来源:5G行业应用

作者:吴冬升

美国车联网(V2X)在政策推动、标准制定和频谱确定背景下,在26个州展开试点示范,覆盖超过美国50%的州。典型代表是怀俄明州、纽约、佛罗里达州Tampa三地的DSRC试点项目。与此同时,美国也开启基于蜂窝的C-V2X相关试点工作。

美国车联网产业发展和美国自动驾驶产业发展息息相关。网联(CV,Connected Vehicle)+ 自动驾驶(AV,Automated Vehicle)= 网联自动驾驶(CAV)是美国在自动驾驶领域重点打造的核心之一。在美国各州中,加州、密西根州、俄亥俄州、佛罗里达州和亚利桑那州在网联自动驾驶方面位居前列。

盘点美国车联网(V2X)产业情况,可以看到其发展中存在①缺乏政策持续强力推进、②标准摇摆和缺乏持续演进、③试点示范规模不足、④产业链协同发展不利、⑤应用场景和商业模式探索深度不够,对中国车联网产业发展有很好的借鉴作用。

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一、美国车联网(V2X)政策、标准与频谱

(1)美国车联网(V2X)政策

美国持续发布车联网相关政策。交通运输部于2015年发布《美国智能交通系统(ITS)战略规划(2015-2019年)》,汽车智能化和网联化是该战略计划的核心。该规划是2010-2014 ITS战略计划的升级版,美国ITS战略从单纯的车辆网联化,升级为汽车网联化与自动控制智能化的双重发展战略,发展目标包括:① 提高车辆与道路安全性;②增强交通移动性;③降低环境影响;④促进创新;⑤支持交通系统信息共享。

美国交通运输部和国家公路交通安全管理局于2016年9月发布了《联邦自动驾驶汽车政策指南》,规定新的自动驾驶汽车技术必须满足15个要点的安全评估,为自动驾驶技术提供制度保障。美国多州积极推进无人驾驶法规制定,已有加州、密西根州、俄亥俄州、佛罗里达州、亚利桑那州、宾夕法尼亚州、佛吉尼亚州、马赛诸塞州、内华达州等以及哥伦比亚特区颁布了无人驾驶法规,各州对车企运用技术的限制作了不同规定。

美国交通运输部于2018年10月发布了《自动驾驶汽车3.0:为未来交通做准备》,基于《自动驾驶汽车2.0:安全愿景》所提供的自愿性指南基础,支持将自动驾驶的安全、高效、可靠、经济集成到多联式跨界的地面运输系统中。其关键点包括:①继续沿用SAE对自动驾驶汽车的分级,保持技术中立;②在原有指南的基础上对自动驾驶范围进行延伸,涵盖乘用车、商用车、公路运输和道路等交通系统;③制定自动驾驶汽车开发阶段安全风险管理的概念框架,并期望交通部能够参与整个过程与各方协同合作;④修改特定安全标准,以适应自动驾驶汽车技术;⑤允许自动驾驶汽车的创新性设计,例如方向盘、踏板、后视镜等可以不再强制安装。

(2)美国车联网(V2X)标准
车联网V2X(Vehicle-to-Everything)全球存在两大标准流派,DSRC(Dedicated Short Range Communications,专用短程通信技术)和C-V2X(Cellular-Vehicle-to-Everything,基于蜂窝技术的车联网通信)。

微信公众号“5G行业应用”的《5G车联网标准的演进之路》文章中,详细对比了DSRC与C-V2X标准。DSRC标准由IEEE基于WIFI制定,并且获得通用丰田雷诺恩智浦、AutoTalks和Kapsch TrafficCom等支持。通用已经有量产车卡迪拉克CTS搭载DSRC(由Aptiv提供系统,AutoTalks提供模块,恩智浦提供芯片),丰田则在2016年就开始销售具备DSRC技术的皇冠和普锐斯,销量已经超过16万辆(电装提供系统,瑞萨提供芯片)。

DSRC标准化流程可以追溯至2004 年,主要基于三套标准:
第一个标准是IEEE 802.11p,它定义了汽车相关的“专用短距离通信”(DSRC)物理标准;第二个是IEEE 1609,标题为“车载环境无线接入标准系列(WAVE)”,定义了网络架构和流程;第三个是SAE J2735和SAE J2945,定义了消息包中携带的信息,该数据将包括来自汽车上的传感器信息,例如位置、行进方向、速度和刹车信息。

美国车联网(V2X)发展现状与反思
美国高速公路安全管理局(NHTSA)力推DSRC,目标是为消
费者提供安全、效率、便捷三大方面优质服务。安全方面,中轻型车辆将避免80%的交通事故,重型车避免71%的事故;效率方面,交通堵塞将减少60%,短途运输效率提高70%,现有道路通行能力提高2~3倍;便捷方面,停车次数可减少30%,行车时间降低13%至45%,实现降低油耗15%。

(3)美国车联网(V2X)频谱
1999年,美国联邦通讯委员会(Federal Communications Commission,FCC)为基于IEEE 802.11p的ITS业务划分了5850-5925MHz共计75MHz频率、7个信道(每个信道10MHz)的频率资源。其中178号信道(5885-5895MHz)为控制信道。

每辆车都会在信道 172中,以每秒 10 到 20 次的频率,交互 DSRC 基础安全信息。紧急信息则会在信道 184 中,以更高的优先级进行传播。每一条基础安全信息都包含两部分信息。第一部分信息是强制性信息,包括位置、速度、方向、角度、加速度、制动系统状态和车辆尺寸。第二部分是可选信息,例如防抱死系统状态、历史路径、传感器数据、方向盘状态等。

美国车联网(V2X)发展现状与反思
二、美国DSRC进展

(1)整体进展
美国约有10000个城镇、城市、县和州购买、运营和维护交通基础设施设备。联邦政府提供资金,但不拥有任何基础设施。美国共有35万个交叉口,大约部署约5315套DSRC RSU,分布在26个州,覆盖超过美国50%的州,总共大约18000套车载终端OBU(包括前装设备和后装设备)。

美国车联网(V2X)发展现状与反思
美国在2015年9月开始启动怀俄明州、纽约、佛罗里达州Tampa三地的DSRC试点示范工作。2016年12月完成第一阶段概念设计。2018年5月完成第二阶段设计/建造/测试。目前进入第三阶段运营和维护验证。

美国车联网(V2X)发展现状与反思
除此之外,在网联自动驾驶开展最好的几个州里面,也在积极进行DSRC试点示范工作。加州拥有美国最大自动驾驶试验场GoMentum Station,其建立网联自动驾驶汽车交通信号灯实验室(CAV-SigLab),部署和维护交通信号灯机柜内部的交通信号控制器、交通冲突监控器、负载开关、基于视频探测和DSRC/5G 技术的通信系统。

在密西根州,2014年建立车联网测试平台,涵盖连接底特律(Detroit)、安阿伯(Ann Arbor)、布赖顿(Brighton)和沃伦(Warren)的94号、96号、696号州际公路和美国23号公路走廊,全长约125英里,道路沿途部署超过100个DSRC RSU。这条走廊贯穿了密西根州汽车与技术发展的核心区域。

在俄亥俄州,俄亥俄州交通部、马里斯维尔市、本田合作,部署了世界首个车联网全城覆盖的城市。马里斯维尔市的所有交通信号灯升级配备DSRC,1500辆车安装DSRC车载终端。另外,在33号公路都柏林(Dublin)和东利伯蒂(East Liberty)之间全长35英里路段,同时开展网联自动驾驶汽车测试。

(2)WYDOT进展
怀俄明州交通局(WYDOT)牵头,专注于州际高速公路。沿I-80高速公路部署大约75套RSU,400套OBU。主要部署在商用车辆,其中至少150辆为重型卡车。重点关注货物通过I-80东西走廊的高效和安全运输。

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WYDOT通过收集车辆数据,高速公路路况信息和天气数据,将减少走廊内的恶劣天气相关事故(包括二次事故)和爆炸事故的数量,以提高安全性并减少事故延误。具体应用场景有五种,典型的包括Spot Weather Impact Warning (SWIW)、Work ZoneWarning (WZW)等。

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WYDOT的典型车载终端有Onboard HMI设备,可以看到严重告警信息(例如极端大雾天气、道路施工等)、普通告警信息(例如雨雪天气等)、限速信息、前向碰撞预警、车辆速度信息等等。

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(3)NYCDOT进展
纽约市交通局(NYCDOT)牵头,专注于通过部署V2V和V2I连接的车辆技术来提高城市中旅客和行人的安全性。NYCDOT CV(Connected Vechicle)试点项目包括曼哈顿和布鲁克林区三个不同区域,部署大约353套RSU,8000套OBU。其中Manhattan Ave 200套RSU,Manhattan Cross 80套RSU,Flatbush Ave 30套RSU,FDR(freeway and restricted route) 8套RSU, Support locations (airports, river crossings, terminalfacilities) 36套RSU。OBU包括5850辆安装后装车载设备(ASD,AftermarketSafety Device)出租车、1250辆大都会交通管理局(MTA)公共汽车、400辆UPS卡车、250辆NYCDOT车队车辆、250辆纽约市卫生部(DSNY)车辆。

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NYCDOT关注在密集城市交通系统中典型的交叉口应用,会在多层次的行人、车辆、道路以及商业和居民区混合使用,未来将成为在城市环境中大规模部署的典范。项目特色是通过车内行人警告和V2I/I2V检测人行横道行人通过,来减少车辆与行人的冲突,为大约100名视觉障碍的行人配备个人设备,提供语音告警,协助这些弱势交通使用者安全穿过信号交叉口街道。

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(4)Tampa (THEA)进展
坦帕-希尔斯堡高速公路管理局(THEA)牵头,改善坦帕市中心的安全和交通状况。试点在整个区域的街道和塞尔蒙高速公路上,Tampa (THEA)部署40套RSU,1620套OBU。大约覆盖1600辆汽车、10辆公共汽车、10辆线缆街道车和500名行人。主要参与方包括坦帕市(COT)、佛罗里达州交通部(FDOT)和希尔斯堡地区区域交通部(HART)。

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Tampa (THEA)项目着力解决坦帕市中心高峰交通拥挤问题。通过上高速公路前检测和发出警告给道路驾驶员来降低碰撞风险、提高交叉口的行人安全、提供公交信号优先权等各类应用场景。主要包括Morning Backups, Wrong-way Drivers, Pedestrain Safety, TransitSignal Priority, Streetcar Conflicts, Traffic Progression六大类业务。

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Tampa (THEA)的典型车载终端有智能后视镜HMI设备,可显示前车紧急刹车信息、限速信息、车辆速度信息等等。

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三、美国C-V2X进展

(1)车企的选择
福特从技术、持续演进和商用三个角度进行评估,最终选择从DSRC转C-V2X。从技术角度看,2018年4月在华盛顿召开的5GAA会议上,福特发布了与大唐、高通的联合测试结果,给出DSRC和LTE-V2X实际道路测试性能。结果显示,在相同的测试环境下,通信距离在400米到1200米之间,LTE-V2X系统的误码率明显低于DSRC系统,而且LTE-V2X的通信性能在可靠性和稳定性方面均明显优于DSRC;从持续演进角度看,C-V2X包含Rel-14 LTE-V2X、Rel-15 LTE-eV2X和向后演进的NR-V2X,也比DSRC有明显优势;从商用角度看,DSRC经过多年的测试与验证,可行性得到验证,同时网络、芯片等产业链相对成熟。但是C-V2X具备后发优势,5GAA自2016年9月创立以来,已经有超过120家运营商、车企、芯片商、设备厂商等产业链各环节企业加入。

2019年3月26日,福特表示计划于2021年在中国的福特车型中搭载C-V2X技术,到2022年在美国市场推出C-V2X车型。C-V2X技术将与福特Co-Pilot360™智行驾驶辅助系统相互协作,使车辆接收前方道路交通变化信息、以及预知传感器可接收范围以外的风险,从而提前发出预警,甚至可以在驾驶者未采取行动的情况下紧急制动。

总体来看,通用、丰田、雷诺、恩智浦、AutoTalks和Kapsch TrafficCom等支持DSRC发展。福特、宝马、奥迪、戴姆勒、本田、现代、日产、沃尔沃、PSA Group,众多Tier1,运营商移动、联通、AT&T、德国电信、KDDI、DOCOMO、Orange、Vodafone,以及华为、爱立信、大唐、高通、英特尔、三星等支持C-V2X演进。不少企业选择二者兼顾。

(2)基础设施建设情况
C-V2X已经在加利福尼亚州圣迭戈和密西根州底特律进行初步试验。2018年高通福特、松下与科罗拉多交通部门(CDOT)合作,首次在科罗拉多州部署蜂窝C-V2X。项目目的是为了帮助拯救生命,因为配备此系统的车辆能够感知和识别行人、骑车人和其他连接的车辆;另一个应用是帮助自动驾驶汽车优化燃油效率和整体操作体验。Kapsch TrafficCom公司为CDOT C-V2X项目提供100套RSU,Ficosa提供500套C-V2X OBU。

除此之外,犹他州也在跟进,另外至少还有10个潜在项目在讨论,其中包括与跨国公司/中立机构的合作。在美国C-V2X的基础设施建设,以匹配2022年美国第一辆C-V2X量产车型部署为目标。

四、美国车联网(V2X)发展反思

(1)缺乏政策持续强力推进
美国希望在2021年达到50%新车安装DSRC,2022年达到75%新车安装DSRC,2023年开始100%新车安装DSRC。目标虽然宏大,但缺乏政策强力推进。另外,美国多州积极制定了无人驾驶法规,这帮助美国在自动驾驶领域取得迅速发展,但是在网联汽车方面,却出现了政策摇摆。

之前美国政府大力支持DSRC,ABM政府提案要求车厂2021年起必须逐步采用DSRC。DSRC因此取得先发优势,开始初期部署。一些车企以及它们的芯片、软件和服务合作伙伴等也进行了大量投资。这些投资是对ABM政府对DSRC部署任务的反应,以确保及时提供大量DSRC设备。

然而,TLP政府拒绝了ABM时代的计划。白宫和美国交通部门不会继续推进这项任务,即要求“新车配备专用的DSRC短程无线电设备,允许车辆发送一些数据,如汽车行驶数据,道路危险和天气条件等数据。”

美国政府对DSRC政策的不连续,将影响美国车联网产业发展。因此,发展本国的车联网(V2X)产业,一定需要保持政策的连续性,持续强力推进车联网产业发展。

(2)标准摇摆和缺乏持续演进
目前美国政府的态度是保持技术中立,让车企在DSRC和C-V2X之间自由选择。美国交通部的犹豫,对推动V2X技术标准统一起到反作用。产业界对此充满分歧,支持DSRC的通用和丰田,将C-V2X描绘成一个凶悍的打墙洞野蛮人形象,从频段分配等方面建议政府全力排斥C-V2X。

美国车联网(V2X)发展现状与反思
另外一方面,DSRC标准从制定以来,缺乏后续演进能力,尤其是和C-V2X具备清晰的向5G演进能力相比。DSRC标准组织IEEE意识到此问题,却直到2018年底才提出了IEEE 802.11 NGV,即Next Generation V2X amendment (802.11bd)作为DSRC后续演进版本。主要目标是提升范围和可靠性,并且对DSRC具备兼容能力(NGV可以和DSRC在相同频段共存,可以和DSRC设备通信)。但是NGV的相关标准工作才刚刚起步。

美国对车联网(V2X)标准的摇摆,以及DSRC本身缺乏后续演进能力,将制约美国车联网产业发展。因此,发展本国的车联网(V2X)产业,一定需要旗帜鲜明确立统一的标准,并持续投入后续标准的研究和制定工作。

(3)试点示范规模不足
美国在怀俄明州、纽约、佛罗里达州Tampa三地投入联邦资金总额4500万美元,用于发展DSRC。但是DSRC部署费用高昂,USDOT估计,DSRC要能全面使用,政府需要花费数十亿美元打造基础建设。不只如此,汽车还需装设车载设备才能使用DSRC,NHTSA预估,每辆车成本将增加300美元。

总体来看,美国DSRC试点示范虽然覆盖了26个州,但是绝大部分州只是小规模试点,政府的投入难以支撑DSRC进入大规模预商用。因此,发展本国的车联网(V2X)产业,一定需要政府前期有足够投入,带动产业进入良性发展轨道,让车联网试点示范真正转化出规模效应。

(4)产业链协同发展不利
2019年4月26日,丰田汽车公司宣布暂停2021年开始为美国市场车型搭载DSRC的计划。而仅仅在一年前,2018年4月,丰田才宣布计划在2021年开始在美国销售的新车上安装DSRC技术。丰田做出这个决定主要基于两方面原因,一是没有看到其他汽车制造商做出同样的生产承诺,从而没有足够多的同盟共同建设基础设施,这将使丰田负担巨额的成本;二是DSRC无法获得专用的频段,无法保证技术运行的稳定性。

作为车企里面DSRC坚定的拥趸通用和丰田,丰田该声明对DSRC的支持者是一个重大打击,导致DSRC产业链协同发展不利。因此,发展本国的车联网(V2X)产业,一定需要产业链各个环节协同发展,共同推进。

(5)应用场景和商业模式探索深度不够
美国发展车联网最主要的诉求,是期望通过车联网解决现有交通中存在的问题。DSRC应用场景集中在安全、效率、便捷三大方面。“在任何情况下,「安全」都是交通部的首要任务。”在美国交通运输的长期规划中,扩大公共运输的规模和效率、以卡车编队行驶为代表的新技术提升物流效率,是重要内容。

但是正如在微信公众号“5G行业应用”的《5G车联网产业发展的冷思考》文章中,提到车联网商业模式仍然处于设计阶段,尚需进行有效验证,主要存在用户需求不强烈、投资规模巨大、运营模式不清晰三大挑战。

为了积极应对车联网商业模式上存在的挑战,需要政府和产业界共同探索。其中可能存在的路径包括继续挖掘和深化信息服务类业务、特定商用场景先行先试、探索数据开放和运营。美国在这些方面的应用场景和商业模式探索深度不够。因此,发展本国的车联网(V2X)产业,不能单纯依靠政府投资,需要产业界力量积极探索车联网可行的商业模式。

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| 作者:吴冬升
「5G行业应用」特邀专栏作家,东南大学博士,17年TMT从业经历,多年B2B/B2G整合营销及品牌经验,对5G、车联网、物联网、大数据、人工智能、数字化转型有深刻洞察。