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解锁未来交通密码：V2X引领自动驾驶时代

2024-09-11 10:10:25·  来源：智驾小强  
　

1.什么是V2X

2.V2X的应用场景

3.法规&测评体系对V2X的要求

1.什么是V2X
        2023年10月，美国交通部（USDOT）以草案形式发布了加速部署V2X的国家计划《Saving Lives with Connectivity: A Plan to Accelerate V2X Deployment》，并于近日正式发布。该计划提出在2036年前建成覆盖全美范围的C-V2X车联网，高速公路实现100%覆盖，75个大型主要城市十字路口覆盖率达到85%。以C-V2X车联网提升道路安全，降低交通伤亡，促进交通系统更安全、可靠、高效。
       V2X（Vehicle-to-Everything）是一种车与车、车与人、车与交通设施之间的信息交换技术，通过传感器、摄像头和无线连接，使车辆能够与驾驶员、其他车辆、行人和交通信号灯等道路基础设施共享位置、速度、加速度等实时信息。旨在通过实时通信来提高交通效率、增强安全性，并支持自动驾驶的实现。
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        V2X按技术分类，主要分为基于局域网DSRC和基于蜂窝网C-V2X两种。
         基于局域网的技术（DSRC）：
     专用短距离通信DSRC（Dedicated Short-Range Communications）是一种较早发展的V2X技术，它基于IEEE 802.11p和1609.x标准。
       DSRC技术主要适用于车辆间的短距离通信，一般有效通信距离不超过1km，平均时延小于50ms，因此在安全性相关的场景中具有较高的实用价值。
        在美国，DSRC技术得到了广泛应用，并为其分配了专属的5.9GHz频带带宽。但在2020年11 月，美国决定将已经分配给DSRC即IEEE 802.11p的5.9 GHz频段（5.850~5.925 GHz）划拨给 Wi-Fi 和 C-V2X 使 用，其中 30MHz 带宽（5895~5925 MHz）分配给 C-V2X，这标志着美国正式宣布放弃DSRC 并转向 C-V2X。
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         基于蜂窝网的技术（C-V2X）：
       C-V2X（Cellular Vehicle-to-Everything）是基于蜂窝网络（如LTE和5G）的V2X技术，包含 LTE-V2X（Long Term Evolution V2X）和 NR-V2X （New Radio V2X）。它支持车辆与车辆（V2V）、车辆与基础设施（V2I）、车辆与行人（V2P）以及车辆与网络（V2N）之间的通信。是我国企业主导的车联网国际标准。
        C-V2X技术具有大带宽、大覆盖、高可靠和低时延等特点，能够满足智能交通系统对通信性能的高要求。此外，C-V2X技术还可以利用现有的蜂窝网络基础设施，降低部署成本。
      随着5G技术的不断成熟，5G-V2X（NR-V2X）将成为未来智能交通系统的重要组成部分。5G-V2X将融合LTE-V2X和DSRC技术的优势，为汽车提供更安全、更高效的运行能力。
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        V2X的技术特点：
        实时性：V2X技术通过无线通信实现信息的实时交换，使车辆能够迅速响应交通环境的变化。
        协同性：V2X技术促进了车辆之间的协同与合作，提高了交通系统的整体效率。
        安全性：V2X技术通过提供实时的交通信息和智能的决策支持，显著提高了驾驶的安全性。
        可扩展性：V2X技术可以与多种交通参与者和基础设施进行通信，具有较强的可扩展性。
2.V2X的应用场景
       V2X技术作为一种车与万物互联的通信技术，具有广泛的应用场景，包括车车通信V2V、车与基础设施通信V2I、车与行人通信V2P、车与外部网络通信V2N等。以下是V2X技术的主要应用场景：
车辆与车辆之间的通信（V2V）
       防碰撞安全系统：V2V技术可以实时共享车辆的位置、速度、行驶方向等信息，使车辆能够提前感知并避免潜在的碰撞风险。这对于提高道路安全性和减少交通事故具有重要意义。
        协同（编队）驾驶：在交通拥堵或复杂路况下，V2V技术可以协助车辆之间进行协同驾驶，如协同变道、协同加减速等，从而提高交通效率。
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车辆与基础设施之间的通信（V2I）
        交通信号指示与时间提醒：车辆通过V2I技术可以接收来自交通信号灯、路边设备等的实时信息，如信号灯颜色、倒计时等，以便更好地规划行驶路线和速度、优化信号灯配时，减少等待时间和交通拥堵，提高道路通行能力。
        智能停车：车辆可以与智能停车系统通信，获取空余车位信息、停车费用等，减少拥堵和等待时间，实现快速便捷的停车体验。
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车辆与行人之间的通信（V2P）
        行人安全距离警报：当车辆接近行人时，V2P技术可以实时检测并发出警报，提醒驾驶员和行人注意安全，减少行人事故的发生。
        行人信息提示：行人可以通过手持设备或其他方式与车辆进行通信，如发送过马路意图等信息，以便车辆提前做出反应，确保行人安全。
        交警监管：交警可以通过V2P控制自动驾驶车辆安全停车，接受检查。
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车辆与外部网络之间的通信（V2N）
        实时地图与导航：车辆通过V2N技术可以实时获取地图数据、路况信息、云服务等，实现精准的导航和路线规划。
        远程监控与诊断：车辆可以将自身的行驶数据上传至云端服务器进行存储和分析，车辆制造商和服务提供商可以通过V2N技术对车辆进行远程监控和诊断，及时发现并解决潜在问题，提高车辆的安全性和可靠性。
图片自动驾驶的支撑技术
       弥补传感器不足：V2X技术是实现自动驾驶的重要基础之一，V2X技术可以弥补摄像头、雷达等车载传感器在视距、覆盖范围等方面的不足，提高车辆在复杂环境下的感知能力，做出更加智能的决策和操作，提高驾驶的安全性和可靠性。
        协同自动驾驶：在自动驾驶阶段，V2X技术将发挥更加重要的作用，实现车辆之间的协同自动驾驶，提高整体交通系统的效率和安全性。
图片
        2020年12月31日，中国智能网联汽车产业创新联盟联合星云互联、重庆长安汽车、通用汽车等单位对2017年的标准进行了完善，推出了团标《合作式智能运输系统车用通信系统应用层及应用数据交互标准（第一阶段）T/CSAE 53－2020》标准代替了T/CSAE 53－2017标准，定义了17个C-V2X的基础应用场景。
序号
类别
通信方式
应用名称
1
安全
V2V
前向碰撞预警
2
V2V/V2I
交叉路口碰撞预警
3
V2V/V2I
左转辅助
4
V2V
盲区预警/变道辅助
5
V2V
逆向超车预警
6
V2V -Event
紧急刹车预警
7
V2V -Event
异常车辆提醒
8
V2V -Event
车辆失控预警
9
V2I
道路危险状况提示
10
V2I
限速预警
11
V2I
闯红灯预警
12
V2P/V2I
弱势交通参与者碰撞预警
13
效率
V2I
绿灯车速引导
14
V2I
车内标牌
15
V2I
前方拥堵提醒
16
V2V
紧急车辆提醒
17
信息服务
V2I
汽车近场支付
        与此同时，中国智能网联汽车产业创新联盟也联同星云互联科技、电信科学技术研究院、华为技术有限公司等单位推出了V2X第二阶段标准：《合作式智能运输系统车用通信系统应用层及应用数据交互标准（第二阶段）》，在第一阶段标准基础之上丰富了应用层场景，增加了12个C-V2X增强型应用场景。
序号
第二阶段应用
通信模式
触发方式
场景分类
主要信息
1
感知数据共享
V2V
V2I
Event
安全
Msg-SSM
2
协作式变道
V2V
V2I
Event
安全
Msg-VIR
3
协作式车辆汇入
V2I
Event
安全/效率
Msg-RSC Msg-VIR
4
协作式交叉口通行
V2I
Event/Period
安全/效率
Msg-RSC
5
差分数据服务
V2I
Period
信息服务
Msg-RTCM
6
动态车辆管理
V2I
Event/Period
效率/交通管 理
Msg-RSC
7
协作式优先车辆通行
V2I
Event
效率
Msg-VIR Msg-RSC
8
场站路径引导服务
V2I
Event/Period
信息服务
Msg-PAM Msg-VIR
9
浮动车数据采集
V2I
Event/Period
交通管理
Msg-BSM Msg-VIR Msg-SSM
10
弱势交通参与者安全 通行
P2X
Period
安全
Msg-PSM
11
协作式车辆编队管理
V2V
Event/Period
高级智能驾驶
Msg-CLPMM
12
道路收费服务
V2I
Event/Period
效率/信息服务
Msg-VPM
注：表中“主要信息”列给出了实现对应应用场景所需要的主要交互信息，但不一定是所有信息。实际现实中，可根据不同的需求和服务水平，使用更多的信息。
3.法规&测评体系对V2X的要求
        法规与测评体系对V2X（车联网）的要求主要体现在技术标准、安全性能、通信协议、测试验证等多个方面。
3.1 技术标准
        V2X标准体系可分为无线通信和应用两大部分。目前，国际上主流的V2X无线通信技术有DSRC（IEEE 802.11p）和 C-V2X 两条技术路线，而应用层标准则由各国家和地区根据区域性的应用定义进行制定。
       电气电子工程师学会IEEE发布了V2X技术相关的标准，即IEEE 802.11p，它规定了V2X通信所需的物理层和MAC层规范，为V2X通信提供了技术支持。
        C-V2X 是国际主流移动通信标准组织 3GPP （The Third Generation Partnership Project）主导推动的，C- V2X技术需要遵循基于3GPP物理标准的4G/5G蜂窝连接，确保高速、稳定的数据传输。特别是5G技术的低延迟和大带宽特性，对于自动驾驶等对实时性要求较高的应用尤为重要。
图片
        美国汽车工程师学会SAE发布了一系列与V2X技术相关的通信和应用标准，如SAE J2735，规定了V2X通信所需的消息格式、数据元素以及与交通管理相关的信息，确保不同车辆和设施之间能够正确地理解和交换信息。
SAE J 2735-2023 V2X通讯信息组词典
SAE J 2735ASN-2022 V2X通讯信息组词典TMASN文件
SAE J 2945-1-2016 V2V安全通信协议OBD系统
SAE J 2945-1A-2020 V2V安全通信协议OBD系统
SAE J 2945/1B-2023 非轻型车与摩托车的V2V安全通信车载系统要求
SAE J 2945-2A-2019 V2V专用短程通信（DSRC）安全意识性能要求TM的ASN文件
SAE J 2945-2S-2019 V2V专用短程通信（DSRC）安全意识性能要求TM设置
SAE J 2945-2017 专用短程通信（DSRC）SAE J2945 / X文件和通用设计概念™系统工程过程指南
SAE J 2945/7-2023 V2X系统高精度定位
SAE J 3067-2020 使用系统工程方法的专用短距离通信（DSRC）消息集字典[SAE J 2735]的候选改进
SAE J 3161/1-2022 LTE-V2X V2V 安全通信的车载系统要求
SAE J 3161/1A-2022 V2V 安全通信的车辆级验证试验程序
SAE J 3217-2022 基于 V2X 的费用收取
SAE J 3224-2022 协作式自动驾驶的 V2X 传感器共享
SAE J 3289-2023 SAE V2X ASN.1 模块---组织和管理规则
        2022 年 4 月，中汽中心发布的《中国新车评价规程（C-NCAP） 路线图（2022－2028 年）》中，认可使用 C-V2X 技术实现主动安全的场景，并在C-NCAP2024版测评规程中正式加入了C-V2X实现主动安全的场景。
       中国国标GB/T 43187-2023《车载无线通信终端》规定了蜂窝移动无线车载终端的技术要求，描述了V2X车载终端的试验方法和检测规则。
       行标《车载专用无线短距传输系统技术要求和试验方法》和国标《基于LTE-V2X直连通信的车载信息交互系统技术要求及试验方法》均已进入报批阶段。
       车辆制造商、设备制造商和其他参与V2X技术的公司还必须遵守无线电射频(RF)法规，以确保V2X技术的互操作性和安全性。

3.2 安全性能
       V2X通信涉及车辆安全和交通安全，因此安全性至关重要。相关机构制定了一系列通信安全标准和检测服务，包括云平台通信安全检测、车载单元OBU（On board Unit）/路端单元RSU（Road Side Unit）通信安全检测以及整车通信安全检测等，以确保V2X通信的安全性。
       测试系统应能够模拟各种网络攻击和安全漏洞，检验V2X设备的抗攻击能力和安全性，以保护系统免受潜在的安全威胁。

        V2X系统还需要具备预警功能，以在潜在危险情况下及时提醒驾驶员或自动驾驶系统。预警功能应包含视觉、听觉或触觉等多种预警方式，并具备分级能力，以适应不同的危险情况。
3.3 测试验证
        测试系统要求：
       测试系统应能够对V2X设备的通信协议进行全面测试，确保其与标准制定的通信协议相兼容，能够与其他设备进行正确地数据交换。
       测试系统应能够评估V2X设备的通信性能，包括延迟、带宽和数据传输速率等指标，以确保V2X通信的实时性和可靠性。
       测试系统还应能够验证V2X设备在不同环境下的互操作性，包括不同厂家和设备之间的通信，以确保其能够无缝地与其他设备进行通信。     
        测试场景要求：
       测试过程应模拟不同的交通场景，如拥堵、紧急制动、交叉路口等，以验证V2X设备在复杂和多变的交通环境下的可靠性和稳定性。
       测试场景应满足一定的精度要求，如速度误差、侧向偏移量、横摆角速度误差等，以确保测试结果的准确性和可靠性。
       尽管V2X技术在交通领域拥有巨大的潜力，但也面临一系列挑战。首先是技术标准的制定和统一，不同厂商的设备需要实现互联互通。其次是安全性和隐私保护问题，V2X技术需要防范黑客攻击和信息泄露的风险。此外，V2X技术的推广和应用还需要政府部门的支持和政策法规的完善。
        相信随着5G技术的不断发展和智能交通的推广，V2X技术将迎来更广阔的前景。它将使我们的交通更加安全高效，城市更加智慧宜居。通过车辆与其他交通参与者的实时通信，交通将变得更加安全、高效和智能化。我们有理由相信，V2X技术将引领未来出行的新时代。
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