(2019) Vehículos Conectados.docx

La próxima generación de aplicaciones de seguridad para vehículos dependerá de la conectividad. También es una noción ampliamente aceptada de que la conectividad será una tecnología clave que permita la conducción autónoma. Esa conectividad puede incluir comunicaciones de Vehículo a Vehículo (V2V), Vehículo a Infraestructura (V2I) y Vehículo a Peatón (V2P). La industria automotriz, la academia y el gobierno han estado evaluando las capas inferiores de la Comunicación de corto alcance desde fines de los años noventa. Por otro lado, recientemente la industria celular se ha interesado en desarrollar estándares para el uso de vehículos. Las capas inferiores de la Comunicación de corto alcance se basan en un protocolo de capa física relativamente antiguo. Sin embargo, se ha probado y demostrado que cumple con los requisitos para la gran mayoría de las aplicaciones de seguridad cooperativa en términos de rango y latencia. El nuevo enfoque celular 5G no se ha probado a fondo para la seguridad cooperativa del vehículo. Ofrece un rendimiento de comunicación potencialmente mejor y un camino para la actualización del sistema. Sin importar la tecnología, los requisitos de comunicación de seguridad permanecerán sin cambios: alta disponibilidad y baja latencia. Las comunicaciones de vehículo a todo (V2X) deben adaptarse a vehículos de movimiento rápido. Los vehículos en diversas situaciones de tráfico necesitan comunicarse con baja latencia. La latencia de extremo a extremo debe ser del orden de 100 ms. Es necesario que las comunicaciones V2X debe estar altamente disponible. En otras palabras, V2X no debe competir con otras redes de comunicaciones atestadas, como WiFi y redes celulares. Posicionamiento La ubicuidad de los dispositivos con tecnología de localización satelital, y su utilidad, ha hecho que la tecnología de localización sea familiar para las masas. Hay casi una dependencia en ello para lograr una movilidad diaria eficiente. Sin embargo, es la promesa de compartir los datos de ubicación entre los participantes del tráfico lo que eleva su importancia al brindar una conveniencia de navegación universal para ayudar a brindar seguridad de tráfico para todos. La tecnología de comunicación V2X, es decir, la tecnología de comunicación que permite que los vehículos se comuniquen con todos los demás participantes del tráfico (vehículo, V2V; peatones, V2P), así como con la infraestructura de control de tráfico (V2I), promete una nueva capa rentable. de seguridad. El principal mecanismo para esto es compartir datos de ubicación. La ubicación compartida entre el tráfico y la infraestructura circundantes permite que todos estén al tanto de todos los demás, incluso cuando otras formas de detección fallan debido a obstrucciones en la línea de visión. Las computadoras a bordo podrían incluso usar este conocimiento para iniciar automáticamente acciones defensivas para reducir el riesgo de colisiones. Además, las tecnologías de comunicación y posicionamiento que se requieren para respaldar esto son menos costosos de agregar que los sensores utilizados hasta ahora para evitar colisiones (como los lidares, radares y cámaras), lo que permite que la tecnología V2X proporcione evitación automática de colisiones, y conveniencias, más allá de Vehículos de lujo para todos los usuarios de la carretera. Interacción de la máquina humana La información presentada a los conductores se puede dividir aproximadamente en dos categorías: información y entretenimiento. El entretenimiento electrónico se ocupa principalmente de las características de conveniencia en los vehículos, como navegación, música, climatización, teléfono, etc. La comunicación de vehículo a cualquier cosa (V2X) permite un horizonte de detección completamente nuevo que no se puede lograr con ninguno de los sensores de vehículo disponibles actualmente, como el radar, el lidar, la cámara, etc. Esto permite diseñar dispositivos completamente nuevos relacionados con la seguridad. y avanzado sistemas de asistencia al conductor en comparación con lo que antes era posible. En cualquier caso, el HMI correspondiente debe explicar efectivamente la situación en la carretera y estimular a los conductores para que realicen acciones adecuadas (como evitar un obstáculo o un frenado preventivo). Esto se puede lograr

mediante el uso de cualquier tipo de modalidades (y sus combinaciones) que influyen en los sentidos básicos de las personas: la vista, el oído, el tacto, el olfato y el gusto. Un sistema de gestión de credenciales de seguridad para comunicaciones V2X El uso de comunicaciones de vehículo a vehículo (V2V) para aplicaciones inminentes de prevención de choques requiere la transmisión frecuente de mensajes de seguridad básicos (BSM). Estos mensajes contienen información sobre la posición del vehículo, la velocidad, el rumbo y más valores. Los dispositivos transmiten BSM a todos los dispositivos cercanos. Estos mensajes contienen información no confidencial destinada a todos los dispositivos vecinos y, por lo tanto, no están encriptados. Sin embargo, la autenticidad y la integridad de los BSM recibidos son de importancia primordial, ya que afectan directamente el resultado y la efectividad de todas las aplicaciones basadas en ellos. En consecuencia, los dispositivos deben poder distinguir entre los BSM recibidos de otros dispositivos integrados certificados y los remitentes malintencionados. Además, los dispositivos deben poder verificar si estos mensajes se modificaron durante la transmisión. Sin estas características, un atacante podría insertar mensajes falsos. en el sistema e influir en las aplicaciones con la intención de causar fallos, crear congestión de tráfico o simplemente hacer que las aplicaciones sean inútiles. Comunicación de seguridad del vehículo V2V La Administración Nacional de Seguridad del Tráfico en las Carreteras (NTHSA, por sus siglas en inglés) ha estado interesada en la comunicación de vehículo a vehículo (V2V) como el próximo paso para abordar las crecientes tasas de muertes por accidentes relacionados con vehículos. Las tecnologías actuales de prevención de choques dependen de sensores a bordo como la cámara y el radar para proporcionar información sobre las aplicaciones de seguridad. Estas aplicaciones advierten al conductor de un peligro inminente o, a veces, incluso actúan en su nombre. Sin embargo, incluso las tecnologías como esas no pueden "predecir" un choque que podría ocurrir debido a un vehículo que no está muy cerca o no está en la línea de visión del vehículo anfitrión. Una tecnología que puede "ver" a través de otro vehículo u obstáculos como edificios y predecir un peligro puede llenar estos vacíos y reducir drásticamente los accidentes. Las comunicaciones V2V pueden proporcionar a los vehículos la capacidad de hablar entre ellos y, por lo tanto, ver en las esquinas y a través de los obstáculos en una distancia más larga en comparación con los sensores a bordo actuales. Se estima que las comunicaciones V2X abordan hasta el 80% de los fallos intactos [1]. Por medio del Aviso de Reglamentación Propuesta (NPRM), NHTSA está trabajando para la estandarización de las comunicaciones V2V y potencialmente exige la transmisión de datos del vehículo (por ejemplo, coordenadas GPS, velocidad, aceleración) a través de DSRC a través de V2V. Un vehículo necesita una Unidad a bordo (OBU) para establecer la comunicación V2V con otros vehículos también equipados con OBU o comunicación V2I con la infraestructura de tráfico equipada con Unidades del lado del camino (RSU). En general, una OBU tiene una radio DSRC para transmisión y recepción, un receptor GNSS, un procesador y varias interfaces (por ejemplo, CAN, Ethernet, GPS) para obtener los datos del vehículo. El mensaje esencial en la comunicación V2V se llama mensajes de seguridad básicos (BSM). BSM es un mensaje de transmisión que se transmite con frecuencia hasta diez veces por segundo. El contenido de BSM incluye información del vehículo, como la velocidad del vehículo, la ubicación y el estado de los frenos. Las aplicaciones de seguridad utilizan los datos de vehículos remotos (RV) de BSM y Host Vehicle (HV) de las interfaces OBU, como CAN y GNSS, para predecir un posible bloqueo y alertar al conductor. Los mensajes V2V también podrían potencialmente fusionarse con sensores a bordo como Radar, Lidar y Cámara para mejorar el nivel de confianza de la detección de vehículos para aplicaciones de seguridad o incluso para la conducción autónoma en cierta medida.

Es importante entender que V2V puede evitar solo los choques que involucran a más de un vehículo. La principal motivación para obligar al uso de la tecnología basada en V2V es la cantidad de choques estimados por NHTSA que pueden evitarse con esta tecnología. El sesenta y dos por ciento de todos los choques (aproximadamente 3.4 millones) son choques de vehículo ligero a vehículo ligero. Los costos económicos e integrales de estos choques ascienden a aproximadamente $ 109 mil millones y $ 319 mil millones, respectivamente [1]. NHTSA ha realizado un análisis utilizando los datos de 2010 a 2013 y presentó los diez mejores escenarios previos a la caída (enumerados en la Tabla 1) que pueden abordarse mediante V2V. Luego, se determinó que estos diez escenarios podrían abordarse mediante las siguientes seis aplicaciones de seguridad [14]: (1) Advertencia de colisión frontal (FCW), (2) Luz de freno de emergencia electrónica (EEBL), (3) Intersection Move Assist (IMA) ), (4) Advertencia de no pasar (DNPW), (5) Advertencia de punto ciego / Advertencia de cambio de carril (BSW / LCW) y (6) Asistencia de giro a la izquierda (LTA). Estas aplicaciones demostraron mitigar y prevenir posibles bloqueos en la implementación piloto de seguridad de vehículos conectados.

Vehículo para comunicaciones de infraestructura Descripción general de V2I La comunicación V2I es una solución atractiva para muchos problemas de vehículos conectados. Como tal, la tecnología V2I ha sido un punto focal para el transporte inteligente extenso Investigación de sistemas (ITS) y esfuerzos de implementación en los últimos años. Esta actividad ha conducido a un salto en la preparación de la tecnología para el despliegue y la adopción masiva. Ejemplos de las ventajas de la tecnología V2I se proporcionan a continuación: -

Beneficio temprano: El beneficio para los primeros usuarios de vehículos conectados es probablemente el principal impulsor del reciente impulso para la investigación y el despliegue de V2I en los Estados Unidos. Al proyectar hacia el futuro, puede tomar hasta 10 años a partir de una fecha específica alcanzar una tasa de penetración de mercado del 50% para los vehículos equipados con DSRC, suponiendo que todos los vehículos nuevos estén equipados a partir de esta fecha [1]. Los clientes que compren vehículos que están equipados con tecnología V2V sufrirán de un beneficio limitado como resultado de encuentros raros entre vehículos V2V durante ese tiempo. La tecnología V2I puede abordar este problema proporcionando beneficios a los primeros usuarios de V2V que resultan de la interacción con la infraestructura en lugar de otros vehículos equipados.

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Interfaz con la infraestructura vial: los vehículos interactúan con diferentes tipos de infraestructura vial durante su viaje diario. Esto va desde los semáforos y señales de tráfico hasta las marcas del pavimento. La mejora de esta interacción mediante la adición de un enlace de comunicación entre los vehículos y la infraestructura vial permite que más información, a mayores distancias, se transmita a los vehículos desde la infraestructura y viceversa, lo que conlleva beneficios de seguridad y movilidad, entre otros.

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Ampliación de los beneficios del vehículo conectado a áreas escasamente pobladas: V2I se puede usar para transmitir información de seguridad (por ejemplo, información sobre el clima local) en un área suburbana y rural donde la comunicación V2V puede no ser una opción. La infraestructura puede tener su propia información para compartir con los vehículos, como los datos del controlador del semáforo o los datos recopilados del sensor meteorológico. Alternativamente, la infraestructura

puede transmitir información transmitida desde otros vehículos que pasaron por un área en el pasado reciente (por ejemplo, la activación del Sistema de control de tracción que infiere una carretera resbaladiza). -

Asista a la futura funcionalidad de vehículos autónomos: agregando futuros vehículos automatizados a la ecuación, la conectividad V2I se extiende desde solo proporcionar seguridad y movilidad hasta convertirse en una necesidad. La operación automatizada de los vehículos requiere cierta información sobre la carretera, como mapas de alta definición actualizados, que pueden ser proporcionados por la infraestructura.

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Se están investigando varias tecnologías de comunicación inalámbrica en la industria y la comunidad de investigación para respaldar las comunicaciones V2I. Ejemplos de estas tecnologías incluyen DSRC, comunicaciones celulares, comunicaciones por satélite y

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Comunicaciones infrarrojas. Cada una de estas tecnologías tiene sus ventajas y desventajas en términos de costo, disponibilidad y rendimiento técnico. Sin embargo, se puede concluir que DSRC es actualmente el principal candidato a juzgar por el esfuerzo de despliegue en curso en los Estados Unidos. En particular, la comunicación celular 5G ha estado ganando impulso recientemente como una tecnología futura prometedora que puede competir con DSRC. Tenga en cuenta que el término "Road Side Unite (RSU)" se usará en este capítulo para referirse al dispositivo de computación en el lado de la infraestructura que incluye la radio DSRC y es responsable de enviar y recibir mensajes de Over The Air (OTA).

Sistema Cooperativo de Seguridad para Vehículos Peatones. Este capítulo proporciona una descripción general de la aplicación de seguridad cooperativa de Vehículo a Peatón, tecnologías de habilitación y resultados de pruebas de campo. Describimos la arquitectura del sistema implementado y los conceptos básicos de operación. El capítulo está organizado de la siguiente forma. Describimos la motivación para la investigación de aplicaciones de seguridad V2P basada en DSRC. Luego comparamos los sistemas de detección de colisiones DSRC y Vision V2P. Después, describimos el sistema V2P y la estrategia de advertencia del vehículo. A esto le sigue una descripción de nuestra configuración de prueba. Finalmente presentamos los resultados de comunicación y rendimiento de la aplicación.