自動(dòng)駕駛與智能座艙的關(guān)系及技術(shù)難點(diǎn)

孟健　王馨　李函遙

摘 要：自從互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)加入到汽車的核心技術(shù)中之后，不僅開(kāi)始引領(lǐng)汽車行業(yè)的變革，更讓汽車從一個(gè)單純的代步工具進(jìn)化成了人們的人生伴侶，汽車從工具到伴侶的身份轉(zhuǎn)變，不僅意味著汽車與用戶之間的關(guān)系變化，更意味著汽車有了與人交流的能力，也就是汽車的智能化程度達(dá)到了更高的級(jí)別，尤其是近年來(lái)，自動(dòng)駕駛汽車的不斷亮相，讓人物對(duì)智能汽車充滿了憧憬和期待，其實(shí)相比難度極高的自動(dòng)駕駛技術(shù)，智能座艙技術(shù)不僅簡(jiǎn)單好實(shí)現(xiàn)，還能為用戶帶來(lái)真正的伴侶級(jí)服務(wù)。目前就用戶對(duì)汽車智能化的體驗(yàn)來(lái)說(shuō)，智能座艙無(wú)疑是現(xiàn)階段用戶可以直接體驗(yàn)的智能服務(wù)，智能座艙也因其強(qiáng)大的商業(yè)落地能力、更強(qiáng)的可自定性，以及更直觀的用戶感受能力，成為了各大車企競(jìng)爭(zhēng)的一大重點(diǎn)領(lǐng)域，因此智能座艙便成了各個(gè)車企的創(chuàng)新點(diǎn)和打造產(chǎn)品差異化的重要手段。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)駕駛 智能座艙 發(fā)展趨勢(shì)

The Relationship between Autopilot and Intelligent Cockpit and the Difficulties of Intelligent Cockpit Technology

Meng Jian，Wang Xin，Li Hanyao

Abstract：Since the internet technology has been added to the core technology of the automobile， it has not only started to lead the transformation of the automobile industry， but also made the automobile evolve from a mere means of transportation into people's life partner. The shift of the car from a tool to a partner means not only a change in the relationship between the car and the user， but also the ability of the car to communicate with people， which means that the car has reached a higher level of intelligence. Especially in recent years， the continuous appearance of self-driving cars has made the characters full of expectations for smart cars. In fact， compared to the extremely difficult self-driving technology， the smart cockpit technology is not only easy to realize， also can bring the true companion level service for the user. At present， as far as the user's intelligent experience of the automobile is concerned， the intelligent cockpit is undoubtedly an intelligent service that the user can experience directly at this stage， and is more intuitive user experience， which has become a major area of competition between the major car companies. So the smart cockpit has become the car companies of innovation and an important means to build their own product differentiation.

Key words：autopilot， intelligent cockpit， development trend

1 引言

汽車從器械到同伴的身份變化，不光意味著汽車與用戶之間的合聯(lián)蛻變，更意味著汽車開(kāi)始有了與人交互的能力。既是汽車的智能化水準(zhǔn)到達(dá)了更高的級(jí)別，也是近年來(lái)，自動(dòng)駕駛汽車的不息亮相，讓人物對(duì)智能汽車充滿了期待和希望。比起難度極高的自動(dòng)駕駛技術(shù)，智能座艙技術(shù)不光更容易實(shí)現(xiàn)，還能為用戶提供與家媲美駕駛體驗(yàn)。

2 智能座艙概念

什么是智能座艙？按照現(xiàn)代電子電器的基本架構(gòu)來(lái)說(shuō)，智能座艙可單純界定為娛樂(lè)領(lǐng)域的電子設(shè)備的軟硬件集成，如汽車的傳統(tǒng)內(nèi)飾座椅、燈光，以及空調(diào)都屬于車身域。智能座艙的發(fā)展已經(jīng)經(jīng)歷了從電子座艙逐漸邁向行車助手的階段。能夠利用語(yǔ)言、動(dòng)作、生物辨識(shí)、多屏互動(dòng)，以及智慧通訊系統(tǒng)等手段實(shí)現(xiàn)人與汽車之間的溝通互動(dòng)，從而完成對(duì)高級(jí)輔助駕駛技術(shù)與系統(tǒng)功能的全面升級(jí)。此外，汽車控制系統(tǒng)也由原來(lái)一個(gè)個(gè)的機(jī)械按鈕轉(zhuǎn)變成了觸摸屏點(diǎn)按式，汽車控制屏除了能自定界面外，還能夠任意縮放大小，而汽車駕駛艙的簡(jiǎn)潔化也成為了智能座艙的趨勢(shì)。

智能座艙的交互分為駕駛員主動(dòng)式交互、車輛建議式交互、車輛主動(dòng)式交互三個(gè)階段。第一階段是由駕駛員主動(dòng)向汽車提供諸如打開(kāi)收音機(jī)、啟動(dòng)空調(diào)等所需數(shù)據(jù)，由汽車進(jìn)行回應(yīng)，并以此滿足駕駛員要求。第二階段是由汽車按照駕駛員的駕駛習(xí)慣或觀察駕駛員駕駛狀況，提供建議性動(dòng)作，并讓駕駛者按照車輛情況做出決定，以便于為駕駛者提供更全面的駕車幫助。而第三階段則是由汽車按照駕駛員的駕駛習(xí)慣或觀察駕駛員駕駛情況，自主進(jìn)行駕車輔助，以便幫助駕駛者更好的駕駛汽車。而現(xiàn)階段的智能座艙，已由第一階段逐漸向第二階段轉(zhuǎn)變。

3 智能座艙的技術(shù)難點(diǎn)

3.1 人機(jī)交互

智能座艙的技術(shù)難點(diǎn)就在于，如何使駕駛員和汽車之間的交互更加流暢且準(zhǔn)確，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是如何使你的汽車更加懂你！最先就拿語(yǔ)音交互來(lái)說(shuō)，在駕駛員下達(dá)語(yǔ)音指令的過(guò)程中，無(wú)法避免的遇到噪音、反響，以及識(shí)別不清等情況，僅是依賴純粹的語(yǔ)音交互做到極致，也只是一個(gè)指哪打哪的機(jī)械，里真正的智能座艙還相距甚遠(yuǎn)。通過(guò)手勢(shì)、眼神、神色乃至是心緒等一系列全部的交互情勢(shì)與語(yǔ)音交互互補(bǔ)，才算到達(dá)“智能”這個(gè)傾向。而想要做到這些，就得保證車內(nèi)的感知系統(tǒng)足夠精準(zhǔn)且流暢。如今座艙內(nèi)都需搭載了不只一個(gè)攝像頭，這些攝像頭主要用于人臉識(shí)別FACE-ID和駕駛員疲勞監(jiān)測(cè)。除了車內(nèi)攝像頭的增加，車內(nèi)麥克風(fēng)的數(shù)量也增加了很多。據(jù)統(tǒng)計(jì)，從2020年到2021年，短短一年時(shí)間里，平均每臺(tái)新車多裝了0.5個(gè)麥克風(fēng)，其實(shí)座艙內(nèi)攝像頭和麥克風(fēng)的增加不僅體現(xiàn)在數(shù)量上，位置和功能也在變化。如果說(shuō)傳統(tǒng)的座艙是以駕駛員為中心，那智能座艙就是逐漸轉(zhuǎn)變成以座艙內(nèi)全員為中心，也是座艙內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)從DMS（駕駛員監(jiān)控系統(tǒng)）向IMS（座艙內(nèi)全員監(jiān)控系統(tǒng)）的發(fā)展。

3.2 芯片——智能座艙的一座大山。

中控大屏、數(shù)字儀表盤(pán)、人臉識(shí)別開(kāi)鎖、語(yǔ)音和手勢(shì)交互、AR導(dǎo)航、流媒體后視鏡、一芯多屏與多屏互融、多媒體娛樂(lè)（音視頻、k歌、游戲等）、汽車監(jiān)測(cè)、dms（駕駛員和座艙監(jiān)測(cè)）、gps/北斗、ota/adas等對(duì)汽車算力提出了更高的要求，車機(jī)芯片也變得尤為重要。相比消費(fèi)類的半導(dǎo)體，車用芯片必須在較為嚴(yán)酷的操作條件下穩(wěn)定工作，其要求也遠(yuǎn)超工業(yè)級(jí)和民用級(jí)芯片，車用芯片的生產(chǎn)需要高于工業(yè)級(jí)晶片和民用型晶片，這反映在環(huán)境溫度適應(yīng)、電路設(shè)計(jì)、材質(zhì)選擇、工藝處理以及系統(tǒng)等方面。

汽車芯片分為功能芯片（MCU）、功率半導(dǎo)體（IGBT）、MOSFET、傳感器及其他，MCU芯片較為短缺。目前存在的主要問(wèn)題是：一是跟消費(fèi)電子芯片相比，汽車芯片技術(shù)上相對(duì)落后。對(duì)于芯片制造商來(lái)說(shuō)，芯片的設(shè)計(jì)、加工和軟件適配都急需突破。二是智能座艙soc芯片（系統(tǒng)性芯片）需要構(gòu)建軟硬件生態(tài)。圍繞芯片的第一層是操作系統(tǒng)，再就是中間件和算法。軟硬件生態(tài)的支撐是智能座艙芯片快速落地的關(guān)鍵。

3.3 智能座艙的5G通訊

5G通信技術(shù)作為新世代的蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)，具有高速率、低延時(shí)、低能耗、大容量及等顯著優(yōu)點(diǎn)，但5G汽車之路有多難，很少被汽車圈外人了解。19年華為推出首款5G芯片，多家車企通過(guò)與華為合作，開(kāi)啟了5G汽車的研發(fā)，然而，時(shí)過(guò)境遷，都知道是好東西，但各大車企當(dāng)中真正落地的很少。主要在于汽車基礎(chǔ)成本的提升和基建不完善，對(duì)現(xiàn)有的汽車體驗(yàn)影響較小，投入產(chǎn)出比低以及車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不完善。

如今全國(guó)累計(jì)建成5G基站超過(guò)100萬(wàn)個(gè)，已覆蓋全國(guó)所有的市級(jí)城市和95%以上的縣城城區(qū)，但是對(duì)于使車輛在行駛過(guò)程中全程處于5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋中來(lái)說(shuō)，基站數(shù)量還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠并且5G+車聯(lián)網(wǎng)的專用頻段也不足。目前，工信部規(guī)劃5905～5925MHz頻段作為基于LTE—V2X技術(shù)的車聯(lián)網(wǎng)直連通信的工作頻段，但是只有20MHz 頻段被規(guī)劃為車聯(lián)網(wǎng)專用頻段，在未來(lái)車聯(lián)網(wǎng)滲透率不斷增加的情況下，頻段資源恐難以滿足實(shí)際應(yīng)用需求。由于諸多環(huán)節(jié)影響5G+車聯(lián)網(wǎng)使用體驗(yàn)和5G+車聯(lián)網(wǎng)的滲透率不足，導(dǎo)致在5G網(wǎng)絡(luò)全面深度覆蓋的基礎(chǔ)上，只有大部分車端支持NR—v2X通信及5G網(wǎng)絡(luò)切片才能實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)“人一車一路一云”車聯(lián)網(wǎng)體系交互的及時(shí)暢通。而且NR—V2x滲透率不足，不能發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)化優(yōu)勢(shì)，跨運(yùn)營(yíng)商互通時(shí)延大也是車輛使用不同通信運(yùn)營(yíng)商的5G網(wǎng)絡(luò)時(shí)，在沒(méi)有互聯(lián)網(wǎng)骨干直聯(lián)點(diǎn)的省份，需要跨省繞轉(zhuǎn)到其他省份進(jìn)行互通，增大業(yè)務(wù)響應(yīng)的時(shí)延，存在安全風(fēng)險(xiǎn)的重要原因。智能座艙的通訊和芯片算力作為實(shí)現(xiàn)推廣應(yīng)用基礎(chǔ)條件，目前來(lái)看還有很多技術(shù)難題需要解決，這些是全車企都需要面對(duì)的通用難題，而此時(shí)人機(jī)交互技術(shù)，涉及車內(nèi)的駕駛體驗(yàn)顯得非常重要。

3.4 基于視覺(jué)的組合儀表功能邏輯設(shè)計(jì)存在缺陷

盡管在將來(lái)智能座艙中必然要建立一個(gè)多模態(tài)的人機(jī)交互系統(tǒng)，但由于視覺(jué)依然是人類獲得信息最快的途徑，因此未來(lái)多模態(tài)人機(jī)交互系統(tǒng)還是將以視覺(jué)為基礎(chǔ)。目前大部分車機(jī)的界面層級(jí)變化多，功能切換操作也需要比較繁瑣的步驟，而這都需要依賴于視覺(jué)，長(zhǎng)時(shí)間的操作影響會(huì)駕駛安全所以車機(jī)需要讓功能切換變得更容易操作，可以迅速完成。因此部分主機(jī)廠選擇了“去APP化”的方式，將一些重要的、使用頻率高的功能以組件的形式放置在首頁(yè)，以此來(lái)減少層級(jí)。然而這種做法并不能從根本上解決問(wèn)題，用戶在開(kāi)車時(shí)還是會(huì)用到許多種功能，將所有功能都放置在首頁(yè)是不切合實(shí)際的，而且這種做法使架構(gòu)變得更加復(fù)雜，用戶操作時(shí)視覺(jué)停留時(shí)間不會(huì)有顯著變化。

4 智能座艙與自動(dòng)駕駛的關(guān)系

關(guān)于自動(dòng)駕駛和智能座艙這兩者的關(guān)系，一直是業(yè)內(nèi)的爭(zhēng)論話題，其實(shí)汽車的自動(dòng)駕駛程度越高，智能座艙所能發(fā)揮的空間也就越大，而且只要駕駛員還需要全神貫注、手握方向盤(pán)、目視前方地開(kāi)車，那智能座艙所能發(fā)揮出的能力就會(huì)受到限制，因此自動(dòng)駕駛是智能座艙的基礎(chǔ)前提，也是自動(dòng)駕駛汽車的核心。

所以智能座艙想要迎來(lái)真正顛覆式的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)汽車變成智能移動(dòng)空間的愿景，大前提是自動(dòng)駕駛已經(jīng)到了很高的程度，而表征則是乘坐舒適性與家媲美、人機(jī)交互體驗(yàn)與消費(fèi)電子相當(dāng)、萬(wàn)物互聯(lián)打通所有智能終端。

4.1 自動(dòng)駕駛前期智能座艙的發(fā)展

4.1.1 AR－HUD技術(shù)

智能座艙在自主駕車發(fā)展前期，還是更側(cè)重于服務(wù)于駕駛者。在開(kāi)車過(guò)程中，駕駛者將會(huì)把很多的注意力耗費(fèi)在辨識(shí)道路、調(diào)節(jié)車輛速度、變更汽車車道等復(fù)雜且要求性非常強(qiáng)烈的動(dòng)態(tài)上。高級(jí)輔助駕車系統(tǒng)的問(wèn)世，接管車輛駕駛動(dòng)態(tài)，能夠有效地降低司機(jī)開(kāi)車壓力。智能座艙的出現(xiàn)，也將有效地補(bǔ)充司機(jī)在駕駛汽車進(jìn)程中的辨識(shí)道路要求，當(dāng)中最常用、而且最具備駕駛技術(shù)感的智能座艙服務(wù)便是AR-HUD抬頭顯示技術(shù)了，通過(guò)清晰的3D影響，把速度、導(dǎo)航等行駛信號(hào)映射在前車窗玻璃上，能夠使司機(jī)在開(kāi)車過(guò)程中大大減少低頭查看上述信號(hào)的次數(shù)，降低了司機(jī)行駛時(shí)精力分散的可能性。另外，AR-HUD科技也將實(shí)現(xiàn)拓展，如將來(lái)電顯示、信息提示利用AR-HUD映射在前車窗玻璃上，使駕駛者一覽無(wú)余，以此增強(qiáng)行車安全。

4.1.2 智能互聯(lián)+語(yǔ)音交互

智能互聯(lián)+語(yǔ)音互動(dòng)也將是自主駕駛前期智能座艙發(fā)展的重要功能，司機(jī)在開(kāi)車過(guò)程中，消息與通話的介入是很常見(jiàn)的，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有消息需要回應(yīng)或有通話需要回應(yīng)時(shí)，拿起手機(jī)啟動(dòng)相應(yīng)功能、查詢消息或通話內(nèi)容、回答相應(yīng)內(nèi)容，整個(gè)流程將是相當(dāng)漫長(zhǎng)，且要耗費(fèi)很多駕駛員的精神，此時(shí)司機(jī)將無(wú)法全身心地投入在觀察路況的動(dòng)作上。而當(dāng)需要開(kāi)啟空調(diào)、打開(kāi)導(dǎo)航、開(kāi)啟收音機(jī)等需求時(shí)，司機(jī)必須通過(guò)去按汽車上的物理按鈕，啟動(dòng)相應(yīng)的功能，一定程度上危害了行車安全。利用語(yǔ)言交互處理相關(guān)內(nèi)容，它能夠有效保證駕駛安全性，使司機(jī)直接，通過(guò)說(shuō)完成一連串的動(dòng)作，大大減少了司機(jī)開(kāi)車過(guò)程中的精力分散，現(xiàn)在這種技術(shù)已經(jīng)在眾多的汽車上獲得了普遍的運(yùn)用，司機(jī)能夠在行駛汽車過(guò)程中，直接利用和汽車助手的互動(dòng)，進(jìn)行通話、查看消息、查詢地圖、收聽(tīng)歌曲等工作。

4.1.3 疲勞監(jiān)測(cè)

長(zhǎng)期的開(kāi)車將使司機(jī)越來(lái)越疲憊，無(wú)法全身心投入到開(kāi)車過(guò)程中，一個(gè)好的開(kāi)車習(xí)慣對(duì)司機(jī)而言是非常關(guān)鍵的，不過(guò)在許多狀況下，司機(jī)很難察覺(jué)到自身開(kāi)車狀況的改變，很易產(chǎn)生疲勞駕駛情況的出現(xiàn)。有助于克服這一問(wèn)題，通過(guò)對(duì)駕駛者臉部、眼睛的跟蹤，能夠?qū)λ緳C(jī)行車狀況做出分析，當(dāng)遇到司機(jī)發(fā)生行車疲勞等狀況時(shí)，進(jìn)行噪聲和震動(dòng)提醒，讓司機(jī)做好休息，保證行車過(guò)程的安全。

4.1.4 指紋、面部解鎖與起動(dòng)

現(xiàn)在如果要駕駛車輛，仍然必須使用鑰匙解鎖車輛。但由于人工智能車輛的誕生，指紋、臉部解鎖起動(dòng)也得以使用，并且通過(guò)在車輛內(nèi)插入的生物數(shù)據(jù)，當(dāng)要使用車輛時(shí)，只需要將生物數(shù)據(jù)輸入，就能夠進(jìn)行使用汽車，使得車輛的可玩性更大。

4.2 自動(dòng)駕駛后期智能座艙的發(fā)展

自動(dòng)駕駛發(fā)展后期，駕駛員雙手解放，智能座艙的應(yīng)用也將出現(xiàn)變化，從以服務(wù)駕駛員為主轉(zhuǎn)變?yōu)榉?wù)乘客為主，從被動(dòng)式互動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)式互動(dòng)，從被動(dòng)輸出轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)輸出，一些類似前文中介紹的。AR-HUD、智慧互聯(lián)+語(yǔ)音交互等用于司機(jī)的功能也將出現(xiàn)很大的變化，成為改善駕駛員乘車感受、豐富乘員駕駛交互、實(shí)現(xiàn)乘員出行娛樂(lè)的一種能力。

屆時(shí)的智能座艙將具有更多可玩性和可自定性，如多屏智能互動(dòng)、屏幕自定義、交互方式多樣化等都可以實(shí)現(xiàn)，自動(dòng)駕駛汽車將作為娛樂(lè)硬件設(shè)施的一部分，游客能夠在自動(dòng)駕駛汽車上使用智能駕駛艙，實(shí)現(xiàn)觀影、購(gòu)物、通話等需求，此時(shí)AR-HUD也會(huì)運(yùn)用于整體車身，游客能夠在使用自動(dòng)駕駛車輛過(guò)程中使用AR-HUD技術(shù)，進(jìn)行全封閉的座艙交互，達(dá)到沉浸式的娛樂(lè)感受。智能互聯(lián)+語(yǔ)音互動(dòng)的功能也顯得更為智能，全息投影技術(shù)也將在自主駕駛車輛上有所運(yùn)用，乘客能夠借助相關(guān)技術(shù)，進(jìn)行汽車人機(jī)交互，實(shí)現(xiàn)智能化乘車體驗(yàn)。

5 智能座艙總結(jié)

智能座艙是繼自動(dòng)駕駛之后可行性最高且最具商業(yè)價(jià)值的發(fā)展方向。目前，智能座艙還處于初級(jí)階段，不過(guò)語(yǔ)言、手勢(shì)人機(jī)交互在智能駕駛艙中已相對(duì)較為完善。未來(lái)汽車智能座艙的發(fā)展趨勢(shì)方向?yàn)槿塑嚮?dòng)智能，其利用語(yǔ)言、手勢(shì)、物聯(lián)網(wǎng)、多屏互動(dòng)以及全息影像科技來(lái)完成，智能座艙將給駕駛員帶來(lái)更快捷，更方便的信息使用與交互方式。

參考文獻(xiàn)：

[1]王韜.汽車智能座艙設(shè)計(jì)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)研究[J].時(shí)代車，2021（23）：158-159. 52-54.

[2]高馳.虹軟科技：智能化變革之下汽車座艙將如何被重新定義？[J].汽車與件，2021（07）：34-35.

[4]]薛楠.新時(shí)代智能座艙面面觀：更舒適、更懂你的人因工程[J].智能網(wǎng)聯(lián)車，2019（05）：90-93.

[5]Cassell J，Pelachaud C，Badler N， Steedman M，Achorn B，Becket T，Douville B，Prevost S and Stone M. 1994. Animated conversation：rule-based generation of facial expression，gesture and spoken into-nation for multiple conversational agents//Proceedings of the 21stAnnual Conference on Computer Graphics and Interactive Tech-niques. New York，USA：ACM：413-420．

[6]李德毅，高洪波.基于駕駛腦的智能駕駛車輛硬件平臺(tái)架構(gòu)[J].Engineering，2018：78-92.