新能源汽車中5G及智能網聯的應用探討*

呂世明

（重慶水利電力職業技術學院，重慶 402160）

0 引言

自21世紀以來，人們的物質生活得到了極大的提高，汽車作為普通消費品也進入了尋常百姓之家，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。就像手機一樣，早些年的移動電話只能打接電話，收發短信，而現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。汽車所需要實現的功能也將會越來越多，同時汽車也將越來越智能化，并最終實現自動駕駛。而這些功能的實現是需要多專業多門類技術的融合，不是簡簡單單的汽車設計和汽車制造，未來的汽車技術也必將是跨行業，跨門類的技術結合。

同時國家發布了《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》[1]，在《綱要》中新能源汽車技術和智能網聯汽車技術將作為制造業核心競爭力提升的重要對象。在智能網聯汽車技術中由于新增了大量的傳感器、控制器和執行器，汽車的通訊總量也會有成倍數的增加，傳統的通訊技術已經滿足不了要求。新能源汽車技術和智能網聯汽車技術同屬汽車技術的發展趨勢，本文將對5G 通信技術和智能網聯汽車技術的特點進行研究，并將這兩種技術在新能源汽車中的應用作探討，旨在為3 種技術的發展和融合提供一種新的思路。

1 智能網聯汽車技術

智能網聯汽車技術，結合了智能汽車和車聯網技術，在車載傳感器、控制器、執行器的硬件基礎上結合現代通信技術和網絡技術與行人、它車、路基設施以及云平臺等進行信息交互，以此實現汽車的智能駕駛甚至是自動駕駛[2]。

智能網聯汽車技術需要眾多關鍵技術作為支撐，這些技術是跨學科跨門類的。想要實現智能網聯要求汽車具備環境感知能力、強大的通信能力、人機交互能力以及信息安全能力；對于系統層的要求也需要具備環境感知層、智能決策層、控制和執行層[3-4]。圖1所示為智能網聯汽車技術系統層組成。

圖1 智能網聯汽車技術系統層組成

1.1 智能網聯汽車技術的功能

智能網聯汽車技術有別于車聯網，除了擁有車聯網的功能以外還具有智能化的特點，因此智能網聯汽車技術有很多豐富的功能，具體功能如下。

（1）交通安全：智能網聯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：智能網聯汽車技術可將道路通行效率提高10%，若汽車大規模配備CACC（協同自適應巡航控制）系統交通效率還將進一步提高[5]。

（3）節能減排：智能網聯汽車技術可提供協同式交通系統，該系統可有效提高汽車的燃油經濟性，若汽車采用高速公路編隊行駛可降低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）產業帶動：智能網聯汽車技術是綜合性的技術除了會拉動機械、電子產業以外還會帶動通信、互聯網等相關產業快速發展，特別是互聯網行業。

（5）國防應用：戰斗車輛采用智能網聯技術則可轉變為無人駕駛戰斗車輛，這對于戰士無疑是一個福音。

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

1.2 怎樣實現智能網聯

想要實現汽車的智能網聯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、激光雷達、單目∕雙目攝像頭等并與之相對應的控制器、執行器等裝置；在軟件條件上，車載傳感器將搜集到的行人、它車、路基設施等信息與智能網聯汽車進行信息交互,這就需要軟件進行通信了，并且軟件還需要對車輛的狀態進行分析，判斷車輛是否安全，最后還需運算出決策指令對執行器進行控制，已達到智能駕駛的目的[7]。

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

除了完成輔助信息交互以外，智能網聯汽車還需實現協同決策和控制，不過在這中間還有一個過渡階段那就是網聯協同感知階段。網聯輔助信息交互階段車輛由人進行控制，通過車與路基設施、車與云平臺的通信可以實現一些簡單的輔助信息交互，對信息傳輸的實時性和可靠性要求不高；網聯協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、路基設施、行人、云平臺之間進行通信，獲取車輛周邊交通環境信息，并將這些信息提供給整車控制器以實現車輛的決策和控制，因此這個階段對信息傳輸的實時性和可靠性要求較高；網聯協同決策與控制階段是智能網聯真正實現的階段，這個階段要求智能網聯汽車與它車、路基設施、行人、云平臺進行實時通信并進行信息交互和融合，在軟件的決策和控制下實現智能駕駛，這要求信息傳輸可靠性高。圖2所示為智能網聯汽車通信場景。

圖2 智能網聯汽車通信場景

2 5G通信技術

通信技術是智能網聯汽車的關鍵技術，隨著通信技術的發展，5G 成為了通信技術的代名詞。5G（5th-Generation）是第五代移動通信技術的簡稱，法定名稱是IMT-2020[9]。5G 通信的發展是建立在模擬語音（1G）、數字語音（2G）、移動寬帶（3G）、更快更好（4G∕LTE）的基礎上的。1G 主要解決語音通信問題；發展到2G 通信后開始支持窄帶的分組數據通信，理論的最高下行速度也可以達到236 kb∕s；到了3G發展了諸如圖片、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 網絡的基礎上對網速、容量和穩定性進行了大幅提升，最終在4G網絡下互聯網的最高下行速度也可以達到150 Mb∕s；到了5G 通信，之前的通信速度都將被重新定義，5G通信小區峰值速率可以達到10～20 Gb。

5G 通信技術在網絡時延、連接數量、連接速度、系統容量等方面較4G 通信技術都有很大的提高。并且5G通信的目標是成為一個真正意義上的融合網絡，所以其標準也是唯一的。

2.1 5G通信的應用

《5G 時代十大應用白皮書》是5G 通信的排頭兵華為集團在2019年發布的一篇報告，報告中對5G 通信技術的應用場景做出了說明，并將重點的十大應用場景做了介紹：云VR∕AR；車聯網；智能制造；智慧能源；無線醫療；無線家庭娛樂；聯網無人機；社交網絡；個人AI輔助；智慧城市。在上述這些應用場景中車聯網將會是5G 技術最直接同時也是最重點的應用方向，因為車輛網高度融合了信息化和工業化[10]。

2.2 5G通訊的必要性

從智能網聯汽車發展初期直到現在有很多人都不免會提出疑問，有必要用5G嗎？我們平時用手機下載個文件都已經很快了，這個速度用在汽車上是不是夠了？

智能網聯技術對通信技術提出了高可靠性低時延的要求，而這正是5G 通信的突出優點。有了5G 通信的加持，5G-V2X 技術可以在可靠性、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。雖然同樣都是車用無線通信（Vehicle To Everthing，V2X），但兩者的應用場景卻有很大不同，甚至是有本質區別，LTEV2X只能應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 可用于實現自動駕駛場景，例如車輛編隊行駛、遠程駕駛等共25種應用場景[11]。

在遠程駕駛及協同駕駛的應用場景中，4G 通信的上行寬帶致能大道500 Mb，而5G通信可達到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用場景來說，顯然5G通信技術要更適用。并且在可靠性上5G 通信也是高于4G 通信的，5G 技術加速和推動了汽車遠程及自動駕駛功能的實現[12]。表1所示為4G與5G技術的參數對比。

表1 4G與5G技術參數對比

在汽車上不管何種技術和設備的應用，都是不能犧牲駕駛安全，新技術的使用應當更好地保護駕乘人員做到安全性更高。智能網聯汽車每秒鐘的信息傳輸量數以萬計，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及智能網聯技術在新能源汽車中的應用前景

智能網聯汽車和新能源汽車同屬汽車行業未來的發展趨勢，有了5G通信技術的加持智能網聯汽車以新能源汽車作為載體將有以下幾個優勢。

（1）節能環保：新能源汽車不是采用化石能源來為汽車提供動力，新能源智能網聯汽車同樣具備節能環保的特點，并且采用了智能網聯技術精準控制，對于電機和電池的控制更加精確，其經濟性也更為突出。

（2）便于控制：新能源汽車上很多零部件都是采用電動化，比如電動轉向系統、電動空調壓縮機、電動真空助力系統等等，而這些零部件的電動化以及5G通信技術的使用都有助于智能網聯汽車技術對汽車進行控制并且控制精度更高響應更快，諸如加速、轉向、溫度調節等。

（3）優勢互補：智能網聯汽車技術和新能源汽車技術可以有很多優勢互補的地方，比如新能源汽車可以持續為智能網聯傳感器提供電源，而智能網聯技術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：智能網聯汽車需要安裝很多傳感器、控制器和執行器在汽車上，新能源汽車省去了很多機械傳動部件，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行自由布置。

（5）減輕駕駛員疲勞強度：智能網聯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，駕駛員的駕駛強度將會有效降低，并且駕駛員可以在車內進行娛樂放松。

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

4 結束語

通過以上對智能網聯汽車技術、新能源汽車技術以及5G 通信技術的介紹和探討，并結合3 種技術的發展趨勢可以得出以下結論。

（1）智能網聯汽車技術未來將重點應用于新能源汽車，并且新能源汽車的發展也離不開智能網聯汽車技術，兩者將相互進行融合。

（2）新能源汽車有了智能網聯汽車技術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濟性，駕駛員的疲勞強度也將會大幅度降低。

（3）新能源汽車技術和智能網聯汽車技術的融合需要以5G 通信技術作為支撐和輔助，5G 也將加快智能網聯汽車和新能源汽車技術的發展。