汽車智能座艙發展現狀及未來趨勢研究

夏歡 鄭李強 鄭春平 吳隆龍

摘 要：科學技術的發展和新技術的應用，推動汽車產業的深刻變革。汽車從簡單的交通工具變成智能化、網聯化的移動終端。智能座艙作為汽車智能化的重要組成部分，座艙的形態、功能和交互方式等發生巨大變化，成為行業發展的重要方向。目前初步建立了智能座艙的雛形，隨著技術的發展，未來更加具有科技感和智能化的座艙產品將會出現。本文結合汽車智能座艙的發展歷史，分析目前智能座艙的發展現狀和存在的技術問題，預測智能座艙未來的發展趨勢。

關鍵詞：汽車智能座艙 智能化 發展現狀 發展趨勢

Abstract：The development of science and technology and the application of new technologies have promoted profound changes in the automotive industry. The automobile has changed from a simple means of transportation to an intelligent and networked mobile terminal. As an important part of automobile intelligence， the form， function and interaction mode of intelligent cockpit have changed dramatically， which has become an important direction of industry development. At present， the prototype of intelligent cockpit has been initially established. With the development of technology， more scientific and intelligent cockpit products will appear in the future. Based on the development history of automobile intelligent cockpit， this paper analyzes the current development status and existing technical problems of intelligent cockpit， and predicts the future development trend of intelligent cockpit.

Key words：intelligent car cockpit， intelligence， development status， development trend

1 前言

汽車產業的新四化，電動化、網聯化、智能化和共享化，每一項都會給汽車行業帶來新的革命。在汽車“新四化”進程中，上半場電動化已基本完成，進入下半場智能化階段。近年來，新四化已經明顯地改變了汽車座艙的設計和構造。隨著人工智能、物聯網和云計算等技術的不斷應用，汽車正從傳統的代步工具向移動智能終端演變[1]。傳統的汽車座艙相對獨立，各個功能分隔開來，而智能座艙將這些獨立的模塊聯系起來，融合為一個集中式的計算平臺。智能座艙作為人機交互的主要入口，功能越來越豐富，體驗感不斷增強，智能座艙將工作學習、娛樂和休息等功能融為一體，創造出“第三生活空間”。

本文通過對比國內外智能座艙，對智能座艙的發展現狀和未來趨勢進行闡述和分析，根據現在已有的及正在開發的功能技術來預測座艙未來的技術發展趨勢。發展智能座艙應堅持以用戶需求為中心，以場景為驅動，滿足用戶不斷進化的需求。

2 智能座艙的發展現狀

2.1 汽車座艙發展的階段劃分

汽車座艙的發展大致經歷了機械式、電子化和智能化三個階段[2]，如表1所示。智能座艙是在傳統汽車座艙的基礎上不斷進化而來，具有更智能、更舒適，更能夠洞察和滿足用戶需求的特征。這類型的座艙擁有先進的智能技術，比如AR-HUD、ADAS、語音或者手勢交互等，全面提升了用戶的使用體驗[3]。

2.2 國內外智能座艙研究

智能座艙是直接與用戶交互的平臺，與用戶的體驗密切相關，是汽車行業未來重點發展的方向之一。IHS Markit預測2021年我國智能座艙對新車的滲透率約為50%，到2025年將超過75%。國內外許多車企和供應商已經在智能座艙領域深入布局，概念級和量產的智能座艙產品相繼推出。

偉世通的智能座艙包括四個核心：多屏顯示和數字儀表、座艙域控制器、自動駕駛安全域控制器和信息娛樂系統[4]。偉世通將多個顯示器集成在一塊面板上，該設計帶來了無縫且高質量的視覺體驗。哈曼國際將ADAS、OTA、音響技術和車載信息娛樂系統進行融合，推出綜合性的智能駕駛平臺[5]。弗吉亞推出的概念座艙采用智能觸控表面技術，座艙將電容觸摸開關內置于材料的表面，使汽車內飾具有極簡的科技感。座艙主顯示器屏幕采用AMOLED，視覺效果極好。該座艙還采用了超薄隱形屏幕和車內互聯共享系統[6]。

北汽將智能語音助手、環境感知和健康檢測技術結合使用，推出Hi·Me智能健康座艙[7]。語音助手不僅能控制影音和空調，還能通過它調用環境感知系統，將環境參數提供給用戶。華為專為智能座艙打造了HarmonyOS智能座艙系統，該系統打造了一個將多種智能終端互聯互通的互聯世界。比如，通過搭載HarmonyOS的手機與車機中控屏能夠實現“一碰傳”功能，將手機上的地點發送到車機端，直接開啟導航。恒馳5量產車采用高通第三代驍龍數字座艙平臺，可以實現多感官人機交互，如語音交互和人臉識別。三聯屏支持多應用同步顯示，后續可通過OTA升級實現手勢識別功能。人性化AI智能助理小馳，應用百度AI語音，當駕駛員疲勞時會立即發出警示。吉利汽車積極布局智能座艙領域，自主研發新一代座艙操作系統One OS，同時聯合華為鴻蒙打造“超電數智座艙”。吉利將電子架構從分布式控制的GEEA1.0升級到功能域集中GEEA2.0，匹配高通8155車機芯片，后續可通過OTA對智能座艙進行升級。

3 智能座艙的功能技術

智能座艙的系統架構主要分為三層：硬件驅動層、操作系統層和應用層[8]。智能座艙系統是由車載信息娛樂系統、智能空調系統、車聯網系統、感知交互系統、聲光系統等各種電子設備組成的一套復雜系統。從使用的角度來看，智能座艙實現的功能一般有兩大類：娛樂功能和實用功能。本文從五個方面對智能座艙的功能技術進行介紹。

3.1 娛樂功能技術

在娛樂休閑方面，智能座艙不僅具備音樂播放功能和視頻播放功能，更重要的是在原有座艙的基礎上對這些功能進行擴展。比如新能源汽車品牌ARCFOX αT，其智能座艙的音樂播放功能除了電臺、藍牙、USB等傳統功能外，還能接入多種生活、有聲、音樂類APP。這些APP切換自然，用戶在使用時可以隨時“聽我想聽”[9]。寶馬汽車在座椅上采用“BMW Sound Curtain”技術，該技術能夠分區控制音樂，給不同位置的乘客播放不同的音樂且互不影響。極氪009擁有MPV數字電視生態，包含15.6英寸中央吸頂屏，可實現5擋角度調節；內容豐富，同時支持無線投屏。

3.2 語音交互功能

2020年搭載自然語音識別的智能座艙大約為67%，預計2024年可達84%。語音交互方便自然，將成為未來最主要的交互方式。語音交互一般通過車載語音助手來執行相關指令，用戶在車內可以通過觸摸、物理按鍵或者語音的方式喚出語音助手，實現對話控制。

蔚來的Nomi集成了語音交互系統和智能情感引擎，讓車變成一個有生命的有機體。小鵬P7的語音反應速度較快，識別率也較高，在體驗上居于第一梯隊。它能夠實現一系列的高階語音交互，比如多輪對話、免喚醒詞、上下文理解、語義打斷、可見即可說等等。理想ONE的音區鎖定和跨音區連續對話功能，充分考慮了車內多人交流的復雜場景，尤其是兒童用戶在語音交互上的便利性。在交互方面，全新一代奔馳S級搭載了MBUX智能感應助手，除了基礎的語音交互能力外，通過語音與硬件的融合來營造沉浸式的互動體驗。語音+氛圍燈+四音區交互，使得在主駕、副駕、后排分別發出語音指令時，對應座椅旁邊的氛圍燈會閃爍，通過呼吸的效果來回應。威馬W6的智能語音助手沒有設置擬人化的虛擬形象，在靜態和動態場景下，無論是安靜時刻還是嘈雜環境，語音識別的準確率都能達到近乎100%，甚至在風噪和高路噪的水平下語音喚醒率也可以達到90%。

3.3 基于視覺感知的智能交互

視覺信息是重要的信息來源，具有重要的價值。基于視覺感知的手勢交互將會在智能座艙中得到更多的應用。手勢交互通過駕駛員的潛意識動作來實現命令的操作，可以避免因為按鍵或者觸控的方式打斷當前的操作行為，交互更加人性化。手勢交互目前多出現在一些概念車上，例如梅賽德斯奔馳的概念車F015 Luxury in Motion、起亞的概念車HabaNiro、大眾的概念車Golf-E Touch等。寶馬已經實現該功能的量產化，如最新一代寶馬7系、5系等。長安UNI-K在智能座艙的功能設計上，引入了動態手勢識別技術，通過不同的手勢形狀實現接打電話、調節音量和歌曲選擇等操作。對于副駕駛或后排的乘客，利用手勢交互控制功能不再受距離的限制，極大地提高了用戶體驗。

3.4 智能座椅功能

座椅是智能座艙的重要組成部分，因此座椅智能化同樣重要。比如駕駛員在上、下車時座椅會自動向后調整一定距離；坐好后，座椅自動前移，方便駕駛員操控汽車。座椅還能夠自動調整位姿參數，以適配各種體型的用戶。座椅還可以具備按摩、加熱和通風的功能，這對于緩解用戶的駕駛疲勞非常有效。

在座椅空間布置方面，未來的智能座椅應滿足用戶個性化調整座椅位置的需求。人們能根據自己的想法將汽車座椅調整至不同的位置或隱藏起來，為智能座艙轉變為多種用車場景、靈活個性化的移動空間提供了基礎。

3.5 安全功能技術

智能座艙不僅要具備娛樂和實用功能，同時還應保證用戶的人身安全和信息安全。智能座艙在駕駛員安全監測方面主要使用攝像頭來獲取信息。ARCFOX αT智能座艙在攝像頭檢測到用戶疲勞駕駛時發出警告。ADAS高級駕駛輔助系統幫助智能座艙形成360°環視監控系統，讓駕駛員在狹窄路況時也能安心駕駛，在停車、倒車時更輕松。日產智能座艙中運用的Invisible-to-Visible（I2V）技術不僅可以顯示周邊環境，也可以和云端的相關信息相結合，追蹤周圍環境，甚至預測未來駕駛途中會發生的狀況[10]。安全警示功能可以通過視覺或者聽覺進行，視覺上可以通過氛圍燈實現提醒。利用座艙與可穿戴設備等智能硬件的互聯互通，也能讓座艙系統時刻監測用戶的健康信息，在必要時主動給出預警和服務。

智能座艙與人交互時需要采集人臉信息、指紋信息和身份信息等數據，因而存在著個人信息泄漏的風險[11]。工信部發布了《智能網聯汽車生產企業及產品準入管理指南（試行）》，對智能網聯汽車網絡安全作出了多項要求。汽車企業應把保護用戶的信息安全放在重要位置，將信息安全理念融入汽車的設計之中。

綜上所述，當前階段智能座艙的發展表現出屏幕顯示的多元化、科技配置豐富化、車聯網內容和服務的豐富化、平臺強大化、交互多模化、場景情感化、生態開放化及持續迭代升級的趨勢。

4 智能座艙的發展趨勢

智能座艙演進的過程可以分為三個階段：（1）傳統座艙電子（分散式模塊）；（2）智能座艙（中控平臺、液晶儀表等系統集成）；（3）未來座艙（與智能駕駛、V2X等集成）。隨著智能網聯化程度的快速提升，目前第二階段進入普及期，第三階段已經進入導入期。本文從以下五個方面對智能座艙的發展趨勢進行闡釋。

4.1 智能座艙的集成化趨勢

在傳統汽車座艙中，儀表組、IVI和HUD等配置都是由獨立的電子控制單元（ECU）進行操控。各個控制單元不能良好地進行通信，因此需要設計一種集中式的計算平臺。該平臺不僅能夠降低成本，還能讓開發者利用整車的資源進行更多應用的開發。在智能座艙的一體化車載硬件上，不需要每個功能實體由真實的硬件承載，只需要在車載主芯片上進行虛擬化的軟件配置，形成多個虛擬機。在每個虛擬機上運行相應的軟件實例，即可實現儀表、中控和HUD等各種功能實體，從某種意義上就是實現了軟件定義汽車[12]。這種方式能夠打破硬件隔離的限制，取代傳統單芯單屏的設計，實現一芯多屏的功能[13]。

4.2 輸入形式發展趨勢

在輸入形式上，實體按鍵會大幅簡化，語音和手勢交互方式會被廣泛應用，有可能會出現眼動交互方式。語音控制在未來可以通過聲紋識別用戶身份和情緒，提供更加便捷化和人性化的服務。座艙內還可以加入面部識別功能，通過識別不同的人提供對應的服務。當前的語音識別技術已經達到了比較成熟的階段，但是當前智能座艙的語音交互功能在人與車輛進行持續的、自然的對話方面仍有待提高。未來智能座艙的語音交互系統能夠自學習用戶的交流方式和習慣用語，甚至能夠識別用戶方言。

4.3 輸出形式發展趨勢

從現有的智能座艙發展趨勢來看，屏幕顯示尺寸趨于變大，同時多屏顯示也成為趨勢，屏幕數量、分辨率水平和尺寸進一步提升，大屏化、多屏化趨勢顯著[14]。多功能性在座艙設計中將得到更多的應用。比如，車窗既可以遮風擋雨，又可以作為顯示信息的載體。

未來，智能座艙內部的屏幕將會被無屏幕載體替代，比如：利用眼動交互方式，通過計算機技術對相機拍攝的人眼圖像進行實時計算，得到視線注視方向和位置，將信息呈現在視線范圍內，呈現的方式可以是全息影像、智能玻璃、智能表面、AR-HUD（增強現實）等[15]。

4.4 與智能駕駛技術結合

智能駕駛是汽車智能化的重要發展方向，智能駕駛與智能座艙的結合是未來汽車發展的一個方向。隨著智能駕駛等級的提高，對智能座艙的設計及用戶對于座艙的需求也在發生改變。汽車的智能駕駛功能需要為其提供重要的控車信息和環境感知信息，完成對駕駛艙內人員的狀態及情緒的感知[16]。汽車智能座艙未來設計應關注用戶對于智能駕駛的功能需求，比如泊車、巡航和車輛進出車庫等。

4.5 構建用戶使用場景

智能座艙不是智能化技術的簡單拼湊在一起，而是從用戶的實際出發、從實際的應用場景出發來設計各個功能，以此達到各種功能的相互融合，更好地提升用戶使用的舒適度和便捷性。比如在會議模式時，智能座艙會變成一個小型的“私密會議室”，會議視頻會投射到車內的屏幕上，同時會議的聲音也同步到座椅內置音箱；在休閑模式時，方向盤可以收進去，座椅后移延展變成躺椅形式；在駕駛模式時，用戶可以得到關于這個目的地的一些基礎信息，如旅游景點、風土人情介紹等以及景點門票的購買等。變被動服務為主動服務，讓用戶體驗到更加方便快捷的智能座艙服務，從而滿足用戶的各類需求[17]。

5 結語

本文通過對汽車智能座艙發展現狀的分析，結合當下汽車行業的結構和未來消費者的需求，提出關于未來汽車智能座艙的發展趨勢。這些思考將有助于設計出更加智能、更有深度和更具創新性的智能座艙產品。通過與智能網聯的融合，智能座艙通過語音、手勢、生物識別等多種交互方式，為用戶提供更加高效、便捷的體驗，滿足多種使用需求。汽車智能座艙必然將成為汽車智能化的一個重要競爭領域和創新戰場，智能座艙產品會擁有更加廣闊的發展空間。

參考文獻：

[1]馮遠洋，孫銳，王洪艷，等.汽車智能座艙發展現狀及未來趨勢[J].汽車實用技術，2021，46（17）：6.

[2]劉毅剛. 智能座艙趨勢研究[J]. 廣東化工，2019，46（8）：128-130.

[3]王鐳，郝斌，李亞楠. 智能座艙的發展現狀和未來趨勢分析[J]. 汽車知識，2021（6）： 16-19.

[4]佚名. 偉世通專注座艙電子和自動駕駛技術升級[J]. 汽車與配件，2019（09）： 49.

[5]佚名. 哈曼正式向長城汽車交付全新車載信息娛樂系統[J]. 汽車與配件，2019（15）： 19.

[6]佚名. 佛吉亞將攜“未來座艙”亮相2020國際消費電子產品展[J]. 汽車與新動力，2019，2（06）：4.

[7]佚名. 北京汽車發布智能健康座艙[J]. 機器人技術與應用，2020（02）：13.

[8]回姝，鄭紅麗，顧瑩.汽車智能座艙發展趨勢下的機遇和挑戰[J].2022（05）： 7-11.

[9]杜莎.發揮軟硬集成能力，哈曼助力ARCFOX αT打造智能座艙[J]. 汽車與配件，2020（19）：49-51.

[10]郭子衡. 智能車載駕駛員行為識別研究[D]. 南京： 東南大學，2019.

[11]陳海峰. 智能座艙：帶來不一樣的用車體驗[J]. 上海信息化，2020（10）：41-44.

[12]奚美麗，張遠駿. 自動駕駛操作系統現狀與發展趨勢[J]，汽車與配件，2021（12）： 64-71.

[13]劉涵昱，時瑞浩，蔣建輝. 5G通信時代汽車智能座艙發展趨勢探討[J]. 廣東交通職業技術學院學報，2021，20（01）： 33-37.

[14]郁淑聰，孟健，張渤. 淺談汽車智能座艙發展現狀及未來趨勢[J]. 時代汽車，2021（5）：10-11.

[15]杜莎，高馳. 對話佛吉亞未來座艙中國區業務負責人王佳棟：系統供應商如何將“智能座艙”產業化進行到底[J]. 汽車與配件，2020（15）： 34-37.

[16]閔志剛. 基于智能駕駛需求的汽車智能座艙設計發展現狀及未來趨勢探究[J]，時代汽車，2022（15）： 127-129.

[17]陸競璇.汽車方向盤造型設計互動性研究[D].長春：吉林大學，2020.