了OnStar系统的汽车,在防撞梁、车门、安全气囊等多个地方装有碰撞感应器,一旦车辆碰撞程度超过临界点,车内无线通信模块就会第一时间给OnStar拨通电话,并将车辆位置等车辆信息传输到呼叫中心。

司机便可以与呼叫中心人员进行沟通,寻求帮助。在紧急情况下,如果司机已经失去意识,无法电话交流,呼叫中心人员会联系距离车辆最近的医疗人员前往事故地点,进行救援。

这种关键时刻救人一命的技术后来被统称为eCall(紧急呼叫)系统。

2018年7月起,欧盟要求所有车辆强制搭载eCall系统,中国的eCall标准征求意见稿已经出来很多年,但因为各种原因,截至今日还未强制实施。

搭载OnStar系统的车辆,除了具备紧急呼叫功能外,还可以进行远程解闭车门锁以及远程诊断,这都得益于蜂窝网络技术的发展。

这些如今司空见惯的远程控制功能,在当年可是高档车的专属,以及车辆智能化的重要体现。

进入21世纪,第三代移动通信技术(3G)出现了,3G网络的数据传输速率显著提升。

随着3G技术上车,司机可以在车内获取实时咨询、天气等信息,在线音乐、在线视频等娱乐应用越来越丰富。

无线通信发展史上,3G被视为过渡的一代技术,因为到了2009年,第四代移动通信技术(4G)就出现了。

4G时代,数据传输速率进一步提升,移动互联网流媒体云计算等高带宽应用开始蓬勃发展。

在4G技术的加持下,车联网这个概念在汽车领域越来越火。彼时的车联网系统包含四个部分:车机、T-BOX、手机APP及云平台

车机主要用于影音娱乐、导航等;T-Box则是无线通信技术的硬件载体,也是连接车内与云端的重要节点;手机APP上可实时查看车辆状况并远程控制车辆;云平台作为服务端,是整个车联网系统的“幕后英雄”,用户一般感知不到它的存在。

就这样,又过了10年。到了2019年,美国、中国、欧洲在内的多个国家和地区开始大规模部署第五代移动通信技术(5G,5th Generation Mobile Communication Technology)。

我国在2019年6月6日正式发放了5G商用牌照,标志着5G在中国正式启动商用。

5G最显著的特点是:高速率、大带宽、低延时。说实话,这三个特点对于我们普通的手机用户来说,感受不是很明显。所以5G手机推出时,并没有想象中的那么火热,直白点讲就是5G技术有点遇冷了。

因为4G手机已经完全满足了我们的日常需要,上网、刷视频已经足够流畅。

后来大家畅想着,5G技术将在汽车领域得到大发展,可以利用5G网络大带宽、低时延和高可靠的特性实现远程驾驶、车辆编队等应用场景。

搭载5G技术的车辆确实已经量产了,但更多的是一种噱头,高阶智能驾驶依赖的仍然是毫米波雷达摄像头这些感知设备,并未因为5G技术而取得突飞猛进的发展。

至此,我们介绍了汽车上最重要的无线通信技术——蜂窝网络的发展史,可以看到,它是伴随着手机技术的发展而逐渐应用于汽车上的。

下面介绍汽车上使用的另外一种无线通信技术——WiFi(Wireless Fidelity)。

WiFi属于局域网的范畴,覆盖范围大概是100米,传输速度也很快,可以达到54Mbps。

WiFi已在我们生活中四处可见,个人计算机、手机、平板电脑智能家电...

在汽车领域,一般车机T-BOX这两个件会带有WiFi,用于连接网络或无线传输日志,便于排查问题。

下一个无线传输技术是蓝牙(BT,Bluetooth)。

这个技术在我们生活中也很常见,蓝牙音响、蓝牙耳机...

说到蓝牙,有几个概念大家容易混淆。BT、经典蓝牙、BLE,他们之间是什么关系?

蓝牙技术自1994年诞生以来,已经历了多次重大更新,每一次升级都带来了性能上的显著提升。最新版本是2023年发布的5.4。

在2010年以前,我们提到蓝牙,指的就是经典蓝牙,那个时候还没有低功耗蓝牙的概念。

到2010年蓝牙4.0发布时,蓝牙技术分为两种:经典蓝牙(Classic Bluetooth)和低功耗蓝牙(Bluetooth LowEnergy)。BT一般指的就是经典蓝牙,而BLE则指低功耗蓝牙。

经典蓝牙的特点是高带宽、高功耗,适合于需要稳定、大量数据传输的场景。低功耗蓝牙的特点则是超低功耗、适中的数据传输速率、快速连接,适用于间歇性、短时间的数据传输场景。

此外,蓝牙还分单模双模。双模蓝牙可兼容经典蓝牙和低功耗蓝牙两种协议,因此可与更多的设备进行连接和通信;而单模蓝牙则只支持一种蓝牙协议,只能与特定类型的设备进行连接和通信。

不同蓝牙各有其特点,在实际应用中,可根据具体的需求和场景选择合适的蓝牙模块

在汽车领域,带有蓝牙的设备主要有车机、T-BOX。车机主要用于与手机连接,实现蓝牙音乐功能;T-BOX中的蓝牙在主要用于蓝牙钥匙功能,实现近场控车功能。

接下来我们介绍另外一种近场通信技术——NFC(Near Field Communication)。

使用了该技术的设备(如:手机),可以在彼此靠近的情况下进行数据交换。

NFC实际上是非接触式射频识别(RFID)及互联互通技术整合后演变而来,其在单一芯片上集成感应式读卡器、感应式卡片和点对点通信的功能,基于移动终端实现移动支付、门禁等应用场景。

NFC在汽车上的应用主要是数字钥匙场景,搭载NFC技术后,用手机、卡片、电话手表等就可以当车钥匙了。

后续我们会专门写一篇文章来介绍数字钥匙系统,请大家持续关注。

汽车上还有一个功能用到了无线通信技术,即:ETC

ETC(Electronic Toll Collection)的中文名是全自动电子收费系统,其通信距离一般在10m左右,在汽车上已经普遍使用了,我们不再详述。

下面介绍近些年在汽车领域比较火热的V2X无线通信技术。

我们都知道,车辆在给人们带来便捷性的同时,也在时刻威胁着大家的生命安全。全球每年约124万人死于交通事故。

因此,实现车辆无人驾驶,与智慧交通融为一体,实现零伤亡,是汽车乃至交通领域追求的终极目标。

无人驾驶并不新鲜,谷歌早在2010年便开始研究无人驾驶技术。

早期的无人驾驶技术路线是单车智能,即在车辆上配置各种雷达、摄像头,以感知周边环境。

传感器的探测范围和精度毕竟是有限的,且成本高昂,因此,到了2015年,《中国制造2025》首次提出了智能网联汽车的概念。

此后,业内普遍认为聪明的车与智慧的路相结合,共同支撑自动驾驶技术发展,才是未来的大方向。

车与车(V2V)、车与路边设施(V2I)、车与云端(V2N)、车与人(V2P)等要实现互联互通,这就是V2X(Vehicle-to-Everything)。

由于我国在蜂窝网络领域发展势头很猛,尤其在5G时代处于领先地位,同时我国通信基站遍布全国各地,因此,我国选择了V2X的通信基于蜂窝网络来实现,所以叫C-V2X(Cellular Vehicle-to-Everything)。

在这之前,美国一直推崇的V2X通信是基于DSRC(Dedicated Short Range Communication,专用短程通信)技术来实现的。

我们后续会有一篇专门介绍自动驾驶技术的文章,所以在此不再详述V2X与DSRC。

行文至此,相信大家对汽车领域用到的无线通信技术已经有所了解,以后看汽车发布会,也能看出点门道了,而不是只看个热闹。

每个人都是有知识盲区的,包括我在内,我们能做的,唯有不断学习,不断精进。

图文不是很生动,建议观看下方视频。

本期科普到此结束,感谢大家阅读。

这个系列(新能源汽车系列第一季)文章结束后,我还会写新能源汽车系列第二季汽车前沿技术等系列文章,把我在汽车行业的所见、所思不定时输出,请大家持续关注。

好酒不怕酿,经典的知识永不过时。跟那些做行业新闻的自媒体比起来,我的更新速度很慢,一是因为我有本职工作要做,没那么多精力;二是为了保证输出质量。

因此,请大家持续关注,耐心等待,我会不定时输出。

目前“新能源汽车百年”已入驻各大自媒体平台,因此,每一篇知识科普都会有图文、视频两个版本,大家根据自己的喜好查看即可。全网同名,搜“新能源汽车百年”即可。

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