【導讀】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，還能與它們進行通信，此時，就要用到”車輛對一切（V2X）”這一技術了。
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，還能與它們進行通信，此時，就要用到”車輛對一切（V2X）”這一技術了。
作為一種通信技術，V2X使得車輛能夠與環境中的各種元素包括其他車輛、行人、基礎設施以及網絡等交換數據。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（ADAS）和自動駕駛。
V2X：具有超視距能力的“傳感器”
ADAS和自動駕駛技術通常依靠攝像頭、雷達和激光雷達等傳感器來檢測車輛周圍的情況,來自這些傳感器的數據被發送到車載系統后，車載系統對數據進行處理并立即做出響應。此時，車輛可以實現比人類駕駛員更快地自動觸發響應，例如加速或制動。雖然傳統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使得汽車能夠與環境中任何其他啟用V2X的物體通信，其中包括車輛到基礎設施（V2I）、車輛到行人（V2P）、車輛對車輛（V2V）、車輛到設備（V2D）、車輛到網絡（V2N）和V2G（車輛到電網）。交換的信息如周圍車輛的速度和位置數據，可幫助避免撞車事故的發生，緩解交通擁堵，甚至改善我們的生活環境。在本質上，C-V2X解決了基于感知傳感器系統的缺點，為駕駛體驗帶來了第六感。 美國國家公路交通安全管理局（NHTSA）的預估數據是，V2X啟用的安全應用程序可以消除或減輕高達80%的未受損車禍的嚴重程度，包括十字路口或變道時的車禍。因此，V2X技術每年可防止61.5萬起車禍，挽救1,366人的生命。 V2X系統中極重要的部件是V2V和V2I。其中用于車輛之間數據交換的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時連接增強了態勢感知，使它們能夠檢測潛在的碰撞，有助于預防事故、保持彼此的安全距離，同時有效改善交通流量和優化油耗。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對路況。 V2I通信實現了車輛與各種基礎設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、速度限制、道路狀況以及道路危險或施工區域的存在。通過整合這些數據，V2I可幫助減少擁堵，優化交通信號時間，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、更有效的導航。
V2X如何賦能智能出行？
V2X系統為車輛提供了整個城市環境的實時信息，包括基礎設施、其他車輛、運輸管理系統、導航源等，意味著駕駛員將被告知附近其他車輛的位置、速度和方向等實時信息，可隨時收到有關交通事故或接近應急車輛的信息。配備了V2X系統的車輛，相當于為其創建了一個周圍環境的實時地圖。 在智能交通管理系統中，V2X技術非常有助于提高運輸管理效率，減少擁堵。通過車輛與紅綠燈、路標或其他智能交通系統之間的通信，V2X系統會通知駕駛員即將發生的交通堵塞，并為他們提供替代路線。這種環保駕駛還能有效減少燃油消耗和空氣污染。如果發生道路交通事故，V2V通信系統將及時通知接近的車輛，提高了整體智能移動的質量和效率。 智能停車管理是智慧城市建設中的關鍵一環。V2X尤其是V2I對智能城市的智能停車管理具有重要意義，該技術將車輛和停車場連接起來，使停車場所有者和運營商更容易跟蹤停車占用情況，駕駛員因此能實時了解有哪些停車位可用。 如今，V2X技術為我們展現了很多應用機會，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用。在智能和互聯汽車的單車感知中，不可避免地存在盲點或漏檢，C-V2X路側單元（RSU）提供的彎道、路口等車輛感知盲點的狀態信息可有效擴展車輛的感知范圍，提高了安全冗余度，增強了自動駕駛的決策能力。
V2X對ADAS和自動駕駛有何影響？
V2X技術將打開未來涉及公共安全和基礎設施的許多應用之門，但V2X非常令人興奮的應用當屬ADAS。這兩種技術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現目標。ADAS是基于使用攝像頭、雷達和LiDAR來改善車輛對周圍環境的感知，V2X則是基于通過車載單元（OBU）和路邊單元（RSU）實時交換信息讓車輛對環境有更細致和實時的了解。 自動駕駛是V2X可能產生較大影響的另一個領域。自動駕駛汽車中傳感器的數量和復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，一些企業已經將V2X視為在車載單車智能中實現ADAS和自動駕駛有效的補充技術。
DSRC與C-V2X的技術路線之爭
自車聯網誕生以來，市場上一直存在兩條技術路線之爭，分別是基于無線局域網（WLAN）的和基于蜂窩的V2X技術。基于WLAN的V2X系統通過無線網絡（Wi-Fi）連接車輛和基礎設施，該技術就是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。DSRC也是業界第一個可用的V2X技術，它目前在奧地利和德國的道路上有著廣泛的部署。
C-V2X是由基于蜂窩調制解調器技術的3GPP標準定義的，該技術使用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規范中C-V2X的發布，基于蜂窩技術的V2X競爭優勢開始顯現。
C-V2X展現出的優勢在于它提供了從4G LTE到5G NR的清晰演進路徑：3GPP Release 14中包含的初始C-V2X標準專注于V2V通信和PC5的基本修改。進一步的3GPP版本可提供一系列的增強，用以支持更多的V2X操作場景，其中包括全套5G標準、多媒體優先服務、V2X應用層服務、5G衛星接入、5G中的局域網支持、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設備的更高功率效率。
在實際應用中，基于Wi-Fi的DSRC標準目前只有很少幾家歐洲OEM的車型配備了有限數量的V2X模塊。C-V2X明顯獲得了中國和美國的強有力支持，5G-V2X也有望在未來進入歐洲汽車市場，并逐漸成為DSRC的替代方案。
V2X商用離我們還有多遠？
在過去的幾年里，這個問題很難回答。截至2023年，理論上V2X技術已完全準備好實施和商業使用。該技術的可靠性和安全性在跨行業互操作性測試中得到了反復驗證，很多路邊設備現在都支持V2X，許多OEM已經為他們的車輛配備了V2X OBU。
歐洲經常被視為V2X技術和合作智能交通系統（C-ITS）的優秀試驗平臺，這不僅是因為歐洲大陸擁有世界上一些發達、維護完善的道路網絡，還因為它們擁有數十家道路運輸運營商，并且擁有集中的大批汽車OEM。在目前的歐洲市場，DSRC是事實上的V2X技術，市場活動也大多基于此。
目前，歐洲正在進入商用V2X部署的早期階段，要想大規模運營V2X服務，還需要部署更多的OBU和RSU，這可能需要長達十余年的時間。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，道路運營商也需要時間將RSU安裝到路邊設備中。
好消息是，歐洲新車評估計劃Euro NCAP在其2025年發展路線圖中宣布，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。寶馬近期宣布計劃在其車輛中部署V2X技術，用于車輛到電網（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。FCC選擇LTE-V2X在美國進行了大規模部署。
中國正在廣泛部署LTE-V2X，根據政府發布的戰略要求，專門為LTE-V2X分配了頻譜，中國部分汽車制造商承諾在2022/2023年開始部署并準備大規模推出C-V2X，預計到2025年將實現大規模V2X覆蓋。
另據新消息，2024年6月4日，工信部、公安部、住房城鄉建設部、交通運輸部等四部門聯合發布公告稱，將有序開展智能網聯汽車準入和上路通行試點，由長安汽車、比亞迪、廣汽等汽車生產企業和使用主體組成的9家企業此次進入試點的聯合體，工作目標是：
一方面引導智能網聯汽車企業加強能力建設，在保障安全的前提下，促進產品的功能、性能提升和產業生態的迭代優化；
另一方面，基于試點實證積累的管理經驗，加快健全完善智能網聯汽車生產準入和道路交通安全管理體系，推動智能網聯新能源汽車產業高質量發展。
在產品方面，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系統平臺在5.9GHz和760MHz頻段中運行，與所有優秀供應商的全球軟件協議兼容，可在全球使用。
其中，RoadLINK SAF5400是通過汽車應用認證的、適用于V2X應用的單芯片DSRC調制解調器，能夠在芯片上每秒中繼多達2000條基本安全消息（BMS）驗證，從而為發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應用處理器得到進一步增強，該處理器現已包含在其V2X系統解決方案中。此外，SAF5400還集成了NXP的高性能安全元件技術，以便滿足V2X無線安全要求。
圖1：單芯片DSRC調制解調器RoadLINK SAF5400系統框圖（圖源：NXP）
DSRC和C-V2X源于不同的技術，導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通信的半導體公司，同時也是唯一一家提供可兼容兩種V2X技術的V2X解決方案企業。 它的第三代設備TEKTON3和SECTON3還增加了5G-V2X功能，這些設備可同時操作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網的駕駛操作。在與TEKTON3芯片搭配組建的參考設計中，由英飛凌提供的車規級HYPERRAM 3.0存儲芯片具有16位HYPERBUS接口，可實現800MBps的傳輸速率，滿足外部存儲器對成本、功率密度和數據處理性能等各項要求，從而幫助OEM廠商創建有針對性的新一代汽車V2X解決方案。
圖2：英飛凌車規級HYPERRAM 3.0存儲芯片與TEKTON3搭配可組建支持雙標準的第三代V2X參考設計（圖源：Infineon）
結語
目前，全球約有100萬輛V2X聯網汽車在路上行駛，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，另一半市場使用C-V2X技術，這部分的大多數車輛在中國。 根據IDTechEx的報告《2024-2034年聯網和軟件定義汽車：市場、預測和技術》，全球的V2X市場將主要向C-V2X技術轉變，預計90%以上的市場將使用基于5G的C-V2X，這一轉變的主要貢獻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將成為大多數車輛的標配。歐盟是一個官方技術中立的地區，現在擁有強大的DSRC/ITS-G5基礎，一些C-V2X模塊提供商正在向該地區提供支持C-V2X和基于Wi-Fi的V2X技術的雙系統。
V2X技術和產品碎片化問題是當前行業發展的重大挑戰，除非使用同一型號的產品，路上配備V2X的車輛幾乎沒有相互發送和接收數據的能力。像LTE和5G這樣的大規模網絡，將有效地彌合車輛、基礎設施和行人之間的數字鴻溝，使它們能夠真正進行相互通信。不過，該技術尚未在汽車行業獲得完全采用，市場推廣力度亟需加強。 從長遠來看，V2X技術是提高道路安全和實現全自動駕駛的一種頗有前途的解決方案。Zion market research的研究數據表明，2023年全球汽車V2X技術市場規模約為5.4億美元，預計到2032年將達到約189億美元，2024年至2032年的復合年增長率高達48.50%。歸納起來，V2X技術有望改變現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。 要使這一愿景成為現實，需要包括汽車制造商、監管機構和消費者在內的所有利益相關者共同努力，克服未來的各種挑戰，比如建立一個功能性和可互操作的V2X生態系統，讓所有利益相關者站在同一立場，工作在同一平臺。只有這樣，V2X才能更快地從愿景走進現實。 文章來源：貿澤電子
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