观点 | 车联网加速实现自动驾驶功能的应用和产业化发展
当前,世界经济加速向以网络信息技术产业为重要内容的经济活动转变,在汽车产业表现尤为突出,传统汽车和新能源汽车向着网联化、智能化方向演进,信息服务、自动驾驶等新应用不断涌现,车联网综合服务体系正在加快形成。
作者:中国信息通信研究院
来源:中国信息通信研究院
2017-06-28 13:58:59

一、引言

当前,世界经济加速向以网络信息技术产业为重要内容的经济活动转变,在汽车产业表现尤为突出,传统汽车和新能源汽车向着网联化、智能化方向演进,信息服务、自动驾驶等新应用不断涌现,车联网综合服务体系正在加快形成。

车联网是物联网在汽车领域的典型应用,也是5G的核心应用场景,具有应用空间广、产业潜力大、社会效益强的特点,对带动汽车、电子、信息通信、交通管理等行业的产业转型升级具有重要意义。借助新一代信息通信技术,车联网将实现车内、车与车、车与路、车与人、车与云服务平台的V2X(Vehicle to Everything)全方位网络连接,支撑构建汽车生活新业态,提升汽车智能化水平,提高交通出行和管理效率,同时为用户提供智能、舒适、安全、节能、高效的综合服务。由此,车联网不仅可以为自动驾驶功能的应用提供必要的信息交互渠道;更将为自动驾驶的产业化发展构建一个共享分时租赁、车路人云协同的综合服务体系。

二、车联网核心关键技术进展

V2X无线通信技术(包括DSRC、LTE-V2X、5G-V2X等)是车联网领域的技术热点和重点,当前已经进入发展的成熟期。借助于V2X无线通信技术,可突破单一汽车在智能化发展方面的非视距感知、车辆信息共享等技术瓶颈,助力实现汽车自动驾驶功能的应用,包括前向碰撞预警等主动安全类预警应用、高速编队行驶等部分自动驾驶应用以及面向未来的完全自动驾驶应用。

当前,国际成熟的V2X无线通信技术有两种技术路线选择,一是基于IEEE 802.11p的专用短程无线通信技术(Dedicated Short Range Communications,DSRC),二是我国参与推动的基于LTE的V2X无线通信技术(LTE-V2X)。美国、欧盟、日本等国家已经启动基于IEEE 802.11p的DSRC专用短程无线通信技术的外场试验工作,美国交通部希望全美汽车增加DSRC功能。与IEEE 802.11p相比,LTE-V2X具有技术上的后发优势,又可以利用成熟的蜂窝网络覆盖和芯片、终端产业基础。

2.1  DSRC专用短程无线通信技术

DSRC专用短程无线通信技术是一种高效的无线通信技术,提供高速的数据传输,并保证通信链路的低延时和高可靠。DSRC专用短程无线通信技术在物理实现上主要包含路侧基础设施设备(Road Side Unit,RSU)和车载设备(On Board Unit,OBU)两个部分。美国、欧盟、日本都采取了一系列技术试验、应用示范和行政措施助力DSRC专用短程无线通信技术发展。

(1)在频谱使用方面

给出了明确规定,美国为基于IEEE 802.11p的DSRC专用短程无线通信提供了5850~5925MHz的75MHz频段;欧洲为DSRC划分了专用频道5855~5925MHz,其中30MHz用于主动安全应用;日本则选择将755.5~764.5MHz作为智能交通系统的专用通信频段。

(2)在技术标准体系建设方面

美国已经形成SAE、IEEE 1609、IEEE 802.11p相关联衔接的系列技术标准体系,IEEE802.11p与上层IEEE 1609共同构成WAVE系列标准,SAE则以WAVE为基础设计制定了SAE J2945、J2735相应协议标准,共同构成了美国交通部推进DSRC专用短程无线通信项目的基础;欧洲已经形成欧洲电信标准协会(ETSI)/欧洲标准化委员会(CEN)联合制定的ITS-G5系列标准体系,包括底层IEEE802.11p、网络层GeoNetwork、应用层CAM和DENM等协议标准。

(3)在应用示范和产业化推进方面

美国在MCity示范区以及安娜堡地区对DSRC专用短程无线通信技术进行了大规模的测试验证,并拥有了大量的数据集(Safety Pilot Model Deployment,SPMD),可用于进行DSRC通信性能和应用有效性的分析;美国交通部出资4200万美元在纽约、怀俄明州、弗罗里达州3个地方开展安全测试,利用DSRC技术减少交通拥堵和加快道路通行速度,预计截止2017年将试装1万辆。此外,美国汽车厂商通用在2017款凯迪拉克CTX已经前装DSRC通信模块。荷兰、德国和奥地利联合建立欧洲协同式智能交通走廊,基于ETSI ITS-G5技术,探索ITS与智能汽车发展。日本将ITS Connect车路、车车间通讯系统作为合作式智能交通的重要部分,丰田、本田、电装等积极推进DSRC专用短程无线通信技术产品研发和试验验证。

(4)在行政措施方面

2016年12月13日,美国交通部正式发布《联邦机动车安全标准——第150号》(FMVSS No.150),要求所有轻型车辆强制安装V2V通讯设备,确保车辆和车辆之间能够发送和接收基本安全信息,V2V选择DSRC专用短程无线通信技术作为车车通信统一标准。美国交通部同时将该项FMVSS强制标准纳入《联邦机动车安全法案》(修正案草案)向立法机构正式提出,预计经历90天公众评议期和《联邦公报》全文刊登之后,将正式编入联邦法律第49章节(49 CFR Part 571)。主要内容包括:

●在所有新出厂的轻型车辆上强制安装V2V通讯设备从长远来看,目前的规定属于“试验”性质,强制安装的范围暂时划定为轻型新车。法律规定,在执行一段时间之后,V2V强制安装将会扩大到中型和重型车辆上。此外,NHTSA对于已经在路上行驶的所有车辆(旧车),不排除未来要求其强制安装V2V通讯设备。

●V2V通讯标准采用DSRC专用短程无线通信技术将DSRC写入立法,是联邦通讯委员会(FCC)与交通部、商务部三方共同协商的结果,后续将由FCC暂行负责美国与欧盟、北美自由贸易区(NAFTA)、亚太等地区的标准协调事宜。

2.2   LTE-V2X无线通信技术

与基于IEEE 802.11p的DSRC专用短程无线通信技术相比较,我国重点支持具有自主知识产权的LTE-V2X技术研发与产业化,LTE-V2X是一种基于LTE的V2X无线通信技术,除支持车与车、车与人、车与路侧基础设施通过直通方式进行通信外,也包含基于云服务平台的LTE连接和信息服务,因此具备提供专用短程直接通信与广域蜂窝通信的综合通信能力。车与车、车与人、车与路侧基础设施短程直接通信,可以不需要LTE网络支撑,提供主动安全等低时延要求的应用;车与云服务平台则经由LTE网络提供基于云端的更加丰富的综合信息服务。

(1)在技术标准体系建设方面

2015年初,3GPP正式启动LTE-V2X技术的需求和标准化研究,我国华为、大唐、中兴等企业都积极参与其中;3GPP SA1(需求工作组)开展了LTE-V2X需求研究,已经于2016年3月完成结项。2016年初,3GPP SA2(架构工作组)启动WI,2016年底完成标准化。

在LTE-V2X空口研究方面,3GPP RAN(无线技术工作组)于2015年7月启动SI立项,已于2016年6月完成结项;2016年初,对直通车与车通信(V2V)启动WI立项,已于2016年9月完成标准化,支持基于短距离直接通信的车与车通信;2016年6月,启动车与路侧基础设施通信(V2I)的WI立项,于2017年3月完成标准化,至此LTE-V2X标准全面完成。后续,3GPP将继续开展LTE-V2X增强技术研究,2017年3月启动了R15阶段的LTE-V2X技术增强研究,计划到2018年6月完成。目标在保持与R14 LTE-V2X后向兼容要求下,进一步提升V2X直通模式的可靠性、数据速率和时延性能,以部分满足更高级的V2X业务的需求。与此同时,在工业和信息化部、交通部等主管部门的指导下,众多相关研究机构、企业和组织积极配合,联合推进人、车、路协同的V2X全方位网络连接标准体系建设、标准规范制定和专用无线频段的研究等工作。

(2)在应用示范方面

2015年6月,工业和信息化部批准上海国际汽车城承担了国内第一个智能网联汽车试点示范区,计划通过3~5年的建设发展,打造覆盖整个汽车城100km2的智能网联汽车试点示范区,开展智能网联汽车总体测试和智慧交通示范。

2016年6月,国家智能网联汽车(上海)试点示范区封闭测试区开园,建设有GPS差分基站、LTE-V2X通讯基站、DSRC和LTE-V2X路侧单元、智能红绿灯和各类摄像头,整个园区道路实现了北斗系统的厘米级定位和Wi-Fi的全覆盖。

2016年,工业和信息化部相继与重庆、北京—河北、浙江、湖北和吉林签订“基于宽带移动互联网的智能汽车、智慧交通应用示范”部署合作协议,支持开展LTE-V2X无线通信技术的测试与应用示范。2016年11月,重庆智能汽车集成系统测试示范区(i-VISTA)开园,园区占地402.7亩,测试道路全长5km,10多种做道路环境,11个十字路口,GPS/北斗/GLONASS差分激战1个,LTE-V2X分布式通信基站10个,LTE-V2X路侧单元8套,信号灯组11个,城市模拟道路测试评价试验区道路交通场景50个。试点示范区将为我国城市开展智能交通基础设施建设,企业、研究机构和组织开展V2X无线通信技术研究与测试评估提供环境支撑和资源保障。

(3)在产业化推进方面

2016年11月,大唐电信集团基于自主研发制造的LTE-V2X芯片级解决方案,完成LTE-V2X通信设备预商用设备开发,包括LTE-V2X车载单元(OBU)和路侧单元(RSU)预商用产品。产品接口丰富,包括CAN、USB、RJ45、以太网口等,能满足测试阶段用户的多样化需求。此外,该系列LTE-V2X设备均支持LTE-V-Cell和LTE-V-Direct两种工作模式,既能够支持大带宽、广覆盖的通信传输支撑,满足信息服务类的应用需求,又能够提供低时延、高可靠的通信服务,满足安全及交通效率类应用的需求。基于上海试点示范区的道路无线通信网络部署实践,清华大学车路协同研究团队(北京星云互联科技有限公司)支撑芜湖市政府开展中心城区改造工程,重点实施了基于V2X无线通信系统的交通基础设施改造。在芜湖市城区中心挑选10个比较典型的路口安装了路侧通信设备,通过路侧通信设备与相应的信号机、微波等交通基础设施进行实时数据通讯,为装载车载通信设备的车辆提供车速引导、闯红灯预警、车辆避撞、行人避撞等多种应用服务。

(4)在政府顶层规划和支持方面

我国政府于2015年先后提出了“中国制造2025”及“互联网+”发展战略,大力推动汽车产业转型升级和结构优化调整,将其作为新一轮科技革命以及中国制造业转型升级的产业龙头。

2016年,工业和信息化部印发《车联网创新发展工作方案》,从技术创新、标准制定、平台及试验场地、应用示范、基础设施建设、安全六大方面全面阐述了车辆网联化发展所涉及的各个方面工作。2016年,发改委发布《互联网+“人工智能3年行动实施方案》,鼓励汽车领域企业提升产品智能化水平,与互联网企业合作开展跨行业集成创新,建立基于智能汽车的网络化服务新模式;发改委与交通部联合发布《推进”互联网+“便捷交通 促进智能交通发展的实施方案》,从构建智能运行管理系统、加强智能交通基础设施支撑、全面强化标准和技术支撑、实施”互联网+“便捷交通重点示范项目4个维度全面阐述了汽车产业转型升级的重要方向,提出了车联网与自动驾驶的技术创新发展趋势和应用推广路径,并明确了相应的引导政策和示范项目。

此外,我国专项支持面向汽车网联化发展的信息通信技术研发及产业化,我国2016年“新一代宽带无线移动通信网国家科技重大专项”中分别设置了“LTE-V无线传输技术标准化及样机研发验证”和“面向自动驾驶的5G关键技术研究与演示”两个研究课题,旨在加大对基于下一代移动通信及下一代移动互联网的交通应用技术研发支持力度,攻克面向交通安全和自动驾驶的人车路协同通信技术。中国汽车工程研究院股份有限公司“智能网联汽车系统及通信标准化研究与试验验证平台建设”项目获得工业和信息化部2016智能制造标准示范项目支持,聚焦于智能网联汽车先进智能辅助系统(ADAS)、车车/车路协同、自动驾驶等涉及的基础共性技术、关键技术以及应用技术,研究覆盖通信、智能系统、整车、基础设施等关键产业技术链,建立符合中国交通工况特性及中国区域特色的验证体系及技术标准,搭建相关测试验证硬件与软件平台,并开展各项技术标准的测试验证工作,最终建立我国智能网联汽车第三方测试评估公共服务平台。

三、后续工作重点

V2X无线通信技术是汽车实现网联化发展的核心,也是汽车智能化发展的重要基础支撑。欧盟ETSI、3GPP等标准化组织已经开展面向V2X二期自动驾驶相关应用的通信性能需求分析、应用场景设计等工作,包括高速编队行驶(Platooning)、自适应巡航控制(Cooperative Adaptive Cruise Control,C-ACC)和弱势道路用户(Vulnerable Road Users,VRU)等。在欧盟范围内,5GAA组织积极开展车联网商业应用模式的研究,通过用例与技术需求研究、系统架构与解决方案开发、测试试验、标准、商业模式与市场策略研究等工作,推动端到端产业生态发展。我国在 IMT-2020(5G)推进组下成立C-V2X工作组,联合汽车、交通、信息通信等相关行业企业,共同探讨V2X的商业模式创新,以及面向网联式自动驾驶的5G通信需求,推动实现V2X全方位网联连接的部署,构建全新的汽车、信息通信融合产业生态。

当前,我国应重点支持自主LTE-V2X通信技术和产业发展:

一是我国政府部门应充分发挥部际协调机制作用,共同解决车联网、自动驾驶面临的法律、法规、标准等重大问题,并尽快研究开放V2X专用通信频段。

二是自主通信企业应加强支持LTE-V2X专用无线通信技术的芯片和终端设备,并加快LTE-V2X技术产业化协同发展进程。

三是整车与高校、通信企业合作,开展LTE- V2X应用功能的研发和测试。

四是交通、公安等部门结合当前示范区建设工作,推动LTE-V2X无线通信设备在车辆、交通基础设施等的安装应用,并逐步扩大在半开放、开放环境城市环境下的部署,实现车与车、车与交通设施间的通信互联。

未来,应探索推进5G技术在车联网领域的产业化,一是开展基于5G的eV2X无线通信系统架构研究、车-云同步、3D地图动态重构等自动驾驶关键技术研发,突破盲区感知、车间协同、动态地图等技术瓶颈,推进基于5G的eV2X无线通信原型系统、芯片和设备的研发;二是推动建立国家级V2X和5G的无线技术验证平台,完成智能驾驶与无线技术、智能交通安全等相关技术的试验验证,推动5G eV2X无线通信技术成熟完善;三是与应用示范相结合,积极利用5G eV2X技术推进交通信号灯等交通设施的智能化改造。

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