千亿规模赛道!汽车行业的诗与远方,车联网来了!

据报道,近日,美国联邦通信委员会(FCC)正式宣布放弃DSRC并转向C-V2X,意味着由我国主推的C-V2X成全球车联网唯一的国际标准。另外,日前2020世界智能网联汽车大会在京召开,会上《智能网联汽车技术路线图2.0》正式发布,新的路线图对我国C-V2X的应用提出了新目标:2025年,C-V2X终端新车装配率达到50%;2030年,C-V2X终端新车装备基本普及。
2021年制造业升级和国产替代依然是主基调,中国优势制造业企业进一步走向国际,类似80~90年代的日本。而新能源汽车就像前几年的智能手机那样,是群雄争霸的时代。并且,中国的新能源汽车未来也会像家电和手机那样横扫全球。如果说2020年是中国5G元年,2021年可能是5G快速渗透和场景应用的一年。不仅包括物联网、工业互联、ARVR等场景应用,还包括智能网联车,它可以和5G通信、芯片半导体、人工智能、互联网等行业深度融合。华为对智能汽车的战略布局,不仅是催化,也将是智能汽车进入快速技术迭代和渗透的推动力。智能汽车是万亿级别的大蛋糕,明年比较看好。
伴随5G时代的到来,车联网也以肉眼可见的速度正在来的我们身边。
据赛迪顾问数据,我国车联网市场规模在2021年会达到1150亿元,另据波士顿咨询公司测算,全球智能网联汽车的市场价值将在2025年前达到420亿美元。近年,全球政府和区域布局车联网,互联网和科技巨头也纷纷入局汽车行业,华为于2019年设立汽车解决方案一级事业部,瞄准Tier 1 未来智能网联增量市场,积极寻找下一个利润增长点。
什么是车联网?
车联网的概念源于物联网,即车辆物联网,是以行驶中的车辆为信息感知对象,借助新一代信息通信技术,实现车与X(即车与车、人、路、服务平台)之间的网络连接。车联网能够提升车辆整体的智能驾驶水平,为用户提供安全、舒适、智能、高效的驾驶感受与交通服务,同旪提高交通运行效率,提升社会交通服务的智能化水平。
两大发展趋势——智能+网联=智能网联汽车
车联网是实现智能驾驶以及自动驾驶的关键前提。车联网是信息化与工业化深度融合的重要领域,是5G垂直应用落地的重点方向。
根据华为的判断及预测,20世纪末以来,汽车时代从1991-2000年的机械阶段,相继经过电子和通信阶段,走向2009-2014年的网联阶段和2015年至今的智能阶段,2025年后,汽车将会实现认知和自动驾驶。
政策利好下 车联网市场增长趋势明显
智能网联汽车的目标是基于新一代移动通信技术、互联网、人工智能、大数据和云计算等先进技术和汽车工业相结合,打造以汽车为载体的下一代信息物理融合系统。同时,汽车市场具有庞大的规模效应,其产业协同所带来的市场价值巨大。
目前,由人工智能和“电动化、智能化、网联化、共享化”为代表的新四化变革驱动,正在引领车联网由第一阶段向第二阶段演进。车联网的应用类型包含信息服务、交通安全、交通效率和协同服务,根据Machina Research的预测,全球车联网市场将在2026年达到2730亿美金。
2020年2月,由发改委、工信部等11个国家部委联合发布的《智能汽车创新发展战略》曝光,文件提出,2025年中国标准智能汽车框架基本成型,并实现有条件自动驾驶的智能汽车达到规模化生产、高度自动驾驶的智能汽车在特定环境下市场化应用,文件公布后引起了智能汽车全产业链的广泛关注,加速了车联网应用场景的开发。
2020年4月下旬,工业和信息化部、公安部、国家标准化管理委员会近日联合印发《国家车联网产业标准体系建设指南(车辆智能管理)》,旨在发挥标准在车联网产业生态环境构建中的引领和规范作用,加快制造强国、网络强国和交通强国建设步伐。《指南》提出,到 2025 年,系统形成能够支撑车联网环境下车辆智能管理的标准体系,制修订道路交通运行管理、车路协同管控与服务等业务领域重点标准 60 项以上。
11月11日,多部门正式发布了《智能网联汽车技术路线图2.0》。对于未来发展的总体目标,《路线图2.0》在顶层架构、产业化推广、应用三个方面作出了清晰的规定。《路线图2.0》共有三个关键时间节点:
第一,2025年,PA(部分自动驾驶)、CA(有条件自动驾驶)级智能网联汽车渗透率进一步提升,市场份额超过50%,C-V2X(无线传感器系统,先进无线通讯技术)终端新车装配率达50%。HA(高度自动驾驶)级智能网联汽车实现限定区域和特定场景商业化应用。
第二,到2030年,PA、CA级智能网联汽车市场份额超过70%,HA级智能网联汽车市场份额达到20%,并在高速公路广泛应用、在部分城市道路规模化应用。
第三,到2035年,中国方案智能网联汽车技术和产业体系全面建成、产业生态健全完善,整车智能化水平显著提升,HA级智能网联汽车大规模应用。
车联网市场规模
在芯片和通信模组方面,目前国内华为、大唐等具备量产的基础。尤其是通信芯片、模组与车载智能终端等当前初步开始产业化的环节。
我们知道中国是车规级芯片需求最大的市场,未来国产替代空间较大。车规级芯片对加工工艺,要求不高。但对质量、安全性要求高,需要较长的认证程序。新能源汽车中主要增量在于功率半导体,单车价值量从90美金提升到330美金。根据IHS,全球半导体销售约4850 亿美元,中国占48%。预计2019 年全球车用半导规模400多亿美金,占全球半导体市场规模约 10%。伴随新能源汽车的网联化智能化,车用半导体单车价值将继续提升,推动全球车用半导体需求将快于整车销量增,估计未来几年复合增长率会超过过去10年的7.9%的水平。车规级芯片可分为MCU、存储芯片、功率器件(IGBT和MOSFET)、ISP、电源管理芯片、射频器件、传感器(CIS、加速传感器等)GPU/ASIC/FPGA/AI芯片等。据测算,未来单车芯片价值将从约400美金提升到1700-1800美金左右。
车联网产业格局:规模上万亿  C-V2X是关键
通常而言,作为一个上千亿的产业,车联网产业涉及整车厂、用户、5G产业链政策制定方等各个环节,其中主要包括通信芯片、通信模组、设备和终端、整车、平台运营、高精度地图、导航等模块等,如今,车联网在创新技术的带动下也正在快速裂变——在过去2到3年,汽车“电动化、智能化、网联化”三大技术趋势加速,车联网从汽车内部互联、车与人的交互,正在逐步延伸到车与车、车与路边单元、车与电信设施之间的信息交互,尤其以C-V2X(蜂窝车联网)为代表的前沿技术成为车联网行业关注的热点和重点,也就是说,车联网未来的增量在C-V2X。
V2X车联网技术通常指的是C-V2X蜂窝车联网技术,在C-V2X前期,以PC5空口,无基站协同的V2V应用场景会率先落地,后期在5G网络大规模部署后,同时支持PC5和uu空口的业务会得到快速发展,二V2X无线通信技术则能够将“人-车-路-网-云”等交通参与要素有机的结合在一起,不仅可以支撑车辆获得比单车感知更多的信息,促进自动驾驶等技术的创新和应用,还有利于支撑构建一个智慧的交通体系,促使汽车和交通服务的新模式业态发展。
在C-V2X技术的带动下,车联网市场规模还将继续扩大。
那么,中国的车联网市场规模到底是多少呢?
通常,车联网市场规模的分析,大体可以分为三个部分:网联汽车、车路协同需要进行智能化改造的道路,以及为了满足车联网应用而建设的电信基础设施。另外,远期来看,以高精度地图和导航为主的相关服务市场也会受益,“汽车上云”的未来趋势会带动云计算和边缘计算产业。
车联网架构全景图
我们将从以下角度进行详细分析:
保有量连续居全球第一。整体汽车市场规模方面,截至2019年我国汽车保有量达2.6亿辆,其中每年新增新注册登记汽车2500余万辆,简单推测到2030年我国汽车保有量将破4亿辆,这将提高车联网所用OBU市场规模到千亿左右。此外,还要附加自动驾驶车辆领域的市场规模,据中国产业信息网的保守估计,到2030年我国自动驾驶车辆占比将达车辆保有量中的20%,年销售自动驾驶车辆约500余万辆,十年间自动驾驶产业规模将达707亿美元,车联网下整体“网联汽车”概念市场规模将达1246亿美元左右。
智能交通基础设施改造空间巨大。据交通部发布的公报,截至2018年末全国公路总里程484万公里,其中高速公路里程14.26万公里。如果不考虑建设成本以及车路协同落地成本的情况下,预计单公里高速公路及城市道路改造成本50万元,保守假设2030年全国高速公路总里程为15万公里、城市实有道路历程为44万公里,则2020-2030年智能道路合计落地成本约为2950亿元。
电信网络基础设施规模仍然很大。我们做一个简单的推测,至2030年全国高速公路、城市道路及城市交叉路口均完成车联网改造。车路协同的落地成本预计只占到高速公路建设成本的1%。当前高速公路单公里建设成本约为1-4亿元,保守假设全国平均1.5亿元,则单公里高速公路车路协同落地成本为150万元。此外,假设单公里城市道路以及单路口车路协同落地成本分别为100和70万元,据此测算2020-2030年因车联网需要新增的网络设施落地总量约为7630亿元。
C-V2X产业链及C-V2X产业链投资
车联网从车内互联延伸到车与车、车与路边单元、车与电信设施之间的信息交互,尤其以C-V2X(蜂窝车联网)为代表的前沿技术和应用成为行业关注点。
在C-V2X技术产业化发展和应用推广过程当中,C-V2X整个产业链也开始形成并且发展——C-V2X整个产业链涉及整车厂、芯片厂商、通信模组厂商、车载终端、路测终端、通信基站,高精度地图、智能驾驶、传感器融合、整车验证、系统验证与零部件验证厂商以及技术服务。目前C-V2X产业链进展符合预期,处于冲刺阶段。对应的芯片和模组、车载OBU、路侧RSU、基站、边缘设备和云控平台的相关公司率先受益。
整个C-V2X产业链如下:
C-V2X汽车
在整车厂方面,2019年3月26日,福特汽车公司宣布将于2021年在中国实现首款搭载蜂窝车联网技术(C-V2X)车型的量产工作。国内的整车厂,一汽集团、长安汽车、北汽集团、上汽集团、东风汽车、广汽集团、江淮汽车、东南汽车、长城汽车、比亚迪、众泰汽车、江铃汽车、江淮汽车、宇通客车,在2019年4月共同发布商用路标,宣布在2020年下半年至 2021上半年量产C-V2X汽车。受疫情影响,我们做一个推测,将该预期推迟半年,那么最快在2021年会上市支持C-V2X的汽车。
商推出C-V2X芯片和模组
C-V2X芯片和模组方面。其中芯片和模组是整个生态的基础。华为在2019年1月推出5G多模终端芯片Balong 5000和车载模组MH5000,可支持车辆、基础设施和行人在全球统一的 5.9GHz 智能交通系统频段中进行直接通信。高通发布骁龙9150C-V2X 芯片,支持C-V2X规范与5G兼容。大唐、华为等芯片企业都将提供基于各自芯片的通信模组;国内通信厂商中兴通讯也已经于2018年发布基于高通芯片的LTE-V2X测试模组;上海移远通信在2020 CES展会上针对5G车联网应用推出一系列车规级无线通信模组,包括5G新空口(5G NR)Sub-6GHz模组AG550Q、专用于C-V2X场景的EAP模组AG215S和Wi-Fi模组AF50T,推动汽车行业迈向5G时代。
RSU与路测设备进
在车载终端与设备方面,当前国内企业包括大唐、华为、东软、星云互联、千方科技、万集科技等均可提供支持LTE-V2X的OBU和RSU通信终端产品;东软提供包括硬件开发套件、面向量产V2X-ECU、网络协议栈、SDK、应用示例;千方科技提供感知与控制交通设施数据的路侧协同控制机、管理服务平台。
高精度地图和导航服务商
在关联技术与产业方面,以与C-V2X关联最紧密的高精度定位和地图服务为例,中国自主研制的北斗定位导航系统也取得了长足的发展,包括和芯星通、华大北斗等国内厂商纷纷推出了自主设计的北斗定位芯片,千寻位置网络有限公司推出了基于北斗卫星和国家北斗地基增强系统;在高精度地图服务方面,国内主要地图商如高德、百度、四维图新等均致力于高精度地图的采集与制作,并为行业提供高精度地图服务。
C-V2X产业链投资测算
狭义的C-V2X产业链主要包括车载单元OBT,路测单元RSU、RSS(信息采集和边缘计算),云端的数据中心,车路协同运维服务、网络安全等部分,及其相关的上下游产业。按照华为的预测,2020年,全球车联网V2X市场规模会突破6140亿,其中中国市场将达到2000亿元。
对于路测初步测算,覆盖全国高速公路和城区快速道路,预计需要至少140万站RSU的规模,投资预计在1000亿以上。按照C-V2X产业化时间表,2025年车联网应用进行成熟阶段。对于C-V2X车侧的测算,假设2025年乘用车与商用车作为整体来看,车载OBU渗透率达到40%,约新车1100万辆,3.5亿存量汽车,车载终端渗透率5%,总计约2750万辆车,每个OBU的价值按照3500块假设,未来每年车侧962亿的市场规模。对于导航和高精度地图,到2025年约3.5亿的汽车存量,新车渗透率为70%,存量每年渗透率提升5%每辆车年收费50元,则相关产业每年可以贡献15.8亿的市场规模。
车载终端OBU:提供安装在车辆中,将通信模组以及其他电路集成的设备。竞争者众多,国内企业大唐、德赛西威、东软、华为、金溢科技、千方科技、三旗通信、万集科技、星云互联、中兴、高新兴等都投身其中。还包括国外传统Tier1如大陆、博世、哈曼、德尔福、LG等。
V2X协议栈:提供实现终端设备之间互联互通的V2X协议软件,使得不同厂商之间在通信上实现可靠的互联互通。国内企业东软、星云互联、ASTRI及国外企业CohdaWireless、Savari等可以提供这项服务。
V2X应用软件:提供V2X应用软件开发和测试服务。协议栈或者终端提供商可以对这V2X应用场景进行程序开发,涵盖安全类、效率类和信息类的应用。
安全芯片:LTE-V2X通信对安全要求高,需要采用安全证书和加密机制保证在PC5接口上消息通信的安全性,国内标准要求支持国密算法。目前国内华大电子、华大信安、信大捷安等公司均可提供国密安全芯片。
路侧单元(RSU):路侧感知单元可由一系列路侧感知设备与处理设备构成,实现对本地交通环境和状态的实时感知,包括信号灯信息、交通参与者信息、交通事件信息、定位信息等。路侧计算决策单元,在设备端有多种实现方式,可以融合到RSU内,可以是本地的MEC单元,也可以是区域的计算中心,负责对本地或区域的数据进行处理、存储,以及应用、服务的计算与发布。
目前的RSU供应商主要来自于自主企业,包括大唐、华为、东软、星云互联、金溢科技、千方科技、万集科技等。
高精度地图:四维图新。
北京君正(300223)全资下属子公司北京矽成(ISSI)是全球汽车产业链重要的芯片供应商,自1999年开始提供前装车规级芯片,目前提供各类车规级存储器芯片(DRAM,SRAM,NAND/Nor FLASH和eMMC)、30多款车内外照明驱动芯片(用于氛围灯,车尾刹车转向灯、雾灯、头灯等)、车规级线性电流驱动芯片、车内网络芯片、传感器芯片等。    此外,北京君正还向工业医疗和消费电子市场提供智能视频SoC、智能IoT处理器、各类存储、模拟和互联芯片。
闻泰科技(600745)控股股东拟在临港建设12英寸晶圆制造中心,拟布局车规级功率功率半导体项目。投资额为120亿元人民币,年产能预计为36万片,该项目是国内第一座12英寸车规级功率半导体自动化晶圆制造中心项目。在项目建设完成的2年内,该项目最近一年12英寸晶圆片实际产量达到规划产量的60%时,预计该项目股权将转让给闻泰科技。
兆易创新(603986) 公司是全球排名第三的NORFlash供应商,市占率18.3%,在国内Cortex32位MCU市场,公司市占率为9.4%。随着AMOLED屏幕量产提速、智能手机全面屏的趋势、ADAS系统加速渗透以及可穿戴设备的需求快速增长,NORFLASH产品迎来更多增量需求。公司GD2565nm产品线全系列已完成车规级认证,目前与国内几乎所有的车厂均有合作,国外部分Tier1的厂商已实现导入。随着验证持续完成,未来产品逐渐放量,车规级产品将贡献新的业绩增长点。
汇顶科技(603160)积极拓展汽车市场,车规级指纹识别方案在领克05车型上首次规模商用;公司先后收购了恩智浦VAS业务以及德国DCT公司,帮助公司拓展音频及汽车电子等多个新领域,扩充公司自身产品线,进一步强化公司市场竞争力。
捷捷微电(300623)拟向不特定对象发行可转债,募资不超过11.95亿元,主要用于功率半导体“车规级”封测产业化项目。项目计划投资总额13.34亿元,建设期2年,主要产品为各类车规级大功率器件和电源器件,建设目标为年封装测试各类车规级大功率器件和电源器件1627.5kk的生产能力。
高鸿股份(000851)控股股东电信科学技术研究院有限公司是C-V2X产业领导者中国信科集团全资子公司。大唐高鸿积极参与C-V2X相关标准制定,开始进行5GNR-V2X车联网技术的研究研制。公司是百度ApolloC-V2X模组、RSU和OBU产品的供应商。
高新兴(300098)已具有车联网、5G和C-V2X技术、智慧交通应用平台等“连接-终端-平台-应用”的全线产品和解决方案,是行内首批投入5G和V2X产品与技术研发的领先者,和吉利等合作伙伴宣布计划在2021年发布吉利全球首批支持5G和C-V2X(蜂窝车联网技术)的量产车型,高新兴将为吉利提供汽车5G平台的5G和C-V2X产品。目前,公司正持续推进5G-V2X产品开发和测试工作。
广和通(300638)率先推出行业领先的5G车规级、C-V2X、车载智能、车载Wi-Fi 等无线通信模组。
鸿泉物联(688288)公司主要研发、生产和销售智能增强驾驶系统和高级辅助驾驶系统等汽车智能网联设备,主要应用于商用车(载货汽车、客车、专项作业车等)领域。细分行业先入优势公司是国内较早研发、应用渣土车高级辅助驾驶系统的企业。截至2019年6月底,公司已在全国23个城市实施了渣土车高级辅助驾驶系统方案,公司是渣土车高级辅助驾驶系统领域的龙头。

车联网的灵魂,V2X到底是个啥?

V2X难道是Vehicle to X-Men?申明一下,X不是X战警的意思!X在这儿表示Everything,即指一切事物。

先上定义,V2X即车对外界的信息交换。车联网通过整合全球定位系统(GPS)导航技术、车对车交流技术、无线通信及远程感应技术奠定了新的汽车技术发展方向,实现了手动驾驶和自动驾驶的兼容。
看不懂没关系,我来解释。把车比作人,我们有观感,可以看到、听到周围的环境,哪个方向来了车,哪个地方有行人,前方是否有建筑,左边是否有交通标志,我们可以轻松察觉。现在,我们每人都装上一部包含了所有人的在线聊天设备,比如说智能手机。这样我们可以导航想要去的地方,或者有人对你说“我正好在下个路口左侧,这儿人多,走路要小心或者可以换一条路走”。这样我们便可以突破自身局限,在超出人的能力范围下更好的获取周围环境的信息。
此外,X是可变量,它替换可为V、I、P、N等(参考初中数学方程式中X的用法)。了解了X,我们来说说这些V、I……

依次了解V2N、V、I、P

V2N即车辆与互联网相连接(Vehicle to Network),就是车联网。像智能手机一样,智能驾驶的首要任务便是联网。手机联网是为了让信息更丰富,车子联网也是一样的道理。除去智能驾驶所用到的各种传感器、摄像机等,车联网也可以被认为是一种传感技术的扩展。
此外,V2N还能像手机连入互联网一样,提供导航、娱乐、防盗等。游戏界流行的一句话,你永远不知道自己的队友是用什么在战斗,也许他可能用的是车载显示器呢?
V2V即车辆与车辆相连(Vehicle to Vehicle),V2V通信技术是一种不受限于固定式基站的通信技术,为移动中的车辆提供直接的端到端的无线通信。即通过V2V通信技术,车辆终端彼此可以直接交换无线信息,无需通过基站转发。利用它可以监测街上行驶的其他车辆的速度、位置等对其他驾驶员无法开放的“隐藏”数据,同时能够自动预测出在该车行车道路前方是否会发生可能的碰撞。
通俗讲,它与我们所用的手机相反,手机依赖于固定的基站提供信号,来实现与其他手机交互。在高铁上,我们会因为频繁的更换基站的服务区而信号时好时坏。但自动驾驶对此十分忌惮,试想车子在没有基站提供服务时,感应不到拐角的其他车辆,那真要变成车祸现场了。
V2I即车辆与基础设施相连接(Vehicle To Infrastructure),I在此包含了交通信号灯、公交站、电线杆、大楼、立交桥、隧道、路障等交通设施设备。V2I通信功能采用车载智能交通运输系统的760MHz频段,可以在不影响车载传感器的情况下实现基础设施与车辆之间相互通信功能。
简单点解释,就好比为盲人配上一根导盲杖,导盲杖接触到地方就可以看作是车辆与基础设施之间的信息交互,它可以避免盲人碰到墙,同样的道理,车辆可以以此收集周围环境的信息。
V2P即车辆与行人相连(Vehicle to Pedestrian),车子可以实现自动驾驶,可路上终会有行人呀!我们不可能像游戏里一样有传送技能,或者为行人发明一种传送带,让人可以想去哪里就去哪里。这关乎到人身安全、交通秩序、以及社会安定等方面,所以V2P是 自动驾驶中最重要的环节之一。
实现车辆感知行人方法很多,除了比较直观的摄像机和各种传感器外,信息互联也是一种最有效的办法。比如行人使用的终端,如手机、平板、可穿戴设备等,都可以实现人与车辆的互联。到那时候还想碰瓷就难上加难了,汽车绕开行人走,除非自己送上来“主动碰瓷”。
总结一下,V2X就是对车载传感器的完善,甚至可以说车载传感器只是其辅助手段。它就像是给人们配上了智能手机,它可以无死角、穿越任何障碍物来获取信息,还可以和其他“手机”形成互联,信息互通。同时还可以通过计算来进行智能操作,完美履行“司机”的义务。
与车载传感器相比,它还不会受到天气状况的影响。比如,沙尘天气或者大雨、大雾下,车载摄像机的作用就会被减弱,但V2X依然可以保持正常的工作。
当然,V2X这么好也会有争议的地方。比如目前它正面临“车生”的一条岔口,通信技术之路有两条,一老一少都很好!
这就好比是这群“汽车人”都可以实现V2X,但它们却有交流障碍,一个说汉语,另一个却说英语。V2X现有的两大通信标准是DSRC和LTE V2X。一个是基础颇好的老牌技术,一个是后来居上的新技术。
DSRC
其实大家对于这项技术并不陌生,它是现代生活中不可或缺的专用短程通信技术。上过高速的朋友都知道ETC专用通道,它就是实现车辆身份识别,电子扣费,实现不停车、免取卡,建立无人值守车辆通道的关键。另外,在小区停车场遇见的电子拦路口也有与之相同的技术应用。
它的特点是对短程(数十米的距离)中,高速行驶的车辆进行识别和连接,从以上应用中也可看出来,它的技术是比较成熟的、稳定的,也是当前被广泛认可的。
LTE V2X
它是基于移动蜂窝网络的V2X通信技术,就像是手机连入3G/4G一样。LTE V2X针对车辆应用定义了两种通信方式:集中式(LTE-V-Cell)和分布式(LTE-V-Direct)。集中式也称为蜂窝式,需要基站作为控制中心。分布式也称为直通式,无需基站作为支撑。
5G的到来不仅对于手机是一场革命性风暴,对于LTE V2X也是最关键的一步。5G时代除了下载速度快以外还有最重要的一点,延时性短,5G强大的通信能力可以让汽车更安全、更高效的运行。
互有长短,各有千秋,这两种通信技术各有优点,前者是基于十几年的研究,最终形成标准统一的,具有可靠稳定性的技术;后者在覆盖范围、感知距离、承接数量、短时延上更上一层楼的技术。

V2X,简单点

不管是那种标准,它们最后都是殊途同归的。我们只要知道V2X是为了实现车辆在自动驾驶模式下可以对交通信息作出做合理的判断,从而可以缓解交通压力。同时,在非人为操作下,将交通事故率降至最低,实现自动驾驶比人为驾驶更安全。
一、V2X概述

Ξ 1.V2X技术的发展历史

V2X的英文全称为Vehicle to Everything,即车用无线通信技术。

其中V代表车辆,X代表任何与车交互信息的对象,X主要包含车、人、交通路侧基础设施和网络。简单来说,V2X是将车辆与一切事物相连接的新一代信息通信技术的统称。

V2X技术最早于2006年应用于凯迪拉克一辆展示的汽车上。从此以后,其他汽车制造商和汽车配套产品供应商纷纷开始研究此项技术。但此阶段仅限于企业内部研究。

V2X真正被提上日程,得到官方重视是起源于美国的两起交通事故。

21世纪初,美国新泽西州和弗罗里达州先后发生两起特大交通事故,导致被撞校车内的全部学生死亡。

事故发生之后,美国国家运输安全委员会对事故进行了调查并提交了一份报告给美国公路交通安全管理局。

该份报告中详细描述了事故发生经过,并认为如果事故发生时车辆上有能与其他汽车进行通信的系统,那么这两起事故就能够被避免,这直接催生了车联网相关标准的制定,V2X技术的相关研究进入快车道。

2010年,美国颁布了以IEEE 802.11P作为底层通信协议和IEEE 1609系列规范作为高层通信协议的V2X网联通信标准。

在国外加大对V2X研究力度的同时,国内相关机构也在同步跟进中。

2015年我国开始相关的研究工作,2016年国家无线电委员会确定了我国的V2X专用频谱。

2016年6月,V2X技术测试成为第一家“国家智能网联汽车试点示范区”及封闭测试区的重点布置场景之一。

2017年9月,《合作式智能交通系统车用通信系统应用层及应用数据交互标准》正式发布。

Ξ 2.V2X的主要作用

与自动驾驶技术中常用的摄像头或激光雷达相比,V2X技术具备突破视觉死角和跨越遮挡物获取信息的能力,同时也可以和其他车辆及设施共享实时驾驶状态信息,还可以通过研判算法产生预测信息。

另外,V2X是唯一不受天气状况影响的车用传感技术,无论雨、雾或强光照射都不会影响其正常工作。因此V2X技术广泛应用于交通运输尤其是自动驾驶领域。

二、V2X四类关键技术

V2X车联网集成了V2N、V2V、V2I和V2P共四类关键技术。

V2X四类关键技术(图片来源见参考资料2)

Ξ 1.V2N(Vehicle to Network,车-互联网)
V2N是指车载设备通过接入网/核心网与云平台连接,云平台与车辆之间进行数据交互,并对获取的数据进行存储和处理,提供车辆所需要的各类应用服务。
V2N通信主要应用于车辆导航、车辆远程监控、紧急救援、信息娱乐服务等。
Ξ 2.V2V(Vehicle to Vehicle,车-车)
V2V是指通过车载终端进行车辆间的通信。车载终端可以实时获取周围车辆的车速、位置、行车情况等信息,车辆间也可以构成一个互动的平台,实时交换文字、图片和视频等信息。
V2V通信主要应用于避免或减少交通事故、车辆监督管理等。
Ξ 3.V2I(Vehicle to Infrastructure,车-基础设施)
V2I是指车载设备与路侧基础设施(如红绿灯、交通摄像头、路侧单元等)进行通信,路侧基础设施也可以获取附近区域车辆的信息并发布各种实时信息。
V2I通信主要应用于实时信息服务、车辆监控管理、不停车收费等。
Ξ V2P(Vehicle to Pedestrian,车-行人)
V2P是指弱势交通群体(包括行人、骑行者等)使用用户设备(如手机、笔记本电脑等)与车载设备进行通信。
V2P通信主要应用于避免或减少交通事故、信息服务等。
通过将“人、车、路、云”等要素有机联系在一起,V2X技术不仅可以支撑车辆获得比单车感知更多的信息,促进自动驾驶技术创新与应用,同时还有利于构建一个更加智慧的交通体系,促进汽车和交通服务的新模式新业态发展。
这对提高交通效率、节省资源、减少污染、降低事故发生率、改善交通管理具有重要意义。
三、V2X两种无线通信技术
从全球来看,V2X车联网主要包括两种无线通信技术:美国主推的以IEEE802.11为基础的802.11p通信技术和我国主推的以移动蜂窝通信技术为基础的C-V2X通信技术。
Ξ 1. 802.11p通信技术
IEEE 802.11p(又称WAVE,Wireless Access in the Vehicular Environment)是一个由IEEE 802.11标准扩充的通讯协定。这个通讯协定主要用在车用电子的无线通讯上。
它设定上是从IEEE 802.11来扩充延伸,来符合智能运输系统(Intelligent Transportation Systems,ITS)的相关应用。
IEEE 802.11p 对传统的无线短距离网络技术加以扩展,可以实现对汽车非常有用的功能,包括:更先进的切换机制(handoff scheme)、移动操作、增强安全、识别(identification)、对等网络(peer-to-peer)认证,以及最重要的在车载规定频率上进行通信。
Ξ 2. C-V2X通信技术
C-V2X(Cellular-V2X)是基于3GPP全球统一标准的通信技术,包含LTE-V2X、5G-V2X及后续演进。
C-V2X技术基于蜂窝网络,提供Uu接口(蜂窝通信接口)和PC5接口(直连通信接口),可复用蜂窝网的基础设施,部署成本更低、网络覆盖更广,在更密集的环境中,C-V2X 支持更远的通信距离、更佳的非视距通信性能、增强的可靠性(更低的误包率)、更高的容量和更佳的拥塞控制。
此外,C-V2X拥有清晰的、具有前向兼容性的5G演进路线,利用5G技术的低延时、高可靠性、高速率、大容量等特点,不仅可以帮助车辆之间进行位置、速度、驾驶方向和驾驶意图的交流,而且可以用在道路环境感知、远程驾驶、编队驾驶等方面。
C-V2X技术旨在将“人-车-路-云”等交通参与要素有机地联系在一起,不仅可以为交通安全和效率类应用提供通信基础,还可以将车辆与其他车辆、行人、路侧设施等交通元素有机结合,弥补了单车智能的不足,推动了协同式应用服务的发展。
四、车辆网联化等级分级
基于C-V2X为车辆提供交互信息、参与协同控制程度的不同,车辆网联化大致可以划分为三个层级:网联辅助信息交互,网联协同感知以及网联协同决策与控制。

车辆网联化等级划分(图片来源见参考资料2)

Ξ 1.网联辅助信息交互
基于V2I、V2N通信,实现导航、道路状态、交通信号灯等辅助信息的获取以及车辆行驶与驾驶人操作等数据的上传。
Ξ 2.网联协同感知
基于V2V、V2I、V2P、VIN通信,实时获取车辆周边交通环境信息,与车载传感器的感知信息融合,作为自主决策与控制系统的输入。
Ξ 3.网联协同决策与控制
基于V2V、V2I、V2P、VIN通信,实时并可靠获取车辆周边交通环境信息及车辆决策信息,车-车、车-路等交通参与者之间信息进行交互融合,形成车-车、车-路等交通参与者之间的协同决策与控制。
五、V2X发展现状
Ξ 1.国外发展情况
作为802.11p通信技术的主要发祥地,美国在2015年推出了主题为“改变社会前进方式”的ITS五年规划。
这份规划的主要技术目标是“实现网联汽车应用”和“加快自动驾驶”。规划内容中定义了六个项目大类,包括:加速部署、网联汽车、自动驾驶、新兴能力、互操作和企业数据。
其中,顶端的加速部署代表了所有项目的最终目标,网联汽车、自动驾驶和新兴能力是技术发展的三条路径,而互操作和企业数据则是ITS发展的基石。
为了推动车车通信技术的进一步发展,并反推美国后续的立法决策,美国交通部在密歇根州安娜堡东北部主导了基于车车、车路通信技术的“安全试点示范部署”项目。
在“安全试点示范部署”项目测试验证的基础上,2014年美国国家公路交通安全管理局公布了车车通信预立法草案,并于2016年启动了NPRM过程,即:Federal Motor Vehicle Safety Standard(FMVSS), No. 150,用来强制轻型汽车V2V通信,主要内容包括:
1)提出强制基于IEEE 802.11p的V2V通信;
2)指定BSM消息内容;
3)指定V2V通信性能要求;
4)指定隐私与安全要求;
5)指定设备授权系统等。
总体而言,美国是以企业为主体、政府搭平台,通过市场力量发展车联网,政府则从立法、政策、标准的方面着力营造良好发展环境。
Ξ 2.国内发展情况
随着宽带网络、高速公路网的快速发展,以及北斗卫星导航系统的全区域覆盖,国内C-V2X技术的应用有了坚实的软硬件条件基础。
目前,国内初步形成了覆盖C-V2X标准协议栈各层次、各层面的标准体系:
图片来源见参考资料1
在C-V2X技术商业化应用方面,2019年发布的《C-V2X 产业化路径及时间表研究》白皮书对国内车联网的发展趋势做了详细的预测:
其中,2019-2021年为 C-V2X 产业化部署导入期。在这一阶段,C-V2X通信设备、安全保障、数据平台、测试认证方面可基本满足C-V2X产业化初期部署需求。
同时,在国家车联网示范区、先导区及部分特定园区部署路侧设施,形成示范应用,车企逐步在新车前装 C-V2X设备,鼓励后装 C-V2X 设备,车、路部署相辅相成,形成良性循环,C-V2X生态环境逐步建立,探索商业化运营模式。
2022-2025年为 C-V2X产业化部署发展期。根据前期示范区、先导区建设经验,形成可推广的商业化运营模式,在全国典型城市和道路进行推广部署,并开展应用。
2025年以后为C-V2X 产业高速发展期。逐步实现C-V2X 全国覆盖,建成全国范围内的多级数据平台,跨行业数据实现互联互通,提供多元化出行服务。
参考资料:
1.《C-V2X 产业化路径及时间表研究》
2.IMT-2020(5G)推进组 - C-V2X白皮书
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