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一场“交通进化”将至: 5G带给车联网与自动驾驶哪些升级?

来源:www.laplaque-ae.com 点击:788

5G时代已经到来,商业化的步伐正在逐渐加快。腾讯科技与高品质科技CP和行业专家共同推出“5G麻将近距离相遇”系列文章,解释5G在通信、物联网、汽车联网、工业联网、边缘计算和云服务等各个行业的应用,并深入分析5G技术将对行业竞争格局产生什么影响。今天是关于车辆联网的文章,重点是5G在自动驾驶和车辆联网领域的应用和突破。本文作者是高通公司技术标准高级总监、《5G和车联网》作者李燕。

2019被认为是世界上“5G的第一年”,中国5G的发展也进入了冲刺阶段。作为新一代移动通信技术,5G将成为支持未来创新的统一连接框架,为经济增长提供新的动力。

随着5G商务的出现,人们期待这项创新技术给许多传统领域带来新的面貌。例如,对于百年汽车工业来说,这意味着自动驾驶和车辆联网技术的加速和突破,以及整个行业更大的想象空间。

5G和车辆联网:将改变工业投资的方向

首先,让我们理解“车辆联网”的概念。车辆联网也称为V2X(Vehicle to VeryEveryThEr),它是车辆与一切事物之间的互联,包括车辆与车辆(V2V)、车辆与基础设施(V2I)、车辆与行人(V2P)和网络(V2N)之间的通信。

汽车网络就像一个微信群,包括汽车、交通灯、行人和云参与者等路边设施。该组中的每个参与者可以与其他参与者实时共享他自己的信息,以识别彼此的位置和驾驶意图,通知交通信息,例如交通灯等。帮助团队中的车辆感知道路并支持车辆自动化。

传统的V2X技术已经生产了很长时间。作为早期802.11a技术的衍生产品,它是在21世纪的头几年构想出来的。然而,传统的V2X技术有明显的局限性。主要有以下几点:

首先,它缺乏无线技术发展的长期路线图。随着汽车之间互联性的提高,汽车行业已经采用4GLTE技术,并在未来向5G方向发展。这种传统技术已经偏离了汽车工业的未来愿景和发展方向。

其次,对传统V2X技术的投资缺乏动力。对汽车制造商来说,一次性投资不具成本效益,传统技术将难以长期维持。就道路基础设施而言,传统V2X技术无法与其他广泛部署和不断创新的无线技术产生协同效应。资金紧张的各级交通部门很难对其进行投资,推动基础设施升级。

最后,传统V2X技术并没有预见到2019年至2020年全球5G转型的加速,但正是全球5G技术发展的加速改变了汽车制造商和道路基础设施管理者的投资方向。

鉴于传统V2X技术的缺点,并充分利用蜂窝移动通信的工业规模优势,全球移动通信标准化组织3GPP在R14标准版本中定义了C-V2X(蜂窝车辆联网)技术。自2016年C-V2X技术诞生以来,汽车行业的大多数参与者都采用了能够全面解决安全和效率问题的技术C-V2X。这是最好的技术,适合未来的发展,符合全球变化的道路。

基于3GPP无线标准的C-V2X全球无线部署符合5G演进路线,将从终端和基础设施层面充分发挥规模效应。C-V2X可以集成到无线模块中进行车内信息处理,从而也解决了汽车制造商的增量成本问题。道路基础设施部署可以与5G规模部署产生协同效应,为各级政府节省大量支出。与传统技术相比,C-V2X还具有技术优势,可以提供两倍以上的通信范围和可靠性。

5G带来Br

然而,仅仅依靠单车智能将会有很大的局限性。例如,对于交通设施缺陷严重的道路、部署不良的道路或交通流量大、速度快的高速公路等复杂场景,单车智能仍然难以完成复杂道路环境的感知和实时决策。然而,随着5G的发展和应用,自动驾驶汽车已经突破了这些限制。

由于5G技术的不断深化和在中国汽车产业链中的应用,人们普遍认为,在汽车驾驶研究领域,汽车驾驶不仅需要智能汽车,还需要智能道路协调。利用低延时、高可靠性、高速大容量的5G技术,车辆联网不仅可以帮助车辆在位置、速度、行驶方向和行驶意图上相互沟通,还可以利用路边设施来辅助车辆感知环境。例如,使用自己摄像机的车辆可能无法确保准确判断交通灯,这可能导致违反交通灯。然而,使用车辆网络的V2I技术,交通灯以无线方式向周围车辆发送光信号,以确保自动驾驶车辆准确了解交通灯的状态。

不仅如此,交通灯还可以广播下一次信号变化的时间,甚至未来一段时间内其他相邻路口的信号状态。自动驾驶车辆可以根据此精确优化行驶速度和路线,选择红灯最少、行驶速度最快的路线,从而优化交通,减少碳排放。

另一个例子是十字路口的交通优化和行人过街警报。今天,行人/自行车和穿过十字路口的车辆之间的碰撞经常发生在道路上,尤其是左转车辆。由于视线受阻,驾驶员和车载传感器通常无法观察到行人穿过十字路口。一种解决方案是通过安装雷达和摄像机来监控十字路口的行人。如果在斑马线和十字路口检测到行人,并且行人在车辆行驶路线上,路边设施(RSU)可以立即通知即将转弯或直行的车辆,以避免事故。

5G和车辆联网技术是自动驾驶的必要技术保障。我们有理由相信,5G技术将通过选择“智能汽车与智能道路”的正确技术路线,充分发挥5G的技术优势,在自动驾驶领域发挥重要作用。

5G增强自动驾驶的感知、决策和执行

自动驾驶包括感知/认知、决策和执行,所有这些都可以通过5G移动通信技术得到增强。

让我们先看看感知/认知水平。感知/认知是让汽车和司机知道“我在哪里,我周围是什么,我是否有危险”。因此,首先需要高精度定位,自动驾驶甚至需要亚表定位。传统的卫星定位无法满足车辆自动化对定位精度的要求,因此需要基于网络辅助的差分定位技术和航迹推算技术来提高定位精度。

以高通视觉增强精确定位(VEPP)技术为例,该技术集成了多个车辆传感器,包括全球导航卫星系统(GNSS)、摄像机、惯性测量单元(IMU)和车轮传感器,以提供更精确的全球车辆定位。

VEPP是远程信息处理系统的控制单元和高阶定位装置的组合,实现车道坡度精度小于1米。在我们准确掌握位置后,我们还需要一张支持自动驾驶的高精度车道平面图,以便了解车辆在道路上的位置。利用5G大带宽移动通信的优势,车辆可以实时获取最新的高精度地图。

其次,车辆需要知道道路参与者及其周围的障碍物。自动驾驶仪车辆通常配备有许多先进的传感器,包括摄像机、雷达,甚至激光雷达来感知周围的物体。然而,这些有价值的传感器只能探测视距内的物体,并且对天气条件敏感,例如雾霾天气摄像机和激光雷达。然而,使用V2V车辆通信技术,车辆的感知范围可以扩展到视觉范围之外,例如前后车辆的位置,甚至它们的紧急情况

5G技术不仅可以提高无人驾驶汽车的环保意识,还可以利用汽车之间的无线连接,使多辆汽车能够做出协同决策,合理规划行动计划。例如,当高速公路内车道上的车辆需要离开高速公路时,它可以通过车-车通信与周围车辆协商,要求周围车辆避开,以便它可以将车道改变到外车道并离开高速公路。

如前所述,L4/L5仅在理论上可行,这取决于一辆车的智能。对于机器来说,学会准确识别道路上的所有标志、信号和道路参与者几乎是不可能的任务。机器学会处理所有可能的事故也需要一个难以承受的价格。只有通过基于5G技术的车路协作,充分发挥基础设施的能力,自主车辆才能以较低的成本和成本实现驾驶环境感知和驾驶决策。

此外,从人工智能的角度来看,机器不能完全取代人类的决策,在一些偶尔出现的复杂场景中,即“人在回路中”(man in the loop),需要人类参与决策。然而,对于自动驾驶车辆,乘客可能无法驾驶车辆或参与决策。

但是有了5G技术,我们可以让远程服务中心的人员参与决策。例如,在某些特殊场景中,机器无法完成驾驶,导致分离(沮丧)。正如我们今天在车辆发生故障时呼叫救援中心一样,车辆可以使用5G网络呼叫远程服务中心。利用5G的低延迟和大带宽,将场景的实时图像和传感器信息传输给服务中心的专业人员。在虚拟现实场景下,专业人员远程控制车辆离开复杂的路况,直到驾驶系统能够再次接管车辆。

当然,我们并不是说5G技术只需要像L4/L5这样的高级自动化。实际的车载网络技术对以人为中心的低级自动化也有很大帮助。例如,上面提到的许多传感技术可以应用于当前的车辆,以向驾驶员提供驾驶辅助(ADAS),例如基于车载雷达和V2V技术融合的正面碰撞警告和紧急自动制动。

5G应用车辆联网有两大亟待解决的问题。

目前,随着工业和信息化部、交通部的大力推进,基于3GPP R14版本的车辆联网已经基本完成了量产前的技术准备。当然,在大规模商业运营之前,还有一些政策和技术问题亟待解决。

首先,信息安全和隐私。对于广大消费者来说,除了关注汽车网络带来的诸多便利和道路安全外,他们还更关注汽车网络设计的信息安全和隐私问题。为了保护车主的隐私,提高网络的安全系数,C-V2X设计了一个匿名密钥系统,定期改变身份和信息签名。因此,车辆需要安装数百甚至数千个证书。由于涉及信息安全问题,迫切需要与国家其他相关部门合作,开发适合中国国情的证书管理和分发系统。

此外,我国开发的SM2/3加密算法是C-V2X信息安全所必需的。该算法已广泛应用于银行等系统,具有一定的工业基础。然而,中国现有的支持SM2/3算法的芯片在处理能力上仍然不能满足C-V2X要求的数千个签名和验证的要求,国内大多数从事安全芯片开发的企业在开发汽车仪表产品方面仍然缺乏经验。然而,虽然国外芯片制造商已经从国家标准体系中获得了SM2/3算法,但他们还没有完全理解国家安全算法中涉及的认证环节和相关认证风险,因此他们还不能给出支持C-V2X安全规范的产品计划。因此,需要从政策和资金上进一步推进。希望国内外从事安全芯片设计和开发的公司能够提出大容量的ca

2019年3月,3GPP批准了该标准项目,并计划在R16版本中开发基于5G新空中接口的5V2X技术。5G新空中接口的高带宽、低延迟和高可靠性将进一步增强C-V2X技术的能力,支持高级自动驾驶技术。R16版本的C-V2X标准计划于2019年底完成。相信芯片制造商也会在标准完成后尽快发布R16兼容芯片,与汽车制造商合作开发和测试L4/L5高级自主汽车。

自动驾驶技术可以让我们摆脱繁重的驾驶任务,让我们的旅程更加安全和环保。5G车辆联网将极大地增强对自主车辆的感知,并促进自主车辆的早期大规模生产。更先进的自主驾驶要求车辆/道路的广泛协调,5G技术是自主驾驶不可替代的必要手段。

5G应用车辆联网,登陆日期

虽然5G应用车辆联网至今尚未真正实现,但仍在实现的道路上。3GP在2017年6月发布R14版本的C-V2X标准后,业界迅速启动了C-V2X产品的开发和相关测试验证工作。同年9月,高通发布了基于3GPP R14的9150 C-V2X芯片组,并基于该芯片组在全球范围内进行了广泛的测试。

2018年11月,工业和信息化部发布《车联网(智能网联汽车5905-5925MHz)直连通信使用5905-5925MHz频段管理规定(暂行)》,规划了一个总带宽为20兆赫兹的专用频率资源,用于C-V2X(车与车、车与人、车与路之间的直接通信)智能网络互联汽车的直接通信技术。同时,规定了相关频率、站、设备和干扰协调的管理,使中国成为世界上第一个明确分配专用频率用于C-V2X技术的国家。这一频段的划分彻底清除了汽车联网推广中的政策不确定性,并将极大地推动汽车公司投资开发具有C-V2X技术的量产汽车。

在今年的消费电子展(CES)上,福特汽车宣布从2022年开始,它将在美国销售的每一辆新车和卡车上安装C-V2X技术。最近,有消息称第一辆配备碳V2X的汽车将于2021年在中国大规模生产。

在今年2月的世界移动通信大会上,吉利宣布计划在2021年发布第一批支持5G和C-V2X的量产车型。一些国内汽车公司也在积极跟进,并考虑在两年内率先在一些大规模生产模式中支持C-V2X技术。

3月28日,工业和信息化部部长苗伟出席博鳌亚洲论坛2019年年会,并表示以无人驾驶汽车为代表的汽车联网将是5G的重要应用。工业和信息化部正与交通运输部合作,积极推进中国公路系统数字化、智能化改造,利用5G技术充分发挥汽车和道路的合作优势。

我们有理由相信,未来两年,随着5G网络的建设,我国大部分城市和高速公路将采用C-V2X技术升级改造交通基础设施。将于2020年大规模生产的具有碳V2X功能的车辆将能够率先体验碳V2X技术带来的便捷交通、安全驾驶技巧和更优化的节能减排。5G和人工智能等新兴技术的结合必将刺激汽车产业的创新浪潮,并使整个汽车生态得以进化。

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