科创中国

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。中国汽车工程学会发布的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。

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。

1. 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。
2. 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（中国汽车工程学会发布的T/CSAE 53-2020和T/CSAE 157-2020定义的第一阶段和第二阶段场景标准），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中国汽车工程学会（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。