V2X 技术提速，铺平高阶自动驾驶发展之路

作者：MathWorks

随着自动驾驶技术的快速发展，车辆之间的协同通信变得越来越重要。车联网（V2X）技术作为一种新型的车辆通信技术，通过车车（V2V）和车路协同（V2I）等方式，实现了车辆与车辆、车辆与基础设施之间的信息交换，有效提升了道路交通安全性和效率。在 V2X 技术中，基于蜂窝网络的车联网（Cellular-V2X，简称C-V2X）凭借其广域覆盖和低延迟的特点，成为实现车与车、车与路侧基础设施之间通信的首选技术。

V2X 技术加速普及，发展前景广阔

作为智能网联汽车的关键技术，V2X 技术的发展经历了几个关键阶段。


图片引用自：5GAA white paper “C-V2X Use Cases and Service Level Requirements”

V2X 的第一波热潮是在 2018-2020 年，伴随着 3GPP Release 15 和 Release 16 的发布，V2X 技术在市场上开始落地。

自 2022 年宝马宣布未来车型将全面标配 V2X 以来，V2X 技术的关注度和应用有所增加，迎来第二波热潮。5G 的不断演进，尤其是 Release 17 和 Release 18 的发布，为 V2X 应用提供了更高速率、更低时延、更可靠的通信基础，推动了 V2X 技术的快速发展和应用场景的拓展，特别是在交通效率和安全相关的应用方面，如交通信息的收集与共享、紧急电子刹车灯、左转辅助等。

值得一提的是，中国在 V2X 领域的发展相对领先。据统计，2023 年，整个国内新车的5G 标配率为 7.5％，V2X 的装配率仅为 1％。这些量产车辆大规模部署的 V2X 应用，主要包括基本的安全应用（如前向碰撞警告、紧急电子刹车灯、左转辅助等）以及本地危险和交通信息的共享。

近两年来，国家陆续出台了一些 V2X 的利好政策。例如，2023 年 9 月 27 日，中国新车评价规程（C-NCAP）2024 版草案在中国汽车技术研究中心官网发布，首次将 V2X纳入评估范围。2024 版 C-NCAP 的 V2X 部分已被添加到 ADAS 部分，测试项目中对目标车辆（GVT）的描述包括“C-V2X 网络通信能力”。因此，理论上，所有主动安全测试都可以使用 V2X 实现。此外，五大部联合发布的 20 个试点城市开始“车路云一体化”的部署，也将进一步推动 V2X 的上车。

尽管目前 V2X 技术主要提供预警和提醒功能，但随着技术的成熟和政策的支持，V2X 的功能将越来越丰富，并与单车智能的融合更加紧密，逐步参与到决策过程，成为单车智能的“拐杖”。

在技术发展上，V2X 将在今年以后与高精度地图（HD Map）和车对行人（VRU）感知等新技术相结合，到 2026 年以后，预计 C-V2X 将在更复杂和高级的自动驾驶应用中大规模部署，如传感器共享、合作驾驶（Cooperative Maneuvers）以及动态交叉口管理等。

V2X 技术助推高阶自动驾驶

在城市复杂的交通环境中，自动驾驶车辆的摄像头识别虽然可以提供实时信息，但在有遮挡或复杂路况下（例如十字路口）存在盲区，无法确保准确性。相比之下，V2X 通信具有高实时性和不受遮挡影响的优势，能够弥补前者的不足，对于 L3 及以上级别的高等级自动驾驶，V2X 提供的高质量信号至关重要。至于中低端车型，V2X 则可以提供更基础的辅助驾驶功能，如导航和碰撞预警，从而提升驾驶安全性。

因而，V2X 通信技术已成为解决单车传感器能见范围局限的重要手段，也是实现高度自动驾驶的重要一环。

不过在现有的智能驾驶软件上增加 V2X 功能时，开发者面临着在场景搭建、红绿灯设置和无法从高精地图自动生成 V2X 消息的局限性。这是由于现有的自动驾驶测试场景仿真工具缺少某些关键功能，只能依赖临时性和不够自动化的解决方案。

随着 V2X 技术不断发展，车、路、云三者之间的紧密协同将变得尤为重要。单凭任何一方都难以独立完成 V2X 系统的构建，产业界的合作成为推动这一技术落地的关键力量。

正如在 V2X 量产车端应用领域扮演着创新者和先行者的零束科技，正通过 V2X 技术增强自动驾驶车辆的环境感知与决策能力，利用车与车（V2V）、车与基础设施（V2I）、车与网络（V2N）之间的实时数据交换，实现超视距的交通信息获取，从而克服传统传感器在恶劣天气或视线受阻情况下的局限。通过集成 V2X 通信模块，自动驾驶系统能够预测并防范潜在的交通风险，通过车辆间以及车辆与交通信号系统间的协同决策，优化行车策略，提高道路安全性与交通效率。

利用 V2X 通信优化城市交叉路口碰撞预警

在增强和加速自动驾驶的进程中，受益于 MathWorks 公司的产品和技术服务支持，零束科技高效实现了针对交叉路口的车辆碰撞预警仿真场景的开发。交叉路口是非常典型的智驾盲区场景，可以很好的发挥 V2X 补盲的功能。零束科技通过使用 MathWorks 的 Simulink 试验台模型与 RoadRunner 场景进行仿真，能够模拟实际交通环境中包含 V2X 系统的复杂情况，测试自动驾驶系统中的各个模块，确保功能的充分验证，减少实际应用中的风险。


图片引用自：MathWorks 2024 中国汽车年会，使用 Simulink 试验台和 RoadRunner Scenario 联合仿真交叉路口预警

RoadRunner 作为 V2X 功能在自动驾驶融合场景中的设计、测试和仿真工具，主要用于创建静态和动态场景，如复杂路网、交通信号、车辆和行人等其他环境元素，RoadRunner 本身能够支持不同高精度地图的导入导出。在这一基础之上，MathWorks 与零束科技基于 V2X 标准的智能网联汽车应用，开发了多项新功能，包括基于高清地图信息的自动化处理、交通灯时序信号的配置和交互等。RoadRunner 提供了一个有用的工具，可以从高清地图自动生成 MAP 和 SPaT 消息，从而大幅提升了 SIL（软件在环）测试的效率。安装了 RoadRunner SIL 测试环境的工控机连接上与测试仪表后，可以实现自动化的 HIL 测试。

在这个系统中，Simulink 负责实现智能驾驶功能的计算和控制，并根据输入产生输出结果。Simulink 和 RoadRunner 之间通过信息交换，使得仿真环境能够与实际算法交互，模拟出车辆的动态行为和决策过程。


图片引用自：MathWorks 2024 中国汽车年会

此外，双方还重点开发了与交通信号灯相关的功能，特别是针对 V2X 通信如何与交通灯的时序信号进行交互。通过这些开发，车辆可以提前获知前方路口的红绿灯状态，从而及时采取相应措施。

零束科技与 MathWorks 的合作带来了以下几方面的技术创新和行业优点：

-        仿真与测试的精确性：使用 MATLAB 和 Simulink 进行 V2X 平台的开发，使得模拟和测试过程更加精准。

-        高效的功能开发：RoadRunner 提供了高精度地图信息的提取和处理功能，支持 V2X 应用中的地图消息自动化生成。这种仿真能力帮助开发团队在虚拟环境中测试 V2X 系统的性能和安全性，从而提高了开发效率，减少了物理测试所需的时间和成本。

-        降低成本和提高安全性：V2X 技术通过实时通信增强了车辆与基础设施之间的互动，提供了更高的安全保障。例如，通过 V2X 技术，车辆可以提前获得路口信号的状态，从而优化决策，减少事故发生的概率。同时，V2X 技术的集成使得在低成本硬件上也能实现有效的辅助驾驶功能，使得高阶功能的普及变得更为经济。

-        促进技术迭代和应用普及：MATLAB 和 Simulink 等仿真和建模工具帮助开发团队更好地理解和实现复杂的 V2X 功能，如交通灯控制和车与车之间的即时通信，这些都提升了整个行业的技术水平。

结语

MathWorks 与零束科技的合作，充分发挥了各自的优势，共同打造了一个高效、可靠的交叉路口碰撞预测的 V2X 仿真平台。该平台不仅为 V2X 技术的发展和实施提供了重要支持，而且为智能驾驶的普及奠定了坚实的基础。展望未来，随着硬件成本的下降和政策支持的增强，V2X 技术的市场渗透率将在 2025 年及之后的三到五年内显著提高，让我们拭目以待。