摘 要：基于5G车路协同系统的自动驾驶汽车通过全方位车车、车路间动态实时的信息交互，实现人-车-路的有效协同，保证交通安全，提高通行效率，构成了安全、高效和环保的道路交通系统。但由于目前5G车载终端产品尚未成熟量产，相关接口和协议尚未形成统一的标准及规范等原因，基于5G车路协同系统在自动驾驶汽车车载端落地时存在一些实际应用问题。因此，本文利用在已落地项目建设的基于5G车辆协同系统的自动驾驶汽车相关案例研究，分析其在测试示范及落地应用中的技术难题，提出了相应的解决建议和思路。
关键词：车路协同；5G;车联网;自动驾驶
自动驾驶是汽车产业与信息通信、人工智能、大数据、物联网等新一代技术以及交通出行、城市管理等多领域深度融合的产物，当前全球汽车产业乃至未来交通出行领域智能化、网联化发展的重要方向，对汽车产业跨界融合发展具有重要的战略意义。
从发展历程来看，自动驾驶有两条路径，单车智能和车路协同。但随着通信技术的不断突破，边缘计算、5G高可靠低时延技术的不断成熟，车路协同通过车、路、网、云均衡发展，在显著降低自动驾驶落地成本与难度的同时，优化道路资源提升交通安全与效率，成为未来的主要发展方向。
车路协同是采用先进的无线通信和新一代互联网等技术，全方位实施车车、车路动态实时信息交互，并在全时空动态交通信息采集与融合的基础上开展车辆主动安全控制和道路协同管理，充分实现人车路的有效协同，保证交通安全，提高通行效率，从而形成的安全、高效和环保的道路交通系统。
车路协同通过采用5G通信技术，可有效解决智能网联汽车对于通信网络的高可靠性、大带宽及低延时等需求，因而自动驾驶汽车通过5G车路协同系统及相关功能应用可有效提高自动驾驶汽车自动化等级，并可加速及推动相关车路协同应用的落地及商业化运营。
受限于车路协同相关的车联网(Vehicle-to-everything，V2X)通信协议、规范等尚未完成标准的统一，5G模组及车规级终端产品研发相对滞后，相关的政策法规等尚待完善等问题，5G车路协同系统目前主要在国内的一些示范项目进行探索及建设。随着工信部构建的“基于宽带移动互联网的智能汽车与智慧交通应用示范”项目的推动，已经构建包括北京-河北、上海、江苏（无锡）、湖北（武汉）等国家级示范区，对车路协同、先进辅助驾驶等新技术进行封闭测试与应用示范。交通部也认定了北京、西安、重庆三家“自动驾驶封闭场地测试基地”，为自动驾驶及车路协同的技术研发、测试验证、产品准入、认证评价以及技术孵化、产学研创新提供全方位的服务。本文基于相关基于5G车辆协系统的自动驾驶汽车在已落地项目总结研究，分析测试示范遇到的相关技术问题，并提出相应的解决方案
15G车路协同系统介绍
5G车路协同系统（图3）主要由“人-车-路-网-云”各部分组成，在车载端安装OBU、5G终端、交换机等车载终端设备，同时在路侧端布设智能摄像头、毫米波雷达、激光雷达、气象站、路面环境检测器等智能感知设备，通过在路口及对应的路段布设RSU，实现部分路段或全路段的C-V2X网络覆盖，同时通过5G宏站+微站相结合方式，实现整个道路范围的5G网络全覆盖，满足道路范围内智能网联汽车5G网络应用需求。
5G车路协同系统可为自动驾驶汽车提供基于安全、效率及服务类的相关应用。安全类应用如紧急制动预警、行车碰撞预警、行人横穿预警等，效率类应用如特种车辆优先通行、绿波通行等，服务类如交通拥堵播报、天气气象播报、紧急事件播报等。
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图1 5G车路协系统架构
2车载端问题分析
为实现5G车路协同相关应用，需要在车载端安装相应的车载设备，通过车载设备实现自动驾驶车辆与车外的信息交互以及车辆本身的信息交互。目前安装在自动驾驶车上的主要有T-BOX、OBU、交换机、路由器、CPE、5G手机等通信设备实现车辆的网络互联功能，同时还会有如智能摄像头、毫米波雷达、激光雷达等车载感知设备实现对道路交通信息的采集。不同的设备、不同的网络、不同的功能应用等导致车载端存在诸多问题。
2.1 无车规级5G车载终端产品
2.1.1 问题背景描述
根据国内目前行业发展情况，虽然在部分的路侧及相关区域范围有5G网络的信号覆盖，但车载端暂时没有特定的车规级5G车载终端产品，普遍采用CPE或者5G手机作为无线接入端放置自动驾驶汽车上实现5G车载终端相关功能，对应的连接方式如图5所示。
图2 车载端CPE连接方案
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图3 车载端5G手机连接方案
CPE产品定位为室内场景固定使用，放在移动的自动驾驶车上使用，设备与路侧5G微站与宏站不断切换使设备存在切换延时，影响数据的正常传输。5G手机作为手持终端放在自动驾驶车辆上使用，车上无相对固定摆放位置，对外连接口为USB口，自动驾驶车辆运行期间的抖动及颠簸影响设备的固定以及接口的连接，时间长会引起接口连接线松动，甚至在车内温度较高时影响设备稳定性。
2.1.2 问题建议
目前使用的CPE和5G手机都不是针对车载设备开发的产品，可针对车载端设备需求开发一款对外实现5G网络连接，对车实现CAN接口连接通信的车规级5G终端产品，同时集成相关的以太网接口连接相关车载传感器向路侧端或云端传输车载信息。
2.2 车载通信设备冗余及设备功能定位模糊
2.2.1 问题背景描述
车载端有T-BOX、OBU、交换机、路由器、CPE、5G手机等通信设备，目前不同的自动驾驶汽车使用的组网方式不尽相同，但在实现5G车路协同相关功能时,需要安装OBU实现V2X相关功能，安装5G终端实现大带宽、低延时等相关功能需求。不同方案中OBU与CPE通信功能有，5G手机方案中交换机与路由器功能重复。冗余的设备导致设备功能定位不清且车上各种线缆杂乱，下图为某自动驾驶车辆部分设备接线图及数据流图
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图4 某自动驾驶汽车车载设备连接图
2.2.2 问题建议
（1）根据不同业务需求，明确CPE与OBU设备功能及对应接线路由。OBU有UU口和PC5口两种传输方式，根据不同的带宽及延时需求选择不同的传输方式。5G CPE具有大带宽、低时延和高可靠性等特点，当车载传感器数据量较大且实时性要求较高时，可采用5G CPE传输。
（2）明确车载定位信息、车辆行驶信息、车载传感器信息等的数据传输路径及对应设备
2.3 车载端硬件接口连接器及接口协议标准不统一
2.3.1 问题背景描述
车载设备要通过CAN口获取车辆运行相关信息，但目前车载CAN线未预留标准连接器与车载设备对接，因此车载设备一般预留裸线或者采用临时连接器与车载CAN接口对接。大批量安装设备或进行量产使用裸线搭接的方式效率极低且长期使用存在安全隐患。
不同类型车辆CAN接口协议与对接设备CAN 协议不统一，每类车型都需要根据设备商或车企协助进行CAN接口协议互通调试，一旦调试完成，重新更换其它厂家设备或者设备更换到不同类型车辆都要重新进行接口调试。行业内相关设备接口及车辆接口的协议需统一标准。
2.3.2 问题建议
（1）明确各类设备需要车提供信号类型，根据需求统一车辆对外接口连接器及引脚定义（如电源线、CAN线、底线等）。
（2）根据车辆统一的接口标准，将车载设备接口形成统一标准，使设备与设备、设备与车辆之间能够直接插拔，不需转接或增加额外转接设备。
（3）统一设备与设备、设备与车辆接口的通信协议标准。
2.4 车辆定位终端设备存在的定位偏差
2.4.1 问题背景描述
不同车型采用不同的定位终端，不同类型车辆设备安装的位置也不一致，部分车辆安装在车辆前端，部分车辆安装在车辆后端，根据安装位置不同实际车辆定位位置会存在米级误差，每类车辆由于车辆安装位置的差异难以实现厘米级高精度定位。
2.4.2 问题建议
（1）车载定位设备安装需要进行标定，确定设备在车辆的相对位置。
（2）路侧设备或系统后台除获取定位终端的定位信息外，还需要包括定位设备标定信息以及车辆尺寸信息。
（3）需要统一定位信息内容以及数据格式，同时确定设备标定信息与车辆尺寸信息，以及融合的设备型号或融合方式等问题。
3结语
随着5G通信技术不断发展，各类车载及路侧传感器技术日益成熟，车路协同系统相关接口协议逐渐形成统一标准及规范，政策法规的不断完善及落地，智能网联汽车将逐渐向着L4及更高等级的自动驾驶演进。车端作为车路协同系统中重要一环，在满足安全可靠的前提下，相关车载设备数量将减少，各类车载端设备也将逐渐集成融合，相关设备接口、协议等逐渐会形成行业统一标准，各设备功能逐渐明确，设备安装及标定也将形成统一规范及标准。车、路、网、云的均衡发展，将显著降低自动驾驶落地成本与难度，同时可优化道路资源提升交通安全与效率，5G车路协同成为未来的主要发展方向。
参 考 文 献
[1] 程婕 陈建峰. 一种基于5G的车路协同自动驾驶技术架构. 信息通信 2019(12).
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