【導(dǎo)讀】隨著自動駕駛技術(shù)的快速發(fā)展，車輛之間的協(xié)同通信變得越來越重要。車聯(lián)網(wǎng)（V2X）技術(shù)作為一種新型的車輛通信技術(shù)，通過車車（V2V）和車路協(xié)同（V2I）等方式，實現(xiàn)了車輛與車輛、車輛與基礎(chǔ)設(shè)施之間的信息交換，有效提升了道路交通安全性和效率。在 V2X 技術(shù)中，基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)的車聯(lián)網(wǎng)（Cellular-V2X，簡稱C-V2X）憑借其廣域覆蓋和低延遲的特點，成為實現(xiàn)車與車、車與路側(cè)基礎(chǔ)設(shè)施之間通信的首選技術(shù)。
隨著自動駕駛技術(shù)的快速發(fā)展，車輛之間的協(xié)同通信變得越來越重要。車聯(lián)網(wǎng)（V2X）技術(shù)作為一種新型的車輛通信技術(shù)，通過車車（V2V）和車路協(xié)同（V2I）等方式，實現(xiàn)了車輛與車輛、車輛與基礎(chǔ)設(shè)施之間的信息交換，有效提升了道路交通安全性和效率。在 V2X 技術(shù)中，基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)的車聯(lián)網(wǎng)（Cellular-V2X，簡稱C-V2X）憑借其廣域覆蓋和低延遲的特點，成為實現(xiàn)車與車、車與路側(cè)基礎(chǔ)設(shè)施之間通信的首選技術(shù)。
V2X 技術(shù)加速普及，發(fā)展前景廣闊
作為智能網(wǎng)聯(lián)汽車的關(guān)鍵技術(shù)，V2X 技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了幾個關(guān)鍵階段。
圖片引用自：5GAA white paper “C-V2X Use Cases and Service Level Requirements”
V2X 的第一波熱潮是在 2018-2020 年，伴隨著 3GPP Release 15 和 Release 16 的發(fā)布，V2X 技術(shù)在市場上開始落地。
自 2022 年寶馬宣布未來車型將全面標(biāo)配 V2X 以來，V2X 技術(shù)的關(guān)注度和應(yīng)用有所增加，迎來第二波熱潮。5G 的不斷演進，尤其是 Release 17 和 Release 18 的發(fā)布，為 V2X 應(yīng)用提供了更高速率、更低時延、更可靠的通信基礎(chǔ)，推動了 V2X 技術(shù)的快速發(fā)展和應(yīng)用場景的拓展，特別是在交通效率和安全相關(guān)的應(yīng)用方面，如交通信息的收集與共享、緊急電子剎車燈、左轉(zhuǎn)輔助等。
值得一提的是，中國在 V2X 領(lǐng)域的發(fā)展相對領(lǐng)先。據(jù)統(tǒng)計，2023 年，整個國內(nèi)新車的5G 標(biāo)配率為 7.5％，V2X 的裝配率僅為 1％。這些量產(chǎn)車輛大規(guī)模部署的 V2X 應(yīng)用，主要包括基本的安全應(yīng)用（如前向碰撞警告、緊急電子剎車燈、左轉(zhuǎn)輔助等）以及本地危險和交通信息的共享。
近兩年來，國家陸續(xù)出臺了一些 V2X 的利好政策。例如，2023 年 9 月 27 日，中國新車評價規(guī)程（C-NCAP）2024 版草案在中國汽車技術(shù)研究中心官網(wǎng)發(fā)布，首次將 V2X納入評估范圍。2024 版 C-NCAP 的 V2X 部分已被添加到 ADAS 部分，測試項目中對目標(biāo)車輛（GVT）的描述包括“C-V2X 網(wǎng)絡(luò)通信能力”。因此，理論上，所有主動安全測試都可以使用 V2X 實現(xiàn)。此外，五大部聯(lián)合發(fā)布的 20 個試點城市開始“車路云一體化”的部署，也將進一步推動 V2X 的上車。
盡管目前 V2X 技術(shù)主要提供預(yù)警和提醒功能，但隨著技術(shù)的成熟和政策的支持，V2X 的功能將越來越豐富，并與單車智能的融合更加緊密，逐步參與到?jīng)Q策過程，成為單車智能的“拐杖”。
在技術(shù)發(fā)展上，V2X 將在今年以后與高精度地圖（HD Map）和車對行人（VRU）感知等新技術(shù)相結(jié)合，到 2026 年以后，預(yù)計 C-V2X 將在更復(fù)雜和高級的自動駕駛應(yīng)用中大規(guī)模部署，如傳感器共享、合作駕駛（Cooperative Maneuvers）以及動態(tài)交叉口管理等。
V2X 技術(shù)助推高階自動駕駛
在城市復(fù)雜的交通環(huán)境中，自動駕駛車輛的攝像頭識別雖然可以提供實時信息，但在有遮擋或復(fù)雜路況下（例如十字路口）存在盲區(qū)，無法確保準(zhǔn)確性。相比之下，V2X 通信具有高實時性和不受遮擋影響的優(yōu)勢，能夠彌補前者的不足，對于 L3 及以上級別的高等級自動駕駛，V2X 提供的高質(zhì)量信號至關(guān)重要。至于中低端車型，V2X 則可以提供更基礎(chǔ)的輔助駕駛功能，如導(dǎo)航和碰撞預(yù)警，從而提升駕駛安全性。
因而，V2X 通信技術(shù)已成為解決單車傳感器能見范圍局限的重要手段，也是實現(xiàn)高度自動駕駛的重要一環(huán)。
不過在現(xiàn)有的智能駕駛軟件上增加 V2X 功能時，開發(fā)者面臨著在場景搭建、紅綠燈設(shè)置和無法從高精地圖自動生成 V2X 消息的局限性。這是由于現(xiàn)有的自動駕駛測試場景仿真工具缺少某些關(guān)鍵功能，只能依賴臨時性和不夠自動化的解決方案。
隨著 V2X 技術(shù)不斷發(fā)展，車、路、云三者之間的緊密協(xié)同將變得尤為重要。單憑任何一方都難以獨立完成 V2X 系統(tǒng)的構(gòu)建，產(chǎn)業(yè)界的合作成為推動這一技術(shù)落地的關(guān)鍵力量。
正如在 V2X 量產(chǎn)車端應(yīng)用領(lǐng)域扮演著創(chuàng)新者和先行者的零束科技，正通過 V2X 技術(shù)增強自動駕駛車輛的環(huán)境感知與決策能力，利用車與車（V2V）、車與基礎(chǔ)設(shè)施（V2I）、車與網(wǎng)絡(luò)（V2N）之間的實時數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)超視距的交通信息獲取，從而克服傳統(tǒng)傳感器在惡劣天氣或視線受阻情況下的局限。通過集成 V2X 通信模塊，自動駕駛系統(tǒng)能夠預(yù)測并防范潛在的交通風(fēng)險，通過車輛間以及車輛與交通信號系統(tǒng)間的協(xié)同決策，優(yōu)化行車策略，提高道路安全性與交通效率。
利用 V2X 通信優(yōu)化城市交叉路口碰撞預(yù)警
在增強和加速自動駕駛的進程中，受益于 MathWorks 公司的產(chǎn)品和技術(shù)服務(wù)支持，零束科技高效實現(xiàn)了針對交叉路口的車輛碰撞預(yù)警仿真場景的開發(fā)。交叉路口是非常典型的智駕盲區(qū)場景，可以很好的發(fā)揮 V2X 補盲的功能。零束科技通過使用 MathWorks 的 Simulink 試驗臺模型與 RoadRunner 場景進行仿真，能夠模擬實際交通環(huán)境中包含 V2X 系統(tǒng)的復(fù)雜情況，測試自動駕駛系統(tǒng)中的各個模塊，確保功能的充分驗證，減少實際應(yīng)用中的風(fēng)險。
圖片引用自：MathWorks 2024 中國汽車年會，使用 Simulink 試驗臺和 RoadRunner Scenario 聯(lián)合仿真交叉路口預(yù)警
RoadRunner 作為 V2X 功能在自動駕駛?cè)诤蠄鼍爸械脑O(shè)計、測試和仿真工具，主要用于創(chuàng)建靜態(tài)和動態(tài)場景，如復(fù)雜路網(wǎng)、交通信號、車輛和行人等其他環(huán)境元素，RoadRunner 本身能夠支持不同高精度地圖的導(dǎo)入導(dǎo)出。在這一基礎(chǔ)之上，MathWorks 與零束科技基于 V2X 標(biāo)準(zhǔn)的智能網(wǎng)聯(lián)汽車應(yīng)用，開發(fā)了多項新功能，包括基于高清地圖信息的自動化處理、交通燈時序信號的配置和交互等。RoadRunner 提供了一個有用的工具，可以從高清地圖自動生成 MAP 和 SPaT 消息，從而大幅提升了 SIL（軟件在環(huán)）測試的效率。安裝了 RoadRunner SIL 測試環(huán)境的工控機連接上與測試儀表后，可以實現(xiàn)自動化的 HIL 測試。
在這個系統(tǒng)中，Simulink 負(fù)責(zé)實現(xiàn)智能駕駛功能的計算和控制，并根據(jù)輸入產(chǎn)生輸出結(jié)果。Simulink 和 RoadRunner 之間通過信息交換，使得仿真環(huán)境能夠與實際算法交互，模擬出車輛的動態(tài)行為和決策過程。
圖片引用自：MathWorks 2024 中國汽車年會
此外，雙方還重點開發(fā)了與交通信號燈相關(guān)的功能，特別是針對 V2X 通信如何與交通燈的時序信號進行交互。通過這些開發(fā)，車輛可以提前獲知前方路口的紅綠燈狀態(tài)，從而及時采取相應(yīng)措施。
零束科技與 MathWorks 的合作帶來了以下幾方面的技術(shù)創(chuàng)新和行業(yè)優(yōu)點：
- 仿真與測試的精確性：使用 MATLAB 和 Simulink 進行 V2X 平臺的開發(fā)，使得模擬和測試過程更加精準(zhǔn)。
- 高效的功能開發(fā)：RoadRunner 提供了高精度地圖信息的提取和處理功能，支持 V2X 應(yīng)用中的地圖消息自動化生成。這種仿真能力幫助開發(fā)團隊在虛擬環(huán)境中測試 V2X 系統(tǒng)的性能和安全性，從而提高了開發(fā)效率，減少了物理測試所需的時間和成本。
- 降低成本和提高安全性：V2X 技術(shù)通過實時通信增強了車輛與基礎(chǔ)設(shè)施之間的互動，提供了更高的安全保障。例如，通過 V2X 技術(shù)，車輛可以提前獲得路口信號的狀態(tài)，從而優(yōu)化決策，減少事故發(fā)生的概率。同時，V2X 技術(shù)的集成使得在低成本硬件上也能實現(xiàn)有效的輔助駕駛功能，使得高階功能的普及變得更為經(jīng)濟。
- 促進技術(shù)迭代和應(yīng)用普及：MATLAB 和 Simulink 等仿真和建模工具幫助開發(fā)團隊更好地理解和實現(xiàn)復(fù)雜的 V2X 功能，如交通燈控制和車與車之間的即時通信，這些都提升了整個行業(yè)的技術(shù)水平。
結(jié)語
MathWorks 與零束科技的合作，充分發(fā)揮了各自的優(yōu)勢，共同打造了一個高效、可靠的交叉路口碰撞預(yù)測的 V2X 仿真平臺。該平臺不僅為 V2X 技術(shù)的發(fā)展和實施提供了重要支持，而且為智能駕駛的普及奠定了堅實的基礎(chǔ)。展望未來，隨著硬件成本的下降和政策支持的增強，V2X 技術(shù)的市場滲透率將在 2025 年及之后的三到五年內(nèi)顯著提高，讓我們拭目以待。
關(guān)于 MathWorks
MathWorks 是數(shù)學(xué)計算軟件領(lǐng)域世界領(lǐng)先的開發(fā)商。來自該公司的 MATLAB 被稱為“科學(xué)家和工程師的語言”，是一個集算法開發(fā)、數(shù)據(jù)分析、可視化和數(shù)值計算于一體的編程環(huán)境。Simulink 則是一個模塊化建模環(huán)境，面向多域和嵌入式工程系統(tǒng)的仿真和基于模型的設(shè)計。這些產(chǎn)品服務(wù)于全球工程師和科學(xué)家，幫助他們加快步伐，在汽車、航空航天、通信、電子、工業(yè)自動化及其他各行各業(yè)更快地實現(xiàn)發(fā)明、創(chuàng)新和開發(fā)。MATLAB 和 Simulink 產(chǎn)品是全球眾多頂級大學(xué)和學(xué)術(shù)機構(gòu)的基本教研工具。MathWorks 創(chuàng)建于 1984 年，總部位于美國馬薩諸塞州的內(nèi)蒂克市（Natick, Massachusetts），在全球擁有 34 個分支機構(gòu)，共有 6,000 多名員工。
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