V2X如何从愿景变为现实？本文告诉你！
汽车正变得越来越自动化，未来的汽车不仅能检测道路上的障碍物和其他车辆，还能与它们进行通信，此时，就要用到”车辆对一切（V2X）”这一技术了。
作为一种通信技术，V2X使得车辆能够与环境中的各种元素包括其他车辆、行人、基础设施以及网络等交换数据。通过共享信息，V2X可大幅提高交通效率，提升车辆的安全性，减少碳排放，同时非常有助于启用高级驾驶员辅助系统（ADAS）和自动驾驶。
图1（图源：Freepik）
ADAS和自动驾驶技术通常依靠摄像头、雷达和激光雷达等传感器来检测车辆周围的情况,来自这些传感器的数据被发送到车载系统后，车载系统对数据进行处理并立即做出响应。此时，车辆可以实现比人类驾驶员更快地自动触发响应，例如加速或制动。虽然传统的感知传感器可以提供车辆周围360°视图，但仍然有局限性。
V2X是目前唯一一个具有“超视距”能力的“传感器”，它不仅可以“看到”障碍物后面，还可以在任何天气或照明条件下“看到”和操作。通过使用专用无线频谱，V2X使得汽车能够与环境中任何其他启用V2X的物体通信，其中包括车辆到基础设施（V2I）、车辆到行人（V2P）、车辆对车辆（V2V）、车辆到设备（V2D）、车辆到网络（V2N）和V2G（车辆到电网）。交换的信息如周围车辆的速度和位置数据，可帮助避免撞车事故的发生，缓解交通拥堵，甚至改善我们的生活环境。在本质上，C-V2X解决了基于感知传感器系统的缺点，为驾驶体验带来了第六感。
美国国家公路交通安全管理局（NHTSA）的预估数据是，V2X启用的安全应用程序可以消除或减轻高达80%的未受损车祸的严重程度，包括十字路口或变道时的车祸。因此，V2X技术每年可防止61.5万起车祸，挽救1,366人的生命。
V2X系统中极重要的部件是V2V和V2I。其中用于车辆之间数据交换的V2V通信允许车辆共享速度、位置和方向等信息，通过在车辆之间建立实时连接增强了态势感知，使它们能够检测潜在的碰撞，有助于预防事故、保持彼此的安全距离，同时有效改善交通流量和优化油耗。V2V还是ADAS和自动驾驶的重要组成部分，有了它，车辆能够做出明智的决策并积极应对路况。
V2I通信实现了车辆与各种基础设施元素之间的信息交互，如交通信号、路灯、嵌入道路的传感器、建筑物甚至行人或骑自行车的人。这种连接使得车辆能够及时接收重要信息，如红绿灯状态、速度限制、道路状况以及道路危险或施工区域的存在。通过整合这些数据，V2I可帮助减少拥堵，优化交通信号时间，提高整体交通效率。此外，V2I通信可以为ADAS和自动驾驶汽车提供有价值的输入，有助于更安全、更有效的导航。
图2（图源：Freepik）
V2X系统为车辆提供了整个城市环境的实时信息，包括基础设施、其他车辆、运输管理系统、导航源等，意味着驾驶员将被告知附近其他车辆的位置、速度和方向等实时信息，可随时收到有关交通事故或接近应急车辆的信息。配备了V2X系统的车辆，相当于为其创建了一个周围环境的实时地图。
在智能交通管理系统中，V2X技术非常有助于提高运输管理效率，减少拥堵。通过车辆与红绿灯、路标或其他智能交通系统之间的通信，V2X系统会通知驾驶员即将发生的交通堵塞，并为他们提供替代路线。这种环保驾驶还能有效减少燃油消耗和空气污染。如果发生道路交通事故，V2V通信系统将及时通知接近的车辆，提高了整体智能移动的质量和效率。
智能停车管理是智慧城市建设中的关键一环。V2X尤其是V2I对智能城市的智能停车管理具有重要意义，该技术将车辆和停车场连接起来，使停车场所有者和运营商更容易跟踪停车占用情况，驾驶员因此能实时了解有哪些停车位可用。
如今，V2X技术为我们展现了很多应用机会，其中包括乘客的车辆安全和弱势道路用户（VRU）（包括行人和骑自行车人）安全、地图、车辆定位以及支持自动驾驶汽车中人工智能的应用。在智能和互联汽车的单车感知中，不可避免地存在盲点或漏检，C-V2X路侧单元（RSU）提供的弯道、路口等车辆感知盲点的状态信息可有效扩展车辆的感知范围，提高了安全冗余度，增强了自动驾驶的决策能力。
图3（图源：Freepik）
V2X技术将打开未来涉及公共安全和基础设施的许多应用之门，但V2X非常令人兴奋的应用当属ADAS。这两种技术均旨在通过降低碰撞的可能性和平滑交通流来提高道路安全和交通效率，只不过它们使用了不同的方法来实现目标。ADAS是基于使用摄像头、雷达和LiDAR来改善车辆对周围环境的感知，V2X则是基于通过车载单元（OBU）和路边单元（RSU）实时交换信息让车辆对环境有更细致和实时的了解。
自动驾驶是V2X可能产生较大影响的另一个领域。自动驾驶汽车中传感器的数量和复杂程度将随着自动驾驶水平的提高而不断增加。V2X作为一个额外的传感器，在所有天气条件下都能正常工作，获取新鲜的周边信息，甚至还可以穿过墙壁和障碍物，有效地解决了车辆的视线问题。目前，一些企业已经将V2X视为在车载单车智能中实现ADAS和自动驾驶有效的补充技术。
自车联网诞生以来，市场上一直存在两条技术路线之争，分别是基于无线局域网（WLAN）的和基于蜂窝的V2X技术。基于WLAN的V2X系统通过无线网络（Wi-Fi）连接车辆和基础设施，该技术就是DSRC（专用短程通信），也称为ITS-G5/8.11p、WLANp和Wi-Fi-p，于2010年获得批准。DSRC也是业界第一个可用的V2X技术，它目前在奥地利和德国的道路上有着广泛的部署。
C-V2X是由基于蜂窝调制解调器技术的3GPP标准定义的，该技术使用5.9GHz频带中的PC5接口在车辆、摩托车和路边单元（RSU）之间发送和接收消息。第一代C-V2X（版本14/15）称为LTE-V2X，第二代（版本16及更高版本）称为5G-V2X。随着2017年3GPP release 14规范中C-V2X的发布，基于蜂窝技术的V2X竞争优势开始显现。
C-V2X展现出的优势在于它提供了从4G LTE到5G NR的清晰演进路径：3GPP Release 14中包含的初始C-V2X标准专注于V2V通信和PC5的基本修改。进一步的3GPP版本可提供一系列的增强，用以支持更多的V2X操作场景，其中包括全套5G标准、多媒体优先服务、V2X应用层服务、5G卫星接入、5G中的局域网支持、5G的无线和有线融合、终端定位和定位等，以及支持弱势道路用户（VRU）携带的UE设备的更高功率效率。
在实际应用中，基于Wi-Fi的DSRC标准目前只有很少几家欧洲OEM的车型配备了有限数量的V2X模块。C-V2X明显获得了中国和美国的强有力支持，5G-V2X也有望在未来进入欧洲汽车市场，并逐渐成为DSRC的替代方案。
在过去的几年里，这个问题很难回答。截至2023年，理论上V2X技术已完全准备好实施和商业使用。该技术的可靠性和安全性在跨行业互操作性测试中得到了反复验证，很多路边设备现在都支持V2X，许多OEM已经为他们的车辆配备了V2X OBU。
欧洲经常被视为V2X技术和合作智能交通系统（C-ITS）的优秀试验平台，这不仅是因为欧洲大陆拥有世界上一些发达、维护完善的道路网络，还因为它们拥有数十家道路运输运营商，并且拥有集中的大批汽车OEM。在目前的欧洲市场，DSRC是事实上的V2X技术，市场活动也大多基于此。
目前，欧洲正在进入商用V2X部署的早期阶段，要想大规模运营V2X服务，还需要部署更多的OBU和RSU，这可能需要长达十余年的时间。很重要的一个原因是市场上的旧车保有量太大，这些车几乎没有升级到V2X的可能。此外，道路运营商也需要时间将RSU安装到路边设备中。
好消息是，欧洲新车评估计划Euro NCAP在其2025年发展路线图中宣布，从2024年开始，所有新车都必须配备V2X连接才能获得五星级安全评级，此举将有效激励OEM在其车辆中大规模部署V2X。作为早期采用者之一，大众汽车在高尔夫和欧洲销售的电动汽车系列等车型中加入了DSRC，每辆车均配备了V2X OBU。宝马近期宣布计划在其车辆中部署V2X技术，用于车辆到电网（V2G）双向充电。
C-V2X是中国、美国和欧洲未来极可能使用的V2X通信技术。FCC选择LTE-V2X在美国进行了大规模部署。
中国正在广泛部署LTE-V2X，根据政府发布的战略要求，专门为LTE-V2X分配了频谱，中国部分汽车制造商承诺在2022/2023年开始部署并准备大规模推出C-V2X，预计到2025年将实现大规模V2X覆盖。
另据新消息，2024年6月4日，工信部、公安部、住房城乡建设部、交通运输部等四部门联合发布公告称，将有序开展智能网联汽车准入和上路通行试点，由长安汽车、比亚迪、广汽等汽车生产企业和使用主体组成的9家企业此次进入试点的联合体，工作目标是：
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一方面引导智能网联汽车企业加强能力建设，在保障安全的前提下，促进产品的功能、性能提升和产业生态的迭代优化；
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另一方面，基于试点实证积累的管理经验，加快健全完善智能网联汽车生产准入和道路交通安全管理体系，推动智能网联新能源汽车产业高质量发展。
在产品方面，支持DSRC和C-V2X的解决方案均基本就绪。作为V2X早期的推动者之一，NXP V2X系统平台在5.9GHz和760MHz频段中运行，与所有优秀供应商的全球软件协议兼容，可在全球使用。
其中，RoadLINK SAF5400是通过汽车应用认证的、适用于V2X应用的单芯片DSRC调制解调器，能够在芯片上每秒中继多达2000条基本安全消息（BMS）验证，从而为发送和接收的消息提供更好的范围。同时还可以利用NXP的i.MX应用处理器得到进一步增强，该处理器现已包含在其V2X系统解决方案中。此外，SAF5400还集成了NXP的高性能安全元件技术，以便满足V2X无线安全要求。
图1：单芯片DSRC调制解调器RoadLINK SAF5400系统框图（图源：NXP）
DSRC和C-V2X源于不同的技术，导致了根本不同的操作方法。Autotalks是一家专门致力于为人工驾驶和自动驾驶车辆提供V2X通信的半导体公司，同时也是唯一一家提供可兼容两种V2X技术的V2X解决方案企业。
它的第三代设备TEKTON3和SECTON3还增加了5G-V2X功能，这些设备可同时操作5G-V2X信道和额外的LTE-V2X（或DSRC）信道。
其中，TEKTON3是一款完全集成的V2X SoC芯片，专门用于支持基于车联网的驾驶操作。在与TEKTON3芯片搭配组建的参考设计中，由英飞凌提供的车规级HYPERRAM 3.0存储芯片具有16位HYPERBUS接口，可实现800MBps的传输速率，满足外部存储器对成本、功率密度和数据处理性能等各项要求，从而帮助OEM厂商创建有针对性的新一代汽车V2X解决方案。
图2：英飞凌车规级HYPERRAM 3.0存储芯片与TEKTON3搭配可组建支持双标准的第三代V2X参考设计（图源：Infineon）
结语
V2X技术和产品碎片化问题是当前行业发展的重大挑战，除非使用同一型号的产品，路上配备V2X的车辆几乎没有相互发送和接收数据的能力。像LTE和5G这样的大规模网络，将有效地弥合车辆、基础设施和行人之间的数字鸿沟，使它们能够真正进行相互通信。不过，该技术尚未在汽车行业获得完全采用，市场推广力度亟需加强。
从长远来看，V2X技术是提高道路安全和实现全自动驾驶的一种颇有前途的解决方案。Zion market research的研究数据表明，2023年全球汽车V2X技术市场规模约为5.4亿美元，预计到2032年将达到约189亿美元，2024年至2032年的复合年增长率高达48.50%。归纳起来，V2X技术有望改变现有的交通格局和人们的出行方式，使我们的道路变得更安全、更高效、更互联。
要使这一愿景成为现实，需要包括汽车制造商、监管机构和消费者在内的所有利益相关者共同努力，克服未来的各种挑战，比如建立一个功能性和可互操作的V2X生态系统，让所有利益相关者站在同一立场，工作在同一平台。只有这样，V2X才能更快地从愿景走进现实。
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