V2X前装量产的现状与挑战 | 车联网百家谈
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编者按：为推进车联网产业发展，特邀请业内专家学者共同建言献策，推出“车联网百家谈”系列。V2X前装量产是V2X渗透率提升和V2X产业发展的关键，星云互联王易之博士对V2X前装量产化方案做了系统阐述，并对V2X软件与应用发展趋势做了深度分析，对行业伙伴有非常强的参考价值。整个行业发展期待更大规模前装量产的到来。
全文5200字，预计阅读14分钟
文 | 星云互联 王易之
01 引言
早在2019年10月，由中国智能网联汽车产业创新联盟联合IMT-2020（5G）推进组、中国智能交通产业联盟、中国智慧交通管理产业联盟共同发布的《C-V2X产业化路径和时间表研究白皮书》首次提出预测：2020-2021年，开始在新车前装C-V2X；2025年，搭载C-V2X的新车搭载率达到50%。
从当前看，预测的前一半已经实现，后一半也正在众多车企的V2X量产计划中逐渐清晰。
02 V2X与众不同的特点决定了独特的价值
在汽车行业应用的通信技术中，V2X（这里特指C-V2X中的pc5直连模式，下同）的最大特点是一种短距离的低时延无线交互技术。“短距离”原生性地符合车辆在行驶过程中与周围环境单位进行交互的需求；“低时延”体现这是一种简单而高效的通信方式；“无线”则表明它的跨视距特性。
这样与众不同的特点，为智能网联汽车带来了独特的价值。
一方面，V2X是对车辆感知能力的极大补充以及由此带来的决策点前移。基于V2X的环境感知，能够覆盖驾驶人和传感器的视觉盲区，获取目标的深层次运行状态（车辆的刹车转向、历史轨迹、异常状态等），并准确解析地图、信号灯和交通标志信息。特别对于安全预警而言，基于V2X交互的对目标车辆状态的持续追踪，能够在冲突逐步形成之前，就帮助驾驶员或智能驾驶车及时调整驾驶行为，提前消减冲突。这一方式甚至都不需要触发常规的ADAS保障机制，从而使驾驶过程更为平顺和节能。
另一方面，V2X为智能车辆带来了高效的交互协作手段，包括驾驶意图的交流、驾驶过程的协作，以及实现车辆编队等场景。驾驶过程的协作，突破了以往基于单车视角的场景概念，且车辆的智能化水平越高，可用于交互协作的信息也越全面和精确，由V2X交互协作带来的安全性和效率提升也越显著。T/CSAE 157-2020《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）》中定义的一系列协作式场景，就体现了这一趋势。
可见，V2X直连通信技术（LTE-V2X、NR-V2X）为智能驾驶端侧的感知与协作极大地赋能，其他替代技术要实现相同的功能，达到“短距离”、“低时延”、“跨视距”的效果，势必会造成系统复杂度提高、效率和稳定性降低，抑或成本的上升。
V2X直连通信技术与面向信息服务的基于Uu的蜂窝通信结合，构成了完整互补的车联网C-V2X解决方案，也是前装量产的基础。
03 当前车载领域的前装量产化方案
我国V2X从2015年前后产业化落地，经历了技术选型、标准体系建设、技术示范验证，目前已逐步进入量产和实际落地阶段。在2020年下半年到2021年上半年间，已有数款搭载C-V2X的车型投入量产或发布商用量产计划，包括一汽红旗E-HS9、上汽通用别克GL8 Avenir、上汽奥迪A7L、广汽埃安AION V、福特Explorer、Edge PLUS、Mustang Mach-E、上汽Marvel R、华人运通HiPhi X、蔚来ET7、智己L7、长城WEY等车型。它们分别搭载了前向碰撞预警（FCW）、盲区提醒/变道预警（BSW/LCW）、交叉路口碰撞预警（ICW）、紧急制动警告、车辆失控预警、异常车辆提醒、限速预警、闯红灯预警、道路危险状况提示和绿波车速引导等一系列第一阶段应用场景。
当前，车载领域选择的前装量产化方案，主要有V2X+TBox的集成解决方案和独立的V2X-Box解决方案。
V2X+TBox解决方案
该解决方案将V2X功能集成到了整车的Connectivity 中。正因包含pc5和Uu两种模式的C-V2X构成了当前车联网技术底座，该解决方案也成为最顺应当下的主流选择。在TBox本身5G通信升级的需求下，借助高通SA515M或者华为MH5000-871的V2X+5G双模芯片（也有双模分离的量产方案），V2X顺理成章地成为下一代TBox的新增功能点，被布局到一些高端新款车型中。
而反观V2X的本质：以交互感知和协作来提升行车安全与效率，这个方案本身也存在一些难点。
算力：V2X功能需要实时接收通信范围内所有车辆和路侧的信息，并且对数据进行有效性管理、预处理、目标分类、安全计算、预警决策等一系列操作，特别是在城市道路等一些拥有一定规模数量终端的环境下，对终端的算力提出了很高的要求（在去年“新四跨大规模测试”期间，200台背景车情况下，完整的V2X交互和应用算法开销能达到数千DMIPS）。特别是近几年，TBOX可能还会承接智能网关以及HDMap的功能，其算力更是捉襟见肘。
功能安全：虽然我们经常将V2X与车联网混为一谈，但V2X的核心作用还是保障行车安全，其功能安全的等级较高；同时，随着车辆智能化水平的提升，智能与网联的逐渐整合，V2X功能会逐渐与ADAS或中央控制器域集成，本身被放在connectivity中，可能并不合适。
成本：5G版TBOX本身成本不低，而在大部分情况下，还需要额外增加一颗SoC，专门用来处理V2X业务，本身多核的业务，就会造成研发成本的提升；另外V2X本身依赖于GNSS，特别是基于车道的应用，需要高精度定位的GNSS，这样对原本预期价格较低的TBOX设备，形成了很大的成本压力。
装机率：正因为终端成本上升，目前众多车企选择将该V2X+TBox的方案更多地用于高端车型，而这也意味着装机率短时间内很难有大的突破，进而导致V2X无法形成规模效应，反而限制了V2X的价值。
V2X-Box解决方案
V2X-Box解决方案，将V2X作为一个独立的设备（或硬件模块），单纯地提供V2X功能，被整车集成。该方案能够更灵活地被集成到现有的架构中，同时更利于解决前文中提到的算力和预期功能安全问题，适用于一些现有车型的升级。
但是该方案同样也存在一定的局限。
天线线束：V2X功能除本身的通信之外，还必须依赖于具备一定精度的GNSS及其PPS同步信号。但当前的V2X-BOX方案，大概率还会集成单独的GNSS模块（因为PPS信号一般需要单独的硬件线路连接，不适用终端间的通用数据线束），这就导致了定位模块冗余以及新的天线和线束需求。
集成复杂度：相反地，如果将V2X-Box中的GNSS模块剥离，复用车身其他系统已有的模块，则在定位数据的精准、稳定、及时输入， PPS同步信号接入，以及终端系统时间同步等方面，需要更复杂的集成设计和更多的研发投入；同时，由于V2X-Box本身没有了蜂窝通信功能，其OTA也需要依赖外部模块，带来复杂度的上升。
除此之外，一些商用车或垂直行业中的特种车辆，也利用符合车规要求的V2XOBU终端，在整车出厂前进行V2X的“准前装”，来进行应用的探索与示范。
相信，随着整车智能化水平的不断提升，车辆电子电气架构的不断升级，会有更多元化的V2X前装方案，从多条路径最终实现V2X装车率的提升。在路侧建设同步推进的情况下，使V2X的规模效应愈发显现。
04 面向量产的V2X软件与应用发展趋势
2020年以来，基本健全的V2X协议栈标准（接入层、网络层、消息层到安全层的一系列YD/T行标）以及应用场景标准（分别由T/CSAE 53-2020和T/CSAE 157-2020定义的第一阶段和第二阶段应用），构成了V2X量产的基础。
平台化的V2X协议栈
协议栈是V2X功能的软件底座，实现了标准规定的各层交互协议并为V2X功能搭建了基本的软件框架。它是设备间互联互通的基础，泰尔实验室也为此设置了协议一致性的测试认证业务。汽标委正在立项研制的国标“基于LTE-V2X直连通信的车载信息交互系统技术要求”进一步规定了各协议栈的配置与数据一致性。
面对多元化的车端V2X产品形态和上层应用，V2X协议栈软件也日趋平台化。要求能够部署于多种主流的SoC，适配各型V2X通信芯片和安全芯片，对接不同的GNSS方案与车身数据接口方案。
而在应用接口层面，如下图中星云互联的“V-KEY”协议栈平台方案，针对不同的应用需求，提供了三套配置。
配置1-纯协议栈。仅提供V2X基础服务中各协议层的API接口；适用于熟悉V2X系统，对业务逻辑（甚至交互逻辑）有高度定制化或垂直行业应用的用户。
配置2-开发包。提供V2X核心服务的开发包，将消息交互、数据处理、配置管理等操作接口封装为用户API，并选配应用算法；在降低用户开发门槛的前提下，提供全面而标准化的V2X平台，适用于各类V2X系统和产品开发。
配置3-系统服务。提供默认运行的V2X后台服务以及IPC接口；用户无需做任何V2X系统开发，仅需从IPC接口获取V2X（结果）数据，专注于开发上层HMI或对接自动驾驶场景等。
V2X应用——从Demo到量产
自我国第一阶段和第二阶段V2X应用标准相继发布以来，应用场景的研发一直由车企PoC和试点项目牵引，并在“三跨”、“四跨”等演示活动以及各试点城市落地，直到2020年以来发布的一系列安全预警类应用量产计划。
然而，V2X功能从Demo到量产还存在着巨大的鸿沟。
正如汽标委最新研究的《基于网联技术的汽车安全预警类应用场景标准化需求研究报告》指出，V2X预警作为整车量产功能，还需要对具体的应用场景进行技术要求和测试规范的细致标准化，并给出了标准化时间表。
同时，星云互联与上海淞泓联合牵头在CSAE研制团标“智能网联汽车V2X系统预警应用功能测试与评价规程”，也是对第一阶段V2X量产场景的规范化率先进行探索和验证。
在V2X量产应用的实际研发过程中，行业需要遵循整车的“V字型”研发流程，特别是对以下几点的深化。
V2X场景库。基于实车数据和场景仿真数据，建立以网联交互信息表达的V2X场景库，并基于上述“应用测试规范”生成场景库的结果标注。
建立MIL/HIL/实车完整的测试链。基于场景库数据，搭建MIL/HIL台架和工具链，结合实车测试形成研发闭环，完成算法模型的验证与迭代。
关注预期功能安全（SOTIF）。V2X功能除依赖自身的状态数据外，还强依赖于无线通信过程以及由环境对象发送的数据内容，这一特性决定了V2X需要深入而周密的SOTIF研究，而这一点，也恰是当前行业的空白。
HMI与V2X的工具化趋势
在V2X功能最末尾的用户端，目前主流的实现是面向驾驶员的辅助驾驶HMI。从“三跨”到“新四跨”，或一些前装车型，V2X功能都以UI和声音进行辅助提示，但不参与到实际的车控范畴。如何清晰、明确、美观地向驾驶员输出辅助信息，同时还不至于成为信息风暴甚至干扰正常驾驶，成为当前HMI讨论的重点。
而HMI的实现形式，又与前述V2X应用的研发、测试和评价密切相关。不同的提示强度对应了预警算法结果输出的不同等级。结合人因工程的考虑，这对V2X辅助驾驶的产品设计提出了非常高的要求。
反观另一个层面，根据V2X的技术特性，以及从第一阶段到第二阶段的应用场景演化关系，我们不难看出：单车的智能化水平越高，V2X在感知、协作、决策方面的作用将越显著，越能起到降本增效的作用。
在这样的趋势作用下，V2X功能会向工具化的模块演变（而非一个完整的功能系统），而HMI也将随着车辆自动化水平提升而逐渐退化。当然，这个趋势可能是相对长期的，受制于现阶段单车智能的成熟度以及V2X本身对于SOTIF的空缺。
05 结语
V2X自身特点决定了它独特的应用优势，同时也带来了无法回避的缺憾：V2X的价值依靠其规模效应，商业模式也依赖于设备渗透规模。
因此，虽然V2X上车依旧面临诸多难题，但整个行业终将期待更大规模前装量产的到来，至少先让“白皮书”中的后一半预测得以实现。
END
▎作者简介
王易之
北京星云互联科技有限公司 联合创始人，副总经理
博士，拥有十余年V2X研究与产业落地经验，在相关领域发表论文十余篇，获得专利十余项，主持公司技术产品研发和行业标准研究工作，是我国V2X应用层标准的牵头起草人，并参与多项V2X国家和行业标准制定工作。
星云互联(NEBULA-LINK.COM)是一家以智能网联与车路协同应用服务为目标，集V2X产品研发、生产与销售、新一代智能交通系统应用以及智能网联汽车关键技术服务于一体的创新型高科技企业。依托“车-路-云”全系列V2X产品、量产级V2X协议栈、V2X专业研发测试工具链和全场景车路协同解决方案体系，业务遍及国内30多座城市、十余家整车厂和一级供应商。
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