汽车智能座舱发展现状及未来趋势
文章来源：电动学堂
发布时间：2021-11-30
本文章会根据国内外汽车座舱的发展现状及未来智能座舱可能会存在的关键技术思考座舱发展趋势。
自汽车问世以来，汽车经历了两个时代：机械时代和电气时代。这两个时代的汽车都是以驾驶为主要目的交通工具，汽车内部空间区域主要分为固定的驾驶员位和固定的乘客位。由于近几年自动驾驶、人工智能、5G等尖端科技的兴起，汽车行业也逐渐在汽车上集成了辅助自动驾驶和智能助手等功能，让驾驶变得更加轻松快捷，但人们对于座舱的需求也在随着科技的发展而日益增加。
在未来，全自动驾驶技术将改变传统的驾驶模式。人们将从枯燥的驾驶操作中解脱出来，使得汽车座舱成为人们驾驶、休息、娱乐、工作的地方。这也引发了人们对未来汽车智能座舱能实现什么功能、空间区域该怎样划分、需要什么技术支持的思考。想找到这个问题的答案，首先还得探寻什么才是智能座舱。
接下来文章会根据国内外汽车座舱的发展现状及未来智能座舱可能会存在的关键技术思考座舱发展趋势。
智能座舱是未来汽车重点发展方向之一，也是最能体现智慧汽车价值的一项。目前，国内外多家车厂和供应商已开始布局智能座舱系统。有些车厂和供应商推出了概念级智能座舱，并计划在未来几年内落地量产，如延锋汽车内饰于2017年推出的概念座舱IXM17和华为鸿蒙OS车机操作系统。另外，也有已实现搭载于部分量产车型，如2018年上市的奔驰A级搭载的MBUX系统和今年6月上市的BEIJING-X7的北汽Hi·Me智能健康座舱。北汽、伟世通、延锋、华为等这些行业领先的制造商和供应商对智能座舱的研究，为智能座舱的概念提供了较为明确的认识。
伟世通在CES2020的展会上从四个核心领域向大众展示了下一代数字座舱技术平台。其四个核心分别为：数字仪表和多屏显示模块、座舱域控制器SmartCore、L2+级自动驾驶安全域控制器DriveCore、信息娱乐系统。数字仪表是体现未来智能座舱的关键因素，数字化座舱显示器正变得越来越大功耗也会变得越来越大，伟世通结合OLED显示技术，将多个显示器集成在一块面板上，从而提供了整个系统的无缝且高质量的视觉体验。在不提高功耗的情况下提高了色彩的鲜艳度和亮度，以便显示醒目的安全警报。座舱域控制器SmartCore可通过多个显示器将人机交互界面在不同的位置显示，提供包括数字集群、信息娱乐、后座信息娱乐、环视以及对车厢的感知驾驶员的嗜睡，专心和面部识别的智能功能。
自动驾驶安全域控制器DriveCore整合三块处理器，能分别对图像、激光雷达和最终的决策进行处理。其目的是让更多的软件开发者能摆脱硬件平台的束缚，在此平台进行开发测试与验证，加速自动驾驶的升级。另外该座舱使用了Android信息娱乐解决方案，让移动设备与汽车进行无缝智能投影。
哈曼国际于2020年1月8日发布了哈曼ExP解决方案。
哈曼为北汽新能源ARCFOX αT提供的智能座舱系统基于哈曼智能座舱平台
凭借强大的整合能力，将基于Linux或Android的车载讯息娱乐系统、音响技术、ADAS（高级驾驶辅助系统）和OTA（空中编程技术）融合在一起，打造综合性的智联驾驶平台，该平台提供人脸和自然语音识别等AI功能以提供在线和离线体验。该高级平台支持ADAS功能，可增加与消费者安全相关的驾驶体验。同时具有ASILB的安全关键功能，并已预先集成到数字驾驶舱中。通过融合来自多个摄像机，传感器和显示器的数据启用3D环视、盲区警告、驾驶员睡意警告、驾驶员分心警告、定向传声转弯、乘员监控等功能。
弗吉亚Intuition概念座舱包括了超薄隐形屏幕、智能触摸表面、智能控制系统、车内互联共享系统。该概念座舱的核心操控台和汽车主显示器都装有一块AMOLED屏幕，能为消费者提供绝佳的视觉体验；智能触控表面技术能将电容触摸开关隐藏设计于木材、铝材、纺织物和塑料等材料的表面；Intuition智能控制系统可以让驾驶员的驾驶体验变得更加舒适。当驾驶员需要手动驾驶车辆时可自动调节至驾驶模式，当汽车处于半自动驾驶模式时该控制系统会控制座椅与中央控制台一起向后移动，在保证驾驶员休息娱乐的同时又保证了驾驶员能随时操控中央控制台。同时控制系统会开启按摩、加热、通风等模块让驾驶员得到良好的休息体验。车内互联共享系统能通过中央控制台集成的手机充电接口或蓝牙等连接方式将手机导航信息或其他信息投射到中央显示屏上。
2020年3月，北汽发布Hi·Me智能健康座舱。该智能健康座舱将健康体检、智能语音助手、环境感知技术融为一体。用户可以通过特定的语音指令唤醒智能助手小北，也可通过语音命令让小北操作空调、影音。另外小北也可以调用环境感知系统，将环境温度、空气洁净度、视觉和嗅觉舒适度提供给用户。当检测到车外污染严重时，智能助手小北会将空调切换到内循环模式阻挡车外有害物质，配合CN95级空气滤芯和负离子净化系统使车内空气保持洁净。
2020年6月17日延锋推出概念型款智能座舱XiM21。该智能座舱在为用户提供独特丰富体验的同时，以智能表面、智慧大脑、智慧空间这几个前沿技术阐释了下一代智能座舱所具备的基本能力。XiM21的智慧表面将集成显示、触控反馈、装饰、灯光及传感器等隐藏式功能汇集一体，可以完美的代替现代座舱里的各种机械按钮开关，使车内内饰达到的极简科技感。智慧大脑会通过人们的不断使用学习人们的个性化用车习惯。另外智慧大脑能通过收集天气状况、驾驶员状态及乘客人数等数据自动调节车内温度。智能空间则是XiM21的智能伴侣板可以通过一个双速电机驱动的长滑轨与车内的多排座椅进行互动，同时座椅也可以通过这样一个滑轨进行移动，从而达到柔性的空间配置。当然这些配置都可以根据车主的使用喜好被智慧大脑记录下来，以便日后车主用车时自动调节空间。
2019年8月9日余承东在华为开发者大会上宣布推出华为操作系统——鸿蒙OS。其中鸿蒙OS车机系统是专为CDC智能座舱平台量身打造。华为将基于智能手机芯片+鸿蒙OS，打造智能座舱平台，除了提供娱乐服务，还会将手机和汽车互联后形成“硬件共同体”共享算力，让汽车在受到本身资源限制的情况下通过鸿蒙OS的手机互联实现汽车硬件的附加升级。如系统可以调取华为手机芯片NPU的AI算力和车内摄像头，去实现一些需要神经网络加速的计算机视觉应用，如人脸识别、情绪识别、疲劳检测和车内多模交互等功能。
综上所述，不难看出国内外对智能座舱的探寻还停留在初级阶段。大多数厂家都在向智能助手、智能信息娱乐系统等软件方向上进行探索发展，硬件方面的变动较小。而智能座舱不能只是软件方面的优化扩展，更需要我们摒弃传统的座舱结构。结合自动驾驶技术给座舱赋予一个全新的概念，使座舱能够同时兼顾驾驶和生活让乘员体会到更舒适、更温暖、更有风格的乘车体验。
智能座舱是一个充满无限幻想的空间，每个人都会结合科幻片中炫酷的全息显示、智慧机器人、精细灵巧的机械结构等黑科技去思考未来智能座舱。几乎人人都能描绘出一幅极具未来感的座舱画面：超大屏显示、人工智能助手、多维度调节座椅、可变的座舱结构等等。为实现这些功能以达到未来科技感的程度，需要从以下几方面技术入手并做出不断优化创新。
现在汽车座舱的控制方式大多数都是机械按钮，机械按钮的存在会让按键占用很多不必要的空间，让汽车内饰设计显得笨重、复杂。很多厂商也看重了这一问题，加大了对触控技术的研究，让电阻电容压力触控技术代替传统的机械式按钮。
在座舱内除了一些机械按键被触摸按键代替以外，影音娱乐系统的控制方式也许还需要重新被考虑设计。懒惰是常人的天性，有没有一种不需要触摸但又能以滑动点击的方式去控制影音娱乐系统的方法呢？答案当然是有的，部分厂商也产生了同样的想法，手势控制就是其中之一。欧司朗（Osram）推出了OslonPiccolo紧凑型红外LED，如图1所示，能够封装在小包装内，因而很容易地安装在一个小空间内，适合交互式汽车应用，适用于手势控制功能。虽然手势操作具有一定的便利快捷性，但在实际使用过程中还是存在识别范围小以及一小部分的误识别。手势未来还有待进一步提升。
很多科幻题材的故事里都会涉及人与机器的智能互动，比如《钢铁侠》里，主角钢铁侠可以通过语音的方式给机甲下达命令实现各种信息的收集和战略的判断。目前的技术可以做到大部分语音识别控制，但是对于语义处理的还不是特别的智能，只能回答被训练过的语句。另外，由于机器无法感知人类的情感，人类通过不同的语气说出来的词语机器是无法判断的。
最后，脑电控制技术是一种能让懒惰发挥到极致的控制技术。它可使汽车与用户完全融合，真正做到“心想事成”。最新的科学研究已经做到了可以用脑电识别出人类心理所想的英语，且识别错误率在3%。现在的脑电波识别技术还不够完善需要做皮下移植手术才能实现脑电波识别。诚然，未来在能将脑电识别技术整合至汽车座舱而不需要对人体进行改造还有很长的路要走。
在控制按键方面，智能表面技术能很好地融入不同的触控按键中。这种按键不同于普通机械式按键，智能表面技术是将触摸传感器融合到其他材料表面而成，再加上不同的反馈方式以及自发光的特点，乘客可以在很暗的条件下轻松的完成触控。目前智能表面技术可以融合到金属、塑料、玻璃、皮革和纺织品等材料制成的表面上。智能表面技术在舱门上的应用如图2所示。
几年前，平视显示器已经超越了笨重的控制台内导航装置。如今，一级供应商和汽配制造商已经为汽车市场引入了抬头显示（HUD）系统，该系统可以直接在挡风玻璃上投射速度，指南针方向，警告消息，无线电信息。下一个阶段是引入一个“增强现实”（AR）HUD系统，如图3所示。ARHUD为驾驶员提供了虚拟信息或增强功能，以补充车辆前方视野环境，比如导航线路、行人提示、建筑名称显示等。
图4显示的是音频泡泡技术的使用效果图，其目的是让舱内的人在都去掉耳机束缚的条件下，能享受到属于自己的音频。个人音频泡泡可以将汽车座舱内划分为几个独立的收听区域，每个区域可以听到独立的音频。通过这样的技术驾驶员就可以选择是否想听到其他音区的声音，让驾驶员即使在嘈杂的环境中也能专心驾驶。希望在未来的座舱内，音频泡泡技术会识别乘员的位置，并根据位置动态生成独立音频区域。
安全健康检测系统可通过基于视觉和红外方案实现乘员状态监测。该系统功能包括心率检测、体温监测、呼吸检测、分神预警、疲劳预警、危险驾驶提醒以及情绪识别安抚功能。应具备全天候感知能力，随时随地提供舱内人员的安全健康监测和提醒。
现有的车内互联技术有CAN、LIN、蓝牙、USB等。车内设备多是具有独立功能的ECU，都是基于CAN/LIN技术进行通讯的。但是，随着汽车智能化程度的提高，要用到的传感器和控制器也越来越多。这使得ECU会越来越多，CAN/LIN这两种通信方式已经不满足于低延迟大带宽等通信环境要求。为此需要引入域控制器和以太网，让以太网成为车辆信息交流的高速通道。
智能手机越来越普及，人们对于智能手机的依赖性也越来越强。未来，智能座舱就是人们的“第二部手机”，在乘坐汽车的途中智能手机应该被智能座舱“替代”。人们能在手机上做的事，同样的在智能座舱上也能做。智能手机与智能座舱之间也应建立完美的连接，让手机为智能座舱提供外界消息和处理能力。
在5G大潮来临之际，C-V2X（Cellular-Vehicle-to-every-thing）技术也因5G技术得到了大幅度地提升。C-V2X技术是将信息从车辆传递到可能影响车辆的任何实体是一种车载通信系统，它结合了其他更具体的通信类型，例如V2I（车对基础设施），V2N（车对网络），V2V（车对车辆），V2P（车对行人），V2D（车辆到设备）和V2G（车辆到网格），各种应用场景如图5所示。其主要目的是能让汽车识别其它实体，从而实现各种碰撞预警、道路规划、行驶决策。最有意思的是人们在去往自家车库的过程中，汽车就可以通过该项技术，提前感知到人们是否要用车，从而根据人们的喜好调节相应的个性化配置。
乘客进入座舱前后，汽车可利用视觉与压力传感器采集驾驶员整体身高、各关节尺寸（大、小臂长度，大、小腿长度，髋关节宽度）、整体重量等信息。座椅自动调整自身位姿参数，从而可以适配各种体型的用户，优化其驾驶体验，实现座椅的私人订制的效果。
未来，汽车座舱的空间布置并不会像传统汽车一样只有多排固定的座椅。座椅的各个部分都会集成电机，座椅的底部也将被安装在可移动的电动滑轨上。人们能随意的根据自己的想法将汽车座椅调整至不同的位置或隐藏起来。默认的模式主要包括驾驶模式、会议模式、家庭模式和休息模式。通过改变座椅在座舱里的位置人们可以享受更多灵活且多功能定制空间带来的乐趣。让智能座舱成为随用户个性化使用习惯及多种用车场景给出灵活响应的移动空间。
5G通信、AI、电能存储等新一代技术正在快速发展，这些技术也都逐渐的融入了人们的生活。通过不同的技术融合，汽车自动驾驶技术也因此进入飞速发展时期。虽然目前自动驾驶技术还不能完全解放人们的双手，但在不远的将来，高度智能的自动驾驶技术加上6G或者7G移动通信技术，一定会让汽车座舱发生巨大的变革。座舱将会成为一个集工作学习、休息放松、家庭娱乐一体的第三空间。
一个多功能的计算控制平台。传统的座舱是由多个电子控制单元组成（仪表、HUD、信息娱乐系统等）都是独立存在于座舱内。各个厂家生产的控制单元无法完美的进行通信交流，阻碍了多屏互动模式实现的可能。因此，我们需要将座舱内部的所有控制功能整合起来，设计一款集中式计算平台。由于座舱功能高度集中，座舱计算控制平台能降低成本。
另外，一款统一的座舱计算控制平台能让开发者轻松利用整车的各种资源扩展更多、更智能的应用。一套综合交互控制模式。在整合了整车感知能力的座舱计算控制平台基础上，人们可以通过不同的控制方式与座舱进行互动。这里的控制方式包含了如上文所说的触摸控制、手势控制、语音控制、脑电控制。不管是触摸控制、手势控制，还是语音控制、脑电控制，都存在一定的误判情况。触摸控制需要占用驾驶员手和眼的使用资源，会对使用驾驶模式的人产生驾驶的安全隐患。所以，未来的交互模式必然是多“感官”融合的。综合运用触觉、语音、车内视觉、脑机接口等传感器智能技术，更加精确的提供交互控制。
一个懂你的智能助手。有了座舱计算控制平台和综合交互控制模式，智能座舱需要的“终极”交互方案，应该是车对人主动式交互。即结合车外环境、车内生物识别技术、环境监测、语音识别、AI等多种手段，将车辆打造成为像钢铁侠“贾维斯”这样的人工智能助手，深度学习不同用户的日常习惯，预测他们的需求。这样的智能助手才能全方位提升车主体验。
一个被屏幕包围的环境。现有的屏幕环境包括了中控显示屏、液晶仪表盘、HUD、后座娱乐显示、电子后视镜。但是由于这些显示器独立的放置在座舱里的各种位置，使得座舱内的信息显示被分割，让用户看得眼花缭乱，降低用户信息掌握的效率。在未来屏幕应被各种先进的显示技术所代替，如透明显示玻璃、全息影像、智能表面。先进显示技术让信息显示与座舱环境融为一体，让座舱环境更加简洁，提升用户的视觉体验。
未来汽车座舱需要实现更多功能，其复杂程度也远远大于现今的座舱系统。对于汽车制造商而言，最大的挑战是如何将这么复杂的系统整合在一起，进行技术管控。
一方面，整车制造商应向一级供应商提出一套完整的包括了系统、云端服务、座舱前端等一系列关键技术的方案的需求。让更为专业的供应商提供不同梯度的解决方案；
另一方面，整车制造商可以联合一级供应商、互联网公司、科技公司甚至是移动出行服务商一起，从汽车的设计阶段开始实行共同设计，在多个环节里对关键技术进行整合，使汽车座舱在整体上达到高度的集成。采用早期共同设计的优势就在于客户可以根据自己的个性喜好，从硬件和软件两个方面进行定制，极大地降低客户的成本。
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