人工智能在智能網(wǎng)聯(lián)汽車上的應(yīng)用進(jìn)展研究

黃國凱

摘要：隨著人工智能技術(shù)的不斷創(chuàng)新與發(fā)展，智能網(wǎng)聯(lián)汽車研究技術(shù)逐漸成為全球汽車技術(shù)研究的焦點(diǎn)話題之一。尤其是人工智能技術(shù)的高速發(fā)展，對智能網(wǎng)汽車駕駛方面提出更高的要求和標(biāo)準(zhǔn)，如何把人工智能技術(shù)運(yùn)用到智能網(wǎng)汽車駕駛領(lǐng)域成為當(dāng)下各界關(guān)注的熱點(diǎn)，也是人工智能技術(shù)對汽車機(jī)構(gòu)方面技術(shù)革新的嘗試，更是不斷拓寬人工智能技術(shù)運(yùn)用領(lǐng)域的重要方式。為此，越來越多的技術(shù)專家應(yīng)加大力度關(guān)注人工智能技術(shù)，結(jié)合人工智能運(yùn)用在智能網(wǎng)聯(lián)汽車不同環(huán)節(jié)存在的問題進(jìn)行剖析，采取科學(xué)性的對策解決相關(guān)問題，可以實(shí)現(xiàn)智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)方面的不斷優(yōu)化與創(chuàng)新。本文主要側(cè)重于對智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)進(jìn)行深入的剖析，并積極地運(yùn)用人工智能技術(shù)，能夠大幅度地全面提升智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)水平及實(shí)現(xiàn)汽車行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。

Abstract： With the continuous innovation and development of artificial intelligence technology， the research technology of intelligent networked vehicles has gradually become one of the focal topics of global automotive technology research. In particular， the rapid development of artificial intelligence technology has put forward higher requirements and standards for the driving aspect of smart network cars. How to apply artificial intelligence technology to the driving field of smart network cars has become a hot topic of concern for all walks of life nowadays， and is also an attempt to innovate the technology of artificial intelligence technology on the automobile mechanism aspect， and is an important way to continuously broaden the application field of artificial intelligence technology. For this reason， more and more technical experts should pay more attention to artificial intelligence technology， combining the problems of different aspects of the use of artificial intelligence in intelligent networked vehicles to analyse and adopt scientific countermeasures to solve the relevant problems， which can achieve continuous optimisation and innovation in the technical aspects of intelligent networked vehicles. This paper focuses on an in-depth analysis of the technology of smart Internet-connected vehicles， and the active use of artificial intelligence technology， which can significantly improve the overall level of smart Internet-connected vehicle technology and achieve the goal of sustainable development of the automotive industry.

關(guān)鍵詞：人工智能技術(shù);智能網(wǎng)聯(lián)汽車;運(yùn)用

Key words： artificial intelligence technology;intelligent networked vehicles;application

中圖分類號(hào)：U472.43 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-957X（2022）03-0226-03

0 ?引言

中國電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院發(fā)布的《智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告（順義指數(shù)2021）》預(yù)測，今年我國智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)規(guī)模將超過4000億元，2023年這一數(shù)字將達(dá)到9000億元。目前我國智能網(wǎng)聯(lián)汽車呈現(xiàn)強(qiáng)勁發(fā)展勢頭，關(guān)鍵技術(shù)不斷突破，車載基礎(chǔ)計(jì)算平臺(tái)實(shí)現(xiàn)裝車應(yīng)用，車載激光雷達(dá)、人工智能芯片算力達(dá)到國際先進(jìn)水平。在數(shù)字化和信息化雙重作用下，人工智能、5G、大數(shù)據(jù)等技術(shù)與汽車產(chǎn)業(yè)深度融合，電動(dòng)汽車、智能網(wǎng)聯(lián)汽車等新產(chǎn)品不斷推出。電動(dòng)化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化正以一種相互促進(jìn)、相互融合的方式重塑汽車產(chǎn)業(yè)生態(tài)，并推進(jìn)汽車產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈的重構(gòu)。

1 ?發(fā)展智能網(wǎng)聯(lián)汽車的前提條件

智能網(wǎng)聯(lián)汽車主要有三個(gè)功能模塊，分別為環(huán)境感知、決策規(guī)劃和車輛控制。環(huán)境感知又分為基于車載傳感器的環(huán)境感知、基于V2X通訊的非視距感知與數(shù)據(jù)交互、基于地圖構(gòu)建定位的先驗(yàn)信息交互。（圖1）

1.1 人工智能是基礎(chǔ)

在國家的大力支持下，智能網(wǎng)聯(lián)汽車作為一個(gè)新興車種逐漸進(jìn)入人們的視野，其最終目的是可以做到替代人類駕駛員來操作汽車，從而使道路通行效率更高，道路行駛更安全。智能網(wǎng)聯(lián)汽車涉及到兩方面的技術(shù)，一方面是智能，即人工智能，這方面更強(qiáng)調(diào)感知、規(guī)劃、決策、執(zhí)行。車輛通過車身上的攝像頭、激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)等傳感器收集道路參與者的信息并反饋給自動(dòng)駕駛AI芯片進(jìn)行處理，芯片首先會(huì)分析道路參與者的行為，然后對車輛的下一步運(yùn)動(dòng)進(jìn)行決策，再由控制器執(zhí)行操作。其實(shí)，如果單獨(dú)拿出智能這一部分，可以認(rèn)為它就是自動(dòng)駕駛汽車，但是在發(fā)展自動(dòng)駕駛技術(shù)的過程中，網(wǎng)聯(lián)技術(shù)逐漸融合進(jìn)來，從一定程度上促進(jìn)了自動(dòng)駕駛技術(shù)的發(fā)展，并且?guī)砹烁嗫赡堋?/p>

在網(wǎng)聯(lián)化這方面，車聯(lián)網(wǎng)（V2X）是一項(xiàng)重要的技術(shù)，它可以算是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的延伸。車輛通過與道路基礎(chǔ)設(shè)施、其他車輛甚至說是云端的數(shù)據(jù)相連，獲得更多的道路信息。這能夠幫助人工智能在充分考慮所有因素的基礎(chǔ)上更好的做出決策，讓自動(dòng)駕駛更安全。這方面的技術(shù)雖然對網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的要求較高，但近幾年來5G技術(shù)在我國的飛速發(fā)展，為其實(shí)現(xiàn)提供了可能。雖然中國的5G發(fā)展領(lǐng)先于全球，但由于目前5G的配套基礎(chǔ)設(shè)施較少，車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)目前僅限于在一些示范區(qū)內(nèi)。當(dāng)然，“網(wǎng)聯(lián)”和“智能”互為支撐，而且，人工智能是基礎(chǔ)，在網(wǎng)聯(lián)技術(shù)融合進(jìn)來之后，數(shù)據(jù)的體量級也直線上升，對于人工智能芯片的算力是一場極大的挑戰(zhàn)。

1.2 車載AI芯片技術(shù)創(chuàng)新

根據(jù)美國加州2月底發(fā)布的《2019自動(dòng)駕駛汽車路測脫離率報(bào)告》，MPD（平均每次脫離發(fā)生之前的行駛里程）前十名中的中國公司達(dá)到了四家，分別為百度，AutoX，小馬智行，滴滴出行。但經(jīng)過了解，百度、AutoX和滴滴出行均采用了英偉達(dá)制造的Xavier芯片以及平臺(tái)進(jìn)行自動(dòng)駕駛方案的開發(fā)。從這些自動(dòng)駕駛公司的選擇上不難推斷出，國外在車載AI芯片上的發(fā)展還是要略微領(lǐng)先于國內(nèi)。

長安汽車在重慶舉行了“中國首個(gè)L3級自動(dòng)駕駛量產(chǎn)體驗(yàn)”，測試車型為新發(fā)布的UNI-T車型，該車型搭載了中國首款車載AI芯片“征程二號(hào)”?！罢鞒潭?hào)”是由人工智能芯片初創(chuàng)公司地平線于2019年發(fā)布的，這款芯片的推出可以說是彌補(bǔ)了中國在車載AI芯片領(lǐng)域的空白。

1.3 AI市場的推動(dòng)

在新基建中，人工智能領(lǐng)域的建設(shè)內(nèi)容為：AI芯片等底層硬件發(fā)展;通用智能計(jì)算平臺(tái)的搭建;智能感知處理、智能交互等基礎(chǔ)研發(fā)中心的建設(shè);人工智能創(chuàng)新發(fā)展試驗(yàn)區(qū)建設(shè)。根據(jù)《國家新一代人工智能創(chuàng)新發(fā)展試驗(yàn)區(qū)建設(shè)工作指引（國科發(fā)規(guī)（2019）298號(hào)）》，建設(shè)目標(biāo)為，到2023年，建設(shè)20個(gè)左右新一代人工智能發(fā)展試驗(yàn)區(qū)。這為我國人工智能發(fā)展提供了巨大的機(jī)遇和資源。

相信在“新基建”的推動(dòng)之下，無論是5G技術(shù)的普及應(yīng)用還是人工智能的發(fā)展，都將推動(dòng)我國智能網(wǎng)聯(lián)汽車的發(fā)展。我們一定要把握住機(jī)會(huì)，協(xié)同創(chuàng)新、跨界融合，實(shí)現(xiàn)汽車產(chǎn)業(yè)的全面發(fā)展。不僅如此，人工智能的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)還將帶動(dòng)計(jì)算機(jī)視覺、自然語言處理等技術(shù)快速進(jìn)步，促進(jìn)智慧醫(yī)療、智慧交通、智慧金融等產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，帶來更大的市場。

據(jù)市調(diào)機(jī)構(gòu)BIIntelligence的預(yù)測，到2020年，全球聯(lián)網(wǎng)汽車的市場保有量將達(dá)3.8億輛，全球聯(lián)網(wǎng)汽車的銷售量將從2016年的2100萬輛增至9400萬輛，市場占比將達(dá)82%，2020年智能網(wǎng)聯(lián)汽車市場的規(guī)?？蛇_(dá)到1000億元以上。而根據(jù)IHS的預(yù)測，2020年的車載AI芯片市場可達(dá)40億美元。隨著未來智能網(wǎng)聯(lián)汽車滲透率的增高，無論是對芯片的數(shù)量還是功能的需求都會(huì)越來越旺盛，這將帶動(dòng)整個(gè)人工智能市場騰飛。

2 ?智能網(wǎng)聯(lián)汽車的發(fā)展現(xiàn)狀

智能網(wǎng)聯(lián)汽車是汽車未來發(fā)展的趨勢。許多國家都已出臺(tái)法規(guī)政策支持智能網(wǎng)聯(lián)汽車的發(fā)展，同時(shí)各大汽車企業(yè)也紛紛加大智能網(wǎng)聯(lián)汽車的研發(fā)投入，搶占未來汽車技術(shù)發(fā)展的制高點(diǎn)。

2.1 國外發(fā)展現(xiàn)狀

①環(huán)境感知傳感器方面，毫米波雷達(dá)、攝像頭和超聲波雷達(dá)已經(jīng)成為量產(chǎn)車型駕駛輔助系統(tǒng)的基本傳感器配置。國外零部件供應(yīng)商，如博世、大陸、奧托立夫和采埃孚等已實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)，并且完成了多線產(chǎn)品的更新迭代。其中，毫米波雷達(dá)的探測距離逐漸增加，刷新頻率越來越高，成本和體積也在迅速降低;攝像頭在保證數(shù)據(jù)處理實(shí)時(shí)性的前提下，像素越來越高;激光雷達(dá)由于成本原因，當(dāng)前還未能在量產(chǎn)車型上大規(guī)模普及，但已大量裝備在高等級自動(dòng)駕駛測試車輛上;以深度學(xué)習(xí)和人工智能為代表的新技術(shù)廣泛應(yīng)用于目標(biāo)辨識(shí)領(lǐng)域，顯著提高目標(biāo)識(shí)別的速度和成功率。

②網(wǎng)聯(lián)通訊方面，目前在車聯(lián)網(wǎng)智能網(wǎng)聯(lián)領(lǐng)域存在兩個(gè)主要的技術(shù)路徑：1）基于專用短程通信（DSRC）技術(shù)和蜂窩式LTE-V通信技術(shù)。DSRC發(fā)展較早，技術(shù)較成熟，但缺點(diǎn)是路側(cè)設(shè)施投入大，通訊覆蓋范圍較小，難以滿足高速行駛中的數(shù)據(jù)通信要求;2）LTE-V包括集中式和分布式兩種技術(shù)，可共用4G網(wǎng)絡(luò)覆蓋不同應(yīng)用場景，信道寬，覆蓋范圍廣，但缺點(diǎn)是實(shí)時(shí)性難以保證，市場驗(yàn)證不足。

③高精地圖信息方面，高精地圖的信息遠(yuǎn)比傳統(tǒng)地圖更加豐富完備。L3級別以上的自動(dòng)駕駛高精地圖不可或缺。國外開展高精度地圖研究的企業(yè)較多，既有Here、TomTom這類傳統(tǒng)的地圖服務(wù)商，也有DeepMap、CivilMaps、lvl5等初創(chuàng)企業(yè)，此外Mobileye提出用眾包的方式，以車載攝像頭監(jiān)控到的畫面為基礎(chǔ)，分析并上載后創(chuàng)建高清地圖。

④無人駕駛整車方面，Waymo、Uber、通用、沃爾沃、奧迪和奔馳等企業(yè)已經(jīng)完成相當(dāng)數(shù)量的實(shí)際公開道路測試和虛擬仿真環(huán)境測試，測試車輛的自動(dòng)化等級覆蓋SAE L2～L4級。通過真實(shí)道路環(huán)境的測試不斷完善自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，另一方面也為自動(dòng)駕駛汽車的商業(yè)化運(yùn)營探索方案。

2.2 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

近年來，國家及地方政府相關(guān)部門等均以不同方式支持智能網(wǎng)聯(lián)汽車發(fā)展?！镀嚠a(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃》提出加大智能網(wǎng)聯(lián)汽車關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和示范推廣。

目前，國內(nèi)整車企業(yè)在智能網(wǎng)聯(lián)領(lǐng)域也均有各自的發(fā)展規(guī)劃。例如，一汽集團(tuán)目前已布局手機(jī)交車、自主泊車、擁堵跟車和自主駕駛四項(xiàng)功能，計(jì)劃在2020年發(fā)布高速公路代駕產(chǎn)品及深度感知和城市智能技術(shù)，在2025年實(shí)現(xiàn)智能商業(yè)服務(wù)平臺(tái)運(yùn)營，高度自動(dòng)駕駛技術(shù)整車產(chǎn)品滲透率達(dá)到50%以上;上汽集團(tuán)初步實(shí)現(xiàn)了120km/h速度下的自動(dòng)巡航、車道保持、換道輔助、自主超車及遠(yuǎn)程遙控泊車等功能，計(jì)劃在2020年實(shí)現(xiàn)高速公路上的自動(dòng)駕駛;廣汽集團(tuán)目前開發(fā)的自動(dòng)駕駛汽車初步實(shí)現(xiàn)了城市環(huán)境下的部分自動(dòng)駕駛功能，計(jì)劃2020年基本實(shí)現(xiàn)高速公路上量產(chǎn)的自動(dòng)駕駛，2025年實(shí)現(xiàn)綜合環(huán)境下全自動(dòng)駕駛，并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

3 ?智能網(wǎng)聯(lián)汽車人工智能關(guān)鍵技術(shù)

智能網(wǎng)聯(lián)汽車是一個(gè)復(fù)雜的跨界交叉系統(tǒng)，技術(shù)領(lǐng)域覆蓋廣、專業(yè)跨度大、技術(shù)架構(gòu)復(fù)雜。其核心關(guān)鍵技術(shù)涉及汽車、半導(dǎo)體芯片、人工智能和信息通信等領(lǐng)域。

3.1 計(jì)算芯片技術(shù)

芯片是智能網(wǎng)聯(lián)汽車的核心運(yùn)算單元，主要包括CPU、GPU、現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）及專用定制芯片（ASIC）等。

其中：①CPU計(jì)算單元少，適合復(fù)雜邏輯運(yùn)算與控制;②GPU具有高并行結(jié)構(gòu)，適合對密集型數(shù)據(jù)進(jìn)行并行處理;③FPGA通過冗余晶體管和連線實(shí)現(xiàn)邏輯可編程，計(jì)算效率高于GPU;④ASIC晶體管根據(jù)算法定制、無冗余，功耗低、計(jì)算性能和計(jì)算效率高。

3.2 環(huán)境感知傳感器技術(shù)

主要包括毫米波、激光、超聲波雷達(dá)、車載攝像頭及其感知算法等技術(shù)。其中：①毫米波雷達(dá)通過接收和發(fā)射電磁信號(hào)實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)距離、方位和相對運(yùn)動(dòng)的高精度測量，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng);②激光雷達(dá)探測遠(yuǎn)、視角寬、角度分辨率高、不依賴于光照條件，但雨雪等天氣會(huì)對探測產(chǎn)生影響，且尚無法滿足量產(chǎn)要求;③超聲波雷達(dá)成本低且不受光照因素影響，但探測范圍小、方位角精度不高;④車載視覺傳感器有單目、雙目和多目等形式，基于機(jī)器學(xué)習(xí)的目標(biāo)辨識(shí)技術(shù)已經(jīng)有了長足的發(fā)展，但光線和天氣狀況變化對其識(shí)別效果影響很大。

3.3 云計(jì)算平臺(tái)

云平臺(tái)通過以太網(wǎng)絡(luò)與車輛、路側(cè)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程通信，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、車輛追蹤、調(diào)度管理和路徑規(guī)劃等功能，同時(shí)還能夠利用云計(jì)算和大數(shù)據(jù)處理，為自動(dòng)駕駛控制策略、智能交通控制管理的研究提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

4 ?智能網(wǎng)聯(lián)汽車人工智能技術(shù)發(fā)展趨勢

總體而言，智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)未來將向著人工智能化、尺寸小型化、成本低廉化和高可靠性方向發(fā)展。

4.1 環(huán)境感知技術(shù)

79GHz毫米波雷達(dá)將取代24GHz雷達(dá)，天線尺寸更小、角分辨率更高、芯片材料將向著互補(bǔ)金屬氧化物材料發(fā)展;激光雷達(dá)將向著固態(tài)激光雷達(dá)、更高的探測距離和分辨率、更小的尺寸和更低的成本發(fā)展;攝像頭方面，將沿著深度學(xué)習(xí)的技術(shù)路線，向模塊化、可擴(kuò)展、全天候方向發(fā)展。

4.2 決策規(guī)劃技術(shù)

人工智能技術(shù)將由目前所處的機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)階段向著自主學(xué)習(xí)方向發(fā)展;人工智能算法芯片，將會(huì)對軟硬件進(jìn)行深度整合使其擁有超強(qiáng)的計(jì)算能力、更小的體積、更低功耗，算法處理速率將會(huì)大幅提升。

4.3 車輛控制技術(shù)

整車電子電氣架構(gòu)將向著跨域集中式電子架構(gòu)和車輛集中式電子架構(gòu)發(fā)展，分散的控制單元將減少，取而代之的是應(yīng)用先進(jìn)算法的集中控制單元;車輛控制算法也由傳統(tǒng)控制方法向基于模型預(yù)測控制、最優(yōu)控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制和深度學(xué)習(xí)等智能控制方法轉(zhuǎn)變。

5 ?相關(guān)思考建議

智能化和網(wǎng)聯(lián)化是汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢，智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)覆蓋汽車、通信、互聯(lián)網(wǎng)等多個(gè)領(lǐng)域，該產(chǎn)業(yè)的發(fā)展將加速推動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的融合，汽車行業(yè)面臨著機(jī)遇與挑戰(zhàn)。在此提出幾點(diǎn)思考和建議，供政府、企業(yè)和從事技術(shù)研發(fā)人員參考。

①建議政府加強(qiáng)智能網(wǎng)聯(lián)汽車的頂層設(shè)計(jì)和規(guī)劃，指導(dǎo)行業(yè)積極健康發(fā)展，合理調(diào)配資源，加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和共性技術(shù)研發(fā)，優(yōu)化技術(shù)和產(chǎn)業(yè)布局，避免資源浪費(fèi)和重復(fù)建設(shè)。②建議政府通過資金和政策引導(dǎo)企業(yè)加強(qiáng)基礎(chǔ)感知傳感器，如毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)等核心零部件的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，解決關(guān)鍵核心零部件的空心化和對外依賴。③建議政府加快智能網(wǎng)聯(lián)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定工作，并積極參與甚至主導(dǎo)國際標(biāo)準(zhǔn)的制修訂，增強(qiáng)中國在該技術(shù)領(lǐng)域的話語權(quán)。④建議正確合理加大與智能網(wǎng)聯(lián)汽車相關(guān)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、基礎(chǔ)地理信息平臺(tái)建設(shè)、網(wǎng)聯(lián)平臺(tái)建設(shè)，并健全相應(yīng)的法律法規(guī)，為智能網(wǎng)聯(lián)汽車示范運(yùn)營和未來道路運(yùn)行提供基礎(chǔ)和法律保障。⑤建議在核心控制器等硬件芯片、基礎(chǔ)操作系統(tǒng)軟件、底層驅(qū)動(dòng)協(xié)議棧等方面集中突破，逐漸實(shí)現(xiàn)底層核心技術(shù)的自主技術(shù)支撐。⑥建議加大ADAS技術(shù)及產(chǎn)品的自主研發(fā)和大規(guī)模推廣應(yīng)用，為無人駕駛技術(shù)的到來奠定底層技術(shù)基礎(chǔ)。雖然中國在智能網(wǎng)聯(lián)汽車領(lǐng)域起步較晚，但是正在走一條具有中國特色的智能網(wǎng)聯(lián)汽車之路，相信中國的智能網(wǎng)聯(lián)汽車一定能夠抓住這次發(fā)展機(jī)遇，引領(lǐng)汽車行業(yè)的發(fā)展。

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