方凱正，朱成，劉頔

5G技術(shù)在汽車產(chǎn)業(yè)中的創(chuàng)新應(yīng)用研究

方凱正，朱成，劉頔

（中國汽車技術(shù)研究中心有限公司，北京 100070）

汽車產(chǎn)業(yè)是中國的支柱產(chǎn)業(yè)，5G技術(shù)的快速發(fā)展將給汽車產(chǎn)業(yè)帶來巨大的發(fā)展變革。5G的高帶寬、大連接以及低時(shí)延三大技術(shù)特征在汽車產(chǎn)業(yè)的智能制造、智能網(wǎng)聯(lián)以及出行服務(wù)等方面具有巨大的應(yīng)用潛力，可以助力于汽車產(chǎn)業(yè)中的無人工廠、無人駕駛以及出行服務(wù)的快速發(fā)展和實(shí)現(xiàn)，促進(jìn)汽車產(chǎn)業(yè)形成新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。

5G；汽車產(chǎn)業(yè)；創(chuàng)新應(yīng)用；市場規(guī)模

汽車產(chǎn)業(yè)是中國國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，2009年以來，中國汽車產(chǎn)業(yè)產(chǎn)銷量連續(xù)9年穩(wěn)居世界第一，成為名副其實(shí)的汽車大國。2019年中國汽車產(chǎn)銷量分別為2 572.1萬輛和2 576.9萬輛，其中新能源汽車產(chǎn)銷為124.2萬輛和120.6萬輛，雖然各自同比略有下降，但無論是傳統(tǒng)汽車市場規(guī)模，還是新能源汽車市場規(guī)模均領(lǐng)先全球?，F(xiàn)階段，中國正從汽車大國向汽車強(qiáng)國發(fā)展，需要在技術(shù)研發(fā)、體制機(jī)制、商業(yè)模式以及市場擴(kuò)展等方面持續(xù)創(chuàng)新，掌握核心技術(shù)，助力中國汽車產(chǎn)業(yè)做優(yōu)做強(qiáng)。

當(dāng)前時(shí)期，信息通信、人工智能等技術(shù)不斷出現(xiàn)突破性進(jìn)展，以5G為代表的新興通信技術(shù)與各行各業(yè)加快融合，不斷促進(jìn)社會(huì)發(fā)展變革，并加快在汽車產(chǎn)業(yè)中的進(jìn)入和滲透，這將帶來汽車產(chǎn)品形態(tài)和生產(chǎn)方式的深度變革，以及加速涌現(xiàn)新興需求和商業(yè)模式，并促進(jìn)產(chǎn)業(yè)格局和生態(tài)體系的深刻調(diào)整，為汽車產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)，衍生新的產(chǎn)業(yè)模式和產(chǎn)業(yè)形態(tài)，對(duì)促進(jìn)汽車強(qiáng)國的發(fā)展帶來積極作用[1]。

1 5G發(fā)展及特征

5G指的是第五代移動(dòng)信息通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，是蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)經(jīng)歷2G、3G以及4G系統(tǒng)發(fā)展之后的延伸。移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用如圖1所示。5G彌補(bǔ)了4G技術(shù)的不足，在吞吐率、時(shí)延、連接數(shù)量、能耗量等方面進(jìn)一步提升了性能，是下一步萬物互聯(lián)互通、構(gòu)建智能社會(huì)的重要技術(shù)手段[2]。5G與4G的性能對(duì)比如表1所示。

圖1 移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

表1 5G與4G的性能對(duì)比

主要性能5G4G 單用戶峰值速率20 Gb/s150 Mb/s 用戶日常體驗(yàn)速率100～1 000 Mb/s10～50 Mb/s 端到端時(shí)延/ms1100 移動(dòng)性/（km/h）500350 連接密度/（萬/平方千米）10010

作為世界各國目前正在大力發(fā)展的下一代移動(dòng)通訊技術(shù)，5G將給社會(huì)發(fā)展的許多方面諸如娛樂、交通、學(xué)習(xí)、工業(yè)制造等帶來顛覆性的影響?；?G的技術(shù)特征，5G國際標(biāo)準(zhǔn)制定組織3GPP為5G的應(yīng)用場景定義了三大方向[3]。

1.1 eMBB（enhanced Mobile Broadband，移動(dòng)寬帶增強(qiáng)）

5G的移動(dòng)寬帶性能完全是4G的增強(qiáng)版，無論是在峰值速率還是日常體驗(yàn)速率上，5G均比4G有了跨越式的提升。對(duì)于多維沉浸、環(huán)繞式高清顯像技術(shù)，5G將為增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）和虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）的發(fā)展應(yīng)用拓寬道路，為用戶提供超現(xiàn)實(shí)業(yè)務(wù)體驗(yàn)，并使未來的移動(dòng)流量超千倍增長，拉動(dòng)相關(guān)行業(yè)新的業(yè)務(wù)增長，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步深化變革。

1.2 MMTC（Massive Machine Type Communications，海量機(jī)器互聯(lián)互通）

物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的萬物互聯(lián)會(huì)帶來超高需求的連接密度，遠(yuǎn)程醫(yī)療、智能汽車、智慧家居、工業(yè)制造等將會(huì)推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用爆發(fā)式增長，將會(huì)帶來數(shù)以千億甚至萬億的設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)，達(dá)成“萬物互聯(lián)”，5G網(wǎng)絡(luò)的連接密度正是支撐物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展深化的有效技術(shù)手段，使得萬物互聯(lián)不再僅僅存在于構(gòu)想和設(shè)計(jì)上，而能推動(dòng)其落地實(shí)施。

1.3 URLLC（Ultra-Reliable Low-Latency Communications，超高可靠超低時(shí)延通信）

許多無線通信場景對(duì)時(shí)延要求極高，比如遠(yuǎn)程醫(yī)療、智能網(wǎng)聯(lián)汽車和工業(yè)領(lǐng)域的決策控制。遠(yuǎn)程醫(yī)療和智能網(wǎng)聯(lián)汽車的可靠性決定了人的生命財(cái)產(chǎn)安全，因此要求最高級(jí)別的通信時(shí)延；而工業(yè)領(lǐng)域的控制，需要從設(shè)備端逐步傳輸?shù)皆贫?，?jīng)過云端決策后再將控制指令傳輸?shù)皆O(shè)備端，因此5G技術(shù)更低的時(shí)延特性會(huì)帶來更優(yōu)的反饋控制。5G的應(yīng)用領(lǐng)域如表2所示。

表2 5G的應(yīng)用領(lǐng)域

應(yīng)用場景應(yīng)用領(lǐng)域 eMBB超高清視頻、3D、VR、AR、云協(xié)同 MMTC智慧城市、智能家居、工業(yè)物聯(lián) URLLC工業(yè)控制、車聯(lián)網(wǎng)、自動(dòng)駕駛、遠(yuǎn)程醫(yī)療

2 5G在汽車產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用分析

基于5G的三大技術(shù)特征，其在汽車產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用場景正在逐步開發(fā)和實(shí)現(xiàn)，主要在汽車智能制造、智能網(wǎng)聯(lián)以及出行服務(wù)等方面具有巨大的應(yīng)用潛力。

2.1 5G+汽車智能制造

根據(jù)國家工信部發(fā)布的《智能制造發(fā)展規(guī)劃（2016—2020）》中的定義，智能制造是基于新一代信息通信技術(shù)與先進(jìn)制造技術(shù)深度融合，貫穿于設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等制造活動(dòng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，具有自感知、自學(xué)習(xí)、自決策、自執(zhí)行、自適應(yīng)等功能的新型生產(chǎn)方式。該定義具有普適性，而在不同行業(yè)需要根據(jù)具體的發(fā)展特征來規(guī)劃行業(yè)自身的智能制造發(fā)展路線。

隨著汽車的普及以及消費(fèi)者對(duì)汽車認(rèn)識(shí)的提高，終端的個(gè)性化定制需求給汽車的生產(chǎn)制造帶來了巨大挑戰(zhàn)，各國的汽車業(yè)也必須要面對(duì)B2C的模式轉(zhuǎn)變。德國開展的工業(yè)4.0革命，其核心正是通過智能制造實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的大規(guī)模柔性定制，是汽車智能制造實(shí)現(xiàn)的核心。5G環(huán)境下，汽車制造企業(yè)可以搭建連接終端消費(fèi)者的無線工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，對(duì)消費(fèi)者的個(gè)性化定制需求進(jìn)行收集、分析和整理，形成專有數(shù)據(jù)庫，并基于企業(yè)云平臺(tái)的計(jì)算與解析，調(diào)動(dòng)大規(guī)模定制生產(chǎn)所需的研發(fā)、采購、工藝、生產(chǎn)線以及物流銷售渠道，使之統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，快速響應(yīng)和精準(zhǔn)控制，并進(jìn)一步促進(jìn)新型汽車商業(yè)模式的形成和開發(fā)。

另一方面，基于5G的工業(yè)無線互聯(lián)網(wǎng)可將企業(yè)內(nèi)部的人、機(jī)、物、料、環(huán)進(jìn)行連接并打通信息孤島，使工廠的生產(chǎn)過程更加的數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化，同時(shí)也為智能化無人工廠的實(shí)現(xiàn)打下基礎(chǔ)。比如華晨寶馬在沈陽建設(shè)了5G生產(chǎn)基地，以解決傳統(tǒng)的機(jī)器人之間通信以及機(jī)器與控制器通信所采用的有線或非授權(quán)頻譜無線工業(yè)通信方式中，存在的標(biāo)準(zhǔn)制式多、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)組網(wǎng)復(fù)雜、管理成本高、對(duì)移動(dòng)物體的控制（機(jī)器人或AGV）時(shí)延長等問題[4]。5G汽車生產(chǎn)基地還可以將基于5G的AR技術(shù)進(jìn)行引進(jìn)，工作人員可以在沉浸式的仿真環(huán)境中對(duì)真實(shí)的生產(chǎn)場景進(jìn)行管理和調(diào)度，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并通過云端計(jì)算反饋來解決問題，并且可以預(yù)測生產(chǎn)能力和產(chǎn)品質(zhì)量的發(fā)展走勢。

2.2 5G+汽車智能網(wǎng)聯(lián)

智能網(wǎng)聯(lián)是汽車產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展的重要方向，智能網(wǎng)聯(lián)汽車也被稱為智能汽車和自動(dòng)駕駛汽車，智能網(wǎng)聯(lián)汽車的發(fā)展普及將給社會(huì)交通體系帶來顛覆性改變，創(chuàng)造出巨大的社會(huì)效益，初步研究發(fā)現(xiàn)基于輔助駕駛的智能網(wǎng)聯(lián)汽車可減少50%～80%的汽車交通安全事故，提升交通通行效率10%～30%，顯著降低燃料消耗（28%），減少空氣污染和二氧化碳排放量（近20%）。

智能網(wǎng)聯(lián)需要通過網(wǎng)絡(luò)將汽車、行人、公路、輔助設(shè)施等連接起來并能高效通信和實(shí)時(shí)反饋，這一要求在4G網(wǎng)絡(luò)下無法實(shí)現(xiàn)，因?yàn)?G的端到端時(shí)延為百毫秒級(jí)，并且數(shù)據(jù)掉包率高，這為交通安全埋下了極大的安全隱患，而5G極低的時(shí)延特性和數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃允潜Ｕ掀噷?shí)現(xiàn)智能網(wǎng)聯(lián)的重要砝碼。對(duì)于汽車智能網(wǎng)聯(lián)，能夠?qū)⒂?jì)算任務(wù)以及存儲(chǔ)負(fù)載分布在移動(dòng)邊緣側(cè)尤為關(guān)鍵，5G則可以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)邊緣計(jì)算，在解決網(wǎng)絡(luò)擁堵問題的基礎(chǔ)上進(jìn)一步降低了數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)延。5G車聯(lián)網(wǎng)結(jié)合汽車以及周邊設(shè)施的智能傳感系統(tǒng)，將高清晰以及高精度的感知信息通過5G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，并在移動(dòng)邊緣側(cè)進(jìn)行解析，為系統(tǒng)判斷和下一步的反饋操作作出精準(zhǔn)的決策，從而構(gòu)建實(shí)現(xiàn)高精度時(shí)空基準(zhǔn)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，提高汽車在交通體系中的智能程度，提高社會(huì)的交通效率。

2.3 5G+汽車出行服務(wù)

未來的汽車發(fā)展將不僅僅只是交通工具，在5G的加持下，汽車正逐漸演變?yōu)橹悄芤苿?dòng)空間和應(yīng)用終端。移動(dòng)辦公、高清視頻會(huì)議、遠(yuǎn)程教育、云游戲、沉浸式娛樂等服務(wù)內(nèi)容均可以在接入5G網(wǎng)絡(luò)的汽車中執(zhí)行，對(duì)于汽車來說則需要通過相應(yīng)的技術(shù)升級(jí)和零部件產(chǎn)品的迭代來滿足不斷出現(xiàn)的新需求，這也為汽車產(chǎn)業(yè)帶來更多可增值的服務(wù)項(xiàng)目，提高了汽車產(chǎn)品的附加值，使汽車也更大程度地成為消費(fèi)者可移動(dòng)的家。

3 結(jié)束語

5G的高帶寬、大連接以及低時(shí)延特性在汽車領(lǐng)域中具有巨大的應(yīng)用潛力，將給汽車產(chǎn)業(yè)中的智能制造、智能網(wǎng)聯(lián)以及出行服務(wù)帶來重要的發(fā)展變革。在中國5G技術(shù)發(fā)展世界領(lǐng)先的背景下，中國汽車產(chǎn)業(yè)亟需把握機(jī)遇，應(yīng)勢而行，爭取盡快實(shí)現(xiàn)汽車強(qiáng)國的發(fā)展目標(biāo)。

［1］付于武，侯福深，馮錦山，等.中國汽車產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新體系研究［J］.中國工程科學(xué)，2018（1）：30-36.

［2］易輝.5G技術(shù)應(yīng)用淺談［J］.信息通信，2017（5）：204-205.

［3］張平，陶運(yùn)錚，張治.5G若干關(guān)鍵技術(shù)評(píng)述［J］.通信學(xué)報(bào)，2016，37（7）：1-15.

［4］中國移動(dòng)研究院.5G典型應(yīng)用案例集錦［EB/OL］.［2019-11-20］.https://www.chinaruimu.com/news/industry-dynamics/1899.html.

2095－6835（2020）06－0148－02

U463

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10.15913/j.cnki.kjycx.2020.06.060

方凱正（1983—），男，河南人，主要研究方向?yàn)樾履茉雌嚭蛣?dòng)力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展路線。

〔編輯：張思楠〕