智能网联汽车关键技术调研报告
概况
中国的智能网联汽车发展已上升至国家战略层面，发展定位从原来以车联网的概念体现并作为物联网的重要组成部分，向智能制造、智能网联等智能化集成转移。2015年工信部关于《中国制造2025》的解读中首次提出了智能网联汽车概念，明确了智能网联汽车的发展目标：2020年掌握智能辅助驾驶总体技术及各项关键技术，初步建立智能网联汽车自主研发体系及生产配套体系；2025年掌握自动驾驶总体技术及各项关键技术，建立较完善的智能网联汽车自主研发体系、生产配套体系及产业群，基本完成汽车产业转型升级。同时，提出重点发展基于车联网的车载智能信息服务系统、公交及营运车辆网联化信息管理系统和装备自动驾驶系统的智能网联汽车领域。
国家智能网联技术发展规划
目前，我国主要整车企业纷纷制定了智能网联汽车的战略规划，并通过跨界合作寻求产业融合和商业模式创新发展。上汽与阿里巴巴互联网汽车领域战略合作，以及智能驾驶相关的前瞻技术研发;一汽“挚途”智能网联汽车技术战略，明确表示将在2025年实现智能商业服务平台运营;东风与华为已签署战略合作协议;长安面向2025智能网联汽车技术发展的“654”战略，并已和长安、高德、百度开展多方面的战略合作;北汽与乐视联手打造全新一代互联网智能汽车及汽车生态系统，并创立轻资产品牌等。
我国于2016年10月颁布《节能与新能源汽车技术路线图》。该路线图的总体框架为“1+7”，即一个总报告再加7个报告分会，分别是节能汽车、纯电动和混合动力汽车、燃料电池汽车、智能网联汽车和汽车制造、动力电池、轻量化的技术路线图，如下图所示。
参与编写技术路线图的专家们关于世界汽车技术发展趋势达成的共识包括三方面，即低碳化、信息化、智能化。信息化是指通过移动互联网、V2V、V2X等技术提升汽车的联网水平，从人性的角度而言，通信是人的基本需求，移动互联网普及之后，人几乎24小时挂在网上，自然期待在汽车场景下依然保持在线，享受车载娱乐服务;此外，联网也可使OTA(Over-the-Air)变成提升系统软件性能的常规手段。智能化是指利用大数据与机器智能实现ADAS与无人驾驶技术，解放人类的双手双脚，是人类免于驾车的苦役，每天变向延长人类1~2个小时的寿命，同时也是实现汽车主动安全的终极技术。而信息化与智能化二者的结合，亦可大幅提升道路的通行效率，是建设智慧城市不可缺少的一环。
《节能与新能源汽车路线图》对图2中的7大方向提出了以下量化指标：
《节能与新能源汽车路线图》针对燃料电池汽车规划的总体思路为：
（1）近期推进以自主环境感知为主，推进网联信息服务为辅的部分自动驾驶(即PA级)应用;
（2）中期重点形成网联式环境感知能力，实现可在复杂工况下的半自动驾驶(即有条件驾驶CA级);
（3）远期推动可实现V2X协同控制、具备高度/完全自动驾驶功能的智能化技术，这是智能网联汽车发展目标、技术路径和技术重点。
路线图中规划的具体量化发展目标如下图所示：
2020年：有条件自动驾驶及以下级(DA、PA、CA)新车装备率50%，交通事故减少30%，交通效率提升10%，油耗与排放降低5%；
2030年：DA、PA、HA、CA、FA新车装备率达80%，汽车交通事故减少80%，普通道路的交通效率提升30%，油耗与排放均降低20%。
由于智能网联汽车是近几年才刚出现的新东西，因此在《节能与新能源汽车路线图》中，专家们专门归纳出来了一个技术构架，可简称为“两纵三横”：
两纵：车载平台和基础设施；
三横：Ø 车辆/设施关键技术：环境感知技术，智能决策技术以及控制执行技术;
Ø 信息交互关键技术：V2X通讯技术，云平台大数据技术以及信息安全技术;
Ø 基础支撑技术：高精度地图，高精度地位以及标准法规与测试评价。
智能网联汽车可分为自主式和协同式，自主式是指整车自主的智能化，协同式是通过网络来进行相关的控制，所以可以做出两个坐标：智能化和网联化(如图15所示)。目前尚处于以自适应巡航(AdaptiveCruise Control，ACC)、自动紧急制动(AutomaticEmergency Brake，AEB)等为代表的辅助驾驶(DA)的推广期，2020年开始类似在高速公路工况下实现无人驾驶的有条件自动驾驶(CA)的推广，2025年之后完全自动驾驶(HA/FA)开始推广。
V2X智能网联通信技术
V2X是车与外界进行互联，是未来智能汽车、自动驾驶、智能交通运输系统的基础和关键技术。V2X主要包括V2N(Vehicle-To-Network，车-互联网)、V2V(Vehicle-To-Vehicle，车 - 车) 、V2I ( Vehicle -To -Infrastructure，车-基础设施)、V2P(Vehicle-To-Pedestrian，车-行人)。其主要有DSRC和LTE-V两大技术标准和产业阵营。
按照通信交互对象的不同，车联网中的通信场景大致可以分成V2V、V2R和V2I3种。V2V是车辆之间的通信，V2R是车辆与道路的通信，V2I是车辆与后台设施的通信。每种场景针对的应用不同、需求不同，会采用不同的通信技术，如红外通信、WLAN、DSRC、移动通信网络（蜂窝网络）、地面广播、卫星广播等。从传输距离看，这些通信技术主要分为短距离传输和中远距离传输两大类。
随着V2X的普及以及5G通信技术发展，V2X车联网将带来智慧交通的升级，同时智慧交通逐渐成型也将带来事故和拥堵的下降。对人-车-路进行协同式管理，有助于实现智慧城市的高效运行。而智慧出行场景下的交通便捷化和物流交通场景下的运输集成化也都将依赖于V2X车联网。
目前V2X在汽车智能化中的应用还处于探索阶段，其技术应用带来的交通安全问题、信息安全问题及各类应用稳定性、互通性及各类车载无线设备的频谱共存和电磁兼容性问题等尚未验证，所以测试和示范运行是智能网联汽车研发和产业化的关键。
从2015年起，智能网联汽车示范区（基地）便开始在国内落地发芽，至今已有包括北京、上海、杭州、重庆、深圳等在内的多处示范区。业内普遍认为，智能网联汽车将成为未来最具发展潜力的风口行业，2020年可能成为无人驾驶车辆商业化的元年，并从此进入爆发增长时期。故而国内诸多城市纷纷申报建设智能网联示范区（基地），试图抢占先机领先一步。
2016年6 月，国家智能网联汽车（上海）试点示范区封闭测试区开园，建设有GPS 差分基站、LTE-V2X通讯基站、DSRC和LTE-V2X路侧单元、智能红绿灯和各类摄像头，整个园区道路实现了北斗系统的厘米级定位和Wi-Fi的全覆盖。2016年11月，重庆智能汽车集成系统测试示范区（i-VISTA）开园，园区占地402.7亩，测试道路全长5km，10多种做道路环境，11个十字路口，GPS/北斗/GLONASS差分基站1 个，LTE-V2X分布式通信基站10 个，LTE-V2X路侧单元8套，信号灯组11个，城市模拟道路测试评价试验区道路交通场景50 个。
试点示范区将为我国城市开展智能交通基础设施建设，企业、研究机构和组织开展V2X 无线通信技术研究与测试评估提供环境支撑和资源保障。
2016年11 月，大唐电信集团基于自主研发制造的LTE-V2X芯片级解决方案，完成LTE-V2X通信设备预商用设备开发，包括LTE-V2X车载单元（OBU）和路侧单元（RSU）预商用产品。产品接口丰富，包括CAN、USB、RJ45、以太网口等，能满足测试阶段用户的多样化需求。此外，该系列LTE-V2X 设备均支持 LTE-V-Cell 和LTE-V-Direct 两种工作模式，既能够支持大带宽、广覆盖的通信传输支撑，满足信息服务类的应用需求，又能够提供低时延、高可靠的通信服务，满足安全及交通效率类应用的需求。
根据《关于同意车载信息服务产业应用联盟开展智能交通无线电技术频率研究试验的批复》（工信部无函[2016]450号）文件，中国将5905－5925MHz作为LTE－V2X的研究试验工作频段。车载信息服务产业应用联盟（TIAA）和中国信息通信研究院将在北京、上海、杭州、长春、重庆、武汉等地组织整车、通信、电信、科研和测试机构开展无线电功率、功耗、效率、辐射、干扰、效能等多项技术指标的研究试验和测试工作。
DSRC国内外研究现状
国际上，目前主要国家和地区已经基于IEEE 802.11p（Wave）技术制定了各自的专用短程通信（dedicatedshort range communication，DSRC）标准。目前国际上已形成以欧洲CEN/TC278、美国ASTM/IEEE、日本ISO/TC204为核心的DSRC标准化体系。TC278及TC204选择5.8GHz作为DSRC通信频率，ASTM/IEEE频率为5.8~5.9GHz。我国目前采用的是源于ISOTC204（国内编号为SAC／TC268）的5.795~5.815GHz ISM频段。
在1999年，美国联邦通信委员会提议将5.9GHz 频谱处的75MHz ( 5. 85 ～ 5. 925 GHz) 专门用作V2V和V2I通信。工作范围大约为1000m，此网络支持私人数据通信和公众通信(主要是安全类通信)，但是公众通信应当有较高的优先级。美国在2006年批准的5.9 GHz 处的DSRC标准系列，主要是为公共安全应用设想的，在这个频谱处的ITS可能应用包括碰撞避免、先进的车辆控制、旅行信息、增加的货运支持、运输、停车和在修车场处的ITS系统上下载的交通管理自动化汽车维修信息、电子不停车收费，同时也支持了一些其他的私人应用。
应用示范和产业化推进
美国在MCity 示范区以及安娜堡地区对DSRC 专用短程无线通信技术进行了大规模的测试验证，并拥有了大量的数据集（SafetyPilot Model Deployment，SPMD），可用于进行DSRC 通信性能和应用有效性的分析；美国交通部出资4200万美元在纽约、怀俄明州、弗罗里达州3个地方开展安全测试，利用DSRC技术减少交通拥堵和加快道路通行速度，预计截止2017年将试装1 万辆。此外，美国汽车厂商通用在2017 款凯迪拉克CTX 已经前装DSRC 通信模块。荷兰、德国和奥地利联合建立欧洲协同式智能交通走廊，基于ETSIITS-G5 技术，探索 ITS 与智能汽车发展。日本将ITSConnect 车路、车车间通讯系统作为合作式智能交通的重要部分，丰田、本田、电装等积极推进DSRC 专用短程无线通信技术产品研发和试验验证。
2016年12月，美国交通部正式发布《联邦机动车安全标准——第150号》（FMVSSNo.150），要求所有轻型车辆强制安装V2V通讯设备，确保车辆和车辆之间能够发送和接收基本安全信息，V2V选择DSRC专用短程无线通信技术作为车车通信统一标准。
DSRC应用前景
DSRC由路边单元RSU和车载单元OBU，控制中心以及一些辅助设备组成。
DSRC车载通信技术具有相当丰富的应用场景，主要集中在以下几个方面:安全，通过安装在汽车上的DSRC设备与其他车辆通信，实时监测周围危险信号;交通管理，交通法规的制定，交通流量管理以及交通堵塞及时处理;驾驶辅助系统，路边设备可以帮助驾驶员更好掌握周围可用资源信息;执法，警察可以在以下方面应用车载通信网;电子支付，例如高速公路使用费、停车费等;导航和路线选择，到达目的地有多种路线，通过搜集相关信息，可以发现优化驾驶时间或者经济(高速费、汽油费)的最优路线;出行信息提示，例如地图、加油站等;Internet信息服务;高速公路自动驾驶。
目前国内车联网方面的应用主要还是在V2I层面，除了卫星定位技术的应用外，集中在基于车辆定位信息回传后台和小数据指令下发的各种派生应用，如出租车定位调度、车队定位调度、乘用车互动导航、路况信息广播等。部分车厂开始涉及车辆诊断数据回传、车内上网等娱乐应用。
V2X无线通信技术
V2X最重要的目是提高交通安全，其需求集中体现在：1、低时延，端到端在5ms以内；2、高可靠，误包率在99.999%以下，而且能在车辆发生拥塞，大量节点共享有限频谱资源时，仍能够保证传输的可靠性；3、可能需要支持高速移动，考虑到汽车之间的相对移动，最高相对时速可达500km/h；4、传输数据包至少能承载1600字节的信息数据。目前，V2X的技术标准有DSRC和LTE-V 两种。
DSRC（Dedicated Short Range Communications）即专用短程通信技术是一种成熟且高效的无线通信技术，可以理解为“wifi”的增强版。它可以实现在特定小区域内对高速运动下的移目标识别和双向通信，是目前广泛应用于智能交通领域的通信技术，标准由美国、欧洲和日本主导。
LTE-V是移动通信LTE（4G）的第四代演化版本，专用于实现车辆间和车辆与道路通信设施间的通信，能够处理多应用类型，从智能互联车辆安全应用到智能互联车辆智能移动应用均有涉及，用于提升效能，使用户、系统和车辆能够适应节省燃料和减少行程延误等形式策略。LTE-V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-VDirect）。
相对于同样提供V2X通信的DSRC，LTE-V有诸多优势。DSRC基于802.11p，而802.11p作为一种无线局域网标准，有许多无线局域网标准的共同缺陷。LTE-V作为一种基于LTE的增强技术，则不仅拥有LTE相对于无线局域网的技术优势，还在时延和可靠性等关键指标上进行了改善。目前中国也已经是全球第一大汽车生产和消费，为了产业发展的安全和消费的便利，我国车联网V2X 已经决定采用LTE -V 技术和标准。
我国重点支持具有自主知识产权的LTE-V2X技术研发与产业化，LTE-V2X是一种基于LTE 的V2X无线通信技术，除支持车与车、车与人、车与路侧基础设施通过直通方式进行通信外，也包含基于云服务平台的LTE 连接和信息服务，因此具备提供专用短程直接通信与广域蜂窝通信的综合通信能力。车与车、车与人、车与路侧基础设施短程直接通信，可以不需要LTE 网络支撑，提供主动安全等低时延要求的应用；车与云服务平台则经由LTE 网络提供基于云端的更加丰富的综合信息服务。
2015年初，3GPP正式启动LTE-V2X 技术的需求和标准化研究，我国华为、大唐、中兴等企业都积极参与其中；2016 年初，对直通车与车通信（V2V）启动WI立项，已于2016年9月完成标准化，支持基于短距离直接通信的车与车通信；2016年6月，启动车与路侧基础设施通信（V2I）的WI立项，于2017年3月完成标准化，至此LTE-V2X 标准全面完成。后续，3GPP 将继续开展LTE-V2X 增强技术研究，2017 年3 月启动了R15 阶段的LTE-V2X 技术增强研究，计划到2018年6月完成。
LTE-V路测设备
LTE-V2X于2017年3月在Release14中正式完成标准化，LTE-eV2X于2017年3月正式启动标准化，预计2018年6月前在Release15中完成标准化，NRV2X预研将于2017年开展，其第一个版本的标准化完成时间预计在2019年Q1。
日前,大唐电信集团提供国家智能网联汽车试点示范区（上海）的LTE-V路侧设备完成部署运行，并助力开园一周年庆典场景演示。大唐电信集团LTE-V路侧单元DTVL3000-RSU早在2017年4月初就部署在上海示范区，期间经受住了长时间高温和大雨的环境考验，持续平稳运行。在红绿灯引导、信息发布等应用场景的V2I通信演示中表现突出，通过实际场景演示验证了大唐路测单元设备对交通效率提升的作用。
此次开园一周年庆典场景演示中所涉及的LTE-V产品和技术全部由大唐电信集团提供，并协同星云互联车载设备和联通网络服务，以及中兴、一汽、福特和标致雪铁龙提供支持，演示包括V2I和V2P两大类场景，包括信息发布（道路湿滑、道路施工）、红绿灯（速度引导、闯红灯预警）、行人检测（与手机结合）等应用场景。
V2X测试环境
V2X测试主要涵盖V2V、V2I、V2P、V2N四大类通信方式以及安全、效率、信息服务和新能源汽车四大类应用场景，同时包含通信能力测试场景，以安全类场景为主。其中安全类是指在行驶过程中为了保证汽车安全而必须的应用场景，包括预警类、提醒类和辅助类；效率类是指为了提高行车效率与交通流通效率而设置的应用类场景，主要为多车协同等；信息服务类用于为汽车提供多样化的实时讯息；通信能力包括通信环境恶化（隧道、高架）时的通信能力测试场景。
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