汽车智能座舱发展趋势下的机遇和挑战

回姝 郑红丽 顾莹

（1.中国第一汽车股份有限公司智能网联开发院，长春 130013；2.汽车振动噪声与安全控制综合技术国家重点实验室，长春 130013）

主题词：智能座舱 操作系统 网联化 智能化

缩略语

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

当下汽车产业已经形成了一种共识，即以电动化为基础、网联化为条件、智能化为关键、共享化为趋势的汽车“四化”新时代已经到来。尤其在智能领域，伴随人工智能、大数据、物联网、云计算技术的快速发展，汽车不单单是以往认知的交通工具，还是智能化、网联化的移动终端。

如果将家庭和公司/学校作为人们生活的第一和第二空间，车辆作为连接其间的纽带，是当之无愧的移动智能生活空间，或可称为第三空间。座舱具有私有化、移动性、更加标准化的特点，座舱空间的应用体验更加受到驾乘人员的重视，能够使其享受更加美好的生活，在自动驾驶技术快速发展、人机交互方式更加智能的未来，智能座舱能够进一步满足驾乘人员在出行过程中的多种需求。

针对中国汽车产业的智能化发展来看，2020年2月，发改委、工信部等11部委联合印发《智能汽车创新发展战略》文件，为中国智能汽车产业的未来发展指明了方向，智能汽车已成为汽车强国的战略选择。

中国汽车品牌该如何抓住机遇，借助智能化的发展趋势实现弯道超车，中国品牌又该如何培育出更具国际竞争力的智能汽车品牌，成为了全行业关注的焦点。

本文通过对汽车座舱的发展以及智能座舱的概念进行阐述和分析，同时结合市场需求、政策导向与新技术发展趋势，对汽车座舱发展的机遇和挑战进行分析，进而提出一汽座舱系统满足智能座舱操作系统发展趋势的规划，探讨了在新一轮科技和产业革命的浪潮中的应对战略。

2 智能座舱的发展历史

当前，汽车产业正在经历着百年未有的大变局。全球汽车产业已经在节能、绿色、安全、环保和可持续发展这5个维度达成共识，在产品和技术层面则体现了电动化、智能化、网联化和共享化的发展趋势。

纵观汽车产业的发展历史与汽车产品的演化历程，可以看到，汽车座舱将沿着“本地化-网联化-智能化”不断升级（图1）。

图1 智能座舱产品发展历程[3]

3 智能座舱的发展机遇

智能座舱的发展体现了拥抱汽车行业发展新兴技术的趋势，智能座舱系统将从消费者应用场景角度出发构建更为友好的HMI体系，智能座舱作为人们生活的第三空间，更能满足用户对座舱智能化、便捷化、网联化的新需求。从而给中国汽车市场带来了一些新的机遇和新的挑战。

3.1 市场需求

目前国内座舱智能配置水平的渗透率约为48.8%，到2025年预计可以超过75%，远高于全球市场平均水平。

根据2021年大数据调查显示（图2），有60%的用户认可座舱智能配置的价值，反映出用户层面的座舱智能配置上升将在未来市场占有率的提高中起到关键作用。

图2 新车智能座舱科技装配率[5]

近几年来，随着消费者需求层次的不断提升，对汽车的需求也从单一的出行工具逐步转变为生活中的“第三空间”。调查中显示超过80%的用户对座舱智能配置表现出了强烈的购买意愿（图3），其中对信息娱乐系统、HUD、中控智能屏幕的购买意愿相对其它智能产品的呼声更高，消费者更加习惯于使用智能电子产品，预计未来消费者对手机应用的喜好会迁移到信息娱乐系统上，如导航、音乐、视频、微信等社交功能软件。

图3 终端用户对智能座舱配置购买意愿[5]

3.2 政策导向

智能汽车的发展离不开国家相关政策的支持和指导。在2020年2月，国家11部委联合出台了《智能汽车创新发展战略》，意味着智能汽车产业将在中国获得高速发展的重大机遇。

法规的不断完善也为智能汽车提供了政策支持。当前，在工信部和交通部备案的国家级智能网联示范区多达16处，各省市高质量发展的意愿为智能汽车发展提供了政策环境支持。

近年来国家部委出台了一系列推动汽车产业发展的政策（表1），其中政策的重要导向包括了以发展中国标准智能汽车为方向，以建设智能汽车强国为目标，以推动产业融合发展为途径，开创新模式，培育新业态，提升产业基础能力和产业链水平，满足人民日益增长的美好生活需要。

表1 智能汽车相关国家政策

3.3 技术驱动

目前，国内较高的汽车保有量和较高的智能座舱配置率，将结合日新月异的科技以及与传统产业的创新融合发展，进一步加速了智能座舱系统的演变进程。尤其是车载高精度传感器、车规级芯片、智能操作系统、车载智能终端和智能计算平台研发与产业化的快速发展，为智能座舱系统的快速迭代提供了强大的技术支撑。

随着具有的高可靠、低时延、大带宽特性的5G通信技术的应用，5G技术能实现车与车、车与路、车与人之间的实时通信，是车联网的重要通信技术。5G技术推动智能网联化，为丰富车联网应用场景提供了技术支撑。5G技术和V2X技术的融合发展，不仅可以加强车辆之间进行位置、速度、驾驶方向和驾驶意图的交流，还可以用在道路环境感知、远程驾驶、编队行驶技术研发与落地实施。

智能座舱系统构架主要分为3层：硬件驱动层、操作系统层、应用层（图4）。

图4 智能座舱系统

硬件驱动层：传感器、内部存储器、应用处理器、主芯片、BT/WiFi模组，示例如图5；

图5 硬件方案示例

操作系统层：仪表Linux系统，中控Android系统；

应用层：系统接口、本地应用、网联应用、UI/UE。

以上技术的实现和前景都为智能座舱系统的发展打下了坚实的基础。

4 智能座舱的技术趋势

智能座舱指智能化和网联化技术，及硬件和软件的集合。通过不断的发展和迭代，智能座舱对驾乘空间进行智慧感知和智能决策。智能座舱正朝着以驾乘需求、用户情感为中心，以场景为驱动，满足驾乘人员不同需求的方向发展。

4.1 智能座舱的结构与应用场景趋势

智能座舱的主要构成包括车载信息娱乐控制系统、仪表显示系统、中控屏幕、乘客屏幕、后排屏幕、抬头显示、流媒体后视镜、语音控制系统、驾驶员监测系统（图6）。

图6 座舱构成示例

智能座舱主要的应用场景包括智能座舱通过语音、手势及其它人机交互模式下的人机共驾；通过车载芯片和车载系统对CAN、ECU等电子器件反馈的数据进行计算，掌控汽车行驶状态以及各种参数指标，以适配车辆保持最佳状态。

4.2 智能座舱的集成化趋势

随着汽车电子化程度的提高，集成了中控屏、液晶仪表、抬头显示和后座娱乐的多屏融合智能座舱打破不同系统之间的技术壁垒，实现了产品融合、多屏互动及信息交互，展现了数字化、集成化和人性化的交互体验。从更长远的角度来看，一机多屏、多屏融合和智能控制（语音、触摸、手势）是智能座舱的重要技术发展趋势。

4.3 重点技术现状及趋势

随着汽车E/E架构硬件由分布式向域控制-中央集中式不断升级，座舱域控制器的重要性凸显，而座舱域作为交互的核心和智能驾驶域之间的纽带，是体现和提升驾乘感受的重要组成部分，而座舱域控制器未来发展的重要趋势包括如下4点。

（1）屏幕数量及分辨率水平进一步提升，目前国内市场主要为12英寸及1 280×720规格，一些屏幕已达到1 920×1 080的分辨率，未来50万像素以下的屏幕将逐步减少至30%以下，而50～100万像素的屏幕将成为主流配置。

（2）支撑人机共驾场景下的交互感知需求进一步提升，即座舱域控制器所需处理的输入和输出数量、能力需要进一步提高，例如支持语音助手、声源定位、手势识别、指纹识别、人脸识别、驾驶员动作识别、全息影像等的数量和能力将进一步提升。预计到2030年车内传感器数量达将到11个，麦克风数量将达到9个、摄像头数量将达到8个。

（3）感知算法的应用数量进一步提升，例如随着语音、视觉、声学及多模态算法的能力提升，使座舱从单帧感知变为时序感知，从平面感知变为立体建模，从单模态变为多模态学习，从监督学习变为半监督学习或自学习。

（4）对主芯片算力要求的进一步提升，随着全图监测种类、分辨率的提升、多模ASR路数、摄像头数量的增加，要求主芯片算力大幅提升，同时OTA升级也需要预留一定的算法空间，预计到2025年，对主芯片的算力要求至少在80 kDMIPS以上。

5 智能座舱系统发展面临的挑战

智能座舱作为智能网联汽车发展的核心面临这3大挑战。

（1）芯片挑战。智能网联汽车的蓬勃发展使车辆对芯片的要求越来越高，而现实中，国内车规级芯片产能较少，中国车企进口欧、美、日芯片已经超过90%，美国在芯片设计工具、核心工艺设备方面具有绝对领先优势。

（2）操作系统挑战。操作系统是智能汽车的底层根基，具有重要地位。目前，市场上车规级操作系统被国外少数几家公司垄断，如QNX、VxWorks、安卓等，未来车规级国产操作系统量产落地任重道远。

（3）信息安全的挑战。随着车辆连通性功能的极大扩展，导航定位、自动泊车、远程控制和诊断功能已逐渐成为汽车的基本配置，这些功能带给用户极大便利的同时，也带来了更多安全隐患，包括云端层安全隐患、网络传输层安全隐患、车载通信层安全隐患、外部接口安全隐患。除此之外，电动汽车的充电枪与充电桩之间通信接口也存在安全隐患，一旦遭到攻击，电动汽车的能源系统遭到破坏，可能会带来生命危险。

6 中国一汽的发展实践与规划

为了应对中国汽车市场出现的一些形势和挑战，一汽集团董事王国强于2021年9月25日召开的2021世界智能网联汽车大会主论坛上发表了题为“共创智能网联汽车新机遇，引领民族汽车品牌新发展”的演讲。在他看来，汽车产业正在经历着百年未有的变局，这种变局可以说是“变中生机，危中育机”。新形势下，中国一汽将通过努力，实现打造世界一流企业的主体目标，开创新时代中国汽车产业转型发展的新格局。

在演讲的最后，王国强表示：“心怀国之大者，以产业报国。一汽集团将以工业强国为使命，以用户为中心，以产品为主线，以技术为关键，以创新为灵魂，奋斗奋进，担责有为，打造中国品牌和大国名片，为广大用户提供美好生活、美妙出行的新体验，为做强做优做大新时代智能网联产业做出我们新的更大的贡献。”

智能座舱的变革发展对整个行业的要求不仅仅是技术，还有产品、组织、架构、管理模式都会发生巨大的变化。

在研发布局方面北京旗偲公司主要研发座舱和网联相关技术。长春本部利用传统的能力，进行产品需求制定及产品集成和测试。全面布局智能驾驶、智能空间、智能网联和智能基础等相关技术和产品的研发，并从提升用户体验的角度设定了智能网联“知你、懂你、融你”的产品发展目标。

在一些不具备能力的关键技术领域，同时坚持开放自主的合作原则，秉承自主、组群、合群的模式，与集团内外许多企业建立了多个创新实验室，并逐步与多家创新型企业签订了战略合作伙伴关系。

7 结束语

随着市场经济、科学技术的发展，使得人们对于智能汽车的需求越来越高，为了能够有效的满足消费者对汽车的需求，提升消费者对汽车座舱的体验，汽车座舱智能化发展便成为必然的趋势。通过借助汽车“四化”实现弯道超车的历史任务。

行业内实现融合、联动，OEM之间及与科技公司、零部件企业、政府等合作伙伴，进行开放合作。共创、共建、共享将是催动汽车座舱智能化发展的助推剂，国家对其发展的大力支持，通过建立完善的制度体系以及相应的法律法规，不仅能够促进汽车座舱智能化的发展，也能够为消费者的生命财产、车辆安全、信息安全、社会稳定发展提供强有力的保障。

为了紧密跟随行业发展趋势，满足人们对智能座舱系统的多样化需求，我们将不断提升创新能力，通过实现软件功能和系统解耦，以及通过采用高运算力的车载芯片和更先进的车载系统对CAN、ECU等电子器件反馈的数据进行计算，推进智能座舱系统的持续发展。