5G技術在汽車產業中的創新應用研究

方凱正，朱成，劉頔

5G技術在汽車產業中的創新應用研究

方凱正，朱成，劉頔

（中國汽車技術研究中心有限公司，北京 100070）

汽車產業是中國的支柱產業，5G技術的快速發展將給汽車產業帶來巨大的發展變革。5G的高帶寬、大連接以及低時延三大技術特征在汽車產業的智能制造、智能網聯以及出行服務等方面具有巨大的應用潛力，可以助力于汽車產業中的無人工廠、無人駕駛以及出行服務的快速發展和實現，促進汽車產業形成新的經濟增長點。

5G；汽車產業；創新應用；市場規模

汽車產業是中國國民經濟的支柱產業，據中國汽車工業協會統計，2009年以來，中國汽車產業產銷量連續9年穩居世界第一，成為名副其實的汽車大國。2019年中國汽車產銷量分別為2 572.1萬輛和2 576.9萬輛，其中新能源汽車產銷為124.2萬輛和120.6萬輛，雖然各自同比略有下降，但無論是傳統汽車市場規模，還是新能源汽車市場規模均領先全球。現階段，中國正從汽車大國向汽車強國發展，需要在技術研發、體制機制、商業模式以及市場擴展等方面持續創新，掌握核心技術，助力中國汽車產業做優做強。

當前時期，信息通信、人工智能等技術不斷出現突破性進展，以5G為代表的新興通信技術與各行各業加快融合，不斷促進社會發展變革，并加快在汽車產業中的進入和滲透，這將帶來汽車產品形態和生產方式的深度變革，以及加速涌現新興需求和商業模式，并促進產業格局和生態體系的深刻調整，為汽車產業創造新的經濟增長點，衍生新的產業模式和產業形態，對促進汽車強國的發展帶來積極作用[1]。

1 5G發展及特征

5G指的是第五代移動信息通信技術標準，是蜂窩移動通信技術經歷2G、3G以及4G系統發展之后的延伸。移動通信技術的發展與應用如圖1所示。5G彌補了4G技術的不足，在吞吐率、時延、連接數量、能耗量等方面進一步提升了性能，是下一步萬物互聯互通、構建智能社會的重要技術手段[2]。5G與4G的性能對比如表1所示。

圖1 移動通信技術的發展與應用

表1 5G與4G的性能對比

主要性能5G4G 單用戶峰值速率20 Gb/s150 Mb/s 用戶日常體驗速率100～1 000 Mb/s10～50 Mb/s 端到端時延/ms1100 移動性/（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展的下一代移動通訊技術，5G將給社會發展的許多方面諸如娛樂、交通、學習、工業制造等帶來顛覆性的影響。基于5G的技術特征，5G國際標準制定組織3GPP為5G的應用場景定義了三大方向[3]。

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

5G的移動寬帶性能完全是4G的增強版，無論是在峰值速率還是日常體驗速率上，5G均比4G有了跨越式的提升。對于多維沉浸、環繞式高清顯像技術，5G將為增強現實（AR）和虛擬現實（VR）的發展應用拓寬道路，為用戶提供超現實業務體驗，并使未來的移動流量超千倍增長，拉動相關行業新的業務增長，推動產業進一步深化變革。

1.2 MMTC（Massive Machine Type Communications，海量機器互聯互通）

物聯網時代的萬物互聯會帶來超高需求的連接密度，遠程醫療、智能汽車、智慧家居、工業制造等將會推動物聯網應用爆發式增長，將會帶來數以千億甚至萬億的設備接入網絡，達成“萬物互聯”，5G網絡的連接密度正是支撐物聯網發展深化的有效技術手段，使得萬物互聯不再僅僅存在于構想和設計上，而能推動其落地實施。

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

許多無線通信場景對時延要求極高，比如遠程醫療、智能網聯汽車和工業領域的決策控制。遠程醫療和智能網聯汽車的可靠性決定了人的生命財產安全，因此要求最高級別的通信時延；而工業領域的控制，需要從設備端逐步傳輸到云端，經過云端決策后再將控制指令傳輸到設備端，因此5G技術更低的時延特性會帶來更優的反饋控制。5G的應用領域如表2所示。

表2 5G的應用領域

應用場景應用領域 eMBB超高清視頻、3D、VR、AR、云協同 MMTC智慧城市、智能家居、工業物聯 URLLC工業控制、車聯網、自動駕駛、遠程醫療

2 5G在汽車產業中的應用分析

基于5G的三大技術特征，其在汽車產業中的應用場景正在逐步開發和實現，主要在汽車智能制造、智能網聯以及出行服務等方面具有巨大的應用潛力。

2.1 5G+汽車智能制造

根據國家工信部發布的《智能制造發展規劃（2016—2020）》中的定義，智能制造是基于新一代信息通信技術與先進制造技術深度融合，貫穿于設計、生產、管理、服務等制造活動的各個環節，具有自感知、自學習、自決策、自執行、自適應等功能的新型生產方式。該定義具有普適性，而在不同行業需要根據具體的發展特征來規劃行業自身的智能制造發展路線。

隨著汽車的普及以及消費者對汽車認識的提高，終端的個性化定制需求給汽車的生產制造帶來了巨大挑戰，各國的汽車業也必須要面對B2C的模式轉變。德國開展的工業4.0革命，其核心正是通過智能制造實現產品的大規模柔性定制，是汽車智能制造實現的核心。5G環境下，汽車制造企業可以搭建連接終端消費者的無線工業互聯網平臺，對消費者的個性化定制需求進行收集、分析和整理，形成專有數據庫，并基于企業云平臺的計算與解析，調動大規模定制生產所需的研發、采購、工藝、生產線以及物流銷售渠道，使之統籌協調，快速響應和精準控制，并進一步促進新型汽車商業模式的形成和開發。

另一方面，基于5G的工業無線互聯網可將企業內部的人、機、物、料、環進行連接并打通信息孤島，使工廠的生產過程更加的數字化和網絡化，同時也為智能化無人工廠的實現打下基礎。比如華晨寶馬在沈陽建設了5G生產基地，以解決傳統的機器人之間通信以及機器與控制器通信所采用的有線或非授權頻譜無線工業通信方式中，存在的標準制式多、異構網絡互聯組網復雜、管理成本高、對移動物體的控制（機器人或AGV）時延長等問題[4]。5G汽車生產基地還可以將基于5G的AR技術進行引進，工作人員可以在沉浸式的仿真環境中對真實的生產場景進行管理和調度，及時發現問題并通過云端計算反饋來解決問題，并且可以預測生產能力和產品質量的發展走勢。

2.2 5G+汽車智能網聯

智能網聯是汽車產業未來發展的重要方向，智能網聯汽車也被稱為智能汽車和自動駕駛汽車，智能網聯汽車的發展普及將給社會交通體系帶來顛覆性改變，創造出巨大的社會效益，初步研究發現基于輔助駕駛的智能網聯汽車可減少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%）。

智能網聯需要通過網絡將汽車、行人、公路、輔助設施等連接起來并能高效通信和實時反饋，這一要求在4G網絡下無法實現，因為4G的端到端時延為百毫秒級，并且數據掉包率高，這為交通安全埋下了極大的安全隱患，而5G極低的時延特性和數據傳輸的可靠性是保障汽車實現智能網聯的重要砝碼。對于汽車智能網聯，能夠將計算任務以及存儲負載分布在移動邊緣側尤為關鍵，5G則可以實現移動邊緣計算，在解決網絡擁堵問題的基礎上進一步降低了數據傳輸的時延。5G車聯網結合汽車以及周邊設施的智能傳感系統，將高清晰以及高精度的感知信息通過5G網絡進行傳輸，并在移動邊緣側進行解析，為系統判斷和下一步的反饋操作作出精準的決策，從而構建實現高精度時空基準服務網絡，提高汽車在交通體系中的智能程度，提高社會的交通效率。

2.3 5G+汽車出行服務

未來的汽車發展將不僅僅只是交通工具，在5G的加持下，汽車正逐漸演變為智能移動空間和應用終端。移動辦公、高清視頻會議、遠程教育、云游戲、沉浸式娛樂等服務內容均可以在接入5G網絡的汽車中執行，對于汽車來說則需要通過相應的技術升級和零部件產品的迭代來滿足不斷出現的新需求，這也為汽車產業帶來更多可增值的服務項目，提高了汽車產品的附加值，使汽車也更大程度地成為消費者可移動的家。

3 結束語

5G的高帶寬、大連接以及低時延特性在汽車領域中具有巨大的應用潛力，將給汽車產業中的智能制造、智能網聯以及出行服務帶來重要的發展變革。在中國5G技術發展世界領先的背景下，中國汽車產業亟需把握機遇，應勢而行，爭取盡快實現汽車強國的發展目標。

［1］付于武，侯福深，馮錦山，等.中國汽車產業創新體系研究［J］.中國工程科學，2018（1）：30-36.

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

［3］張平，陶運錚，張治.5G若干關鍵技術評述［J］.通信學報，2016，37（7）：1-15.

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

2095－6835（2020）06－0148－02

U463

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.06.060

方凱正（1983—），男，河南人，主要研究方向為新能源汽車和動力電池產業發展路線。

〔編輯：張思楠〕