要實現(xiàn)真正的自動駕駛,把車和周圍一切連接在一起靠的就是V2X,而C-V2X是其中更有前途的一種。
近年來,自動駕駛在汽車界越來越熱,無論是新勢力,還是舊勢力,都在把自動駕駛作為未來汽車發(fā)展方向而努力。
老司機都知道,開車時,要盡可能往遠了看,以便前方道路出現(xiàn)情況時,留出更多的時間做出反應。
即使武裝了攝像頭、超聲波雷達、毫米波雷達、激光雷達等眾多裝備組成的環(huán)境感知系統(tǒng),自動駕駛車輛比人眼看到的視域也遠不了多少,而且各種傳感器還都有局限性,比如攝像頭容易受光線強弱的影響,激光雷達怕壞天氣和煙塵,毫米波雷達怕雨、霧等高濕環(huán)境。
這些傳感器僅僅是對人的視線的增強,在目前流行的ADAS系統(tǒng)中也有運用,在駕駛員走神的時候可以發(fā)揮很大作用,但是對于人類視線范圍之外的地方,這些傳感器就無能為力了。
這種情況下,就要有其他的設施來支持了。自動駕駛汽車作為智慧交通系統(tǒng)工程的一個組成部分,只有在汽車與其他交通參與者都發(fā)生聯(lián)系,實現(xiàn)實時互動之后,才有可能實現(xiàn)真正的自動駕駛,而把這一切連接在一起的就是車聯(lián)網(wǎng),也就是V2X, Vehicle To Everything。
V2X的路線之爭
V2X通過整合全球定位系統(tǒng)(GPS)導航技術、車對車交流技術、無線通信及遠程感應技術奠定了新的汽車技術發(fā)展方向,可以實現(xiàn)車和其他一切實體之間的信息交互,從而獲取實時路況、道路信息、行人信息等一系列交通信息,提高駕駛安全性和交通效率。
V2X的研發(fā)目前業(yè)內(nèi)有兩套方案:DSRC(dedicated short range communication,專用短程通信技術)和C-V2X(Cellular-Vehicle To Everything蜂窩車聯(lián)網(wǎng))。這兩種技術都設計于5.9 GHzITS頻段上運行,并且都能夠獨立于蜂窩無線網(wǎng)絡進行工作。
DSRC以IEEE802.11p為基礎,從Wi-Fi無線局域網(wǎng)標準開發(fā)而成,美國在1999年率先分配了5.9GHz 頻段內(nèi)的 75MHz 頻譜,引導企業(yè)和行業(yè)在這個頻段上開發(fā)車和車的直接通信技術,避免交通事故。2008年IEEE和SAE聯(lián)合制定了DSRC標準。
DSRC起步早,目前已被美國交通部確認為V2V標準,歐盟的協(xié)同式智能交通系統(tǒng)和日本的V2X也基于DSRC。但DSRC的性能不是很穩(wěn)定,所以一直處于測試階段。
2014年,美國多次組織大規(guī)模DSRC的現(xiàn)場測試,花了三年去驗證這個技術放到車上是不是能夠改善交通、避免交通事故的發(fā)生。結果令人振奮,DSRC確實可以把事故、尤其是致死事故率降低到原來的1/7。
但是大家也發(fā)現(xiàn),基于Wi-Fi改進的DSRC技術太陳舊了,雖然業(yè)界包括高通在DSRC的增強上做了大量工作,但移動速度一旦提高,尤其達到200公里/時,DSRC信號的衰減就會非常快,因此它并不適用于高速場景。
C-V2X基于蜂窩技術,是專為高速移動應用設計的一種通信技術,對汽車應用進行了專門的優(yōu)化。C-V2X在高數(shù)據(jù)量信息共享方面提供了充分的技術支持,包括寬帶載波支持、超低延遲和高可靠性等,并且所有的功能都可以基于新車已經(jīng)內(nèi)置的蜂窩調(diào)制解調(diào)器來實現(xiàn),同時包含了802.11p 的實際應用經(jīng)驗和無線通信的基礎進展內(nèi)容。2017年6月3GPP完成了第一版的標準。
C-V2X目前關鍵指標:傳輸帶寬最高可擴展至100MHz,峰值速率上行500Mbps,下行1Gbps,用戶面時延≤10ms,控制面時延≤50ms,支持車速 500km/h,覆蓋范圍與 LTE 范圍類似。
C-V2X包括了V2V(vehicle-to-vehicle,車-車)、V2I(vehicle-to-infrastructure,車-基礎設施)、V2P(vehicle-to-pedestrian,車-行人)的直接通信,也包括V2N(vehicle-to-network,車-互聯(lián)網(wǎng)),能夠很好地適應不同的應用場景。
V2N是我們所熟悉的或正在使用的,就是通過移動網(wǎng)絡,連接到云服務器,使用云服務器提供的導航、娛樂、防盜等應用功能,隨著5G的到來,它的功能會不斷增強。
C-V2X 中的V2V、V2I 和 V2P,采用的是設備間的直接通信,就像我們平時用的手臺,不依賴蜂窩網(wǎng)絡的協(xié)助或覆蓋,就可支持實時安全信息交換,從而提供了擴展的通信范圍和增強的可靠性。
V2V是指車與車之間的溝通,在一定距離內(nèi)彼此溝通信息。利用信息的充分共享,V2V可以有效增強ADAS(高級駕駛輔助系統(tǒng))的功能,幫助在附近行駛的車輛更主動地規(guī)劃駕駛行為及路徑,避免事故的發(fā)生。
V2I,指的是車和基礎設施之間的信息溝通。I代表Infrastructure,指路邊的基礎設施,包括信號燈、限速標志等。有了V2I,在車輛經(jīng)過限速變化路段時,這些限速標志的信息會被“廣播”出來,你的車如果能接收到相關提示,就不會莫名奇妙地被扣分了。
V2P指的是車輛與道路上行人或非機動車的信息溝通。前不久,美國有一輛Uber自動駕駛測試車輛撞死了橫穿馬路的行人。如果那位女士身上佩戴了V2P(車-行人)裝置,那穿越馬路的時候,就可以播放信息提示同樣裝備了C-V2X的經(jīng)過車輛,從而避免事故的發(fā)生。
C-V2X相對于DSRC的優(yōu)勢
在前不久進行的Qualcomm C-V2X技術媒體沙龍上,高通技術標準高級總監(jiān)李儼博士向記者介紹:
C-V2X更適合高速移動場景。在相對速度高達500公里/時的速度下仍然可以實現(xiàn)可靠的通信、可靠的信息傳遞、進行可靠的預警,而DSRC在速度達到200公里/時的情況下,信號的衰減就會非???。
C-V2X通信有效距離范圍可以達到DSRC的兩倍以上。因此,C-V2X還獲得鐵路系統(tǒng)的青睞,希望能夠在5.9GHz這個頻段上用這個技術支持鐵路的直連應用。
C-V2X安全性能更高、更一致。因為它延續(xù)了蜂窩移動網(wǎng)絡的認證體系架構,當最小性能認證得到保障之后,所有汽車廠商只要能滿足最小性能要求,產(chǎn)品上路就可以實現(xiàn)互聯(lián)互通,這樣就可以把整個生態(tài)系統(tǒng)建立起來。
C-V2X可以很好地適應即將到來的 5G 新空口特性,為自動駕駛和先進應用提供高吞吐量、寬帶載波支持、超低延遲和高可靠性。
如果想做真正全自動的駕駛,不光自己的車能力很強,周邊的車輛也要感知能力。C-V2X的解決方法是,讓車輛把感知的情況實時分享出來,讓那些沒有配備先進傳感器的車輛通過廣播了解整個道路的狀況,使整個道路變得可預測性更強,實現(xiàn)更可靠的自動駕駛。
C-V2X還有一個很重要的優(yōu)勢就是成本效益。DSRC組網(wǎng)需要新建大量路側(cè)單元(RSU,Road Side Unit),基站設備新建成本較大,硬件產(chǎn)品成本也比較高。而C-V2X可以集成在現(xiàn)有的蜂窩基站里面。今天中國的基站數(shù)量很大,5G來了之后,基站的數(shù)量還會增大,因此我們可以對基站進行改造,把C-V2X 基礎設施加進去,從而實現(xiàn)部署成本最優(yōu)。
在終端側(cè),C-V2X可以將LTE、V2X的相關芯片集成在一起,裝在T-box里面,形成統(tǒng)一的連接性解決方案。大量沒有前裝C-V2X設備的車輛,可以通過加裝T-box,連到C-V2X車聯(lián)網(wǎng)中,從這個角度來講,成本也是最優(yōu)的。
C-V2X在國際上的發(fā)展
C-V2X產(chǎn)業(yè)鏈主要包括通信芯片、通信模組、終端與設備、整車制造、解決方案、測試驗證以及運營與服務等環(huán)節(jié),這其中包括了芯片廠商、設備廠商、主機廠、方案商、電信運營商等眾多參與方。
如考慮到實現(xiàn)完整的C-V2X應用,還需要若干產(chǎn)業(yè)支撐環(huán)節(jié),主要包括科研院所、標準組織、投資機構以及關聯(lián)的技術與產(chǎn)業(yè)。
支持LTE-V2X的3GPP R14版本標準已于2017年正式發(fā)布;支持LTE-V2X增強(LTE-eV2X)的3GPP R15版本標準于2018年6月正式完成;支持5G-V2X的3GPP R16+版本標準宣布于2018年6月啟動研究,將與以前的標準形成互補關系。
C-V2X由于技術更新,更適合高速移動的優(yōu)勢,已經(jīng)獲得了廣泛汽車生態(tài)系統(tǒng)的支持,包括快速增長的全球行業(yè)組織——5G汽車聯(lián)盟(5GAA)。
它的創(chuàng)始成員包括德國的三家車企(奔馳、奧迪、寶馬),還包括高通、愛立信等五家通信企業(yè)。2017年年初的時候共有七十多個成員,現(xiàn)在已經(jīng)有近百家成員企業(yè)。全球領先的汽車企業(yè)、電信運營商、公路運營商、部件廠商、模組廠商都在這個組織里。
C-V2X在我國的發(fā)展
我國于2015 年啟動了基于 C-V2X 技術的車聯(lián)網(wǎng)頻譜研究, 2016 年 11 月工信部正式劃分5905-5925MHz 用于 C-V2X 技術試驗,并通過北京-保定、重慶、浙江、吉林、湖北、上海、無錫等車聯(lián)網(wǎng)示范區(qū)開展測試和實驗驗證。
2016 年11 月,大唐基于自主研發(fā)的芯片級解決方案發(fā)布了 C-V2X 車載終端和路側(cè)通信測試設備。
華為在2016年推出支持 C-V2X 的車載終端原型機,并在 2018 年世界移動大會·上海首次對外解讀C-V2X車聯(lián)網(wǎng)的戰(zhàn)略,并發(fā)布首款商用C-V2X解決方案RSU(路邊單元)。
2017年底,中國LTE-V2X相關標準于基本完成,包括LTE-V2X體系架構、頻譜、空中接口、網(wǎng)絡層與應用層、安全等。
2018年1月5日,國家發(fā)改委公布《智能汽車創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略》征求意見稿,到2020年智能汽車新車占比達到50%,大城市、高速公路的LTE-V2X覆蓋率達到90%,北斗高精度時空服務實現(xiàn)全覆蓋,到2025年, 5G-V2X基本滿足智能汽車發(fā)展需要等相關要求。
2018年6月底,工信部下屬中國信通院在官網(wǎng)上發(fā)布了由IMT-2020(5G)推進組編寫的《C-V2X白皮書》。
在通信芯片研制方面,大唐電信已發(fā)布PC5 Mode 4模式的LTE-V2X測試芯片模組;華為也已發(fā)布了支持包括LTE-V2X在內(nèi)的多模4.5G LTE調(diào)制解調(diào)芯片Balong 765。
在通信模組方面,大唐、華為等芯片企業(yè)都將提供基于各自芯片的通信模組;中興通訊也計劃于2018年發(fā)布基于高通芯片的LTE-V2X測試模組;上海移遠通信也計劃推出基于高通9150芯片的通信模組。
在終端與設備方面,大唐、華為、東軟、星云互聯(lián)、千方科技、車網(wǎng)互聯(lián)、萬集科技等企業(yè)均可提供支持LTE-V2X的OBU和RSU通信終端產(chǎn)品。
在通信基站方面,華為已推出測試用LTE-V2X基站。中興將于2018年提供測試用LTE-V2X基站。上海諾基亞貝爾也將提供LTE+MEC的基站產(chǎn)品,支持V2I類應用。
中國一汽、上汽、江淮汽車、眾泰汽車、長城汽車等實現(xiàn)了LTE-V2V、V2I、V2P應用,并與東軟、大唐、ALPS、大陸等合作進行了示范演示。眾泰新能源汽車正在建設融合了LTE-V2X應用和ADAS技術的小鎮(zhèn)無人駕駛解決方案。
C-V2X的商業(yè)化前景
迄今為止,全球都沒有商用的DSRC系統(tǒng),除了日本有局部的部署。DSRC這個技術已經(jīng)開發(fā)了很多年,但時間長并不等于成熟。
雖然C-V2X標準2017年6月份才全部完成,但是過去一年里,產(chǎn)業(yè)已經(jīng)發(fā)生了巨大變化。高通等芯片廠商和主機廠商、部件廠商合作,在全球內(nèi)做了大量的測試和驗證。
據(jù)高通公司預計,2019年底、2020年初,會看到支持C-V2X的量產(chǎn)車上市。如果考慮汽車行業(yè)的開發(fā)周期,現(xiàn)在開始開發(fā),兩到三年生產(chǎn),基本上DSRC和C-V2X上市的時間從商業(yè)角度來講,基本是一致的。
C-V2X是目前唯一一項遵循全球3GPP標準的V2X技術,并支持持續(xù)演進以實現(xiàn)對5G前向兼容;從技術提出,就得到了汽車行業(yè)和交通行業(yè),包括快速增長的5G汽車聯(lián)盟在內(nèi)的全球汽車生態(tài)系統(tǒng)的廣泛支持。
我國擁有全球最大的LTE網(wǎng)絡,我國企業(yè)在 3GPP 中主導了部分C-V2X標準的制定及后續(xù)演進技術的研究,基于蜂窩網(wǎng)絡的C-V2X與目前的4G和未來的5G網(wǎng)絡都可以復用,部署成本低。這些因素讓C-V2X將成為中國車聯(lián)網(wǎng)的首選解決方案。
不過,C-V2X的布署是個非常大的系統(tǒng)工程,涉及行業(yè)、企業(yè)眾多,仍有諸多問題需要解決,包括各方利益的平衡,及技術、法規(guī)、政策、商業(yè)模式等等。C-V2X的真正發(fā)揮作用,需要多方面的共同努力,雖然道路是曲折的,但我們相信C-V2X前途是光明的。
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