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美国车联网（V2X）发展现状与反思
2019-09-01 17:03:05· 来源：5G行业应用
盘点美国车联网（V2X）产业情况，可以看到其发展中存在①缺乏政策持续强力推进、②标准摇摆和缺乏持续演进、③试点示范规模不足、④产业链协同发展不利、⑤应用
盘点美国车联网（V2X）产业情况，可以看到其发展中存在①缺乏政策持续强力推进、②标准摇摆和缺乏持续演进、③试点示范规模不足、④产业链协同发展不利、⑤应用场景和商业模式探索深度不够，对中国车联网产业发展有很好的借鉴作用。
美国车联网（V2X）政策、标准与频谱
（1）美国车联网（V2X）政策
美国持续发布车联网相关政策。交通运输部于2015年发布《美国智能交通系统（ITS）战略规划（2015-2019年）》，汽车智能化和网联化是该战略计划的核心。该规划是2010-2014 ITS战略计划的升级版，美国ITS战略从单纯的车辆网联化，升级为汽车网联化与自动控制智能化的双重发展战略，发展目标包括：① 提高车辆与道路安全性；②增强交通移动性；③降低环境影响；④促进创新；⑤支持交通系统信息共享。
美国交通运输部和国家公路交通安全管理局于2016年9月发布了《联邦自动驾驶汽车政策指南》，规定新的自动驾驶汽车技术必须满足15个要点的安全评估，为自动驾驶技术提供制度保障。美国多州积极推进无人驾驶法规制定，已有加州、密西根州、俄亥俄州、佛罗里达州、亚利桑那州、宾夕法尼亚州、佛吉尼亚州、马赛诸塞州、内华达州等以及哥伦比亚特区颁布了无人驾驶法规，各州对车企运用技术的限制作了不同规定。
美国交通运输部于2018年10月发布了《自动驾驶汽车3.0：为未来交通做准备》，基于《自动驾驶汽车2.0：安全愿景》所提供的自愿性指南基础，支持将自动驾驶的安全、高效、可靠、经济集成到多联式跨界的地面运输系统中。其关键点包括：①继续沿用SAE对自动驾驶汽车的分级，保持技术中立；②在原有指南的基础上对自动驾驶范围进行延伸，涵盖乘用车、商用车、公路运输和道路等交通系统；③制定自动驾驶汽车开发阶段安全风险管理的概念框架，并期望交通部能够参与整个过程与各方协同合作；④修改特定安全标准，以适应自动驾驶汽车技术；⑤允许自动驾驶汽车的创新性设计，例如方向盘、踏板、后视镜等可以不再强制安装。
（2）美国车联网（V2X）标准
车联网V2X（Vehicle-to-Everything）全球存在两大标准流派，DSRC（Dedicated Short Range Communications，专用短程通信技术）和C-V2X（Cellular-Vehicle-to-Everything，基于蜂窝技术的车联网通信）。
DSRC标准由IEEE基于WIFI制定，并且获得通用、丰田、雷诺、恩智浦、AutoTalks和Kapsch TrafficCom等支持。通用已经有量产车卡迪拉克CTS搭载DSRC（由Aptiv提供系统，AutoTalks提供模块，恩智浦提供芯片），丰田则在2016年就开始销售具备DSRC技术的皇冠和普锐斯，销量已经超过16万辆（电装提供系统，瑞萨提供芯片）。
DSRC标准化流程可以追溯至2004 年，主要基于三套标准：
第一个标准是IEEE 802.11p，它定义了汽车相关的“专用短距离通信”（DSRC）物理标准；第二个是IEEE 1609，标题为“车载环境无线接入标准系列（WAVE）”，定义了网络架构和流程；第三个是SAE J2735和SAE J2945，定义了消息包中携带的信息，该数据将包括来自汽车上的传感器信息，例如位置、行进方向、速度和刹车信息。
美国高速公路安全管理局（NHTSA）力推DSRC，目标是为消费者提供安全、效率、便捷三大方面优质服务。安全方面，中轻型车辆将避免80%的交通事故，重型车避免71%的事故；效率方面，交通堵塞将减少60%，短途运输效率提高70%，现有道路通行能力提高2~3倍；便捷方面，停车次数可减少30%，行车时间降低13%至45%，实现降低油耗15%。
（3）美国车联网（V2X）频谱
1999年，美国联邦通讯委员会（Federal Communications Commission，FCC）为基于IEEE 802.11p的ITS业务划分了5850-5925MHz共计75MHz频率、7个信道（每个信道10MHz）的频率资源。其中178号信道（5885-5895MHz）为控制信道。
每辆车都会在信道 172中，以每秒 10 到 20 次的频率，交互 DSRC 基础安全信息。紧急信息则会在信道 184 中，以更高的优先级进行传播。每一条基础安全信息都包含两部分信息。第一部分信息是强制性信息，包括位置、速度、方向、角度、加速度、制动系统状态和车辆尺寸。第二部分是可选信息，例如防抱死系统状态、历史路径、传感器数据、方向盘状态等。
美国DSRC进展
（1）整体进展
美国约有10000个城镇、城市、县和州购买、运营和维护交通基础设施设备。联邦政府提供资金，但不拥有任何基础设施。美国共有35万个交叉口，大约部署约5315套DSRC RSU，分布在26个州，覆盖超过美国50%的州，总共大约18000套车载终端OBU（包括前装设备和后装设备）。
美国在2015年9月开始启动怀俄明州、纽约、佛罗里达州Tampa三地的DSRC试点示范工作。2016年12月完成第一阶段概念设计。2018年5月完成第二阶段设计/建造/测试。目前进入第三阶段运营和维护验证。
除此之外，在网联自动驾驶开展最好的几个州里面，也在积极进行DSRC试点示范工作。加州拥有美国最大自动驾驶试验场GoMentum Station，其建立网联自动驾驶汽车交通信号灯实验室（CAV-SigLab），部署和维护交通信号灯机柜内部的交通信号控制器、交通冲突监控器、负载开关、基于视频探测和DSRC/5G 技术的通信系统。
在密西根州，2014年建立车联网测试平台，涵盖连接底特律（Detroit）、安阿伯（Ann Arbor）、布赖顿（Brighton）和沃伦（Warren）的94号、96号、696号州际公路和美国23号公路走廊，全长约125英里，道路沿途部署超过100个DSRC RSU。这条走廊贯穿了密西根州汽车与技术发展的核心区域。
在俄亥俄州，俄亥俄州交通部、马里斯维尔市、本田合作，部署了世界首个车联网全城覆盖的城市。马里斯维尔市的所有交通信号灯升级配备DSRC，1500辆车安装DSRC车载终端。另外，在33号公路都柏林（Dublin）和东利伯蒂（East Liberty）之间全长35英里路段，同时开展网联自动驾驶汽车测试。
（2）WYDOT进展
怀俄明州交通局（WYDOT）牵头，专注于州际高速公路。沿I-80高速公路部署大约75套RSU，400套OBU。主要部署在商用车辆，其中至少150辆为重型卡车。重点关注货物通过I-80东西走廊的高效和安全运输。
WYDOT通过收集车辆数据，高速公路路况信息和天气数据，将减少走廊内的恶劣天气相关事故（包括二次事故）和爆炸事故的数量，以提高安全性并减少事故延误。具体应用场景有五种，典型的包括Spot Weather Impact Warning (SWIW)、Work ZoneWarning (WZW)等。
WYDOT的典型车载终端有onboard HMI设备，可以看到严重告警信息（例如极端大雾天气、道路施工等）、普通告警信息（例如雨雪天气等）、限速信息、前向碰撞预警、车辆速度信息等等。
（3）NYCDOT进展
纽约市交通局（NYCDOT）牵头，专注于通过部署V2V和V2I连接的车辆技术来提高城市中旅客和行人的安全性。NYCDOT CV（Connected Vechicle）试点项目包括曼哈顿和布鲁克林区三个不同区域，部署大约353套RSU，8000套OBU。其中Manhattan Ave 200套RSU，Manhattan Cross 80套RSU，Flatbush Ave 30套RSU，FDR(freeway and restricted route） 8套RSU, Support locations (airports, river crossings, terminalfacilities) 36套RSU。OBU包括5850辆安装后装车载设备（ASD，AftermarketSafety Device）出租车、1250辆大都会交通管理局（MTA）公共汽车、400辆UPS卡车、250辆NYCDOT车队车辆、250辆纽约市卫生部（DSNY）车辆。
NYCDOT关注在密集城市交通系统中典型的交叉口应用，会在多层次的行人、车辆、道路以及商业和居民区混合使用，未来将成为在城市环境中大规模部署的典范。项目特色是通过车内行人警告和V2I/I2V检测人行横道行人通过，来减少车辆与行人的冲突，为大约100名视觉障碍的行人配备个人设备，提供语音告警，协助这些弱势交通使用者安全穿过信号交叉口街道。
（4）Tampa (THEA)进展
坦帕-希尔斯堡高速公路管理局（THEA）牵头，改善坦帕市中心的安全和交通状况。试点在整个区域的街道和塞尔蒙高速公路上，Tampa (THEA)部署40套RSU，1620套OBU。大约覆盖1600辆汽车、10辆公共汽车、10辆线缆街道车和500名行人。主要参与方包括坦帕市（COT）、佛罗里达州交通部（FDOT）和希尔斯堡地区区域交通部（HART）。
Tampa (THEA)项目着力解决坦帕市中心高峰交通拥挤问题。通过上高速公路前检测和发出警告给道路驾驶员来降低碰撞风险、提高交叉口的行人安全、提供公交信号优先权等各类应用场景。主要包括Morning Backups, Wrong-way Drivers, Pedestrain Safety, TransitSignal Priority, Streetcar Conflicts, Traffic Progression六大类业务。
Tampa (THEA)的典型车载终端有智能后视镜HMI设备，可显示前车紧急刹车信息、限速信息、车辆速度信息等等。
美国C-V2X进展
（1）车企的选择
福特从技术、持续演进和商用三个角度进行评估，最终选择从DSRC转C-V2X。从技术角度看，2018年4月在华盛顿召开的5GAA会议上，福特发布了与大唐、高通的联合测试结果，给出DSRC和LTE-V2X实际道路测试性能。结果显示，在相同的测试环境下，通信距离在400米到1200米之间，LTE-V2X系统的误码率明显低于DSRC系统，而且LTE-V2X的通信性能在可靠性和稳定性方面均明显优于DSRC；从持续演进角度看，C-V2X包含Rel-14 LTE-V2X、Rel-15 LTE-eV2X和向后演进的NR-V2X，也比DSRC有明显优势；从商用角度看，DSRC经过多年的测试与验证，可行性得到验证，同时网络、芯片等产业链相对成熟。但是C-V2X具备后发优势，5GAA自2016年9月创立以来，已经有超过120家运营商、车企、芯片商、设备厂商等产业链各环节企业加入。
2019年3月26日，福特表示计划于2021年在中国的福特车型中搭载C-V2X技术，到2022年在美国市场推出C-V2X车型。C-V2X技术将与福特Co-Pilot360™智行驾驶辅助系统相互协作，使车辆接收前方道路交通变化信息、以及预知传感器可接收范围以外的风险，从而提前发出预警，甚至可以在驾驶者未采取行动的情况下紧急制动。
总体来看，通用、丰田、雷诺、恩智浦、AutoTalks和Kapsch TrafficCom等支持DSRC发展。福特、宝马、奥迪、戴姆勒、本田、现代、日产、沃尔沃、PSA Group，众多Tier1，运营商移动、联通、AT&T、德国电信、KDDI、DOCOMO、Orange、Vodafone，以及华为、爱立信、大唐、高通、英特尔、三星等支持C-V2X演进。不少企业选择二者兼顾。
（2）基础设施建设情况
C-V2X已经在加利福尼亚州圣迭戈和密西根州底特律进行初步试验。2018年高通、福特、松下与科罗拉多交通部门（CDOT）合作，首次在科罗拉多州部署蜂窝C-V2X。项目目的是为了帮助拯救生命，因为配备此系统的车辆能够感知和识别行人、骑车人和其他连接的车辆；另一个应用是帮助自动驾驶汽车优化燃油效率和整体操作体验。Kapsch TrafficCom公司为CDOT C-V2X项目提供100套RSU，Ficosa提供500套C-V2X OBU。
除此之外，犹他州也在跟进，另外至少还有10个潜在项目在讨论，其中包括与跨国公司/中立机构的合作。在美国C-V2X的基础设施建设，以匹配2022年美国第一辆C-V2X量产车型部署为目标。
美国车联网（V2X）发展反思
（1）缺乏政策持续强力推进
美国希望在2021年达到50%新车安装DSRC，2022年达到75%新车安装DSRC，2023年开始100%新车安装DSRC。目标虽然宏大，但缺乏政策强力推进。另外，美国多州积极制定了无人驾驶法规，这帮助美国在自动驾驶领域取得迅速发展，但是在网联汽车方面，却出现了政策摇摆。
之前美国政府大力支持DSRC，ABM政府提案要求车厂2021年起必须逐步采用DSRC。DSRC因此取得先发优势，开始初期部署。一些车企以及它们的芯片、软件和服务合作伙伴等也进行了大量投资。这些投资是对ABM政府对DSRC部署任务的反应，以确保及时提供大量DSRC设备。
然而，TLP政府拒绝了ABM时代的计划。白宫和美国交通部门不会继续推进这项任务，即要求“新车配备专用的DSRC短程无线电设备，允许车辆发送一些数据，如汽车行驶数据，道路危险和天气条件等数据。”
美国政府对DSRC政策的不连续，将影响美国车联网产业发展。因此，发展本国的车联网（V2X）产业，一定需要保持政策的连续性，持续强力推进车联网产业发展。
（2）标准摇摆和缺乏持续演进
目前美国政府的态度是保持技术中立，让车企在DSRC和C-V2X之间自由选择。美国交通部的犹豫，对推动V2X技术标准统一起到反作用。产业界对此充满分歧，支持DSRC的通用和丰田，将C-V2X描绘成一个凶悍的打墙洞野蛮人形象，从频段分配等方面建议政府全力排斥C-V2X。
另外一方面，DSRC标准从制定以来，缺乏后续演进能力，尤其是和C-V2X具备清晰的向5G演进能力相比。DSRC标准组织IEEE意识到此问题，却直到2018年底才提出了IEEE 802.11 NGV，即Next Generation V2X amendment (802.11bd)作为DSRC后续演进版本。主要目标是提升范围和可靠性，并且对DSRC具备兼容能力（NGV可以和DSRC在相同频段共存，可以和DSRC设备通信）。但是NGV的相关标准工作才刚刚起步。
美国对车联网（V2X）标准的摇摆，以及DSRC本身缺乏后续演进能力，将制约美国车联网产业发展。因此，发展本国的车联网（V2X）产业，一定需要旗帜鲜明确立统一的标准，并持续投入后续标准的研究和制定工作。
（3）试点示范规模不足
美国在怀俄明州、纽约、佛罗里达州Tampa三地投入联邦资金总额4500万美元，用于发展DSRC。但是DSRC部署费用高昂，USDOT估计，DSRC要能全面使用，政府需要花费数十亿美元打造基础建设。不只如此，汽车还需装设车载设备才能使用DSRC，NHTSA预估，每辆车成本将增加300美元。
总体来看，美国DSRC试点示范虽然覆盖了26个州，但是绝大部分州只是小规模试点，政府的投入难以支撑DSRC进入大规模预商用。因此，发展本国的车联网（V2X）产业，一定需要政府前期有足够投入，带动产业进入良性发展轨道，让车联网试点示范真正转化出规模效应。
（4）产业链协同发展不利
2019年4月26日，丰田汽车公司宣布暂停2021年开始为美国市场车型搭载DSRC的计划。而仅仅在一年前，2018年4月，丰田才宣布计划在2021年开始在美国销售的新车上安装DSRC技术。丰田做出这个决定主要基于两方面原因，一是没有看到其他汽车制造商做出同样的生产承诺，从而没有足够多的同盟共同建设基础设施，这将使丰田负担巨额的成本；二是DSRC无法获得专用的频段，无法保证技术运行的稳定性。
作为车企里面DSRC坚定的拥趸通用和丰田，丰田该声明对DSRC的支持者是一个重大打击，导致DSRC产业链协同发展不利。因此，发展本国的车联网（V2X）产业，一定需要产业链各个环节协同发展，共同推进。
（5）应用场景和商业模式探索深度不够
美国发展车联网最主要的诉求，是期望通过车联网解决现有交通中存在的问题。DSRC应用场景集中在安全、效率、便捷三大方面。“在任何情况下，「安全」都是交通部的首要任务。”在美国交通运输的长期规划中，扩大公共运输的规模和效率、以卡车编队行驶为代表的新技术提升物流效率，是重要内容。
为了积极应对车联网商业模式上存在的挑战，需要政府和产业界共同探索。其中可能存在的路径包括继续挖掘和深化信息服务类业务、特定商用场景先行先试、探索数据开放和运营。美国在这些方面的应用场景和商业模式探索深度不够。因此，发展本国的车联网（V2X）产业，不能单纯依靠政府投资，需要产业界力量积极探索车联网可行的商业模式。
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