C-V2X與單車智能融合功能及應(yīng)用白皮書

業(yè)各方協(xié)同研究、制定、推進。為推動C-V2X與單車智能本白皮書客觀分析了單車智能功能的局限性，識別C-V2X具有賦能優(yōu)勢的融合功能應(yīng)用，側(cè)重研究基于C-V2X直連通信技 2 4 4 4 5 6 7 7 41一、融合現(xiàn)狀和必要性分析(一)單車智能發(fā)展現(xiàn)狀搭載和應(yīng)用；L2級組合駕駛輔助市場滲透率也逐漸提升，正在進入加速量產(chǎn)階段，2023年1-5月份，我國具備L2級組合駕駛輔助的乘用車新車滲透率達(dá)到(二)C-V2X發(fā)展現(xiàn)狀1來源：中國智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟統(tǒng)計C-V2X車輛聯(lián)網(wǎng)滲透率和量產(chǎn)車型數(shù)量顯著增長。2022年我國乘用車前裝發(fā)。C-V2X技術(shù)已獲得汽車工業(yè)界認(rèn)可,C-V2X技術(shù)支持納入C-NCAp（China-NewCarAssessmentprogram,中國新車評價規(guī)程）2024(三)單車智能融合C-V2X價值分析分類動化功能局限獲取交通參與者狀態(tài)信道路交通參與者將自身狀態(tài)信息直接發(fā)獲取交通標(biāo)志和交通信決策控制可通過車端、路端和云端的算力協(xié)同部面，可以在單車智能定義的oDD（operationalDesignDomain，設(shè)計運行范圍）能系統(tǒng)的安全邊界和融合C-V2X技術(shù)的車路協(xié)同系統(tǒng)（簡稱車路以使得車輛安全通過十字路口含遮擋場景，降低57.79%由于單車智能局限性導(dǎo)(四)國內(nèi)外融合研究現(xiàn)狀美國是以發(fā)展自動駕駛車輛為核心，逐步開展C-V2X技術(shù)賦能的協(xié)同駕駛自動化研究。美國汽車工程師學(xué)會（SocietyofAutomotiveEngineers，SAE）成立了協(xié)同駕駛自動化委員會（Cooperativ），路自動駕駛委員會（on-RoadAutomatedDriving，oRAD），重點研究L3~L5自路協(xié)會（worldRoadAssociation,PIARC）和歐盟道路交通研究咨詢委員會（EuropeanRoadTransportRe汽車協(xié)會（5GAutomativeAssociation,5GAA）和車輛間通訊聯(lián)盟（Car2Car二、融合功能應(yīng)用及架構(gòu)本部分從單車智能功能的角度入手,選取C-V2X對單車智能功能價值較高(一)融合功能應(yīng)用識別1.融合功能選擇單車智能功能融合功能2.融合功能應(yīng)用清單融合功能應(yīng)用3.融合功能應(yīng)用分類也可以是舒適性功能。4.融合功能應(yīng)用價值分析示例場景名稱場景分類單車局限在有信號燈的交叉路口，由于單車智能的感知局限，當(dāng)信號燈出現(xiàn)遮擋或信號無法辨認(rèn)時，單車智能無法識別到信號燈狀態(tài)，駕駛員值分析場景名稱場景分類單車局限在有信號燈的交叉路口，現(xiàn)實中存在大量無倒計時顯示裝置的信號燈路口，依靠視覺識別無法獲取信號燈倒計時信息，此外，由于單車智能的感知局限，當(dāng)信號燈出現(xiàn)遮擋或信號無法辨認(rèn)時，單車智值分析場景名稱場景分類單車局限在無信號燈的交叉路口或者橫穿車輛闖紅燈的情況下，單車傳感器），值分析運動信息、幾何信息，并對兩車進行碰撞風(fēng)險計算，及時報警提醒場景名稱場景分類單車局限在無信號燈的交叉路口或者橫穿車輛闖紅燈的情況下，單車傳感器值分析運動信息、幾何信息，并對兩車進行碰撞風(fēng)險計算，必要時采取緊場景名稱場景分類單車局限當(dāng)前的自適應(yīng)巡航控制功能，主要根據(jù)本車的傳感器檢測與前車的距離，從而調(diào)整車速以實現(xiàn)自動巡航。但是在包含信號燈路口的城市道路、快速路路段，當(dāng)單車智能對信號燈的識別結(jié)果不準(zhǔn)確時，無法獲知信號燈倒計時信息等，出現(xiàn)闖紅燈的行為，或者完全無法在有信號燈的路段運行，導(dǎo)致傳統(tǒng)自適應(yīng)巡航控制方案無法在保障值分析息，可在單車自適應(yīng)巡航控制基礎(chǔ)上對功能進行擴展，在信號燈路(二)融合功能系統(tǒng)架構(gòu)分析），對于預(yù)警類融合功能，OBU應(yīng)接入智能駕駛系統(tǒng)，需進行感知或決策層面合感知信息進行決策控制，該類融合功能對于C-V2三、融合功能的功能安全分析駛汽車安全劃分為功能安全、預(yù)期功能安全和信息安全三大領(lǐng)域。引入C-V2X技術(shù)后，也應(yīng)考慮上述三大領(lǐng)域的安全問題。本白皮書重點研(一)融合功能的功能安全分析原則1.融合功能的功能安全分析挑戰(zhàn)功能安全是指不存在由電子/電氣系統(tǒng)的功能異常表現(xiàn)引起的危害而導(dǎo)致不），但是，單車智能功能融合C-V2X技術(shù)后，涉及到HV與外部車輛或者設(shè)備及交互，在進行功能安全工程時，系統(tǒng)的組成部分可能包括其它整車廠2)挑戰(zhàn)二，無線信道安全機制：車路協(xié)同系統(tǒng)的組成部分包括無線通信，在進行功能安全工程時，應(yīng)考慮無線信道的處理和設(shè)計，但是，無線信道面臨復(fù)雜快時變、高頻度群發(fā)群收、通信對象不確定等技術(shù)挑戰(zhàn)，應(yīng)3)挑戰(zhàn)三，功能安全認(rèn)證及評價體系：車路協(xié)同系統(tǒng)的功能涉及方，如何選擇合適的功能安全等級的通信方進行合作，并在特定的功能2.融合功能的功能安全分析基本假設(shè)由于本白皮書僅研究基于C-V2X直連通信技術(shù)實現(xiàn)的融合功能，因此，本于目前沒有統(tǒng)一的路側(cè)基礎(chǔ)設(shè)施安全等級劃分方式，為了方便后續(xù)功能安全等級分析方法論的展示，本報告假設(shè)車路協(xié)同系統(tǒng)，以及路側(cè)基礎(chǔ)2)針對挑戰(zhàn)二：本白皮書參考GB/T34590標(biāo)準(zhǔn)中通信總線的安全機制/措故障類型2來源：GBT34590.1-第二版道路車輛功能安全第一部分：術(shù)語3.6從發(fā)送方傳送到多個接收方的發(fā)送方發(fā)送的信息只能被部分3)針對挑戰(zhàn)三：本白皮書假設(shè)針對不同融合功能的應(yīng)用，各通信方對自身的功能安全等級進行認(rèn)證，在通信過程中交互各自的功能安選擇合適功能安全等級的通信方或基于對方的功能安全等級調(diào)整自身的研究范圍內(nèi)。）；(二)融合功能的功能安全分析示例協(xié)同交通信號綠燈起步提醒協(xié)同前向碰撞基于v2v的交叉路口遮擋橫穿預(yù)警協(xié)同自適應(yīng)巡協(xié)同自動緊急上述7個應(yīng)用場景覆蓋了不同融合增益、不同融合效果，以及V2V和V2I1.協(xié)同交通信號識別.HV在交叉路口停車等待；.HV可以通過路側(cè)系統(tǒng)獲取信號燈的實時信息；d)相關(guān)項的約束，例如.天氣情況在此場景下不做考慮；.HV通過路口包含直行、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)的場景。），.車輛不能及時直行、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)起步。f)執(zhí)行器的能力，或其假定的能力.HV擁有定位模塊，可以通過定位模塊獲取實時的物理位置信息；.HV可以根據(jù)信號燈相位信息，在HMI上進行相應(yīng)的提示；.路側(cè)系統(tǒng)持續(xù)通過RSU廣播前方信號燈信息。a)相關(guān)項的要素.綠燈起步提醒場景的系統(tǒng)架構(gòu)見第二章提示類融合功能系統(tǒng)架構(gòu)。c)其他相關(guān)項和要素要求本相關(guān)項提供的功能.對HV車側(cè)子系統(tǒng)的內(nèi)部模塊功能需求見附錄C。e)功能在所涉及的系統(tǒng)和要素間的分配/C0，本車駕駛員仍然可正常觀察路口情況，在紅燈的情況下/要求。僅需考慮預(yù)期使用場景，功能丟失在非預(yù)期場景不會造成危//要求。2.協(xié)同前向碰撞預(yù)警b)系統(tǒng)層面的功能行為），d)相關(guān)項的約束，例如：功能依賴性、與其他相關(guān)項的依賴性、運行環(huán)境.信號燈在此場景下不做考慮（包括信號燈損壞的情況）；.天氣情況在此場景下不做考慮；.此場景不考慮城市高架路、高速等道路情況；），f)執(zhí)行器的能力，或其假定的能力.HV具備L2級組合駕駛輔助車輛的執(zhí)行能力，可以進行預(yù)警、制動等縱向控.HV擁有定位模塊，可以通過定位模塊獲取實時的物理位置信息；.HV可以通過獲取的BSM消息，將其轉(zhuǎn)換.HV可以通過合理的感知融合策略，融合車側(cè)感知信息和車側(cè)接收到的目標(biāo)信.HV可以通過判斷橫穿車輛與自車的碰撞關(guān)系來計算預(yù)警的時間(數(shù)值如上)；a)相關(guān)項的要素.基于V2V的交叉路口遮擋橫穿預(yù)警場景的系統(tǒng)架構(gòu)見第二章預(yù)警類融合功c)其他相關(guān)項和要素要求本相關(guān)項提供的功能.對HV或RV車側(cè)子系統(tǒng)的內(nèi)部模塊功能需求見附錄C。e)功能在所涉及的系統(tǒng)和要素間的分配（2）HARA結(jié)合實際項目的開發(fā)經(jīng)驗，舉例分析典型場景或最差場景下的HARA，具體表17基于V2V的交叉路口遮擋橫穿預(yù)警場景車路協(xié)同系統(tǒng)的HARA（1）錯誤識別目標(biāo)車輛RV后造成的非預(yù)期預(yù)警暴露概率E可控性C駕駛員會更加注意前面路況，但不會采取緊急剎車，一般的預(yù)警制動（可能會有用于提醒駕駛員的點剎措施）設(shè)置較小的制要求。表18基于V2V的交叉路口遮擋橫穿預(yù)警場景車路協(xié)同系統(tǒng)的HARA（2）漏檢目標(biāo)車輛RV造成不能實現(xiàn)預(yù)警暴露概率EE1，信號燈沒有安裝完畢或損壞，并且有遮擋（假設(shè)。DD僅考可控性CC2，RV和HV駕駛員的可控性為一般可控。要求。cvH)=60/2=30km/h基于上述分析，結(jié)合實際項目的開發(fā)經(jīng)驗，在基于V2V的交叉口遮擋橫穿功能安全等級3.協(xié)同自適應(yīng)巡航控制b)系統(tǒng)層面的功能行為.HV在城市工況中開啟協(xié)同自適應(yīng)巡航控制功能；.HV前方即將通過信號燈路口；.如果預(yù)估HV在預(yù)置速度以下都會在停止線遇到紅燈，HV會以舒適性減速.如果預(yù)估HV可以在停止線前遇到綠燈，HV會進行調(diào)速舒適通過路功能依賴性.天氣情況在此場景下不做考慮；.交通參與者僅考慮車輛，但需注意，其他交通參與者可能會造成更高的功能.此場景屬于城市道路場景，可以發(fā)生在十字、丁字等類型的路口，車道數(shù)量.此場景不考慮城市高架路、高速等道路情況；.HV通過路口包含左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)的的場景。），f)執(zhí)行器的能力，或其假定的能力.HV自車具備L2級組合駕駛輔助車輛的感知能力(至少包括前雷達(dá)、前攝像.HV擁有C-V2X通信模塊，可以使用直連通信，通過MAP/SPAT消息獲取.HV擁有定位模塊，可以通過定位模塊獲取實時的物理位置信息，確定自車.HV可以根據(jù)自車所在車道，確定相關(guān)的交通燈和倒計時；.路側(cè)子系統(tǒng)持續(xù)通過RSU廣播前方信號燈信息。a)相關(guān)項的要素.基于交通信號燈的協(xié)同自適應(yīng)巡航控制場景的系統(tǒng)架構(gòu)見第二章控制類c)其他相關(guān)項和要素要求本相關(guān)項提供的功能.對HV車側(cè)子系統(tǒng)的內(nèi)部模塊功能需求見附錄C。e)功能在所涉及的系統(tǒng)和要素間的分配注2：按照GB/T34590的要求，S、E、C總和小于7時，該功能無功能安全等級要求。僅需考慮預(yù)期使用場景，功能丟失在非預(yù)期場景不會造成危/Co，本車駕駛員仍可正常觀查路口情況，在紅燈的情況下控/要求。功能安全等級4.協(xié)同自動緊急制動b)系統(tǒng)層面的功能行為.HV是L2車輛，行駛在最右側(cè)車道，行駛速度30km/h），.HV可以使用路側(cè)提供的感知信息，在TTC=(1.7s-4s)時給出碰撞預(yù)警.在判斷HV存在碰撞風(fēng)險時，采取緊急制動(經(jīng)驗值-6m/s2~-9m/s2)d)相關(guān)項的約束，例如：功能依賴性、與其他相關(guān)項的依賴性、運行環(huán)境.信號燈在此場景下不做考慮（包括信號燈損壞的情況）；.天氣情況在此場景下不做考慮；.交通參與者僅考慮車輛，但需注意，其他交通參與者可能會造成更高的功能.此場景屬于城市道路場景，可以發(fā)生在十字、丁字等類型的路口，車道數(shù)量.此場景不考慮城市高架路高速等道路情況；.HV保持30km/h行駛，當(dāng)自車傳感器感知到橫穿的RV時，不足以制動而造f)執(zhí)行器的能力，或其假定的能力.HV自車具備L2級組合駕駛輔助車輛的感知能力（至少含前雷達(dá)、前攝像），.HV擁有定位模塊，可以通過定位模塊獲取實時的物理位置信息；.HV可以通過獲取的路側(cè)感知信息，將其轉(zhuǎn)換成車側(cè)坐標(biāo)系下的感知信息；.HV可以通過合理的感知融合策略，融合車側(cè)和路側(cè)的感知信息；.HV可以通過判斷橫穿車輛與自車的碰撞關(guān)系來計算預(yù)警的時間；.HV可以通過判斷制動狀態(tài)、預(yù)警狀態(tài)、目標(biāo)狀態(tài)的實時情況來采取制動策.路側(cè)子系統(tǒng)可以通過路側(cè)的傳感器獲取物理世界原始信息；.路側(cè)子系統(tǒng)可以通過路側(cè)融合單元融合生成路側(cè)目標(biāo)信息；.路側(cè)子系統(tǒng)可以將這些融合結(jié)果通過C-V2X廣播到空口。a)相關(guān)項的要素.基于V2V的交叉路口遮擋橫穿制動場景的系統(tǒng)架構(gòu)見第二章控制類融合功c)其他相關(guān)項和要素要求本相關(guān)項提供的功能.對HV車側(cè)子系統(tǒng)的內(nèi)部模塊功能需求見附錄C。e)功能在所涉及的系統(tǒng)和要素間的分配結(jié)合實際項目的開發(fā)經(jīng)驗，舉例分析典型場景或最差場景下的HARA如表錯誤識別目標(biāo)車輛RV后造成的非預(yù)期制動，甚至全力制動暴露概率EE3，不是所有后車駕駛員都能和HV保持安全車距?？煽匦訡C3，部分駕駛員保持安全車距，大部分情況安全車距不夠。S2或S3，HV系統(tǒng)采取緊急剎車，會和后車有碰撞風(fēng)險。最B或C表28基于V2I的交叉路口遮擋橫穿制動場景車路協(xié)同系統(tǒng)的HARA（2）漏檢目標(biāo)車輛RV造成不能實現(xiàn)制動僅需考慮預(yù)期使用場景，功能丟失在非預(yù)期場景不會造成危暴露概率EE1，信號燈沒有安裝完畢或損壞，并且有遮擋（假設(shè)。DD僅可控性CC2，RV和HV駕駛員的可控性為一般可控。S2或S3，嚴(yán)重傷害或致命傷害，最大60km/h速度差HV和RV側(cè)面碰撞。要求。為B或C；功能安全等級A或BA或BB或C表30基于v2I的交叉路口遮擋橫穿制動場景不同子系統(tǒng)的功能安全等級（2）功能安全等級無功能安全等級要求無功能安全等級要求(三)融合功能安全分析總結(jié)本部分針對車路協(xié)同系統(tǒng)功能安全分析過程中的三大挑戰(zhàn)，進行了三個基本假設(shè)。選取第四章融合功能應(yīng)用價值分析示例中的4法論和功能安全等級進行分析，但是不同等級的要求尚未明確定義，后續(xù)還需進一步研究適用于車路協(xié)同系統(tǒng)和路側(cè)的功能安全方法場景示意圖十字路口闖紅燈預(yù)警基于V2V的交叉路基于V2I的交叉路口功能安全等級-車路協(xié)同系統(tǒng)無功能安全等級無功能安全等級要求功能安全等級統(tǒng)無功能安全等級無功能安全等級要求功能安全等級統(tǒng)————————功能安全等級-路側(cè)子系統(tǒng)無功能安全等級無功能安全等級要求————四、總結(jié)一是分階段推進融合應(yīng)用的前裝量產(chǎn)部署。不同類別的融合功能的發(fā)展階駕駛系統(tǒng)，獨立在HMI上展示，一般無功能安全等級要求，已具備量產(chǎn)條件，二是推動融合功能應(yīng)用的全方位標(biāo)準(zhǔn)化工作。明確融合功能的功能定義和完善功能安全標(biāo)準(zhǔn)體系，在開放共享的環(huán)境下，設(shè)計功能安全等級及認(rèn)證/互認(rèn)五、主要貢獻(xiàn)單位Qualcoww@ninentalGEEYinbel附錄AC-V2X增益分析c)剎車動力學(xué)模型c.1)不考慮人因等因素的剎車動力學(xué)模型3T/CSAE246-2022，智能網(wǎng)聯(lián)汽車V2X系統(tǒng)預(yù)警應(yīng)用功能測試與評價方法行規(guī)避，相應(yīng)的最小制動減速度aH應(yīng)滿足：aH=t度av2X為av2X= ），（左：單車智能方案）（右：車路協(xié)同方案）（左：單車智能方案右：車路協(xié)同方案）小，HV與RV一定碰撞的可能性也在降低需要采取不舒適的減速度保證安全。假設(shè)舒適閥值為0.4g,則可以按照表A.1