自动驾驶汽车(AV)无需人工干预即可运行，是汽车产业中最先进且引人注目的技术之一。通过先进传感器与机器学习(ML)等人工智能(AI)技术，自动驾驶旨在提升道路安全并提供更舒适的驾驶体验。网联汽车则进一步通过无线连接与其他车辆、道路及网络基础建设，甚至是行人进行通信。
推动这项演进的核心技术便是车联网(Vehicle-to-Everything，V2X)通信，这种创新技术让车辆能与周围环境进行实时互动。V2X借由共享车速、方向及潜在危险等关键信息，可有效降低事故发生率，而在交通管理中其也发挥着重要作用，可缓解拥堵并提升城市区域的出行效率。
自动驾驶汽车技术的组成要素
为了实现自动驾驶汽车技术，需具备两大核心组件：一是能监控车辆行驶环境的先进传感器，二是能与周遭实体(如其他车辆或设备)互动的通信系统，例如车对车(V2V)与车对设备(V2D)通信。
传感器应用
自动驾驶汽车主要使用的传感器包括视觉摄像头、激光雷达(LiDAR)、毫米波雷达与超声波传感器。其他如全球导航卫星系统(GNSS)、惯性测量单元(IMU)与车辆里程传感器则用于确定车辆的相对与绝对位置。
传感器对自动驾驶汽车而言至关重要，它们提供环境感知与车辆定位信息，这些信息是路径规划与行为决策的基础。许多传感器(如LiDAR与摄像头)内置AI算法，能在雨天或雾霾等严苛环境条件下识别交通标志等物体。
通过大型数据集的训练，机器学习模型可区分真实信号与噪声，使传感数据更准确，并提升对微弱信号的感知能力，避免忽略潜在风险。
例如，Iteris Inc.推出的Vantage Apex混合传感器结合了1080p高清视频、4D雷达与AI算法，可精确检测与分类车辆和物体。该公司最近获得了美国德克萨斯州Burleson市的一份价值170万美元的合同，用以实现一个先进交通管理系统(ATMS)。此系统可检测、追踪并分类车辆、行人与骑行者，并配备HD显示器供交通管理中心实时监控(图1)。其总目标是改善城市交通流量与移动效率。
图1：交通管理中心。(来源：Iteris Inc.)
另一项4D技术则来自Aeva Inc.，其4D LiDAR传感器采用调频连续波(FMCW)技术，不仅能检测物体在x、y、z三轴的位置，亦可判定其实时速度。
Aeva近期宣布，专注于自主城市交通解决方案的Inyo Mobility选择其为下一代自动驾驶班车项目的独家LiDAR供应商。Aeva的Atlas 4D LiDAR传感器，通过FMCW与专有数字信号处理算法，将集成至Inyo的自动驾驶平台中，以提升复杂城市环境下的安全性、感知能力与运营效率。Inyo CAB是一款全电动模块化车辆，专为可持续的城市最后一公里出行而设计(图2)。
图2：Inyo CAB自动驾驶汽车集成了Aeva的4D LiDAR以提升环境感知能力。(来源：Aeva Technologies Inc.)
V2X技术
V2X技术可让自动驾驶汽车与周遭道路使用者进行实时信息共享，涵盖动态对象如其他车辆、行人与骑行者，以及静态元素如红绿灯、标志与道路标记。如图3所示，V2X技术包含以下几种通信模式：车对车(V2V)、车对基础设施(V2I)、车对网络(V2N)、车对行人(V2P)与车对设备(V2D)。
图3：V2X技术的关键组成。(来源：Stefano Lovati)
V2X包括以下通信模式：
V2V：允许车辆间直接交换数据，如速度、位置与行驶方向，有助于让驾驶者在遇到潜在风险或危险情况时提早获得预警。例如，换道警告、盲区车辆提示或停驻在危险位置的车辆预警，都是V2V中不可或缺的功能。
V2I：让车辆能与道路基础设施(如红绿灯与传感器)连接，借由在车辆与基础设施之间传输实时信息来优化交通流量与行车安全。
V2P：着重于车辆与行人之间的通信，通常通过个人移动设备来实现。V2P有助于降低车祸风险，能警示驾驶者附近有行人或骑行者，反之亦然。先进的V2P系统甚至能在驾驶者看不见行人的情况下进行检测，从而降低碰撞风险。电动交通的发展也带来新的弱势道路使用者(VRU)，例如电动滑板车，欧盟新车安全评鉴协会(Euro NCAP)已针对这些VRU制订了专门的安全测试标准。
V2N：让车辆能与更广泛的网络(如云服务与ATMS)连接，使车辆得以访问实时信息与服务，例如导航中的交通拥堵、道路施工或道路障碍等危险情况信息。
V2D：是一个更为广义的术语，用来描述车辆与各种网联设备(例如智能手机、可穿戴设备或智能家具系统)之间的互动。
V2X通信技术
目前V2X技术在自动驾驶汽车与网联汽车的应用，主要依赖两种无线通信系统：专用短程通信(DSRC)与蜂窝车联网(C-V2X)。
DSRC是最早开发的技术，采用Wi-Fi标准(IEEE 802.11p)，运行在5.9GHz频段。相较之下，C-V2X则基于移动网络(包括5G基础设施)开发，属于较新的技术。
DSRC已发展超过20年，专为低延迟通信设计，有效范围为300至1000米，适用于V2V与V2I通信。美国联邦通信委员会(FCC)于1997年为智能交通系统(ITS)保留了此频段。不过到了2020年，其中的45MHz已重新分配给了未经授权的Wi-Fi通信。
虽然DSRC已在美国、日本与欧洲等地成功完成测试和实施，但仍存在一些限制，主要为运行范围受限与在非视距(NLOS)条件下的穿透力不足。此外，其有限的带宽使其在车流密集的城市环境中可靠性较低。
相较之下，C-V2X基于3GPP制定的LTE与5G标准，可利用既有移动网络基础设施提供更优越的覆盖范围与信号穿透能力。即便在建筑物密集、障碍物众多的城市环境中，也能维持稳定运行。
此外，C-V2X所依赖的移动基础设施(如4G/LTE或5G)可支持多台车辆同时连接，避免了像DSRC那样遇到带宽堵塞问题。C-V2X特别适合用于V2N应用，如动态交通管理与OTA软件更新。
2024年，FCC通过了C-V2X最终规则，旨在推动汽车产业从DSRC转向更先进的C-V2X安全技术。其允许车载与路侧单元在5.9GHz频段内运行C-V2X，用于智能交通系统。
在产业方面，高通不久前收购的无晶圆厂半导体公司Autotalks，持续专注于V2X通信解决方案，提供一系列支持DSRC与C-V2X技术的产品，涵盖载人与自动驾驶汽车的应用。
例如，目前正在出样阶段的Qualcomm V2X 350芯片，是一款设计用于支持所有V2X无线技术的传感器，包含DSRC、LTE-V2X与最新的5G-V2X。这款先进的SoC可同时运行两组无线模块，每组皆配备双天线与全发射/接收分集，以确保稳定的性能。此外，它还内置了超低延迟的硬件安全模块，来确保通信安全。得益于这些特性，V2X 350可达到ISO 26262 ASIL-B等级的功能安全认证，是首款支持自动刹车功能的V2X解决方案。
Autotalks还与村田制作所(Murata Manufacturing)合作推出了一系列无线模块方案(如图4)，专为V2V与V2I通信而设计。这些模块(2AN与1YL)皆基于Autotalks的V2X芯片，可同时支持DSRC与C-V2X标准。其主要优势在于：模块本身可通过软件设定，依不同地区(欧洲、亚洲、北美等)的法规进行调整，实现全球通用。
图4：村田制作所的2AN和1YL模块(来源：村田制作所)
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