自動駕駛與智能座艙的關系及技術難點

孟健　王馨　李函遙

摘 要：自從互聯網技術加入到汽車的核心技術中之后，不僅開始引領汽車行業的變革，更讓汽車從一個單純的代步工具進化成了人們的人生伴侶，汽車從工具到伴侶的身份轉變，不僅意味著汽車與用戶之間的關系變化，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到了更高的級別，尤其是近年來，自動駕駛汽車的不斷亮相，讓人物對智能汽車充滿了憧憬和期待，其實相比難度極高的自動駕駛技術，智能座艙技術不僅簡單好實現，還能為用戶帶來真正的伴侶級服務。目前就用戶對汽車智能化的體驗來說，智能座艙無疑是現階段用戶可以直接體驗的智能服務，智能座艙也因其強大的商業落地能力、更強的可自定性，以及更直觀的用戶感受能力，成為了各大車企競爭的一大重點領域，因此智能座艙便成了各個車企的創新點和打造產品差異化的重要手段。

關鍵詞：自動駕駛 智能座艙 發展趨勢

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蛻變，更意味著汽車開始有了與人交互的能力。既是汽車的智能化水準到達了更高的級別，也是近年來，自動駕駛汽車的不息亮相，讓人物對智能汽車充滿了期待和希望。比起難度極高的自動駕駛技術，智能座艙技術不光更容易實現，還能為用戶提供與家媲美駕駛體驗。

2 智能座艙概念

什么是智能座艙？按照現代電子電器的基本架構來說，智能座艙可單純界定為娛樂領域的電子設備的軟硬件集成，如汽車的傳統內飾座椅、燈光，以及空調都屬于車身域。智能座艙的發展已經經歷了從電子座艙逐漸邁向行車助手的階段。能夠利用語言、動作、生物辨識、多屏互動，以及智慧通訊系統等手段實現人與汽車之間的溝通互動，從而完成對高級輔助駕駛技術與系統功能的全面升級。此外，汽車控制系統也由原來一個個的機械按鈕轉變成了觸摸屏點按式，汽車控制屏除了能自定界面外，還能夠任意縮放大小，而汽車駕駛艙的簡潔化也成為了智能座艙的趨勢。

智能座艙的交互分為駕駛員主動式交互、車輛建議式交互、車輛主動式交互三個階段。第一階段是由駕駛員主動向汽車提供諸如打開收音機、啟動空調等所需數據，由汽車進行回應，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慣或觀察駕駛員駕駛狀況，提供建議性動作，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慣或觀察駕駛員駕駛情況，自主進行駕車輔助，以便幫助駕駛者更好的駕駛汽車。而現階段的智能座艙，已由第一階段逐漸向第二階段轉變。

3 智能座艙的技術難點

3.1 人機交互

智能座艙的技術難點就在于，如何使駕駛員和汽車之間的交互更加流暢且準確，簡單來說，就是如何使你的汽車更加懂你！最先就拿語音交互來說，在駕駛員下達語音指令的過程中，無法避免的遇到噪音、反響，以及識別不清等情況，僅是依賴純粹的語音交互做到極致，也只是一個指哪打哪的機械，里真正的智能座艙還相距甚遠。通過手勢、眼神、神色乃至是心緒等一系列全部的交互情勢與語音交互互補，才算到達“智能”這個傾向。而想要做到這些，就得保證車內的感知系統足夠精準且流暢。如今座艙內都需搭載了不只一個攝像頭，這些攝像頭主要用于人臉識別FACE-ID和駕駛員疲勞監測。除了車內攝像頭的增加，車內麥克風的數量也增加了很多。據統計，從2020年到2021年，短短一年時間里，平均每臺新車多裝了0.5個麥克風，其實座艙內攝像頭和麥克風的增加不僅體現在數量上，位置和功能也在變化。如果說傳統的座艙是以駕駛員為中心，那智能座艙就是逐漸轉變成以座艙內全員為中心，也是座艙內監控系統從DMS（駕駛員監控系統）向IMS（座艙內全員監控系統）的發展。

3.2 芯片——智能座艙的一座大山。

中控大屏、數字儀表盤、人臉識別開鎖、語音和手勢交互、AR導航、流媒體后視鏡、一芯多屏與多屏互融、多媒體娛樂（音視頻、k歌、游戲等）、汽車監測、dms（駕駛員和座艙監測）、gps/北斗、ota/adas等對汽車算力提出了更高的要求，車機芯片也變得尤為重要。相比消費類的半導體，車用芯片必須在較為嚴酷的操作條件下穩定工作，其要求也遠超工業級和民用級芯片，車用芯片的生產需要高于工業級晶片和民用型晶片，這反映在環境溫度適應、電路設計、材質選擇、工藝處理以及系統等方面。

汽車芯片分為功能芯片（MCU）、功率半導體（IGBT）、MOSFET、傳感器及其他，MCU芯片較為短缺。目前存在的主要問題是：一是跟消費電子芯片相比，汽車芯片技術上相對落后。對于芯片制造商來說，芯片的設計、加工和軟件適配都急需突破。二是智能座艙soc芯片（系統性芯片）需要構建軟硬件生態。圍繞芯片的第一層是操作系統，再就是中間件和算法。軟硬件生態的支撐是智能座艙芯片快速落地的關鍵。

3.3 智能座艙的5G通訊

5G通信技術作為新世代的蜂窩移動通信技術，具有高速率、低延時、低能耗、大容量及等顯著優點，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，多家車企通過與華為合作，開啟了5G汽車的研發，然而，時過境遷，都知道是好東西，但各大車企當中真正落地的很少。主要在于汽車基礎成本的提升和基建不完善，對現有的汽車體驗影響較小，投入產出比低以及車聯網技術不完善。

如今全國累計建成5G基站超過100萬個，已覆蓋全國所有的市級城市和95%以上的縣城城區，但是對于使車輛在行駛過程中全程處于5G網絡覆蓋中來說，基站數量還是遠遠不夠并且5G+車聯網的專用頻段也不足。目前，工信部規劃5905～5925MHz頻段作為基于LTE—V2X技術的車聯網直連通信的工作頻段，但是只有20MHz 頻段被規劃為車聯網專用頻段，在未來車聯網滲透率不斷增加的情況下，頻段資源恐難以滿足實際應用需求。由于諸多環節影響5G+車聯網使用體驗和5G+車聯網的滲透率不足，導致在5G網絡全面深度覆蓋的基礎上，只有大部分車端支持NR—v2X通信及5G網絡切片才能實現區域內“人一車一路一云”車聯網體系交互的及時暢通。而且NR—V2x滲透率不足，不能發揮網絡化優勢，跨運營商互通時延大也是車輛使用不同通信運營商的5G網絡時，在沒有互聯網骨干直聯點的省份，需要跨省繞轉到其他省份進行互通，增大業務響應的時延，存在安全風險的重要原因。智能座艙的通訊和芯片算力作為實現推廣應用基礎條件，目前來看還有很多技術難題需要解決，這些是全車企都需要面對的通用難題，而此時人機交互技術，涉及車內的駕駛體驗顯得非常重要。

3.4 基于視覺的組合儀表功能邏輯設計存在缺陷

盡管在將來智能座艙中必然要建立一個多模態的人機交互系統，但由于視覺依然是人類獲得信息最快的途徑，因此未來多模態人機交互系統還是將以視覺為基礎。目前大部分車機的界面層級變化多，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，長時間的操作影響會駕駛安全所以車機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，以此來減少層級。然而這種做法并不能從根本上解決問題，用戶在開車時還是會用到許多種功能，將所有功能都放置在首頁是不切合實際的，而且這種做法使架構變得更加復雜，用戶操作時視覺停留時間不會有顯著變化。

4 智能座艙與自動駕駛的關系

關于自動駕駛和智能座艙這兩者的關系，一直是業內的爭論話題，其實汽車的自動駕駛程度越高，智能座艙所能發揮的空間也就越大，而且只要駕駛員還需要全神貫注、手握方向盤、目視前方地開車，那智能座艙所能發揮出的能力就會受到限制，因此自動駕駛是智能座艙的基礎前提，也是自動駕駛汽車的核心。

所以智能座艙想要迎來真正顛覆式的發展，實現汽車變成智能移動空間的愿景，大前提是自動駕駛已經到了很高的程度，而表征則是乘坐舒適性與家媲美、人機交互體驗與消費電子相當、萬物互聯打通所有智能終端。

4.1 自動駕駛前期智能座艙的發展

4.1.1 AR－HUD技術

智能座艙在自主駕車發展前期，還是更側重于服務于駕駛者。在開車過程中，駕駛者將會把很多的注意力耗費在辨識道路、調節車輛速度、變更汽車車道等復雜且要求性非常強烈的動態上。高級輔助駕車系統的問世，接管車輛駕駛動態，能夠有效地降低司機開車壓力。智能座艙的出現，也將有效地補充司機在駕駛汽車進程中的辨識道路要求，當中最常用、而且最具備駕駛技術感的智能座艙服務便是AR-HUD抬頭顯示技術了，通過清晰的3D影響，把速度、導航等行駛信號映射在前車窗玻璃上，能夠使司機在開車過程中大大減少低頭查看上述信號的次數，降低了司機行駛時精力分散的可能性。另外，AR-HUD科技也將實現拓展，如將來電顯示、信息提示利用AR-HUD映射在前車窗玻璃上，使駕駛者一覽無余，以此增強行車安全。

4.1.2 智能互聯+語音交互

智能互聯+語音互動也將是自主駕駛前期智能座艙發展的重要功能，司機在開車過程中，消息與通話的介入是很常見的，當發現有消息需要回應或有通話需要回應時，拿起手機啟動相應功能、查詢消息或通話內容、回答相應內容，整個流程將是相當漫長，且要耗費很多駕駛員的精神，此時司機將無法全身心地投入在觀察路況的動作上。而當需要開啟空調、打開導航、開啟收音機等需求時，司機必須通過去按汽車上的物理按鈕，啟動相應的功能，一定程度上危害了行車安全。利用語言交互處理相關內容，它能夠有效保證駕駛安全性，使司機直接，通過說完成一連串的動作，大大減少了司機開車過程中的精力分散，現在這種技術已經在眾多的汽車上獲得了普遍的運用，司機能夠在行駛汽車過程中，直接利用和汽車助手的互動，進行通話、查看消息、查詢地圖、收聽歌曲等工作。

4.1.3 疲勞監測

長期的開車將使司機越來越疲憊，無法全身心投入到開車過程中，一個好的開車習慣對司機而言是非常關鍵的，不過在許多狀況下，司機很難察覺到自身開車狀況的改變，很易產生疲勞駕駛情況的出現。有助于克服這一問題，通過對駕駛者臉部、眼睛的跟蹤，能夠對司機行車狀況做出分析，當遇到司機發生行車疲勞等狀況時，進行噪聲和震動提醒，讓司機做好休息，保證行車過程的安全。

4.1.4 指紋、面部解鎖與起動

現在如果要駕駛車輛，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、臉部解鎖起動也得以使用，并且通過在車輛內插入的生物數據，當要使用車輛時，只需要將生物數據輸入，就能夠進行使用汽車，使得車輛的可玩性更大。

4.2 自動駕駛后期智能座艙的發展

自動駕駛發展后期，駕駛員雙手解放，智能座艙的應用也將出現變化，從以服務駕駛員為主轉變為服務乘客為主，從被動式互動轉變為主動式互動，從被動輸出轉變為主動輸出，一些類似前文中介紹的。AR-HUD、智慧互聯+語音交互等用于司機的功能也將出現很大的變化，成為改善駕駛員乘車感受、豐富乘員駕駛交互、實現乘員出行娛樂的一種能力。

屆時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、屏幕自定義、交互方式多樣化等都可以實現，自動駕駛汽車將作為娛樂硬件設施的一部分，游客能夠在自動駕駛汽車上使用智能駕駛艙，實現觀影、購物、通話等需求，此時AR-HUD也會運用于整體車身，游客能夠在使用自動駕駛車輛過程中使用AR-HUD技術，進行全封閉的座艙交互，達到沉浸式的娛樂感受。智能互聯+語音互動的功能也顯得更為智能，全息投影技術也將在自主駕駛車輛上有所運用，乘客能夠借助相關技術，進行汽車人機交互，實現智能化乘車體驗。

5 智能座艙總結

智能座艙是繼自動駕駛之后可行性最高且最具商業價值的發展方向。目前，智能座艙還處于初級階段，不過語言、手勢人機交互在智能駕駛艙中已相對較為完善。未來汽車智能座艙的發展趨勢方向為人車互動智能，其利用語言、手勢、物聯網、多屏互動以及全息影像科技來完成，智能座艙將給駕駛員帶來更快捷，更方便的信息使用與交互方式。

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