汽車智能座艙發(fā)展趨勢下的機遇和挑戰(zhàn)

回姝 鄭紅麗 顧瑩

（1.中國第一汽車股份有限公司智能網(wǎng)聯(lián)開發(fā)院，長春 130013；2.汽車振動噪聲與安全控制綜合技術(shù)國家重點實驗室，長春 130013）

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

縮略語

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

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

如果將家庭和公司/學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，是當之無愧的移動智能生活空間，或可稱為第三空間。座艙具有私有化、移動性、更加標準化的特點，座艙空間的應用體驗更加受到駕乘人員的重視，能夠使其享受更加美好的生活，在自動駕駛技術(shù)快速發(fā)展、人機交互方式更加智能的未來，智能座艙能夠進一步滿足駕乘人員在出行過程中的多種需求。

針對中國汽車產(chǎn)業(yè)的智能化發(fā)展來看，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，為中國智能汽車產(chǎn)業(yè)的未來發(fā)展指明了方向，智能汽車已成為汽車強國的戰(zhàn)略選擇。

中國汽車品牌該如何抓住機遇，借助智能化的發(fā)展趨勢實現(xiàn)彎道超車，中國品牌又該如何培育出更具國際競爭力的智能汽車品牌，成為了全行業(yè)關(guān)注的焦點。

本文通過對汽車座艙的發(fā)展以及智能座艙的概念進行闡述和分析，同時結(jié)合市場需求、政策導向與新技術(shù)發(fā)展趨勢，對汽車座艙發(fā)展的機遇和挑戰(zhàn)進行分析，進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)革命的浪潮中的應對戰(zhàn)略。

2 智能座艙的發(fā)展歷史

當前，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個維度達成共識，在產(chǎn)品和技術(shù)層面則體現(xiàn)了電動化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化和共享化的發(fā)展趨勢。

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（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，智能座艙系統(tǒng)將從消費者應用場景角度出發(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，更能滿足用戶對座艙智能化、便捷化、網(wǎng)聯(lián)化的新需求。從而給中國汽車市場帶來了一些新的機遇和新的挑戰(zhàn)。

3.1 市場需求

目前國內(nèi)座艙智能配置水平的滲透率約為48.8%，到2025年預計可以超過75%，遠高于全球市場平均水平。

根據(jù)2021年大數(shù)據(jù)調(diào)查顯示（圖2），有60%的用戶認可座艙智能配置的價值，反映出用戶層面的座艙智能配置上升將在未來市場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，隨著消費者需求層次的不斷提升，對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80%的用戶對座艙智能配置表現(xiàn)出了強烈的購買意愿（圖3），其中對信息娛樂系統(tǒng)、HUD、中控智能屏幕的購買意愿相對其它智能產(chǎn)品的呼聲更高，消費者更加習慣于使用智能電子產(chǎn)品，預計未來消費者對手機應用的喜好會遷移到信息娛樂系統(tǒng)上，如導航、音樂、視頻、微信等社交功能軟件。

圖3 終端用戶對智能座艙配置購買意愿[5]

3.2 政策導向

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

法規(guī)的不斷完善也為智能汽車提供了政策支持。當前，在工信部和交通部備案的國家級智能網(wǎng)聯(lián)示范區(qū)多達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。

近年來國家部委出臺了一系列推動汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策（表1），其中政策的重要導向包括了以發(fā)展中國標準智能汽車為方向，以建設(shè)智能汽車強國為目標，以推動產(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，滿足人民日益增長的美好生活需要。

表1 智能汽車相關(guān)國家政策

3.3 技術(shù)驅(qū)動

目前，國內(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，進一步加速了智能座艙系統(tǒng)的演變進程。尤其是車載高精度傳感器、車規(guī)級芯片、智能操作系統(tǒng)、車載智能終端和智能計算平臺研發(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大的技術(shù)支撐。

隨著具有的高可靠、低時延、大帶寬特性的5G通信技術(shù)的應用，5G技術(shù)能實現(xiàn)車與車、車與路、車與人之間的實時通信，是車聯(lián)網(wǎng)的重要通信技術(shù)。5G技術(shù)推動智能網(wǎng)聯(lián)化，為豐富車聯(lián)網(wǎng)應用場景提供了技術(shù)支撐。5G技術(shù)和V2X技術(shù)的融合發(fā)展，不僅可以加強車輛之間進行位置、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、遠程駕駛、編隊行駛技術(shù)研發(fā)與落地實施。

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

圖4 智能座艙系統(tǒng)

硬件驅(qū)動層：傳感器、內(nèi)部存儲器、應用處理器、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)；

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

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

4 智能座艙的技術(shù)趨勢

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。通過不斷的發(fā)展和迭代，智能座艙對駕乘空間進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，以場景為驅(qū)動，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)與應用場景趨勢

智能座艙的主要構(gòu)成包括車載信息娛樂控制系統(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、語音控制系統(tǒng)、駕駛員監(jiān)測系統(tǒng)（圖6）。

圖6 座艙構(gòu)成示例

智能座艙主要的應用場景包括智能座艙通過語音、手勢及其它人機交互模式下的人機共駕；通過車載芯片和車載系統(tǒng)對CAN、ECU等電子器件反饋的數(shù)據(jù)進行計算，掌控汽車行駛狀態(tài)以及各種參數(shù)指標，以適配車輛保持最佳狀態(tài)。

4.2 智能座艙的集成化趨勢

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，實現(xiàn)了產(chǎn)品融合、多屏互動及信息交互，展現(xiàn)了數(shù)字化、集成化和人性化的交互體驗。從更長遠的角度來看，一機多屏、多屏融合和智能控制（語音、觸摸、手勢）是智能座艙的重要技術(shù)發(fā)展趨勢。

4.3 重點技術(shù)現(xiàn)狀及趨勢

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，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發(fā)展的重要趨勢包括如下4點。

（1）屏幕數(shù)量及分辨率水平進一步提升，目前國內(nèi)市場主要為12英寸及1 280×720規(guī)格，一些屏幕已達到1 920×1 080的分辨率，未來50萬像素以下的屏幕將逐步減少至30%以下，而50～100萬像素的屏幕將成為主流配置。

（2）支撐人機共駕場景下的交互感知需求進一步提升，即座艙域控制器所需處理的輸入和輸出數(shù)量、能力需要進一步提高，例如支持語音助手、聲源定位、手勢識別、指紋識別、人臉識別、駕駛員動作識別、全息影像等的數(shù)量和能力將進一步提升。預計到2030年車內(nèi)傳感器數(shù)量達將到11個，麥克風數(shù)量將達到9個、攝像頭數(shù)量將達到8個。

（3）感知算法的應用數(shù)量進一步提升，例如隨著語音、視覺、聲學及多模態(tài)算法的能力提升，使座艙從單幀感知變?yōu)闀r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)學習，從監(jiān)督學習變?yōu)榘氡O(jiān)督學習或自學習。

（4）對主芯片算力要求的進一步提升，隨著全圖監(jiān)測種類、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OTA升級也需要預留一定的算法空間，預計到2025年，對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)展使車輛對芯片的要求越來越高，而現(xiàn)實中，國內(nèi)車規(guī)級芯片產(chǎn)能較少，中國車企進口歐、美、日芯片已經(jīng)超過90%，美國在芯片設(shè)計工具、核心工藝設(shè)備方面具有絕對領(lǐng)先優(yōu)勢。

（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，市場上車規(guī)級操作系統(tǒng)被國外少數(shù)幾家公司壟斷，如QNX、VxWorks、安卓等，未來車規(guī)級國產(chǎn)操作系統(tǒng)量產(chǎn)落地任重道遠。

（3）信息安全的挑戰(zhàn)。隨著車輛連通性功能的極大擴展，導航定位、自動泊車、遠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，也帶來了更多安全隱患，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，電動汽車的能源系統(tǒng)遭到破壞，可能會帶來生命危險。

6 中國一汽的發(fā)展實踐與規(guī)劃

為了應對中國汽車市場出現(xiàn)的一些形勢和挑戰(zhàn)，一汽集團董事王國強于2021年9月25日召開的2021世界智能網(wǎng)聯(lián)汽車大會主論壇上發(fā)表了題為“共創(chuàng)智能網(wǎng)聯(lián)汽車新機遇，引領(lǐng)民族汽車品牌新發(fā)展”的演講。在他看來，汽車產(chǎn)業(yè)正在經(jīng)歷著百年未有的變局，這種變局可以說是“變中生機，危中育機”。新形勢下，中國一汽將通過努力，實現(xiàn)打造世界一流企業(yè)的主體目標，開創(chuàng)新時代中國汽車產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的新格局。

在演講的最后，王國強表示：“心懷國之大者，以產(chǎn)業(yè)報國。一汽集團將以工業(yè)強國為使命，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，擔責有為，打造中國品牌和大國名片，為廣大用戶提供美好生活、美妙出行的新體驗，為做強做優(yōu)做大新時代智能網(wǎng)聯(lián)產(chǎn)業(yè)做出我們新的更大的貢獻?！?/p>

智能座艙的變革發(fā)展對整個行業(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)。長春本部利用傳統(tǒng)的能力，進行產(chǎn)品需求制定及產(chǎn)品集成和測試。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。

在一些不具備能力的關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域，同時堅持開放自主的合作原則，秉承自主、組群、合群的模式，與集團內(nèi)外許多企業(yè)建立了多個創(chuàng)新實驗室，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

隨著市場經(jīng)濟、科學技術(shù)的發(fā)展，使得人們對于智能汽車的需求越來越高，為了能夠有效的滿足消費者對汽車的需求，提升消費者對汽車座艙的體驗，汽車座艙智能化發(fā)展便成為必然的趨勢。通過借助汽車“四化”實現(xiàn)彎道超車的歷史任務。

行業(yè)內(nèi)實現(xiàn)融合、聯(lián)動，OEM之間及與科技公司、零部件企業(yè)、政府等合作伙伴，進行開放合作。共創(chuàng)、共建、共享將是催動汽車座艙智能化發(fā)展的助推劑，國家對其發(fā)展的大力支持，通過建立完善的制度體系以及相應的法律法規(guī)，不僅能夠促進汽車座艙智能化的發(fā)展，也能夠為消費者的生命財產(chǎn)、車輛安全、信息安全、社會穩(wěn)定發(fā)展提供強有力的保障。

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