5G+C-V2X及自动驾驶分级标准

5G

第五代移动通信技术(5th Generation Mobile Communication Technology,简称5G)是具有高速率、低时延和大连接特点的新一代宽带移动通信技术,是实现人机物互联的网络基础设施。

5G支持0.1~1Gbit/s的用户体验速率,每平方公里100万的连接数密度,毫秒级的端到端时延,每平方米10Mbit/s以上的流量密度,每小时500km的移动性和10Gbit/s以上的峰值速率。其中,用户体验速率、连接数密度和时延为5G最基本的3个性能指标。同时,5G还需要大幅提高网络部署和运营的效率,相比4G,频谱效率提升3倍以上,能源效率提升百倍以上。

从支持车辆的自动化能力看,可分为L1~L5共五级。L1为辅助驾驶,传输时延为100~1000ms,网速为0.2Mbps;L2为部分自动化,传输时延为20~100ms,网速为0.5Mbps;L3为条件自动化,传输时延为10~20ms,网速为16Mbps;L4为高级自动化,传输时延为1~10ms,网速为100Mbps;L5为全自动化,传输时延与网速能力同L4,但感知能力的配置与智能化水平可支持无人驾驶。

C-V2X根据基于4G或5G而分为LTE-V2X和NR-V2X(或称为5G+C-V2X),工作频段和覆盖范围同移动通信系统,下行最大数据传输速率为1Gbps,可以支持车辆编队行驶、高级驾驶、扩展传感器、远程驾驶、增强的情境感知、协作式驾驶和意图共享等。LTE-V2X和NR-V2X的区别首先是对车速的支持能力,分别为350km/h和500km/h,其次是控制面通信时延,分别低于50ms和3ms,显然只有NR-V2X才能适应L3及以上级别的要求。

C-V2X

车联网或网联车有多种分类方式,从通信对象看,V2X(Vehicle-to-Everything)包括V2V(Vehicle-to-Vehicle,车到车,提供防碰撞安全能力)、V2I(Vehicle-to-Infrastructure,车到路,支持优化交通信号灯转换)、V2P(Vehicle-to-Pedestrian,车到人,支持为行人与骑行者提供安全预警)、V2N(Vehicle-to-Network,车到网或车到云平台,提供实时交通流量与路径规划及服务)等。对应的车端需要配备各类传感器(如摄像头、激光雷达)和OBU(通信、控制器和执行器,还可能含边缘计算),路端需要配备RSU(含通信与边缘计算能力)、传感器和信号灯,也可能需要边缘计算(MEC),网端需要有移动基站、MEC、通信云平台等,云端需要支持高精度地图、交通大数据分析、人工智能决策、智能出行应用软件及服务等。

自动驾驶

类似于人脑的运作,自动驾驶汽车的传感器感知到的数据会每隔一段时间形成驾驶态势图簇,构成车辆的工作记忆;长期记忆包含了驾驶地图以及各类驾驶先验知识;动机则是智能驾驶的某个路径要求,可通过人机交互传达给车辆。通过短期记忆、长期记忆以及动机相互作用,车辆形成了学习和思维,完成决策过程,即自主决策,传递控制指令给执行机构,完成整个自动驾驶的过程。
自动驾驶技术体系

目前被国内外广为接受的是 SAE(国际汽车工程学会)分级,从 Level-0~Level-5 总计6 个级别,Level-0 为最低级别,Level-5 为最高级别。汽车自动驾驶技术通过视频摄像头、雷达传感器以及激光测距器来了解周围的交通状况,并依据一个详尽的地图(通过有人驾驶汽车采集的地图)对前方的道路进行导航。有的汽车厂商根据自动化水平的高低区分了四个自动驾驶的阶段:驾驶辅助、部分自动化、高度自动化、完全自动化。

无自动驾驶(Level-0):由驾驶员全时操作汽车,在行驶过程中可以得到警告和保护系统的辅助。目前没有辅助驾驶的车辆,认为是 Level-0,Level-0 车辆可能包含一些主动安全装置。

驾驶辅助(Level-1):通过驾驶环境信息对转向盘和加减速中的一项操作提供驾驶支援,其他的驾驶操作由驾驶员完成。目前辅助驾驶技术如车道保持、定速巡航、ACC 自适应巡航和 ESP 等,对于中高级轿车这已经是标配了,但是辅助驾驶技术总体舒适性还存在差异。

部分自动驾驶(Level-2):通过驾驶环境信息对转向盘和加减速中的多项操作提供驾驶支援,其他的驾驶操作由驾驶员完成。Level-2 的系统仅能处理少数高频通用驾驶场景,超出能力自动驾驶系统将控制权交给驾驶员,驾驶员需要实时监控并做好接管车辆的准备。Level-2 和 Level-1 最明显的区别是系统能否同时在车辆横向和纵向上进行控制。

有条件自动驾驶(Level-3):通过驾驶环境信息对转向盘和加减速中的多项操作提供驾驶支援,其他的驾驶操作由驾驶员完成。有条件自动驾驶是指在某些特定场景下(高速公路/道路堵塞等)进行自动驾驶,驾驶员还需要监控驾驶活动。Level-3 是 2018—2020 年的研发重点。

高度自动驾驶(Level-4):由无人驾驶系统完成全时驾驶操作,根据系统请求,驾驶员不一定需要对所有的系统请求做出应答,限定道路和环境条件。Level-3 还未成熟,相关车型极少;Level-4 预计 2020—2023 年将成为研发重点。Level-4的自动驾驶算法准确性和精确性需要达到,甚至超过人类的认知水平,这就需要极具鲁棒性的算法和稳定的计算平台。目前自动驾驶使用的高精度传感器(激光雷达等)和自动驾驶控制芯片价格极其昂贵,离普及还有相当的距离。

完全自动驾驶(Level-5):可无人驾驶车辆、允许车内所有乘员从事其他活动且无需进行监控的系统。这种自动化水平允许乘员从事计算机工作、休息和睡眠以及其他娱乐等活动。Level-4/Level-5 逐渐普及之后,百年的汽车行业将发生重大变革,我们的出行模式也将巨变。

L0 属于传统驾驶,L1 和 L2 属于驾驶辅助,L3~L5 属于自动驾驶,L5 的自动驾驶技术等级也称为无人驾驶。因此,按照自动驾驶技术等级划分,驾驶辅助<自动驾驶<无人驾驶。
驾驶分级

参考书籍

5G:2020后的移动通信/朱晨鸣等编著.–北京:人民邮电出版社,2016.2
智能汽车无人驾驶与自动驾驶辅助技术 瑞佩尔主编
5G+C-V2X车载通信关键技术 肖海林 电子工业出版社出版时间,2021年8月