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引言
V2X（也称为“车联网”）适用于车辆与特定实体或网络之"间进行无线通信。V2X 的起源可以追溯到 20 世纪 70 年代，但 2010 年发布的 IEEE WLAN V2X 规范和 2016 年发布的 3GPP V2X 规范定义了 V2X 通信的特定无线标准。无线车辆通信取得的大部分进展，都离不开各种高级驾驶员辅助系统 (ADAS) 计划的推动，而且其侧重点一直都是无线行业中所谓的无线局域网 (WLAN) 或无线广域网 (WWAN)。最初定义的 V2X 无线协议以 IEEE 802.11p 为中心。IEEE 802.11p 通过专用短程通信技术 (DSRC) 或者近年的 3GPP C-V2X 形成车辆自组织网络。3GPP C-V2X 首次进入 3GPP 第 14 版的基于 LTE 的蜂窝网络标准，并在后续发布增强版本。
在过去十年中，随着汽车中的电子产物日益普及和发展，车辆内外的无线通信需求也随之"增加。使用最初定义的 V2X 已无法满足现有状况，而且随着其他汽车无线用例的出现，这一定义的局限性也越发明显。
蓝牙进入 V2x 应用
蓝牙技术无处不在，应用于我们如今使用的大多数电子设备中，最重要的是应用于我们的手机中。蓝牙，尤其是低功耗蓝牙 (BLE) 技术，被归类为无线个人局域网 (WPAN) 技术，其关键属性是极低功耗、低成本和短距离。BLE 设备通常由电池供电，电池寿命可能长达 10 年。
在考虑车辆的特定无线用例时，您必须分析给定无线协议的属性。在过去的几十年里，媒体和分析师多次问我，“哪种才是卓越的无线技术”或“哪个无线协议将胜出”。我以提出问题的方式给出了简短回答：“哪种才是最好的交通方式？自行车、汽车还是飞机？”它们功能各异，其行程、承载能力（有效载荷）、成本和能源使用都大相径庭。汽车中的无线应用亦是如此。
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我们处在什么阶段：迄今为止蓝牙在汽车中的应用
蓝牙对汽车来说的确不是新事物。一些应用已众所周知，例如使用免提电话、将手机通讯录同步到汽车上、将音乐从手机流式传输到汽车的信息娱乐系统，以及在包括 Apple CarPlay 或 Android Auto 等 GPS 导航系统中使用蓝牙。其他更有限的用途包括通过使用市售模块进行诊断ODBii端口，以及通过蓝牙数据共享到云网关，再通过蜂窝通信。几家汽车制造商已经从专有无线协议转向在钥匙扣应用中使用蓝牙。
虽然这些蓝牙的用途引人注目，但相比蓝牙在未来的普及程度而言，这只是冰山一角。
新兴蓝牙 v2x 应用
我们来看看汽车无线通信的基本分类。图 1 显示了 V2X 通信的六大经典类别。我会辩称，存在第七类（被定义为“车载”通信）。有些人也把它称为“座舱内”通信。
图 1： V2X 无线通信分类
在 V2X 七种类别中，有三种类别采用 BLE，但由于其传输距离较短（30-100 英尺），这一实用技术可能很快会被淘汰。基本上来说，车对网络 (V2N) 与云端进行远程通信，可以通过蜂窝网络技术为其提供更出色的服务。同样地，车对基础设施 (V2I) 和车对网络 (V2V) 应用等更多中程应用（约 1 公里），都无法通过蓝牙来为其提供服务。
以下四个 V2X 类别适用于 BLE 应用：
- 车载通信 (IVC)
- 车到设备 (V2D)
- 车到电网 (V2G)
- 车到行人 (V2P)
车载通信 (IVC) 应用由于无线信号必须短距离传播，因此非常适合 BLE。一个简单的例子是更换传感器或电磁阀/执行器的电缆/连接器。这可以帮助减轻重型和昂贵的电缆线束的重量，并消除与传统连接器相关的一些可靠性问题。这些有线系统中的许多系统历来都是基于 CAN 总线，可通过简单的专用蓝牙无线链路获得支持。汽车中的网络架构正在从扁平拓扑结构中的数百个单个电子控制单元 (ECU) 演变为更多特定领域的 ECU，并最终演变为通过以太网连接到中央处理单元的分区网络。尽管网络拓扑发生了这种转变，但蓝牙会在将传感器连接到汽车不同位置的区域网关方面发挥作用。
在迁移到 BLE 的车辆中，两个更常用的监控系统是轮胎压力监控系统 (TPMS) 和电池管理系统 (BMS)。TMPS 历来是低频专有无线协议。TMPS 系统变得越来越复杂，不仅可以测量轮胎压力，还可以测量温度、振动甚至螺纹磨损，从而更好地指示何时需要维护或更换以防止轮胎故障。BLE 技术的标准化，包括使用 2023 年蓝牙 5.4 规范中发布的新的带响应的周期性广播 (PAwR) 增强功能，将有助于提高 TPMS 系统的可靠性并延长电池寿命。
BMS 是一个相当新的 BLE 用例，但其意义越来越重大。eVehicle 拥有 5000 – 9000 个单独的电池，这些电池被分组到整个 EV 电池组中的数十个模块中。为了实现有效的电池管理，必须使用自己的充电控制器单独监控各个模块，以确保电池正常运行，以实现最佳容量、寿命和电池保护/安全。必须监控电流和电压，以确保电池在安全工作区 (SOA) 内运行。测量温度和当前充电速率以确定电池的健康状况 (SOH)。由于电池以不同的速率充电和放电，因此必须监测电池的充电状态 (SOC)，以确保充电电流流向最需要充电的电池，而充满的电池不会过度充电。这称为“电池平衡”，如下图所示。将电线连接到所有这些单独的充电控制器/传感器可能会变得非常繁琐。BMS 供应商现在正在设计基于 BLE 的控制器，让此类控制器以无线方式处理通信，从而简化布线难题。
图 2： 电池平衡
BLE 的另一个考虑因素与信息娱乐系统有关。我们都熟悉蓝牙无线扬声器。迄今为止，这些基于旧版蓝牙“经典”标准（也称为 BR/EDR），即与单个扬声器或耳机的点对点连接。随着 LLE Audio (Audio over BLE) 的出现，音频质量有所提高，节能/电池寿命可增加高达 90%，最重要的是，BLE 信号可广播到车辆中的多个耳机。这是 Auracast? 倡议，本质上是一个 BLE 广播电台，可以由多个耳机或耳塞接收，最近由蓝牙特别兴趣小组 (Bluetooth Special Interest Group) 推广。
车到设备是车辆与可能连接到车辆的任何电子设备（最有可能是车主的移动设备）之"间的信息交换。如前所述，我们今天使用这个来在车内播放音频或与导航系统通信。现在钥匙扣已经发展到使用您的移动设备作为钥匙（手机作为钥匙或“PaaK”）。向您汽车的授权用户分发数字密钥会在不久实现。这也适用于租车和卡车车队管理系统。包括 BLE 在内的无线数字关键协议已由西方世界的车联网联盟 (CCC) 和亚洲的其他标准组织定义。BLE 可以单独使用，也可以与近场通信 (NFC) 或超宽带 (UWB) 无线协议结合使用。将于 2024 年年中发布的最新蓝牙规范将包括信道探测。信道探测是 是 BLE 的新功能，可提供高精度距离测量 (HADM)。相较于简单地测量无线电信号强度，这能够实现更精确的距离测量。准确测量用户与其汽车的接近度，可增强与访问和数字密钥分发相关的安全措施。
在每个智能手机中使用 BLE，我们只需安装“应用程序”，即可通过 BLE 无线连接向车辆中的各种系统提供其他功能。这可能包括为驾驶员和汽车车间机械师显示实时诊断和性能信息的智能手机应用程序。其他用例包括乘客舒适度手机应用程序，让驾驶员能够使用智能座椅和汽车中的其他电子控制设置（如后视镜定位和广播电台偏好）进行定制。这些设置在驾驶员接近汽车时就开始改变，而不是等到驾驶员打开车门或已坐到车中才进行调整。汽车制造商正在考虑在制造过程中使用蓝牙，以及在服务通话期间下载保养记录和车主信息。
车到电网是一种处于起步阶段的无线应用。未来十年，电动汽车充电的电力需求可能会使电网负载大幅度增加。有经证实的案例显示，航运公司拒绝将其卡车车队转换为采用电池电源，仅仅是因为当地电力公司无法提供足够的电力来为他们的车队彻夜充电。V2G 的概念是，电动汽车可能是备用的电力存储设备，可向电网供电。同样地，双向充电站可以基于在任何给定时间的能量需求，来管理来自联网车辆的推拉式能量消耗。最近也有文章提到把充电线圈放置在道路的沥青中，以便在沿着道路行驶途中或在交通灯处停车时为车辆充电。无论充电方法如何，BLE 预计将用作在车辆与充电系统之"间通信的反向信道通信协议。一个已经部署的更简单的 V2G 应用，是使用 BLE 通过移动设备与停车场的充电服务进行通信并支付费用。BLE 可以是汽车的电池管理系统和汽车旁边的充电站之"间的桥梁，在车主的移动设备上观察充电状态和电池健康状况。
车到行人是本文探讨的最后一个类别。随着地球上人和汽车的数量越来越多，人们很容易理解为什么行人和自行车骑手受伤和死亡人数每年都在增加（不包括新冠肺炎年份）。世界各地的安全组织、汽车制造商和其他一些机构/公司都在寻找解决方案。福特汽车公司一直在评估使用 BLE 在靠近汽车时通过手机检测来探测行人。这是一个亟待解决的非常复杂的问题，可能最终涉及多种技术，但我相信蓝牙将以某种方式提供至少一部分的最终解决方案。
Synopsys 蓝牙解决方案
Synopsys 积极支持所有 BLE 汽车应用，包括为汽车级 (AG) RFPHY 提供适当的 AEC-Q100、HTOL、Misson Profiles 和 DRC/温度以及老化要求。我们目前支持蓝牙 BT5.4 规范，并将在即将于 2024 年年中发布的下一个蓝牙规范中，让具有信道探测功能的产物提前上市。
我们的 RFPHY 和链路层控制器 IP 具有行业领先的功耗、性能和面积 (PPA) 规格。它们经过硅验证，已投入生产，有几家一级物联网硅供应商。从 Synopsys 采购 RFPHY 和链路层控制器，将大大降低在未来几年支持这些即将发布的新蓝牙增强功能所面临的风险和集成复杂度。
结语
V2X 的定义正在演变，以包括车辆内外的短程无线应用。蓝牙（特别是低功耗蓝牙）应用于我们的手机中，成为短程无线通信的事实标准。本文通过探讨 BLE 在各种用例中的应用，仅着重介绍了有望在未来几年内部署在汽车中的一些蓝牙应用。至于除此之"外还有哪些蓝牙应用，答案要等到未来才能揭晓。
要了解更多信息，请访问 或&苍产蝉辫;联系您当地的 Synopsys 销售代表。
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