Car2X czym jest i jak działa

Bezpieczeństwo w branży motoryzacyjnej przez ostatnie lata przeszło bardzo długą drogę. Świat się zmienia i mimo lekkiego spowolnienia w rozwoju mikrokomputerów branża motoryzacyjna ciągle galopuje dalej czerpiąc garściami, z możliwości które oferują współczesne technologie. Jeszcze nie tak dawno temu szczytem bezpieczeństwa na drodze było posiadanie kompletu poduszek powietrznych i ABS-u. Natomiast wraz z premierą Golfa 8 do systemów bezpieczeństwa dołącza Car2X, który w niedalekiej przyszłości może w znacznym stopniu poprawić bezpieczeństwo na drodze.

Systemy bezpieczeństwa w samochodach

Przez ostatnie lata pojawiła spora ilość systemów poprawiających bezpieczeństwo na drodze. Do takich systemów możemy zaliczyć: ASR, ESP, XDR, Front Assist, Side Assist a nawet aktywny tempomat.

Można oczywiście dyskutować w jakim stopniu poszczególne systemy wpłynęły na bezpieczeństwo na drodze. Jednak łącząc działanie wszystkich tych mechanizmów razem w znacznym stopniu podnosimy bezpieczeństwo na drodze - zarówno dla siebie jak i innych.

Można tutaj przytoczyć analogię związaną z podstawowym systemem bezpieczeństwa stosowanym w lotnictwie - czyli spadochronów zapasowych. Jeśli statystycznie spadochron zapasowy zawiedzie raz na sto, to stosując dwa takie spadochrony minimalizujemy prawdopodobieństwo zajścia takiego zagrożenia do jednego na dziesięć tysięcy razy.

Czym jest Car2X

Car2X jest systemem służącym do połączenia samochodów i infrastruktury drogowej w jedną sieć w celu poprawy bezpieczeństwa na drodze. Do zrealizowania tego celu połączone ze sobą samochody na bieżąco wymieniają się ze sobą krytycznymi informacjami, dzięki czemu w razie zajścia lub możliwości zaistnienia jakiejś niebezpiecznej sytuacji poinformują nas oraz pozostałych uczestników ruchu drogowego. Za przykład może nam posłużyć karetka jadąca na sygnale z drogi podporządkowanej o mocno ograniczonej widoczności - w takiej sytuacji dzięki ostrzeżeniu przez Car2X lub w przyszłości prewencji w postaci uruchomienia przez samochód procedury awaryjnego hamowania można w znacznym stopniu ograniczyć szansę wystąpienia kolizji.

Jednak nie jest to jedyne potencjalne zastosowanie tego rozwiązania w praktyce. Kolejnym ważnym aspektem związanym z Car2X jest inteligentna infrastruktura, która dzięki stałej wymianie informacji z siecią jest w stanie w czasie rzeczywistym reagować w celu upłynnienia ruchu.

Komunikacja między urządzeniami odbywa się poprzez protokół IEEE 802.11p (Wi-Fi p). Sieć ta zarezerwowana jest specjalnie do komunikacji między pojazdami i infrastrukturą. Zasięg działania systemu w zależności od ukształtowania terenu wynosi do około jednego kilometra. Połączone pojazdy bez przerwy wymieniają się informacjami o warunkach panujących na drodze i potencjalnych zagrożeniach.

Rodzaje komunikacji V2X/C2X

Pojazd - pojazd (V2V)
Pojazd - pojazd (V2V) jest rodzajem bezpośredniej komunikacji między pojazdami pomiędzy którymi przesyłane są dane takie jak: prędkość, pozycja pojazdu, pozycja kierownicy, położenie hamulca, zużycie energii oraz inne niemniej istotne informacje. Wymieniające się tymi danymi pojazdy mogą w efektywny sposób na bieżąco ostrzegać kierowców przed zagrożeniami.
Pojazd - infrastruktura (V2I)
Pojazd - infrastruktura (V2I) jest bezprzewodowym rozwinięciem komunikacji pomiędzy pojazdami a infrastrukturą drogową. V2I podaje informacje o nadchodzących zmianach świateł drogowych oraz stara się zapobiec tworzeniu się korków. Wspomaga również wymianę krytycznych informacji pomiędzy pojazdami w miejscach o ograniczonej łączności.
Pojazd - urządzenie (V2D)
Pojazd do urządzenia (V2D) oznacza system komunikacji zaprojektowany z myślą o urządzeniach przeznaczonych dla motocyklistów i rowerzystów. Prawdopodobnie protokół ten umożliwi w przyszłości ograniczony dostęp do sieci dla starszych samochodów np. poprzez instalację nowej stacji multimedialnej w miejsce fabrycznej.

Pojazd - pieszy (V2P)
Pojazd - pieszy (V2P) jest rodzajem komunikacji zaprojektowany w celu ostrzegania pieszych i kierowców. Komunikacja w tym schemacie odbywa się pomiędzy smartfonem pieszego a samochodem. Tym sposobem jedna i druga strona otrzyma stosowne ostrzeżenie, jeśli zaistnieje ryzyko kolizji.
Pojazd - dom (V2H)
Pojazd - dom (V2H) to połączenie samochodu z domem właściciela. Umożliwia kierowcy dostęp do wszystkich urządzeń domowych podłączonych do sieci z poziomu kokpitu pojazdu. Protokół ten może umożliwić również wykorzystanie zgromadzonej energii w akumulatorach samochodu do zasilenia domu w razie awarii sieci elektrycznej.
Pojazd - sieć elektryczna (V2G)
Pojazd - sieć elektryczna (V2G) jest to system, w którym pojazdy elektryczne mogą komunikować się z siecią elektryczną w celu optymalizacji prędkości ładowania. W razie krytycznego zapotrzebowania istnieje możliwość oddania przez pojazd części energii do sieci. System ten może również regulować czas ładowania akumulatorów pod kątem jak najwydajniejszego wykorzystania odnawialnych źródeł energii.

Typy komunikatów Car2X

Cooperative Awarness Message (CAM)
Jest to rodzaj komunikacji w którym samochód na bieżąco informuje inne pojazdy o swojej pozycji oraz parametrach jazdy.
Decentralized Enviroment Notification Message (DENM)
Typ komunikatów informujących otoczenie o wykrytych zagrożeniach.
Signal Phase And Timing Message (SPAT)
W celu optymalizacji ruchu na skrzyżowaniach z sygnalizacją świetlną, urządzenia RSU emitują czasy faz zielonego światła dla każdego pasa. Oprócz tego dane SPAT można dodatkowo łączyć z komunikatami zawierającymi topologię skrzyżowań w celu dokładniejszej optymalizacji.

Elementy ekosystemu Car2X

Jednostka Aplikacji (AU)
Jednostka pokładowa uruchamiająca aplikacje które mogą skorzystać z możliwości komunikacyjnych OBU. Przykładem takich jednostek są stacje multimedialne/nawigacje montowane w samochodach.
Jednostka pokładowa (OBU)
Jednostka montowana w pojazdach odpowiedzialna za komunikację V2V i V2I. Wyposażona jest w co najmniej jedno urządzenie sieciowe do komunikacji bezprzewodowej krótkiego zasięgu w oparciu o technologię Wi-Fi p. Funkcje OBU obejmują między innymi bezprzewodowy dostęp radiowy, geograficzny routing Ad-Hoc, bezpieczeństwo danych i niezawodny transfer wiadomości. Istnieje możliwość zakwalifikowania jednostki OBU jako jednostki bezpieczeństwa publicznego upoważniającej do rozsyłania danych o najwyższym priorytecie - dotyczy to pojazdów takich jak karetka, radiowóz itp.
Urządzenia drogowe (RSU)
Fizyczne urządzenie zlokalizowane w stałych miejscach wzdłuż dróg i dedykowanych miejsc takich jak stacje benzynowe czy restauracje. Tak samo jak OBU wyposażone jest w co najmniej jedno urządzenie do komunikacji radiowej Wi-Fi p. Może być również wyposażone w inny rodzaj łączności z pozostałą infrastrukturą. Głównym celem RSU jest rozszerzanie zasięgu komunikacji dla OBU, rozsyłanie alertów bezpieczeństwa (np. o robotach drogowych) i optymalizacja przepływu ruchu drogowego.

Działanie systemu w praktyce

W dalszej części tekstu omówimy kilka przykładów działania systemu Car2X w praktyce. Trzeba jednak pamiętać, że system ten nie służy jedynie do ostrzegania przed zagrożeniami. Przykładowo kopnięciem w pedał gazu może poinformować nas o tym, że za chwilę zmieni się światło na czerwone - dzięki czemu w efektywniejszy sposób będziemy mogli korzystać z rekuperacji.
Ostrzeżenie o ryzyku kolizji
Ryzyko kolizji między pojazdami zostaje wykryte, gdy tor ruchu obydwu pojazdów zbiegnie się pod skrzyżowaniem. Jeśli prawdopodobieństwo kolizji osiągnie odpowiednio wysoki próg kierowca otrzyma ostrzeżenie. Dodatkowo samo skrzyżowanie jeśli wyposażone jest w odpowiednio rozbudowany system oparty o RSU może ostrzec innych uczestników ruchu (np. rowerzystów i pieszych).

Ostrzeżenie o naruszeniu znaku STOP
Ryzyko naruszenia znaku stop wykrywane jest na podstawie obliczania odległości do linii bezwzględnego zatrzymania. Jeśli samochód wykryje, że jedziemy za szybko wyśle ostrzeżenie. System w przyszłości będzie mógł również podjąć próbę automatycznego wyhamowania pojazdu w celu uniknięcia lub zminimalizowania skutków kolizji.

Ostrzeżenie o naruszeniu pierwszeństwa
W przypadku wykrycia ryzyka naruszenia pierwszeństwa przy zbliżaniu się do skrzyżowania Car2X może ostrzec kierowcę, że zbliża się do głównej drogi oraz wysłać sygnał o zagrożeniu do innych uczestników ruchu.

Ostrzeżenie o naruszeniu sygnalizacji
Analogicznie do naruszenia znaku STOP w przypadku zbyt szybkiego zbliżania się pojazdu do czerwonego światła system ostrzeże kierowcę i otaczające go środowisko o możliwości zajścia kolizji.

Ostrzeżenie kolizji przy ograniczonej łączności
W sytuacji ograniczonej łączności między pojazdami spowodowanej przez zabudowę system może wykorzystać istniejącą infrastrukturę, która prześlę istotne dla ruchu i bezpieczeństwa informacje dalej. Dobrym przykładem jest zasłonięte przez budynek skrzyżowanie, które dzięki systemowi Car2X wymienia informacje między poszczególnymi drogami.

Podsumowanie

Współczesne systemy bezpieczeństwa w samochodach są nieodłącznym elementem dzisiejszej motoryzacji. Mają niebagatelny wpływ zarówno na bezpieczeństwo na drodze jak i komfort podróżowania. W przyszłości technologia Car2X ma szansę poprawić przepustowości dróg w miastach, a co więcej stanowi kamień milowy dla rozwoju samochodów autonomicznych.
Oczywiście trzeba pamiętać, że żaden z systemów bezpieczeństwa nie stanowi stuprocentowego zabezpieczenia przed nieszczęśliwym wypadkiem. Niestety prawda jest taka, że nic nie zastąpi wyobraźni za kółkiem i powściągliwości w operowaniu prawą stopą.

[Źródło: THEORETICAL STUDY OF CAR2X COMMUNICATION SYSTEM]