5G技术在汽车产业中的创新应用研究

2020-04-18方凯正朱成刘頔

科技与创新 2020年6期

方凯正，朱成，刘頔

5G技术在汽车产业中的创新应用研究

方凯正，朱成，刘頔

（中国汽车技术研究中心有限公司，北京 100070）

汽车产业是中国的支柱产业，5G技术的快速发展将给汽车产业带来巨大的发展变革。5G的高带宽、大连接以及低时延三大技术特征在汽车产业的智能制造、智能网联以及出行服务等方面具有巨大的应用潜力，可以助力于汽车产业中的无人工厂、无人驾驶以及出行服务的快速发展和实现，促进汽车产业形成新的经济增长点。

5G；汽车产业；创新应用；市场规模

汽车产业是中国国民经济的支柱产业，据中国汽车工业协会统计，2009年以来，中国汽车产业产销量连续9年稳居世界第一，成为名副其实的汽车大国。2019年中国汽车产销量分别为2 572.1万辆和2 576.9万辆，其中新能源汽车产销为124.2万辆和120.6万辆，虽然各自同比略有下降，但无论是传统汽车市场规模，还是新能源汽车市场规模均领先全球。现阶段，中国正从汽车大国向汽车强国发展，需要在技术研发、体制机制、商业模式以及市场扩展等方面持续创新，掌握核心技术，助力中国汽车产业做优做强。

当前时期，信息通信、人工智能等技术不断出现突破性进展，以5G为代表的新兴通信技术与各行各业加快融合，不断促进社会发展变革，并加快在汽车产业中的进入和渗透，这将带来汽车产品形态和生产方式的深度变革，以及加速涌现新兴需求和商业模式，并促进产业格局和生态体系的深刻调整，为汽车产业创造新的经济增长点，衍生新的产业模式和产业形态，对促进汽车强国的发展带来积极作用[1]。

1 5G发展及特征

5G指的是第五代移动信息通信技术标准，是蜂窝移动通信技术经历2G、3G以及4G系统发展之后的延伸。移动通信技术的发展与应用如图1所示。5G弥补了4G技术的不足，在吞吐率、时延、连接数量、能耗量等方面进一步提升了性能，是下一步万物互联互通、构建智能社会的重要技术手段[2]。5G与4G的性能对比如表1所示。

图1 移动通信技术的发展与应用

表1 5G与4G的性能对比

主要性能5G4G 单用户峰值速率20 Gb/s150 Mb/s 用户日常体验速率100～1 000 Mb/s10～50 Mb/s 端到端时延/ms1100 移动性/（km/h）500350 连接密度/（万/平方千米）10010

作为世界各国目前正在大力发展的下一代移动通讯技术，5G将给社会发展的许多方面诸如娱乐、交通、学习、工业制造等带来颠覆性的影响。基于5G的技术特征，5G国际标准制定组织3GPP为5G的应用场景定义了三大方向[3]。

1.1 eMBB（enhanced Mobile Broadband，移动宽带增强）

5G的移动宽带性能完全是4G的增强版，无论是在峰值速率还是日常体验速率上，5G均比4G有了跨越式的提升。对于多维沉浸、环绕式高清显像技术，5G将为增强现实（AR）和虚拟现实（VR）的发展应用拓宽道路，为用户提供超现实业务体验，并使未来的移动流量超千倍增长，拉动相关行业新的业务增长，推动产业进一步深化变革。

1.2 MMTC（Massive Machine Type Communications，海量机器互联互通）

物联网时代的万物互联会带来超高需求的连接密度，远程医疗、智能汽车、智慧家居、工业制造等将会推动物联网应用爆发式增长，将会带来数以千亿甚至万亿的设备接入网络，达成“万物互联”，5G网络的连接密度正是支撑物联网发展深化的有效技术手段，使得万物互联不再仅仅存在于构想和设计上，而能推动其落地实施。

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

许多无线通信场景对时延要求极高，比如远程医疗、智能网联汽车和工业领域的决策控制。远程医疗和智能网联汽车的可靠性决定了人的生命财产安全，因此要求最高级别的通信时延；而工业领域的控制，需要从设备端逐步传输到云端，经过云端决策后再将控制指令传输到设备端，因此5G技术更低的时延特性会带来更优的反馈控制。5G的应用领域如表2所示。

表2 5G的应用领域

应用场景应用领域 eMBB超高清视频、3D、VR、AR、云协同 MMTC智慧城市、智能家居、工业物联 URLLC工业控制、车联网、自动驾驶、远程医疗

2 5G在汽车产业中的应用分析

基于5G的三大技术特征，其在汽车产业中的应用场景正在逐步开发和实现，主要在汽车智能制造、智能网联以及出行服务等方面具有巨大的应用潜力。

2.1 5G+汽车智能制造

根据国家工信部发布的《智能制造发展规划（2016—2020）》中的定义，智能制造是基于新一代信息通信技术与先进制造技术深度融合，贯穿于设计、生产、管理、服务等制造活动的各个环节，具有自感知、自学习、自决策、自执行、自适应等功能的新型生产方式。该定义具有普适性，而在不同行业需要根据具体的发展特征来规划行业自身的智能制造发展路线。

随着汽车的普及以及消费者对汽车认识的提高，终端的个性化定制需求给汽车的生产制造带来了巨大挑战，各国的汽车业也必须要面对B2C的模式转变。德国开展的工业4.0革命，其核心正是通过智能制造实现产品的大规模柔性定制，是汽车智能制造实现的核心。5G环境下，汽车制造企业可以搭建连接终端消费者的无线工业互联网平台，对消费者的个性化定制需求进行收集、分析和整理，形成专有数据库，并基于企业云平台的计算与解析，调动大规模定制生产所需的研发、采购、工艺、生产线以及物流销售渠道，使之统筹协调，快速响应和精准控制，并进一步促进新型汽车商业模式的形成和开发。

另一方面，基于5G的工业无线互联网可将企业内部的人、机、物、料、环进行连接并打通信息孤岛，使工厂的生产过程更加的数字化和网络化，同时也为智能化无人工厂的实现打下基础。比如华晨宝马在沈阳建设了5G生产基地，以解决传统的机器人之间通信以及机器与控制器通信所采用的有线或非授权频谱无线工业通信方式中，存在的标准制式多、异构网络互联组网复杂、管理成本高、对移动物体的控制（机器人或AGV）时延长等问题[4]。5G汽车生产基地还可以将基于5G的AR技术进行引进，工作人员可以在沉浸式的仿真环境中对真实的生产场景进行管理和调度，及时发现问题并通过云端计算反馈来解决问题，并且可以预测生产能力和产品质量的发展走势。

2.2 5G+汽车智能网联

智能网联是汽车产业未来发展的重要方向，智能网联汽车也被称为智能汽车和自动驾驶汽车，智能网联汽车的发展普及将给社会交通体系带来颠覆性改变，创造出巨大的社会效益，初步研究发现基于辅助驾驶的智能网联汽车可减少50%～80%的汽车交通安全事故，提升交通通行效率10%～30%，显著降低燃料消耗（28%），减少空气污染和二氧化碳排放量（近20%）。

智能网联需要通过网络将汽车、行人、公路、辅助设施等连接起来并能高效通信和实时反馈，这一要求在4G网络下无法实现，因为4G的端到端时延为百毫秒级，并且数据掉包率高，这为交通安全埋下了极大的安全隐患，而5G极低的时延特性和数据传输的可靠性是保障汽车实现智能网联的重要砝码。对于汽车智能网联，能够将计算任务以及存储负载分布在移动边缘侧尤为关键，5G则可以实现移动边缘计算，在解决网络拥堵问题的基础上进一步降低了数据传输的时延。5G车联网结合汽车以及周边设施的智能传感系统，将高清晰以及高精度的感知信息通过5G网络进行传输，并在移动边缘侧进行解析，为系统判断和下一步的反馈操作作出精准的决策，从而构建实现高精度时空基准服务网络，提高汽车在交通体系中的智能程度，提高社会的交通效率。

2.3 5G+汽车出行服务

未来的汽车发展将不仅仅只是交通工具，在5G的加持下，汽车正逐渐演变为智能移动空间和应用终端。移动办公、高清视频会议、远程教育、云游戏、沉浸式娱乐等服务内容均可以在接入5G网络的汽车中执行，对于汽车来说则需要通过相应的技术升级和零部件产品的迭代来满足不断出现的新需求，这也为汽车产业带来更多可增值的服务项目，提高了汽车产品的附加值，使汽车也更大程度地成为消费者可移动的家。