近年来,自动驾驶在汽车界越来越热,无论是新势力,还是旧势力,都在把自动驾驶作为未来汽车发展方向而努力。
老司机都知道,开车时,要尽可能往远了看,以便前方道路出现情况时,留出更多的时间做出反应。
即使武装了摄像头、超声波雷达、毫米波雷达、激光雷达等众多装备组成的环境感知系统,自动驾驶车辆比人眼看到的视域也远不了多少,而且各种传感器还都有局限性,比如摄像头容易受光线强弱的影响,激光雷达怕坏天气和烟尘,毫米波雷达怕雨、雾等高湿环境。
这些传感器仅仅是对人的视线的增强,在目前流行的ADAS系统中也有运用,在驾驶员走神的时候可以发挥很大作用,但是对于人类视线范围之外的地方,这些传感器就无能为力了。
这种情况下,就要有其他的设施来支持了。自动驾驶汽车作为智慧交通系统工程的一个组成部分,只有在汽车与其他交通参与者都发生联系,实现实时互动之后,才有可能实现真正的自动驾驶,而把这一切连接在一起的就是车联网,也就是V2X, Vehicle To Everything。
V2X的路线之争
V2X通过整合全球定位系统(GPS)导航技术、车对车交流技术、无线通信及远程感应技术奠定了新的汽车技术发展方向,可以实现车和其他一切实体之间的信息交互,从而获取实时路况、道路信息、行人信息等一系列交通信息,提高驾驶安全性和交通效率。
V2X的研发可以追溯到上世纪90年代,目前业内有两套方案:DSRC(dedicated short range communication,专用短程通信技术)和C-V2X(Cellular-Vehicle To Everything蜂窝车联网)。这两种技术都设计于5.9 GHzITS频段上运行,并且都能够独立于蜂窝无线网络进行工作。
DSRC以IEEE802.11p为基础,从Wi-Fi无线局域网标准开发而成,美国在1999年率先分配了5.9GHz 频段内的 75MHz 频谱,引导企业和行业在这个频段上开发车和车的直接通信技术,避免交通事故。2008年IEEE和SAE联合制定了DSRC标准。
DSRC起步早,目前已被美国交通部确认为V2V标准,欧盟的协同式智能交通系统和日本的V2X也基于DSRC。但DSRC的性能不是很稳定,所以一直处于测试阶段。
2014年,美国多次组织大规模DSRC的现场测试,花了三年去验证这个技术放到车上是不是能够改善交通、避免交通事故的发生。结果令人振奋,DSRC确实可以把事故、尤其是致死事故率降低到原来的1/7。
但是大家也发现,基于Wi-Fi改进的DSRC技术太陈旧了,虽然业界包括高通在DSRC的增强上做了大量工作,但移动速度一旦提高,尤其达到200公里/时,DSRC信号的衰减就会非常快,因此它并不适用于高速场景。
V2V为DSRC主要的应用方式,经过十多年的发展历史,目前形成以NXP、ST、瑞萨、车企等为主的传统汽车电子产业链。
目前DSRC关键指标为:支持车速 200 km/h,反应时间 100ms,数据传输速率平均 12Mbps(最大27Mbps),传输范围1km。
C-V2X基于蜂窝技术,是专为高速移动应用设计的一种通信技术,对汽车应用进行了专门的优化。C-V2X在高数据量信息共享方面提供了充分的技术支持,包括宽带载波支持、超低延迟和高可靠性等,并且所有的功能都可以基于新车已经内置的蜂窝调制解调器来实现,同时包含了802.11p 的实际应用经验和无线通信的基础进展内容。2017年6月3GPP完成了第一版的标准。
C-V2X目前关键指标:传输带宽最高可扩展至100MHz,峰值速率上行500Mbps,下行1Gbps,用户面时延≤10ms,控制面时延≤50ms,支持车速 500km/h,覆盖范围与 LTE 范围类似。
C-V2X包括了V2V(vehicle-to-vehicle,车-车)、V2I(vehicle-to-infrastructure,车-基础设施)、V2P(vehicle-to-pedestrian,车-行人)的直接通信,也包括V2N(vehicle-to-network,车-互联网),能够很好地适应不同的应用场景。
V2N是我们所熟悉的或正在使用的,就是通过移动网络,连接到云服务器,使用云服务器提供的导航、娱乐、防盗等应用功能,随着5G的到来,它的功能会不断增强。
C-V2X 中的V2V、V2I 和 V2P,采用的是设备间的直接通信,就像我们平时用的手台,不依赖蜂窝网络的协助或覆盖,就可支持实时安全信息交换,从而提供了扩展的通信范围和增强的可靠性。
V2V是指车与车之间的沟通,在一定距离内彼此沟通信息。利用信息的充分共享,V2V可以有效增强ADAS(高级驾驶辅助系统)的功能,帮助在附近行驶的车辆更主动地规划驾驶行为及路径,避免事故的发生。
V2I,指的是车和基础设施之间的信息沟通。I代表Infrastructure,指路边的基础设施,包括信号灯、限速标志等。有了V2I,在车辆经过限速变化路段时,这些限速标志的信息会被“广播”出来,你的车如果能接收到相关提示,就不会莫名奇妙地被扣分了。
V2P指的是车辆与道路上行人或非机动车的信息沟通。前不久,美国有一辆Uber自动驾驶测试车辆撞死了横穿马路的行人。如果那位女士身上佩戴了V2P(车-行人)装置,那穿越马路的时候,就可以播放信息提示同样装备了C-V2X的经过车辆,从而避免事故的发生。
C-V2X相对于DSRC的优势
在前不久进行的Qualcomm C-V2X技术媒体沙龙上,高通技术标准高级总监李俨博士向记者介绍:
C-V2X更适合高速移动场景。在相对速度高达500公里/时的速度下仍然可以实现可靠的通信、可靠的信息传递、进行可靠的预警,而DSRC在速度达到200公里/时的情况下,信号的衰减就会非常快。
C-V2X通信有效距离范围可以达到DSRC的两倍以上。因此,C-V2X还获得铁路系统的青睐,希望能够在5.9GHz这个频段上用这个技术支持铁路的直连应用。
C-V2X安全性能更高、更一致。因为它延续了蜂窝移动网络的认证体系架构,当最小性能认证得到保障之后,所有汽车厂商只要能满足最小性能要求,产品上路就可以实现互联互通,这样就可以把整个生态系统建立起来。
C-V2X可以很好地适应即将到来的 5G 新空口特性,为自动驾驶和先进应用提供高吞吐量、宽带载波支持、超低延迟和高可靠性。
如果想做真正全自动的驾驶,不光自己的车能力很强,周边的车辆也要感知能力。C-V2X的解决方法是,让车辆把感知的情况实时分享出来,让那些没有配备先进传感器的车辆通过广播了解整个道路的状况,使整个道路变得可预测性更强,实现更可靠的自动驾驶。
C-V2X还有一个很重要的优势就是成本效益。DSRC组网需要新建大量路侧单元(RSU,Road Side Unit),基站设备新建成本较大,硬件产品成本也比较高。而C-V2X可以集成在现有的蜂窝基站里面。今天中国的基站数量很大,5G来了之后,基站的数量还会增大,因此我们可以对基站进行改造,把C-V2X 基础设施加进去,从而实现部署成本最优。
在终端侧,C-V2X可以将LTE、V2X的相关芯片集成在一起,装在T-box里面,形成统一的连接性解决方案。大量没有前装C-V2X设备的车辆,可以通过加装T-box,连到C-V2X车联网中,从这个角度来讲,成本也是最优的。
C-V2X在国际上的发展
C-V2X产业链主要包括通信芯片、通信模组、终端与设备、整车制造、解决方案、测试验证以及运营与服务等环节,这其中包括了芯片厂商、设备厂商、主机厂、方案商、电信运营商等众多参与方。
如考虑到实现完整的C-V2X应用,还需要若干产业支撑环节,主要包括科研院所、标准组织、投资机构以及关联的技术与产业。
支持LTE-V2X的3GPP R14版本标准已于2017年正式发布;支持LTE-V2X增强(LTE-eV2X)的3GPP R15版本标准于2018年6月正式完成;支持5G-V2X的3GPP R16+版本标准宣布于2018年6月启动研究,将与以前的标准形成互补关系。
C-V2X由于技术更新,更适合高速移动的优势,已经获得了广泛汽车生态系统的支持,包括快速增长的全球行业组织——5G汽车联盟(5GAA)。
它的创始成员包括德国的三家车企(奔驰、奥迪、宝马),还包括高通、爱立信等五家通信企业。2017年年初的时候共有七十多个成员,现在已经有近百家成员企业。全球领先的汽车企业、电信运营商、公路运营商、部件厂商、模组厂商都在这个组织里。
2017年6月,LTEC-V2X标准最终的版本完成之后,国际芯片企业包括高通、英特尔、三星发布了各自的芯片提供计划。
高通率先推出了9150 C-V2X芯片组。这个芯片组针对R14版本的C-V2X直接通信做了优化,支持无SIM卡运行,不仅支持GPS定位,也支持北斗定位,支持高精度定位,工作于ITS 5.9GHz频段。2018年下半年9150 C-V2X芯片组商用版将出样片。
罗德与施瓦茨公司已经推出并展出满足3GPP R14标准的LTE-V2X终端测试综测仪,提供GNSS信号和LTE-V2X无线链接下的数据收发测试,并计划将要推出认证级的LTE-V2X终端协议一致性和射频一致性测试方案。
2016年10月,高通宣布了德国的ConVex项目,其中高通、奥迪、爱立信、SWARCO、凯泽斯劳滕大学共同测试,验证C-V2X技术的可用性,2019年6月之前将公布所有的测试结果。
2017年2月,标致雪铁龙集团、Orange和爱立信联合高通,在Towards 5G项目中,测试了道路上两辆联网汽车之间的“透视”,以及实时通知驾驶员紧急车辆靠近时的“紧急车辆靠近”。
2017年10月,AT&T、福特、诺基亚及高通宣布开展美国首个公布的C-V2X试验。
2017年12月,大陆公司和华为在上海国家智能互联车辆试验区开展路测,测试采用了华为的C-V2X模块原型机及基础设施,内容包括紧急制动警示灯及固定作业车辆警示。
2018年4月,高通连同奥迪和福特,在华盛顿进行了一次演示,这也是全球第一次跨汽车厂商的一次演示,验证跨厂商的互联互通能力。
2018年5月,高通跟罗德施瓦茨完成了世界上第一个基于GCF(Global Certification Forum)的认证环节。
2018年7月,高通、宝马、福特、标致雪铁龙、Savari进行了跨汽车厂商的C-V2X互通测试演示,包括紧急电子制动警示灯、十字路口碰撞预警、跨路口转弯碰撞风险预警、慢速车辆预警及静止车辆预警、交通信号相位及配时/闯红灯预警和行人预警等6项内容。参与测试的车辆都搭载了高通公司的9150 C-V2X芯片组解决方案并支持C-V2X直接通信技术。
2018年8月,高通跟大唐电信完成了全球首个多芯片组厂商的C-V2X直接通信互操作性测。基于高通和大唐电信的互联互通测试,国内的企业正在组织多车企之间的互联互通测试。
C-V2X在我国的发展
我国于2015 年启动了基于 C-V2X 技术的车联网频谱研究, 2016 年 11 月工信部正式划分5905-5925MHz 用于 C-V2X 技术试验,并通过北京-保定、重庆、浙江、吉林、湖北、上海、无锡等车联网示范区开展测试和实验验证。
2016 年11 月,大唐基于自主研发的芯片级解决方案发布了 C-V2X 车载终端和路侧通信测试设备。
华为在2016年推出支持 C-V2X 的车载终端