汽車智能座艙發(fā)展趨勢(shì)下的機(jī)遇和挑戰(zhàn)

回姝 鄭紅麗 顧瑩

（1.中國(guó)第一汽車股份有限公司智能網(wǎng)聯(lián)開發(fā)院，長(zhǎng)春 130013；2.汽車振動(dòng)噪聲與安全控制綜合技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)春 130013）

主題詞：智能座艙 操作系統(tǒng) 網(wǎng)聯(lián)化 智能化

縮略語(yǔ)

HMI Human Machine Interface

HUD Head Up Display

MCU Microcontroller Unit

BSP Board Support Package

HAL Hardware Abstraction Layer

BT Bluetooth

UI/UE User Experience/User Interface Design

V2X Vehicleto Everything

E/E Electric/Electronic

OTA Over The Air Technology

1 前言

當(dāng)下汽車產(chǎn)業(yè)已經(jīng)形成了一種共識(shí)，即以電動(dòng)化為基礎(chǔ)、網(wǎng)聯(lián)化為條件、智能化為關(guān)鍵、共享化為趨勢(shì)的汽車“四化”新時(shí)代已經(jīng)到來(lái)。尤其在智能領(lǐng)域，伴隨人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算技術(shù)的快速發(fā)展，汽車不單單是以往認(rèn)知的交通工具，還是智能化、網(wǎng)聯(lián)化的移動(dòng)終端。

如果將家庭和公司/學(xué)校作為人們生活的第一和第二空間，車輛作為連接其間的紐帶，是當(dāng)之無(wú)愧的移動(dòng)智能生活空間，或可稱為第三空間。座艙具有私有化、移動(dòng)性、更加標(biāo)準(zhǔn)化的特點(diǎn)，座艙空間的應(yīng)用體驗(yàn)更加受到駕乘人員的重視，能夠使其享受更加美好的生活，在自動(dòng)駕駛技術(shù)快速發(fā)展、人機(jī)交互方式更加智能的未來(lái)，智能座艙能夠進(jìn)一步滿足駕乘人員在出行過(guò)程中的多種需求。

針對(duì)中國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)的智能化發(fā)展來(lái)看，2020年2月，發(fā)改委、工信部等11部委聯(lián)合印發(fā)《智能汽車創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略》文件，為中國(guó)智能汽車產(chǎn)業(yè)的未來(lái)發(fā)展指明了方向，智能汽車已成為汽車強(qiáng)國(guó)的戰(zhàn)略選擇。

中國(guó)汽車品牌該如何抓住機(jī)遇，借助智能化的發(fā)展趨勢(shì)實(shí)現(xiàn)彎道超車，中國(guó)品牌又該如何培育出更具國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的智能汽車品牌，成為了全行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。

本文通過(guò)對(duì)汽車座艙的發(fā)展以及智能座艙的概念進(jìn)行闡述和分析，同時(shí)結(jié)合市場(chǎng)需求、政策導(dǎo)向與新技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)汽車座艙發(fā)展的機(jī)遇和挑戰(zhàn)進(jìn)行分析，進(jìn)而提出一汽座艙系統(tǒng)滿足智能座艙操作系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)的規(guī)劃，探討了在新一輪科技和產(chǎn)業(yè)革命的浪潮中的應(yīng)對(duì)戰(zhàn)略。

2 智能座艙的發(fā)展歷史

當(dāng)前，汽車產(chǎn)業(yè)正在經(jīng)歷著百年未有的大變局。全球汽車產(chǎn)業(yè)已經(jīng)在節(jié)能、綠色、安全、環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展這5個(gè)維度達(dá)成共識(shí)，在產(chǎn)品和技術(shù)層面則體現(xiàn)了電動(dòng)化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化和共享化的發(fā)展趨勢(shì)。

縱觀汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展歷史與汽車產(chǎn)品的演化歷程，可以看到，汽車座艙將沿著“本地化-網(wǎng)聯(lián)化-智能化”不斷升級(jí)（圖1）。

圖1 智能座艙產(chǎn)品發(fā)展歷程[3]

3 智能座艙的發(fā)展機(jī)遇

智能座艙的發(fā)展體現(xiàn)了擁抱汽車行業(yè)發(fā)展新興技術(shù)的趨勢(shì)，智能座艙系統(tǒng)將從消費(fèi)者應(yīng)用場(chǎng)景角度出發(fā)構(gòu)建更為友好的HMI體系，智能座艙作為人們生活的第三空間，更能滿足用戶對(duì)座艙智能化、便捷化、網(wǎng)聯(lián)化的新需求。從而給中國(guó)汽車市場(chǎng)帶來(lái)了一些新的機(jī)遇和新的挑戰(zhàn)。

3.1 市場(chǎng)需求

目前國(guó)內(nèi)座艙智能配置水平的滲透率約為48.8%，到2025年預(yù)計(jì)可以超過(guò)75%，遠(yuǎn)高于全球市場(chǎng)平均水平。

根據(jù)2021年大數(shù)據(jù)調(diào)查顯示（圖2），有60%的用戶認(rèn)可座艙智能配置的價(jià)值，反映出用戶層面的座艙智能配置上升將在未來(lái)市場(chǎng)占有率的提高中起到關(guān)鍵作用。

圖2 新車智能座艙科技裝配率[5]

近幾年來(lái)，隨著消費(fèi)者需求層次的不斷提升，對(duì)汽車的需求也從單一的出行工具逐步轉(zhuǎn)變?yōu)樯钪械摹暗谌臻g”。調(diào)查中顯示超過(guò)80%的用戶對(duì)座艙智能配置表現(xiàn)出了強(qiáng)烈的購(gòu)買意愿（圖3），其中對(duì)信息娛樂(lè)系統(tǒng)、HUD、中控智能屏幕的購(gòu)買意愿相對(duì)其它智能產(chǎn)品的呼聲更高，消費(fèi)者更加習(xí)慣于使用智能電子產(chǎn)品，預(yù)計(jì)未來(lái)消費(fèi)者對(duì)手機(jī)應(yīng)用的喜好會(huì)遷移到信息娛樂(lè)系統(tǒng)上，如導(dǎo)航、音樂(lè)、視頻、微信等社交功能軟件。

圖3 終端用戶對(duì)智能座艙配置購(gòu)買意愿[5]

3.2 政策導(dǎo)向

智能汽車的發(fā)展離不開國(guó)家相關(guān)政策的支持和指導(dǎo)。在2020年2月，國(guó)家11部委聯(lián)合出臺(tái)了《智能汽車創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略》，意味著智能汽車產(chǎn)業(yè)將在中國(guó)獲得高速發(fā)展的重大機(jī)遇。

法規(guī)的不斷完善也為智能汽車提供了政策支持。當(dāng)前，在工信部和交通部備案的國(guó)家級(jí)智能網(wǎng)聯(lián)示范區(qū)多達(dá)16處，各省市高質(zhì)量發(fā)展的意愿為智能汽車發(fā)展提供了政策環(huán)境支持。

近年來(lái)國(guó)家部委出臺(tái)了一系列推動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策（表1），其中政策的重要導(dǎo)向包括了以發(fā)展中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)智能汽車為方向，以建設(shè)智能汽車強(qiáng)國(guó)為目標(biāo)，以推動(dòng)產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展為途徑，開創(chuàng)新模式，培育新業(yè)態(tài)，提升產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)能力和產(chǎn)業(yè)鏈水平，滿足人民日益增長(zhǎng)的美好生活需要。

表1 智能汽車相關(guān)國(guó)家政策

3.3 技術(shù)驅(qū)動(dòng)

目前，國(guó)內(nèi)較高的汽車保有量和較高的智能座艙配置率，將結(jié)合日新月異的科技以及與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新融合發(fā)展，進(jìn)一步加速了智能座艙系統(tǒng)的演變進(jìn)程。尤其是車載高精度傳感器、車規(guī)級(jí)芯片、智能操作系統(tǒng)、車載智能終端和智能計(jì)算平臺(tái)研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化的快速發(fā)展，為智能座艙系統(tǒng)的快速迭代提供了強(qiáng)大的技術(shù)支撐。

隨著具有的高可靠、低時(shí)延、大帶寬特性的5G通信技術(shù)的應(yīng)用，5G技術(shù)能實(shí)現(xiàn)車與車、車與路、車與人之間的實(shí)時(shí)通信，是車聯(lián)網(wǎng)的重要通信技術(shù)。5G技術(shù)推動(dòng)智能網(wǎng)聯(lián)化，為豐富車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景提供了技術(shù)支撐。5G技術(shù)和V2X技術(shù)的融合發(fā)展，不僅可以加強(qiáng)車輛之間進(jìn)行位置、速度、駕駛方向和駕駛意圖的交流，還可以用在道路環(huán)境感知、遠(yuǎn)程駕駛、編隊(duì)行駛技術(shù)研發(fā)與落地實(shí)施。

智能座艙系統(tǒng)構(gòu)架主要分為3層：硬件驅(qū)動(dòng)層、操作系統(tǒng)層、應(yīng)用層（圖4）。

圖4 智能座艙系統(tǒng)

硬件驅(qū)動(dòng)層：傳感器、內(nèi)部存儲(chǔ)器、應(yīng)用處理器、主芯片、BT/WiFi模組，示例如圖5；

圖5 硬件方案示例

操作系統(tǒng)層：儀表Linux系統(tǒng)，中控Android系統(tǒng)；

應(yīng)用層：系統(tǒng)接口、本地應(yīng)用、網(wǎng)聯(lián)應(yīng)用、UI/UE。

以上技術(shù)的實(shí)現(xiàn)和前景都為智能座艙系統(tǒng)的發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

4 智能座艙的技術(shù)趨勢(shì)

智能座艙指智能化和網(wǎng)聯(lián)化技術(shù)，及硬件和軟件的集合。通過(guò)不斷的發(fā)展和迭代，智能座艙對(duì)駕乘空間進(jìn)行智慧感知和智能決策。智能座艙正朝著以駕乘需求、用戶情感為中心，以場(chǎng)景為驅(qū)動(dòng)，滿足駕乘人員不同需求的方向發(fā)展。

4.1 智能座艙的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用場(chǎng)景趨勢(shì)

智能座艙的主要構(gòu)成包括車載信息娛樂(lè)控制系統(tǒng)、儀表顯示系統(tǒng)、中控屏幕、乘客屏幕、后排屏幕、抬頭顯示、流媒體后視鏡、語(yǔ)音控制系統(tǒng)、駕駛員監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（圖6）。

圖6 座艙構(gòu)成示例

智能座艙主要的應(yīng)用場(chǎng)景包括智能座艙通過(guò)語(yǔ)音、手勢(shì)及其它人機(jī)交互模式下的人機(jī)共駕；通過(guò)車載芯片和車載系統(tǒng)對(duì)CAN、ECU等電子器件反饋的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，掌控汽車行駛狀態(tài)以及各種參數(shù)指標(biāo)，以適配車輛保持最佳狀態(tài)。

4.2 智能座艙的集成化趨勢(shì)

隨著汽車電子化程度的提高，集成了中控屏、液晶儀表、抬頭顯示和后座娛樂(lè)的多屏融合智能座艙打破不同系統(tǒng)之間的技術(shù)壁壘，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品融合、多屏互動(dòng)及信息交互，展現(xiàn)了數(shù)字化、集成化和人性化的交互體驗(yàn)。從更長(zhǎng)遠(yuǎn)的角度來(lái)看，一機(jī)多屏、多屏融合和智能控制（語(yǔ)音、觸摸、手勢(shì)）是智能座艙的重要技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。

4.3 重點(diǎn)技術(shù)現(xiàn)狀及趨勢(shì)

隨著汽車E/E架構(gòu)硬件由分布式向域控制-中央集中式不斷升級(jí)，座艙域控制器的重要性凸顯，而座艙域作為交互的核心和智能駕駛域之間的紐帶，是體現(xiàn)和提升駕乘感受的重要組成部分，而座艙域控制器未來(lái)發(fā)展的重要趨勢(shì)包括如下4點(diǎn)。

（1）屏幕數(shù)量及分辨率水平進(jìn)一步提升，目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)主要為12英寸及1 280×720規(guī)格，一些屏幕已達(dá)到1 920×1 080的分辨率，未來(lái)50萬(wàn)像素以下的屏幕將逐步減少至30%以下，而50～100萬(wàn)像素的屏幕將成為主流配置。

（2）支撐人機(jī)共駕場(chǎng)景下的交互感知需求進(jìn)一步提升，即座艙域控制器所需處理的輸入和輸出數(shù)量、能力需要進(jìn)一步提高，例如支持語(yǔ)音助手、聲源定位、手勢(shì)識(shí)別、指紋識(shí)別、人臉識(shí)別、駕駛員動(dòng)作識(shí)別、全息影像等的數(shù)量和能力將進(jìn)一步提升。預(yù)計(jì)到2030年車內(nèi)傳感器數(shù)量達(dá)將到11個(gè)，麥克風(fēng)數(shù)量將達(dá)到9個(gè)、攝像頭數(shù)量將達(dá)到8個(gè)。

（3）感知算法的應(yīng)用數(shù)量進(jìn)一步提升，例如隨著語(yǔ)音、視覺(jué)、聲學(xué)及多模態(tài)算法的能力提升，使座艙從單幀感知變?yōu)闀r(shí)序感知，從平面感知變?yōu)榱Ⅲw建模，從單模態(tài)變?yōu)槎嗄B(tài)學(xué)習(xí)，從監(jiān)督學(xué)習(xí)變?yōu)榘氡O(jiān)督學(xué)習(xí)或自學(xué)習(xí)。

（4）對(duì)主芯片算力要求的進(jìn)一步提升，隨著全圖監(jiān)測(cè)種類、分辨率的提升、多模ASR路數(shù)、攝像頭數(shù)量的增加，要求主芯片算力大幅提升，同時(shí)OTA升級(jí)也需要預(yù)留一定的算法空間，預(yù)計(jì)到2025年，對(duì)主芯片的算力要求至少在80 kDMIPS以上。

5 智能座艙系統(tǒng)發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)

智能座艙作為智能網(wǎng)聯(lián)汽車發(fā)展的核心面臨這3大挑戰(zhàn)。

（1）芯片挑戰(zhàn)。智能網(wǎng)聯(lián)汽車的蓬勃發(fā)展使車輛對(duì)芯片的要求越來(lái)越高，而現(xiàn)實(shí)中，國(guó)內(nèi)車規(guī)級(jí)芯片產(chǎn)能較少，中國(guó)車企進(jìn)口歐、美、日芯片已經(jīng)超過(guò)90%，美國(guó)在芯片設(shè)計(jì)工具、核心工藝設(shè)備方面具有絕對(duì)領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。

（2）操作系統(tǒng)挑戰(zhàn)。操作系統(tǒng)是智能汽車的底層根基，具有重要地位。目前，市場(chǎng)上車規(guī)級(jí)操作系統(tǒng)被國(guó)外少數(shù)幾家公司壟斷，如QNX、VxWorks、安卓等，未來(lái)車規(guī)級(jí)國(guó)產(chǎn)操作系統(tǒng)量產(chǎn)落地任重道遠(yuǎn)。

（3）信息安全的挑戰(zhàn)。隨著車輛連通性功能的極大擴(kuò)展，導(dǎo)航定位、自動(dòng)泊車、遠(yuǎn)程控制和診斷功能已逐漸成為汽車的基本配置，這些功能帶給用戶極大便利的同時(shí)，也帶來(lái)了更多安全隱患，包括云端層安全隱患、網(wǎng)絡(luò)傳輸層安全隱患、車載通信層安全隱患、外部接口安全隱患。除此之外，電動(dòng)汽車的充電槍與充電樁之間通信接口也存在安全隱患，一旦遭到攻擊，電動(dòng)汽車的能源系統(tǒng)遭到破壞，可能會(huì)帶來(lái)生命危險(xiǎn)。

6 中國(guó)一汽的發(fā)展實(shí)踐與規(guī)劃

為了應(yīng)對(duì)中國(guó)汽車市場(chǎng)出現(xiàn)的一些形勢(shì)和挑戰(zhàn)，一汽集團(tuán)董事王國(guó)強(qiáng)于2021年9月25日召開的2021世界智能網(wǎng)聯(lián)汽車大會(huì)主論壇上發(fā)表了題為“共創(chuàng)智能網(wǎng)聯(lián)汽車新機(jī)遇，引領(lǐng)民族汽車品牌新發(fā)展”的演講。在他看來(lái)，汽車產(chǎn)業(yè)正在經(jīng)歷著百年未有的變局，這種變局可以說(shuō)是“變中生機(jī)，危中育機(jī)”。新形勢(shì)下，中國(guó)一汽將通過(guò)努力，實(shí)現(xiàn)打造世界一流企業(yè)的主體目標(biāo)，開創(chuàng)新時(shí)代中國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的新格局。

在演講的最后，王國(guó)強(qiáng)表示：“心懷國(guó)之大者，以產(chǎn)業(yè)報(bào)國(guó)。一汽集團(tuán)將以工業(yè)強(qiáng)國(guó)為使命，以用戶為中心，以產(chǎn)品為主線，以技術(shù)為關(guān)鍵，以創(chuàng)新為靈魂，奮斗奮進(jìn)，擔(dān)責(zé)有為，打造中國(guó)品牌和大國(guó)名片，為廣大用戶提供美好生活、美妙出行的新體驗(yàn)，為做強(qiáng)做優(yōu)做大新時(shí)代智能網(wǎng)聯(lián)產(chǎn)業(yè)做出我們新的更大的貢獻(xiàn)?！?/p>

智能座艙的變革發(fā)展對(duì)整個(gè)行業(yè)的要求不僅僅是技術(shù)，還有產(chǎn)品、組織、架構(gòu)、管理模式都會(huì)發(fā)生巨大的變化。

在研發(fā)布局方面北京旗偲公司主要研發(fā)座艙和網(wǎng)聯(lián)相關(guān)技術(shù)。長(zhǎng)春本部利用傳統(tǒng)的能力，進(jìn)行產(chǎn)品需求制定及產(chǎn)品集成和測(cè)試。全面布局智能駕駛、智能空間、智能網(wǎng)聯(lián)和智能基礎(chǔ)等相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)品的研發(fā)，并從提升用戶體驗(yàn)的角度設(shè)定了智能網(wǎng)聯(lián)“知你、懂你、融你”的產(chǎn)品發(fā)展目標(biāo)。

在一些不具備能力的關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域，同時(shí)堅(jiān)持開放自主的合作原則，秉承自主、組群、合群的模式，與集團(tuán)內(nèi)外許多企業(yè)建立了多個(gè)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，并逐步與多家創(chuàng)新型企業(yè)簽訂了戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系。

7 結(jié)束語(yǔ)

隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)、科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，使得人們對(duì)于智能汽車的需求越來(lái)越高，為了能夠有效的滿足消費(fèi)者對(duì)汽車的需求，提升消費(fèi)者對(duì)汽車座艙的體驗(yàn)，汽車座艙智能化發(fā)展便成為必然的趨勢(shì)。通過(guò)借助汽車“四化”實(shí)現(xiàn)彎道超車的歷史任務(wù)。

行業(yè)內(nèi)實(shí)現(xiàn)融合、聯(lián)動(dòng)，OEM之間及與科技公司、零部件企業(yè)、政府等合作伙伴，進(jìn)行開放合作。共創(chuàng)、共建、共享將是催動(dòng)汽車座艙智能化發(fā)展的助推劑，國(guó)家對(duì)其發(fā)展的大力支持，通過(guò)建立完善的制度體系以及相應(yīng)的法律法規(guī)，不僅能夠促進(jìn)汽車座艙智能化的發(fā)展，也能夠?yàn)橄M(fèi)者的生命財(cái)產(chǎn)、車輛安全、信息安全、社會(huì)穩(wěn)定發(fā)展提供強(qiáng)有力的保障。

為了緊密跟隨行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，滿足人們對(duì)智能座艙系統(tǒng)的多樣化需求，我們將不斷提升創(chuàng)新能力，通過(guò)實(shí)現(xiàn)軟件功能和系統(tǒng)解耦，以及通過(guò)采用高運(yùn)算力的車載芯片和更先進(jìn)的車載系統(tǒng)對(duì)CAN、ECU等電子器件反饋的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，推進(jìn)智能座艙系統(tǒng)的持續(xù)發(fā)展。