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5G﹢车联网:新技术助推百年汽车业变革

作者:刘彤 张鸣 王欣 郭佳 来源:人民邮电报 发布时间:2020-07-18 浏览:
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百年汽车业正逢变革,无论是动力的转型,还是智能网联的进步,都冲击着这个古老而庞大的产业。在汽车诞生之初,发动机主导着汽车工业的发展,如今,在万物智联的信息科技新时代,5G将从智能车载电子系统、智能交互应用等方面重新定义未来智能汽车,作为汽车网联化基础的车联网也迎来新的发展拐点。

政策强力支撑带来发展新契机

5G将为车联网带来什么?5G网络所拥有的高可靠、大带宽、低时延等特性,将补齐车联网、自动驾驶在通信网络层的技术短板。通过一组数据对比来看:自动驾驶汽车以每小时60公里的速度行驶,如果时延是60毫秒,车的制动距离大概是1米;如果是10毫秒的时延,车的制动距离是17厘米;如果降低到5G的理论时延1毫秒,制动距离将缩短到只有17毫米。

5G的特性,提升了车辆对环境的感知、决策和执行能力,给车联网、自动驾驶应用,尤其是涉及车辆安全控制类的应用创造了很好的基础条件。可见5G对于车联网的作用巨大,是必不可少的一环。

今年3月,工信部发布《关于推动5G加快发展的通知》,其中明确指出,促进“5G﹢车联网”协同发展。推动将车联网纳入国家新型信息基础设施建设工程,促进LTE- V2X规模部署。建设国家级车联网先导区,丰富应用场景,探索完善商业模式。结合5G商用部署,引导重点地区提前规划,加强跨部门协同,推动将5G、LTE-V2X纳入智慧城市、智能交通建设的重要通信标准和协议。开展5G-V2X标准研制及研发验证。

去年5月,工信部批复江苏(无锡)车联网先导区,实现规模部署C-V2X网络、路侧单元,装配一定规模的车载终端,完成重点区域交通设施车联网功能改造和核心系统能力提升,丰富车联网应用场景,实现良好的规模应用效果。而基于5G技术低时延、高可靠、高速率和大容量的特点,车联网不仅可以帮助车辆间进行位置、速度、行驶方向和行驶意图的沟通,更可以利用路边设施辅助车辆对环境进行感知。

在国家政策的大力引导下,智慧交通标准体系基本建成,产业链中的芯片、终端、平台、应用等元素构成闭环系统。5G赋能智慧交通,将车、路、人、云连接起来,通过“端”“管”“云”三层架构实现环境感知、数据融合计算、决策控制,形成一张可随时通信、实时监控、及时决策的智能网络。

今年5月,中国联通携手华为发布《新基建、新动能:5G车路协同白皮书》,白皮书聚焦“聪明的车,智慧的路,安全灵活的网,强大的云”,在5G技术的赋能下,车端和路端将全面实现基础设施的数字化和信息化。通过5G﹢C-V2X融合组网保障智慧交通业务的安全性和连续性,同时基于人工智能与大数据构建智能交通的一体化云控平台。

车联网市场是一个比较成熟的物联网应用领域,业界预测,2020年全球车联网有望突破1000亿欧元规模,而5G技术将为其插上腾飞的翅膀,为车联网的突破性发展提供关键支撑。

车载应用大幅提升驾驶体验


国家智能网联汽车长沙测试区的自动驾驶汽车。 图片来源:搜狐

汽车中控进入“大屏时代”后,传统车企、新兴互联网公司推出了一大批车载应用App,极大提升了汽车的驾驶体验,这些智能化人车交互系统正是车联网“车-人(V2P)通信”的一部分。然而,从中国汽车工业协会对搭载V2X功能汽车的定义来看,车联网V2X中的“X”远不止“车-人通信”一项,车-车(V2V)、车-路(V2R)、车-网(V2N)通信技术为“5G﹢车联网”描绘出更广阔的应用前景。

在上海宝山钢铁厂,5G技术加持的钢材运输车已实现生产线至港口的无人化操作。然而,厂区内的道路环境是封闭且无干扰的,所以5G无人驾驶的实现难度相对更低。在交通参与者更多、道路环境更复杂的公共交通环境下实现真正意义的无人驾驶、自动驾驶,才是当前“5G﹢车联网”的终极发展目标。

有人驾驶时代,车辆的行驶轨迹全靠司机的判断和控制。而在无人驾驶场景中,车辆与车辆之间可以依托5G车联网的V2V系统实现自主“沟通”。在自动驾驶场景中,如果车辆在行驶过程中需要变道,5G车联网系统可将这辆车的行驶意图发送给相关车道的其他车辆和路侧基础设施,其他车辆进行加、减速动作或由路侧基础设施根据变道车辆的请求统一协调,使得车辆能够顺利完成换道动作。在车辆编队行驶场景中,车队所有车辆可通过V2V系统实时连接,根据头车操作而变化驾驶策略,整个车队以极小车距编队行驶。基于5G低时延的网络特性,当头车做出刹车指令后,通过5G车联网的V2V系统,能实现前后车之间的瞬时反应,后车甚至可以在前车开始减速前就自动启动制动,这种瞬时反应意味着车辆可以以非常小的距离进行安全行驶。

V2V解决了自动驾驶微观层面的问题,V2N——“车-网、车-云”通信则在宏观层面给未来智慧交通提供了更多可能性。无论有人还是无人,导航已经成为行车必不可少的配置。自动驾驶时代所需要的地图数据必须是高精度的,普通导航电子地图的绝对坐标精度在10米左右,无法满足自动驾驶对地图精度的需求。以往,为车载导航仪更新地图需要耗费较长时间,且必须使用数据线连接电脑进行。有了高速率的5G网络,高精度地图的下载不再受时间、地点的限制,5G与云技术和边缘计算相结合,将为高精度地图的即时更新、快速下载提供高速的网络通道。

而在通行道路方面,5G车联网更是具有革命性的意义。经常开车的朋友会发现这样的情况,车辆在市区不一定要跑到60km/h才是最快的,或许车速控制在40km/h,反而可以一路畅通地通过各个红绿灯路口,这种效应叫作“绿波通行”。提高通行效率,才是缓解交通压力的治本之策,5G车联网有望让“绿波通行”成为现实。在智慧交通时代,行驶在道路上的汽车通过车联网“上云”后,系统可根据车辆目的地、道路状况等因素选定合适的路线、车速,对每一辆汽车进行精准的控制,使城市道路资源得到最高效的利用。

R16标准为车联网按下“加速键”

7月初,国际标准组织3GPP完成了5G R16版本标准,这是自R15标准冻结后的第二版面向5G的技术标准。R16作为演进版标准,主要面向5G三大场景中的URLLC(高可靠低时延场景)与mMTC(海量机器通信场景),而车联网正是其重点支持的领域。

V2X是车联网标准的关键技术,在2006年首次提出,其像汽车的“眼睛和耳朵”一样,让汽车在行驶过程中能够感知路况、驾驶员的状态等信息,实现智能驾驶。V2X主要包含V2V(车与车的连接)、V2I(车与路边基础设施的连接)、V2N(车与网络的连接)、V2P(车与人的无线连接)等方面,即车辆通过传感器、移动通信网络、云计算等技术,与其他车辆、人、路边指示灯等进行“通信”,并根据收集的信息进行分析、决策。

V2X主要有两个技术标准,一个是以美国、日本等车企为主导的DSRC技术,已经有测试成熟的商用芯片,产业链相对比较成熟,但是由于过多依靠雷达等设备,成本相对较高;另一个是3GPP标准组织、通信企业主导的C-V2X技术,C-V2X技术能够不断进行技术革新,可以满足更高性能的场景需求。

由于5G网络的日益成熟,C-V2X标准也在成熟发展中。目前,日本、欧洲等车企也在转向研究C-V2X技术,而5G-V2X逐渐被行业看作车联网的未来技术。

此次,R16标准冻结,在优化了5G网络性能指标的同时,也提升了V2X的感知能力,推动车联网发展。R16支持1微秒同步精度、0.5~1毫秒空口时延,最快可实现5毫秒以内的端到端时延和更高的可靠性,能够满足车与车、车与人、车与路面情况之间的数据采集、数据传输的网络速率、时延需求,将能够继续优化车联网感知、调度等功能,实现车联网支持全自动驾驶车辆编队、半自动驾驶、远程驾驶等更丰富的车联网应用场景。

目前,R16标准能够支持L3(有条件自动化)/L4(高度自动化)级别的自动驾驶,为车联网发展注入新动力。目前5G下一版本标准R17已经在路上,并计划于2021年冻结,5G-V2X版本车联网标准也将随着R17标准的成熟,最终实现完全自动驾驶。

关键字:车联网

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