5G、毫米波雷达和UWB加速自动驾驶布局

所谓的自动驾驶技术，基本上是透过安装在车身上的传感器，收集所有的必须性的信息，因此仅仅依靠这些传感器，或许可满足Level 3的要求，但当期望实现Level 5的全自动驾驶，就需要更多的各种信息，例如，行驶时，驾驶者无法看到的危险和周围路况，仅依靠传感器获得的信息是远远不够的。

现阶段，自动驾驶技术已经达到了Level 3，可以在高速公路上行驶。虽然各种先进自动技术正被积极地开发中，但期待自动驾驶被成功导入，需要3个先进无线技术支持：5G、毫米波雷达和UWB。

透过5G将自动驾驶提升到Level 5

与传统的4G相比，5G有三个主要特点：高速度和高容量，超低延迟和多点同时连接。例如，在通讯速度的峰值速率方面，4G是1Gbps，但5G已经大幅提高到20Gbps，因此可以满足4K/8K或其他高解析影像的传输。而延迟速度也将大幅减少到1毫秒，是4G的1/10。同时连接的数量也大幅提高到100万单位/k㎡，是传统系统的十倍之多。因此，透过5G通讯技术，可以协助将自动驾驶能力快速提升到Level 4甚至Level 5。

目前全球的自动驾驶技术相关业者，一直努力开发出利用5G通讯的车辆间通讯系统。例如日本软银在国际标准化之前，就开发出世界上第一个自动安全驾驶所需的高可靠、低延迟的车辆间通讯系统，并且成功地让应用在卡车上，在高速公路上与后续车辆进行编队行驶。

这项新一代安全驾驶系统，是透过5G通讯技术将三辆高速行驶的卡车连接起来，并在无线终端之间进行直接通讯。因为终端间直接通讯是不需要经由基地台，因此讯号传输的延迟只有1/1000秒，让车辆之间的通讯都可以达到低延迟传输。

同时，日本软银还利用5G的低延迟宽带传输特点，将后方卡车镜头的影像传输到前方的车辆，达到让所有利用5G CAV通讯的车辆，都能实时观察到后方车辆周围的情况。

日本软银称为「扩展传感器」的平台，可以分享车辆之间保持距离，和自动跟踪所需的信息。在经过新东京-名古屋高速公路上实际行驶后，已经证实这项技术对安全驾驶来说是可被信任的。因此，也被日本业界认为对「联网自动驾驶车（Connected Autonomous Vehicle；CAV）」的标准化非常有用，同时更是推动自动驾驶技术进步所必需的新技术概念。

利用V2X将汽车和各种外部事物相连

为了实现车联网，最近对「V2X（Vehicle to Everything）」的讨论越来越多，而5G的出现，人们对5G在V2X应用的期望越来越高(图一)。

图一 : 人们期待透过5G能够满足V2X的通讯网络技术的要求。(source：日本总务省情报通讯白皮书；作者整理)

一个明显的例子是3D地图数据。为了实现自动驾驶，需要比传统汽车导航系统更详细的数据。但将如此大量的信息储存在汽车中是不实际的，因此透过通讯来频繁更新3D地图数据是必不可少的，这就需要车辆和网络（V2N）之间的高速、高容量的通讯。此外，在Level 3以上的自动驾驶中，驾驶者不是司机，而是系统。

为了确保这种情况下的安全驾驶，就需要进行远程监控和管理，甚至是远程操作。 在过去最大的问题是，沟通的时间滞或延迟。然而使用超低延迟的5G网络，这些延迟问题就可以被大幅的减少。

5G的多连接功能也为自动驾驶提供了各种智能能力，例如车辆与车辆之间的连接（V2V），实现了自动编队驾驶和先进的事故预防。而连接到路边的基础设施，如交通灯（V2I），可以实现安全和高效的驾驶。此外，如果与行人的智慧手机等设备的连接（V2P），更可以在行人突然闯车身危险区域时，控制车辆自动闪避或停止。

另一方面，5G网络的应用仍需要先进的技术。目前5G使用Sub 6和毫米波两个频段进行通讯。传统的4G是在3.6GHz以下，sub 6是在3.7 GHz和4.5GHz，而毫米波的频率更高达到28GHz。 因此，采用5G标准通讯设备的开发，便需要毫米波、天线设计和散热等先进的技术(图二)。

图二 : :5G是透过Sub 6(3.7 GHz和4.5GHz)和毫米波(28GHz)的频段进行通讯。(source：日本总务省情报通讯白皮书；作者整理)

此外在V2X的应用方面，也有一些较为特殊的技术挑战性，因为V2X的要求与传统的行动通讯不同，需要非常高的可靠性和极低延迟，而网络配置也更加复杂，还有终端之间的连接和通讯。因此，V2X的发展除了需要先进的无线技术外，还需要深厚的行动通讯专业知识(图三)。

图三 : V2X需要先进的各种行动无线技术为通讯基础。(source：富士通；作者整理)

车联网络的开发需仔细进行效能评估以及模拟

由于各种因素的多重迭加，在车联网络的发展过程中，往往会出现意想不到的问题，这是以前从未经历过的。例如，多辆车在路上行驶时，所出现的无线电干扰或网络效能的衰退等等。在真实的环境中，车辆是高速行动的物体，而这些大量车流也一直处于在交错的方向行进，因此通讯环境和条件时时刻刻都在变化。为了准确掌握这些变化和相关的条件，就必须建构出仿真模型(Simulation Model)以及实际的现场环境(Field)进行测试。

透过使用符合行动通讯和V2X标准的Simulation Model，可以预设出车辆的数量、位置和方向之后，进一步验证行车联网络的各项性能。并且搜集现场测试结果的数据后，进一步地提高准确性、加速开发和缩短验证周期。

此外，进行无线电的测试时，需要根据相关法令认证，在过程中非常繁琐跟耗时，所以如何与优秀的无线技术和行动通讯的伙伴合作，也是顺利开发联网汽车的关键。

在进行验证无线网络车载信息控制单元（Telematics Control Unit，TCU）时，必须考虑与已经安装在车辆上的各种传感器和电子控制单元(Electronic Control Unit，ECU)的兼容性。每个传感器或ECU对于网络条件的要求，如延迟、通讯周期和通讯容量，都有所不同。例如，为了每种情况找到最佳的网络要求时，倒底传统的4G就已经足够，还是必须使用5G，都是需要进行事先完整性评估。此外，网络切片(Network Slicing)和MEC(行动边缘运算)技术，对于为每个应用对象单元建立最合适和最灵活的网络也非常重要。

车联网络的开发初期需要更多的努力和时间

此外，对于V2X的5G和毫米波雷达中，使用的毫米波具有极短的波长和高传输损耗，因此天线设计、电路模式损耗和噪音对性能有很大影响。

在V2X的5G架构下所使用的毫米波，具有极短的波长和高传输损耗，因此在天线设计、电路模式损耗和噪音等方面的设计，对于车联网络的通讯能力有很大影响性。另一方面，短波长也意味着电路的尺寸很小，印刷电路板的每一面只有几毫米宽。 Patten宽度也必须精确到微米级，这些都需要先进的封装技术。而这种高分辨率的毫米波电路，期望在原型设计时间就能进行手动调整是很困难的，这也意味着在设计和原型开发期中需要额外的努力和时间。

为了解决这些问题，如何有效运用电磁模拟等技术就变得非常关键，因为建构出高精度的仿真模型，对于准确和有效地设计毫米波组件是相当重要的。

然而，仿真模型的建立不可能一蹴而就，只有通过在毫米波开发中，反复验证后而获得经验下，才能提高整个网络平台的精确度。

自动驾驶的智能座舱仪表

TESLA的大型中置平板屏幕

可能是受到TESLA的影响，最近的新车的驾驶座的显示面板设计，开始朝向将多个大型液晶面板在驾驶员的前方一字排开。

TESLA的用户接口，只有一个大的中央显示屏幕，看起来就像一个大型平板计算机，虽然是一种创新，但还有些人似乎难以完全接受，例如透屏幕来改变空调的方向就颇有微词，但对于经常接受创新产品的用户来说，却是一个不错的操控体验(图四)。

图四 : TESLA创新采用置于驾驶舱的平板屏幕作为车辆信息显示仪表- Model 3。

Mercedes-Benz彻底改变人车交互模式

图五 : Mercedes-Benz的先进MBUX HYPERSCREEN驾驶座舱人机界面。

有着安全神话的Mercedes-Benz曾经说过，其核心政策就是坚守一个不会分散驾驶员注意力的人机界面(HMI)，但是这个政策似乎被打破了。

Mercedes-Benz QES的豪华EV中使用怪兽级55.5英寸MBUX HYPERSCREEN超宽幅数字UI的OLED屏幕，彻底改变人车交互模式。这个横跨前驾驶座宽度的Hyperdash一体式曲面屏幕，包含三个大部分—驾驶员一侧的仪表，中间用于处理讯息、娱乐和气候需求显示，以及副驾驶座乘客可享受的娱乐信息，这部份的面板还具有触觉回馈和卓越的画质技术，这是Mercedes-Benz有史以来最大和最智能的屏幕。

Vanarama模拟APPLE CAR仪表

为了减少视觉运动来降低驾驶风险的抬头显示器（HUD），在各种的应用领域快速扩大中，相信未来将更进一步的导入AR技术，例如，APPLE的AR产品「Apple Glass」将会在2022发表，甚至传闻中的APPLE CAR将采用这项AR技术，提供创新性的车内UI/UX。

在Vanarama对于APPLE CAR模拟设计图中可以发现，整个环绕正副驾驶座的前方饰板，已经全部被显示面板所取代，提供驾驶者所需的基本行车信息，以及提供副驾驶座对于导航、音乐播放、温度控制等各种功能操作，甚至连方向盘中央也有一个方形的屏幕，来支持Siri语音助理等服务(图六)。

图六 : Vanarama利用想象设计来模拟APPLE CAR驾驶座舱仪表板。

Continental扩展仪表面板的宽度

不仅专注于轮胎、制动系统与车身稳定系统的开发，Continental也投入开发针对未来车联网趋势下所需的相关技术，在2022年1月5日拉斯韦加斯的国际消费电子展(CES2022) 上，展示了驾驶仪表显示的最新技术。

Continental最先进技术创造了一个无缝和创新的驾驶体验。例如，Shy Tech显示器隐藏了由按钮、灯和开关组成的控制面板，并以一种全新的方式将控制与显示器整合在一起。该系统除了显示相关内容，也内建了一些选项提供驾驶来操控。

这意味着ShyTech显示器并非由一个「空白」的黑色显示面板，和许多机械式按钮组成，而是将讯息显示于类似于木纹、碳纤维或皮革的优雅表面，让驾驶座设计得更具吸引力。从左A柱延伸到右A柱的显示面板，充分将仪表面板的宽度延伸到极限，并且在以前没有使用过显示面板的地方，为驾驶员和乘员创造全新的互动区域(图七)。

图七 : Continental的ShyTech显示器整合在类似于木纹、碳纤维或皮革的表面。

汽车数字化正在飞速发展

虽然，现阶段内建5G无线技术的车辆大多处于测试阶段，但是，在仪表板方面，各种创意设计都已经在人们的惊叹声中呈现，不仅增添了娱乐性，将车辆传感器连接到交通、位置、速度和其他车辆等驾驶数据，以涵盖该驾驶生态系统中可以考虑的所有内容，都已经可以在屏幕上显示。

另一方面，目前车联网全球市场仍处于半导体短缺、产量下降、成本上升等问题，但2021年对于车联网的研究投入依然强劲，随着支持4G的车辆市场的成熟，和支持5G的TCU正被扩大的采用中。根据统计，2021年90%的联网汽车将采用4G，而2025年将有1/4的汽车采用5G，在市场规模方面，2027年全球V2X市场预计将来到188.771亿美元，复合年增长率高达33.8%。因此汽车数字化正在飞速发展，全球联网汽车的普及率不断提高就是证明。