呂世明

（重慶水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，重慶 402160）

0 引言

自21世紀(jì)以來，人們的物質(zhì)生活得到了極大的提高，汽車作為普通消費(fèi)品也進(jìn)入了尋常百姓之家，正是這樣人們對汽車提出了越來越高的要求，而不僅僅是簡單的代步工具。就像手機(jī)一樣，早些年的移動電話只能打接電話，收發(fā)短信，而現(xiàn)在的移動電話更像是一個“百寶箱”，可以輕松解決我們的衣食住行。汽車所需要實(shí)現(xiàn)的功能也將會越來越多，同時汽車也將越來越智能化，并最終實(shí)現(xiàn)自動駕駛。而這些功能的實(shí)現(xiàn)是需要多專業(yè)多門類技術(shù)的融合，不是簡簡單單的汽車設(shè)計和汽車制造，未來的汽車技術(shù)也必將是跨行業(yè)，跨門類的技術(shù)結(jié)合。

同時國家發(fā)布了《中華人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》[1]，在《綱要》中新能源汽車技術(shù)和智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)將作為制造業(yè)核心競爭力提升的重要對象。在智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)中由于新增了大量的傳感器、控制器和執(zhí)行器，汽車的通訊總量也會有成倍數(shù)的增加，傳統(tǒng)的通訊技術(shù)已經(jīng)滿足不了要求。新能源汽車技術(shù)和智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)同屬汽車技術(shù)的發(fā)展趨勢，本文將對5G 通信技術(shù)和智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)的特點(diǎn)進(jìn)行研究，并將這兩種技術(shù)在新能源汽車中的應(yīng)用作探討，旨在為3 種技術(shù)的發(fā)展和融合提供一種新的思路。

1 智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)

智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)，結(jié)合了智能汽車和車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在車載傳感器、控制器、執(zhí)行器的硬件基礎(chǔ)上結(jié)合現(xiàn)代通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與行人、它車、路基設(shè)施以及云平臺等進(jìn)行信息交互，以此實(shí)現(xiàn)汽車的智能駕駛甚至是自動駕駛[2]。

智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)需要眾多關(guān)鍵技術(shù)作為支撐，這些技術(shù)是跨學(xué)科跨門類的。想要實(shí)現(xiàn)智能網(wǎng)聯(lián)要求汽車具備環(huán)境感知能力、強(qiáng)大的通信能力、人機(jī)交互能力以及信息安全能力；對于系統(tǒng)層的要求也需要具備環(huán)境感知層、智能決策層、控制和執(zhí)行層[3-4]。圖1所示為智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)系統(tǒng)層組成。

圖1 智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)系統(tǒng)層組成

1.1 智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)的功能

智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)有別于車聯(lián)網(wǎng)，除了擁有車聯(lián)網(wǎng)的功能以外還具有智能化的特點(diǎn)，因此智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)有很多豐富的功能，具體功能如下。

（1）交通安全：智能網(wǎng)聯(lián)汽車可減少人為操作所來的交通事故，事故率可降低到目前的1%，很大程度上減少了交通死亡率，保證了交通安全。

（2）交通效率：智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)可將道路通行效率提高10%，若汽車大規(guī)模配備CACC（協(xié)同自適應(yīng)巡航控制）系統(tǒng)交通效率還將進(jìn)一步提高[5]。

（3）節(jié)能減排：智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)可提供協(xié)同式交通系統(tǒng)，該系統(tǒng)可有效提高汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性，若汽車采用高速公路編隊(duì)行駛可降低10%～15%的油耗，對于新能源汽車來說則可有效降低汽車的耗電[6]。

（4）產(chǎn)業(yè)帶動：智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)是綜合性的技術(shù)除了會拉動機(jī)械、電子產(chǎn)業(yè)以外還會帶動通信、互聯(lián)網(wǎng)等相關(guān)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，特別是互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)。

（5）國防應(yīng)用：戰(zhàn)斗車輛采用智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)則可轉(zhuǎn)變?yōu)闊o人駕駛戰(zhàn)斗車輛，這對于戰(zhàn)士無疑是一個福音。

（6）交通方式的改變：傳統(tǒng)汽車的長時間駕駛會增加駕駛員的負(fù)擔(dān)，智能網(wǎng)聯(lián)汽車駕駛員則可在車輛行駛的過程中休息或者娛樂。

1.2 怎樣實(shí)現(xiàn)智能網(wǎng)聯(lián)

想要實(shí)現(xiàn)汽車的智能網(wǎng)聯(lián)需要很多的硬件條件和軟件條件，在硬件上汽車需要增加毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)、單目∕雙目攝像頭等并與之相對應(yīng)的控制器、執(zhí)行器等裝置；在軟件條件上，車載傳感器將搜集到的行人、它車、路基設(shè)施等信息與智能網(wǎng)聯(lián)汽車進(jìn)行信息交互,這就需要軟件進(jìn)行通信了，并且軟件還需要對車輛的狀態(tài)進(jìn)行分析，判斷車輛是否安全，最后還需運(yùn)算出決策指令對執(zhí)行器進(jìn)行控制，已達(dá)到智能駕駛的目的[7]。

與傳統(tǒng)汽車不一樣，由于智能網(wǎng)聯(lián)汽車需要信息交互，因此汽車還需要與其他汽車或設(shè)備之間進(jìn)行通信，所以智能網(wǎng)聯(lián)汽車需要更為強(qiáng)大的通信技術(shù)。汽車想要實(shí)現(xiàn)智能網(wǎng)聯(lián)，需首先完成以下幾個通信場景的實(shí)現(xiàn)：（1）車-云通信，在該場景中智能網(wǎng)聯(lián)汽車通過衛(wèi)星通信或者蜂窩網(wǎng)絡(luò)等通信技術(shù)將車輛的數(shù)據(jù)與車聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺進(jìn)行通信，同時服務(wù)平臺也會根據(jù)用戶需求向車輛下達(dá)服務(wù)；（2）車-車通信，智能網(wǎng)聯(lián)汽車還需與它車進(jìn)行通信和信息交互；（3）車-路通信，路基設(shè)施與智能網(wǎng)聯(lián)汽車之間也需要進(jìn)行通訊，通信的方式主要有LTE-V2X、802.11 p、射頻通信（RFID）等技術(shù)；（4）車-人通信，行人也是智能網(wǎng)聯(lián)汽車通信的重要場景，其通信的實(shí)現(xiàn)主要是靠與用戶的移動智能終端進(jìn)行信息交互；（5）車內(nèi)通信，在汽車內(nèi)部個電子器件或者零部件之間還需通過汽車總線進(jìn)行信息交互[8]。

除了完成輔助信息交互以外，智能網(wǎng)聯(lián)汽車還需實(shí)現(xiàn)協(xié)同決策和控制，不過在這中間還有一個過渡階段那就是網(wǎng)聯(lián)協(xié)同感知階段。網(wǎng)聯(lián)輔助信息交互階段車輛由人進(jìn)行控制，通過車與路基設(shè)施、車與云平臺的通信可以實(shí)現(xiàn)一些簡單的輔助信息交互，對信息傳輸?shù)膶?shí)時性和可靠性要求不高；網(wǎng)聯(lián)協(xié)同感知階段車輛可由人控制或者車輛自己控制，通過搭載的傳感器以及與它車、路基設(shè)施、行人、云平臺之間進(jìn)行通信，獲取車輛周邊交通環(huán)境信息，并將這些信息提供給整車控制器以實(shí)現(xiàn)車輛的決策和控制，因此這個階段對信息傳輸?shù)膶?shí)時性和可靠性要求較高；網(wǎng)聯(lián)協(xié)同決策與控制階段是智能網(wǎng)聯(lián)真正實(shí)現(xiàn)的階段，這個階段要求智能網(wǎng)聯(lián)汽車與它車、路基設(shè)施、行人、云平臺進(jìn)行實(shí)時通信并進(jìn)行信息交互和融合，在軟件的決策和控制下實(shí)現(xiàn)智能駕駛，這要求信息傳輸可靠性高。圖2所示為智能網(wǎng)聯(lián)汽車通信場景。

圖2 智能網(wǎng)聯(lián)汽車通信場景

2 5G通信技術(shù)

通信技術(shù)是智能網(wǎng)聯(lián)汽車的關(guān)鍵技術(shù)，隨著通信技術(shù)的發(fā)展，5G 成為了通信技術(shù)的代名詞。5G（5th-Generation）是第五代移動通信技術(shù)的簡稱，法定名稱是IMT-2020[9]。5G 通信的發(fā)展是建立在模擬語音（1G）、數(shù)字語音（2G）、移動寬帶（3G）、更快更好（4G∕LTE）的基礎(chǔ)上的。1G 主要解決語音通信問題；發(fā)展到2G 通信后開始支持窄帶的分組數(shù)據(jù)通信，理論的最高下行速度也可以達(dá)到236 kb∕s；到了3G發(fā)展了諸如圖片、音樂、視頻的高帶寬多媒體通信，其理論最高下行速度也到了14.4 Mb∕s；而4G 在3G 網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上對網(wǎng)速、容量和穩(wěn)定性進(jìn)行了大幅提升，最終在4G網(wǎng)絡(luò)下互聯(lián)網(wǎng)的最高下行速度也可以達(dá)到150 Mb∕s；到了5G 通信，之前的通信速度都將被重新定義，5G通信小區(qū)峰值速率可以達(dá)到10～20 Gb。

5G 通信技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)時延、連接數(shù)量、連接速度、系統(tǒng)容量等方面較4G 通信技術(shù)都有很大的提高。并且5G通信的目標(biāo)是成為一個真正意義上的融合網(wǎng)絡(luò)，所以其標(biāo)準(zhǔn)也是唯一的。

2.1 5G通信的應(yīng)用

《5G 時代十大應(yīng)用白皮書》是5G 通信的排頭兵華為集團(tuán)在2019年發(fā)布的一篇報告，報告中對5G 通信技術(shù)的應(yīng)用場景做出了說明，并將重點(diǎn)的十大應(yīng)用場景做了介紹：云VR∕AR；車聯(lián)網(wǎng)；智能制造；智慧能源；無線醫(yī)療；無線家庭娛樂；聯(lián)網(wǎng)無人機(jī)；社交網(wǎng)絡(luò)；個人AI輔助；智慧城市。在上述這些應(yīng)用場景中車聯(lián)網(wǎng)將會是5G 技術(shù)最直接同時也是最重點(diǎn)的應(yīng)用方向，因?yàn)檐囕v網(wǎng)高度融合了信息化和工業(yè)化[10]。

2.2 5G通訊的必要性

從智能網(wǎng)聯(lián)汽車發(fā)展初期直到現(xiàn)在有很多人都不免會提出疑問，有必要用5G嗎？我們平時用手機(jī)下載個文件都已經(jīng)很快了，這個速度用在汽車上是不是夠了？

智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)對通信技術(shù)提出了高可靠性低時延的要求，而這正是5G 通信的突出優(yōu)點(diǎn)。有了5G 通信的加持，5G-V2X 技術(shù)可以在可靠性、通信速度、通信范圍、定位精度以及低時延方面超越LTE-V2X 技術(shù)。雖然同樣都是車用無線通信（Vehicle To Everthing，V2X），但兩者的應(yīng)用場景卻有很大不同，甚至是有本質(zhì)區(qū)別，LTEV2X只能應(yīng)用于簡單的輔助提醒類的場景，如交通信號燈以及道路施工信息；而5G-V2X 可用于實(shí)現(xiàn)自動駕駛場景，例如車輛編隊(duì)行駛、遠(yuǎn)程駕駛等共25種應(yīng)用場景[11]。

在遠(yuǎn)程駕駛及協(xié)同駕駛的應(yīng)用場景中，4G 通信的上行寬帶致能大道500 Mb，而5G通信可達(dá)到10Gb；在下行時延方面5G的時延小于5 ms，而4G的時延超過了80 ms，這對于上行大寬帶下行低時延的應(yīng)用場景來說，顯然5G通信技術(shù)要更適用。并且在可靠性上5G 通信也是高于4G 通信的，5G 技術(shù)加速和推動了汽車遠(yuǎn)程及自動駕駛功能的實(shí)現(xiàn)[12]。表1所示為4G與5G技術(shù)的參數(shù)對比。

表1 4G與5G技術(shù)參數(shù)對比

在汽車上不管何種技術(shù)和設(shè)備的應(yīng)用，都是不能犧牲駕駛安全，新技術(shù)的使用應(yīng)當(dāng)更好地保護(hù)駕乘人員做到安全性更高。智能網(wǎng)聯(lián)汽車每秒鐘的信息傳輸量數(shù)以萬計，若存在較長的時延或處理不及時這對于駕乘人員來說都是致命的。

3 5G及智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)在新能源汽車中的應(yīng)用前景

智能網(wǎng)聯(lián)汽車和新能源汽車同屬汽車行業(yè)未來的發(fā)展趨勢，有了5G通信技術(shù)的加持智能網(wǎng)聯(lián)汽車以新能源汽車作為載體將有以下幾個優(yōu)勢。

（1）節(jié)能環(huán)保：新能源汽車不是采用化石能源來為汽車提供動力，新能源智能網(wǎng)聯(lián)汽車同樣具備節(jié)能環(huán)保的特點(diǎn)，并且采用了智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)精準(zhǔn)控制，對于電機(jī)和電池的控制更加精確，其經(jīng)濟(jì)性也更為突出。

（2）便于控制：新能源汽車上很多零部件都是采用電動化，比如電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電動空調(diào)壓縮機(jī)、電動真空助力系統(tǒng)等等，而這些零部件的電動化以及5G通信技術(shù)的使用都有助于智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)對汽車進(jìn)行控制并且控制精度更高響應(yīng)更快，諸如加速、轉(zhuǎn)向、溫度調(diào)節(jié)等。

（3）優(yōu)勢互補(bǔ)：智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)和新能源汽車技術(shù)可以有很多優(yōu)勢互補(bǔ)的地方，比如新能源汽車可以持續(xù)為智能網(wǎng)聯(lián)傳感器提供電源，而智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)可通過云平臺為新能源汽車在電量匱乏的時候找到最近的充電站。

（4）便于布置：智能網(wǎng)聯(lián)汽車需要安裝很多傳感器、控制器和執(zhí)行器在汽車上，新能源汽車省去了很多機(jī)械傳動部件，因此新能源汽車的布置更加具有便捷性，可以將這些傳感器在新能源汽車上進(jìn)行自由布置。

（5）減輕駕駛員疲勞強(qiáng)度：智能網(wǎng)聯(lián)汽車可為駕駛員提供輔助駕駛功能和部分自動駕駛功能甚至完全的自主駕駛，駕駛員的駕駛強(qiáng)度將會有效降低，并且駕駛員可以在車內(nèi)進(jìn)行娛樂放松。

（6）提升交通安全：基于智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)的高度安全性，新能源智能網(wǎng)聯(lián)汽車的安全性也將有效提高。

4 結(jié)束語

通過以上對智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)、新能源汽車技術(shù)以及5G 通信技術(shù)的介紹和探討，并結(jié)合3 種技術(shù)的發(fā)展趨勢可以得出以下結(jié)論。

（1）智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)未來將重點(diǎn)應(yīng)用于新能源汽車，并且新能源汽車的發(fā)展也離不開智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)，兩者將相互進(jìn)行融合。

（2）新能源汽車有了智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)的加持后將會更加的智能化與自動化，同時也會提高汽車的經(jīng)濟(jì)性，駕駛員的疲勞強(qiáng)度也將會大幅度降低。

（3）新能源汽車技術(shù)和智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)的融合需要以5G 通信技術(shù)作為支撐和輔助，5G 也將加快智能網(wǎng)聯(lián)汽車和新能源汽車技術(shù)的發(fā)展。