1999
V2X技術(shù)
未來的汽車
汽車正變得越來越自動化，未來的汽車不僅能檢測道路上的障礙物和其他車輛，還能與它們進(jìn)行通信，此時，就要用到”車輛對一切（V2X）”這一技術(shù)了。
作為一種通信技術(shù)，V2X使得車輛能夠與環(huán)境中的各種元素包括其他車輛、行人、基礎(chǔ)設(shè)施以及網(wǎng)絡(luò)等交換數(shù)據(jù)。通過共享信息，V2X可大幅提高交通效率，提升車輛的安全性，減少碳排放，同時非常有助于啟用高級駕駛員輔助系統(tǒng)（ADAS）和自動駕駛。
V2X：具有超視距能力的“傳感器”
ADAS和自動駕駛技術(shù)通常依靠攝像頭、雷達(dá)和激光雷達(dá)等傳感器來檢測車輛周圍的情況,來自這些傳感器的數(shù)據(jù)被發(fā)送到車載系統(tǒng)后，車載系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并立即做出響應(yīng)。此時，車輛可以實(shí)現(xiàn)比人類駕駛員更快地自動觸發(fā)響應(yīng)，例如加速或制動。雖然傳統(tǒng)的感知傳感器可以提供車輛周圍360°視圖，但仍然有局限性。
V2X是目前唯一一個具有“超視距”能力的“傳感器”，它不僅可以“看到”障礙物后面，還可以在任何天氣或照明條件下“看到”和操作。通過使用專用無線頻譜，V2X使得汽車能夠與環(huán)境中任何其他啟用V2X的物體通信，其中包括車輛到基礎(chǔ)設(shè)施（V2I）、車輛到行人（V2P）、車輛對車輛（V2V）、車輛到設(shè)備（V2D）、車輛到網(wǎng)絡(luò)（V2N）和V2G（車輛到電網(wǎng)）。交換的信息如周圍車輛的速度和位置數(shù)據(jù)，可幫助避免撞車事故的發(fā)生，緩解交通擁堵，甚至改善我們的生活環(huán)境。在本質(zhì)上，C-V2X解決了基于感知傳感器系統(tǒng)的缺點(diǎn)，為駕駛體驗(yàn)帶來了第六感。
美國國家公路交通安全管理局（NHTSA）的預(yù)估數(shù)據(jù)是，V2X啟用的安全應(yīng)用程序可以消除或減輕高達(dá)80%的未受損車禍的嚴(yán)重程度，包括十字路口或變道時的車禍。因此，V2X技術(shù)每年可防止61.5萬起車禍，挽救1,366人的生命。
V2X系統(tǒng)中極重要的部件是V2V和V2I。其中用于車輛之間數(shù)據(jù)交換的V2V通信允許車輛共享速度、位置和方向等信息，通過在車輛之間建立實(shí)時連接增強(qiáng)了態(tài)勢感知，使它們能夠檢測潛在的碰撞，有助于預(yù)防事故、保持彼此的安全距離，同時有效改善交通流量和優(yōu)化油耗。V2V還是ADAS和自動駕駛的重要組成部分，有了它，車輛能夠做出明智的決策并積極應(yīng)對路況。
V2I通信實(shí)現(xiàn)了車輛與各種基礎(chǔ)設(shè)施元素之間的信息交互，如交通信號、路燈、嵌入道路的傳感器、建筑物甚至行人或騎自行車的人。這種連接使得車輛能夠及時接收重要信息，如紅綠燈狀態(tài)、速度限制、道路狀況以及道路危險(xiǎn)或施工區(qū)域的存在。通過整合這些數(shù)據(jù)，V2I可幫助減少擁堵，優(yōu)化交通信號時間，提高整體交通效率。此外，V2I通信可以為ADAS和自動駕駛汽車提供有價值的輸入，有助于更安全、更有效的導(dǎo)航。
V2X如何賦能智能出行？
V2X系統(tǒng)為車輛提供了整個城市環(huán)境的實(shí)時信息，包括基礎(chǔ)設(shè)施、其他車輛、運(yùn)輸管理系統(tǒng)、導(dǎo)航源等，意味著駕駛員將被告知附近其他車輛的位置、速度和方向等實(shí)時信息，可隨時收到有關(guān)交通事故或接近應(yīng)急車輛的信息。配備了V2X系統(tǒng)的車輛，相當(dāng)于為其創(chuàng)建了一個周圍環(huán)境的實(shí)時地圖。
在智能交通管理系統(tǒng)中，V2X技術(shù)非常有助于提高運(yùn)輸管理效率，減少擁堵。通過車輛與紅綠燈、路標(biāo)或其他智能交通系統(tǒng)之間的通信，V2X系統(tǒng)會通知駕駛員即將發(fā)生的交通堵塞，并為他們提供替代路線。這種環(huán)保駕駛還能有效減少燃油消耗和空氣污染。如果發(fā)生道路交通事故，V2V通信系統(tǒng)將及時通知接近的車輛，提高了整體智能移動的質(zhì)量和效率。
智能停車管理是智慧城市建設(shè)中的關(guān)鍵一環(huán)。V2X尤其是V2I對智能城市的智能停車管理具有重要意義，該技術(shù)將車輛和停車場連接起來，使停車場所有者和運(yùn)營商更容易跟蹤停車占用情況，駕駛員因此能實(shí)時了解有哪些停車位可用。
如今，V2X技術(shù)為我們展現(xiàn)了很多應(yīng)用機(jī)會，其中包括乘客的車輛安全和弱勢道路用戶（VRU）（包括行人和騎自行車人）安全、地圖、車輛定位以及支持自動駕駛汽車中人工智能的應(yīng)用。在智能和互聯(lián)汽車的單車感知中，不可避免地存在盲點(diǎn)或漏檢，C-V2X路側(cè)單元（RSU）提供的彎道、路口等車輛感知盲點(diǎn)的狀態(tài)信息可有效擴(kuò)展車輛的感知范圍，提高了安全冗余度，增強(qiáng)了自動駕駛的決策能力。
V2X對ADAS和自動駕駛有何影響？
V2X技術(shù)將打開未來涉及公共安全和基礎(chǔ)設(shè)施的許多應(yīng)用之門，但V2X非常令人興奮的應(yīng)用當(dāng)屬ADAS。這兩種技術(shù)均旨在通過降低碰撞的可能性和平滑交通流來提高道路安全和交通效率，只不過它們使用了不同的方法來實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。ADAS是基于使用攝像頭、雷達(dá)和LiDAR來改善車輛對周圍環(huán)境的感知，V2X則是基于通過車載單元（OBU）和路邊單元（RSU）實(shí)時交換信息讓車輛對環(huán)境有更細(xì)致和實(shí)時的了解。
自動駕駛是V2X可能產(chǎn)生較大影響的另一個領(lǐng)域。自動駕駛汽車中傳感器的數(shù)量和復(fù)雜程度將隨著自動駕駛水平的提高而不斷增加。V2X作為一個額外的傳感器，在所有天氣條件下都能正常工作，獲取新鮮的周邊信息，甚至還可以穿過墻壁和障礙物，有效地解決了車輛的視線問題。目前，一些企業(yè)已經(jīng)將V2X視為在車載單車智能中實(shí)現(xiàn)ADAS和自動駕駛有效的補(bǔ)充技術(shù)。
DSRC與C-V2X的技術(shù)路線之爭
自車聯(lián)網(wǎng)誕生以來，市場上一直存在兩條技術(shù)路線之爭，分別是基于無線局域網(wǎng)（WLAN）的和基于蜂窩的V2X技術(shù)。基于WLAN的V2X系統(tǒng)通過無線網(wǎng)絡(luò)（Wi-Fi）連接車輛和基礎(chǔ)設(shè)施，該技術(shù)就是DSRC（專用短程通信），也稱為ITS-G5/8.11p、WLANp和Wi-Fi-p，于2010年獲得批準(zhǔn)。DSRC也是業(yè)界第一個可用的V2X技術(shù)，它目前在奧地利和德國的道路上有著廣泛的部署。
C-V2X是由基于蜂窩調(diào)制解調(diào)器技術(shù)的3GPP標(biāo)準(zhǔn)定義的，該技術(shù)使用5.9GHz頻帶中的PC5接口在車輛、摩托車和路邊單元（RSU）之間發(fā)送和接收消息。第一代C-V2X（版本14/15）稱為LTE-V2X，第二代（版本16及更高版本）稱為5G-V2X。隨著2017年3GPP release 14規(guī)范中C-V2X的發(fā)布，基于蜂窩技術(shù)的V2X競爭優(yōu)勢開始顯現(xiàn)。
C-V2X展現(xiàn)出的優(yōu)勢在于它提供了從4G LTE到5G NR的清晰演進(jìn)路徑：3GPP Release 14中包含的初始C-V2X標(biāo)準(zhǔn)專注于V2V通信和PC5的基本修改。進(jìn)一步的3GPP版本可提供一系列的增強(qiáng)，用以支持更多的V2X操作場景，其中包括全套5G標(biāo)準(zhǔn)、多媒體優(yōu)先服務(wù)、V2X應(yīng)用層服務(wù)、5G衛(wèi)星接入、5G中的局域網(wǎng)支持、5G的無線和有線融合、終端定位和定位等，以及支持弱勢道路用戶（VRU）攜帶的UE設(shè)備的更高功率效率。
在實(shí)際應(yīng)用中，基于Wi-Fi的DSRC標(biāo)準(zhǔn)目前只有很少幾家歐洲OEM的車型配備了有限數(shù)量的V2X模塊。C-V2X明顯獲得了中國和美國的強(qiáng)有力支持，5G-V2X也有望在未來進(jìn)入歐洲汽車市場，并逐漸成為DSRC的替代方案。
V2X商用離我們還有多遠(yuǎn)？
在過去的幾年里，這個問題很難回答。截至2023年，理論上V2X技術(shù)已完全準(zhǔn)備好實(shí)施和商業(yè)使用。該技術(shù)的可靠性和安全性在跨行業(yè)互操作性測試中得到了反復(fù)驗(yàn)證，很多路邊設(shè)備現(xiàn)在都支持V2X，許多OEM已經(jīng)為他們的車輛配備了V2X OBU。
歐洲經(jīng)常被視為V2X技術(shù)和合作智能交通系統(tǒng)（C-ITS）的優(yōu)秀試驗(yàn)平臺，這不僅是因?yàn)闅W洲大陸擁有世界上一些發(fā)達(dá)、維護(hù)完善的道路網(wǎng)絡(luò)，還因?yàn)樗鼈儞碛袛?shù)十家道路運(yùn)輸運(yùn)營商，并且擁有集中的大批汽車OEM。在目前的歐洲市場，DSRC是事實(shí)上的V2X技術(shù)，市場活動也大多基于此。
目前，歐洲正在進(jìn)入商用V2X部署的早期階段，要想大規(guī)模運(yùn)營V2X服務(wù)，還需要部署更多的OBU和RSU，這可能需要長達(dá)十余年的時間。很重要的一個原因是市場上的舊車保有量太大，這些車幾乎沒有升級到V2X的可能。此外，道路運(yùn)營商也需要時間將RSU安裝到路邊設(shè)備中。
好消息是，歐洲新車評估計(jì)劃Euro NCAP在其2025年發(fā)展路線圖中宣布，從2024年開始，所有新車都必須配備V2X連接才能獲得五星級安全評級，此舉將有效激勵OEM在其車輛中大規(guī)模部署V2X。作為早期采用者之一，大眾汽車在高爾夫和歐洲銷售的電動汽車系列等車型中加入了DSRC，每輛車均配備了V2X OBU。寶馬近期宣布計(jì)劃在其車輛中部署V2X技術(shù)，用于車輛到電網(wǎng)（V2G）雙向充電。
C-V2X是中國、美國和歐洲未來極可能使用的V2X通信技術(shù)。FCC選擇LTE-V2X在美國進(jìn)行了大規(guī)模部署。
中國正在廣泛部署LTE-V2X，根據(jù)政府發(fā)布的戰(zhàn)略要求，專門為LTE-V2X分配了頻譜，中國部分汽車制造商承諾在2022/2023年開始部署并準(zhǔn)備大規(guī)模推出C-V2X，預(yù)計(jì)到2025年將實(shí)現(xiàn)大規(guī)模V2X覆蓋。
另據(jù)新消息，2024年6月4日，工信部、公安部、住房城鄉(xiāng)建設(shè)部、交通運(yùn)輸部等四部門聯(lián)合發(fā)布公告稱，將有序開展智能網(wǎng)聯(lián)汽車準(zhǔn)入和上路通行試點(diǎn)，由長安汽車、比亞迪、廣汽等汽車生產(chǎn)企業(yè)和使用主體組成的9家企業(yè)此次進(jìn)入試點(diǎn)的聯(lián)合體，工作目標(biāo)是：
-
- 一方面引導(dǎo)智能網(wǎng)聯(lián)汽車企業(yè)加強(qiáng)能力建設(shè)，在保障安全的前提下，促進(jìn)產(chǎn)品的功能、性能提升和產(chǎn)業(yè)生態(tài)的迭代優(yōu)化；
另一方面，基于試點(diǎn)實(shí)證積累的管理經(jīng)驗(yàn)，加快健全完善智能網(wǎng)聯(lián)汽車生產(chǎn)準(zhǔn)入和道路交通安全管理體系，推動智能網(wǎng)聯(lián)新能源汽車產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。
在產(chǎn)品方面，支持DSRC和C-V2X的解決方案均基本就緒。作為V2X早期的推動者之一，NXP V2X系統(tǒng)平臺在5.9GHz和760MHz頻段中運(yùn)行，與所有優(yōu)秀供應(yīng)商的全球軟件協(xié)議兼容，可在全球使用。
其中，RoadLINK SAF5400是通過汽車應(yīng)用認(rèn)證的、適用于V2X應(yīng)用的單芯片DSRC調(diào)制解調(diào)器，能夠在芯片上每秒中繼多達(dá)2000條基本安全消息（BMS）驗(yàn)證，從而為發(fā)送和接收的消息提供更好的范圍。同時還可以利用NXP的i.MX應(yīng)用處理器得到進(jìn)一步增強(qiáng)，該處理器現(xiàn)已包含在其V2X系統(tǒng)解決方案中。此外，SAF5400還集成了NXP的高性能安全元件技術(shù)，以便滿足V2X無線安全要求。
圖1：單芯片DSRC調(diào)制解調(diào)器RoadLINK SAF5400系統(tǒng)框圖（圖源：NXP）
DSRC和C-V2X源于不同的技術(shù)，導(dǎo)致了根本不同的操作方法。Autotalks是一家專門致力于為人工駕駛和自動駕駛車輛提供V2X通信的半導(dǎo)體公司，同時也是唯一一家提供可兼容兩種V2X技術(shù)的V2X解決方案企業(yè)。
它的第三代設(shè)備TEKTON3和SECTON3還增加了5G-V2X功能，這些設(shè)備可同時操作5G-V2X信道和額外的LTE-V2X（或DSRC）信道。
其中，TEKTON3是一款完全集成的V2X SoC芯片，專門用于支持基于車聯(lián)網(wǎng)的駕駛操作。在與TEKTON3芯片搭配組建的參考設(shè)計(jì)中，由英飛凌提供的車規(guī)級HYPERRAM 3.0存儲芯片具有16位HYPERBUS接口，可實(shí)現(xiàn)800MBps的傳輸速率，滿足外部存儲器對成本、功率密度和數(shù)據(jù)處理性能等各項(xiàng)要求，從而幫助OEM廠商創(chuàng)建有針對性的新一代汽車V2X解決方案。
圖2：英飛凌車規(guī)級HYPERRAM 3.0存儲芯片與TEKTON3搭配可組建支持雙標(biāo)準(zhǔn)的第三代V2X參考設(shè)計(jì)（圖源：Infineon）
結(jié)語
目前，全球約有100萬輛V2X聯(lián)網(wǎng)汽車在路上行駛，大部分集中在歐洲和中國。其中約一半的市場使用了基于DSRC的技術(shù)，另一半市場使用C-V2X技術(shù)，這部分的大多數(shù)車輛在中國。
根據(jù)IDTechEx的報(bào)告《2024-2034年聯(lián)網(wǎng)和軟件定義汽車：市場、預(yù)測和技術(shù)》，全球的V2X市場將主要向C-V2X技術(shù)轉(zhuǎn)變，預(yù)計(jì)90%以上的市場將使用基于5G的C-V2X，這一轉(zhuǎn)變的主要貢獻(xiàn)者將來自美國和中國。到2034年，中國每年將新增3,000萬輛V2X汽車，V2X將成為大多數(shù)車輛的標(biāo)配。歐盟是一個官方技術(shù)中立的地區(qū)，現(xiàn)在擁有強(qiáng)大的DSRC/ITS-G5基礎(chǔ)，一些C-V2X模塊提供商正在向該地區(qū)提供支持C-V2X和基于Wi-Fi的V2X技術(shù)的雙系統(tǒng)。
V2X技術(shù)和產(chǎn)品碎片化問題是當(dāng)前行業(yè)發(fā)展的重大挑戰(zhàn)，除非使用同一型號的產(chǎn)品，路上配備V2X的車輛幾乎沒有相互發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的能力。像LTE和5G這樣的大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)，將有效地彌合車輛、基礎(chǔ)設(shè)施和行人之間的數(shù)字鴻溝，使它們能夠真正進(jìn)行相互通信。不過，該技術(shù)尚未在汽車行業(yè)獲得完全采用，市場推廣力度亟需加強(qiáng)。
從長遠(yuǎn)來看，V2X技術(shù)是提高道路安全和實(shí)現(xiàn)全自動駕駛的一種頗有前途的解決方案。Zion market research的研究數(shù)據(jù)表明，2023年全球汽車V2X技術(shù)市場規(guī)模約為5.4億美元，預(yù)計(jì)到2032年將達(dá)到約189億美元，2024年至2032年的復(fù)合年增長率高達(dá)48.50%。歸納起來，V2X技術(shù)有望改變現(xiàn)有的交通格局和人們的出行方式，使我們的道路變得更安全、更高效、更互聯(lián)。
要使這一愿景成為現(xiàn)實(shí)，需要包括汽車制造商、監(jiān)管機(jī)構(gòu)和消費(fèi)者在內(nèi)的所有利益相關(guān)者共同努力，克服未來的各種挑戰(zhàn)，比如建立一個功能性和可互操作的V2X生態(tài)系統(tǒng)，讓所有利益相關(guān)者站在同一立場，工作在同一平臺。只有這樣，V2X才能更快地從愿景走進(jìn)現(xiàn)實(shí)。
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