汽車智能座艙發(fā)展現(xiàn)狀及未來(lái)趨勢(shì)研究

夏歡 鄭李強(qiáng) 鄭春平 吳隆龍

摘 要：科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和新技術(shù)的應(yīng)用，推動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的深刻變革。汽車從簡(jiǎn)單的交通工具變成智能化、網(wǎng)聯(lián)化的移動(dòng)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(tài)、功能和交互方式等發(fā)生巨大變化，成為行業(yè)發(fā)展的重要方向。目前初步建立了智能座艙的雛形，隨著技術(shù)的發(fā)展，未來(lái)更加具有科技感和智能化的座艙產(chǎn)品將會(huì)出現(xiàn)。本文結(jié)合汽車智能座艙的發(fā)展歷史，分析目前智能座艙的發(fā)展現(xiàn)狀和存在的技術(shù)問題，預(yù)測(cè)智能座艙未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：汽車智能座艙 智能化 發(fā)展現(xiàn)狀 發(fā)展趨勢(shì)

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(chǎn)業(yè)的新四化，電動(dòng)化、網(wǎng)聯(lián)化、智能化和共享化，每一項(xiàng)都會(huì)給汽車行業(yè)帶來(lái)新的革命。在汽車“新四化”進(jìn)程中，上半場(chǎng)電動(dòng)化已基本完成，進(jìn)入下半場(chǎng)智能化階段。近年來(lái)，新四化已經(jīng)明顯地改變了汽車座艙的設(shè)計(jì)和構(gòu)造。隨著人工智能、物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算等技術(shù)的不斷應(yīng)用，汽車正從傳統(tǒng)的代步工具向移動(dòng)智能終端演變[1]。傳統(tǒng)的汽車座艙相對(duì)獨(dú)立，各個(gè)功能分隔開來(lái)，而智能座艙將這些獨(dú)立的模塊聯(lián)系起來(lái)，融合為一個(gè)集中式的計(jì)算平臺(tái)。智能座艙作為人機(jī)交互的主要入口，功能越來(lái)越豐富，體驗(yàn)感不斷增強(qiáng)，智能座艙將工作學(xué)習(xí)、娛樂和休息等功能融為一體，創(chuàng)造出“第三生活空間”。

本文通過對(duì)比國(guó)內(nèi)外智能座艙，對(duì)智能座艙的發(fā)展現(xiàn)狀和未來(lái)趨勢(shì)進(jìn)行闡述和分析，根據(jù)現(xiàn)在已有的及正在開發(fā)的功能技術(shù)來(lái)預(yù)測(cè)座艙未來(lái)的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。發(fā)展智能座艙應(yīng)堅(jiān)持以用戶需求為中心，以場(chǎng)景為驅(qū)動(dòng)，滿足用戶不斷進(jìn)化的需求。

2 智能座艙的發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 汽車座艙發(fā)展的階段劃分

汽車座艙的發(fā)展大致經(jīng)歷了機(jī)械式、電子化和智能化三個(gè)階段[2]，如表1所示。智能座艙是在傳統(tǒng)汽車座艙的基礎(chǔ)上不斷進(jìn)化而來(lái)，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(jìn)的智能技術(shù)，比如AR-HUD、ADAS、語(yǔ)音或者手勢(shì)交互等，全面提升了用戶的使用體驗(yàn)[3]。

2.2 國(guó)內(nèi)外智能座艙研究

智能座艙是直接與用戶交互的平臺(tái)，與用戶的體驗(yàn)密切相關(guān)，是汽車行業(yè)未來(lái)重點(diǎn)發(fā)展的方向之一。IHS Markit預(yù)測(cè)2021年我國(guó)智能座艙對(duì)新車的滲透率約為50%，到2025年將超過75%。國(guó)內(nèi)外許多車企和供應(yīng)商已經(jīng)在智能座艙領(lǐng)域深入布局，概念級(jí)和量產(chǎn)的智能座艙產(chǎn)品相繼推出。

偉世通的智能座艙包括四個(gè)核心：多屏顯示和數(shù)字儀表、座艙域控制器、自動(dòng)駕駛安全域控制器和信息娛樂系統(tǒng)[4]。偉世通將多個(gè)顯示器集成在一塊面板上，該設(shè)計(jì)帶來(lái)了無(wú)縫且高質(zhì)量的視覺體驗(yàn)。哈曼國(guó)際將ADAS、OTA、音響技術(shù)和車載信息娛樂系統(tǒng)進(jìn)行融合，推出綜合性的智能駕駛平臺(tái)[5]。弗吉亞推出的概念座艙采用智能觸控表面技術(shù)，座艙將電容觸摸開關(guān)內(nèi)置于材料的表面，使汽車內(nèi)飾具有極簡(jiǎn)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(nèi)互聯(lián)共享系統(tǒng)[6]。

北汽將智能語(yǔ)音助手、環(huán)境感知和健康檢測(cè)技術(shù)結(jié)合使用，推出Hi·Me智能健康座艙[7]。語(yǔ)音助手不僅能控制影音和空調(diào)，還能通過它調(diào)用環(huán)境感知系統(tǒng)，將環(huán)境參數(shù)提供給用戶。華為專為智能座艙打造了HarmonyOS智能座艙系統(tǒng)，該系統(tǒng)打造了一個(gè)將多種智能終端互聯(lián)互通的互聯(lián)世界。比如，通過搭載HarmonyOS的手機(jī)與車機(jī)中控屏能夠?qū)崿F(xiàn)“一碰傳”功能，將手機(jī)上的地點(diǎn)發(fā)送到車機(jī)端，直接開啟導(dǎo)航。恒馳5量產(chǎn)車采用高通第三代驍龍數(shù)字座艙平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)多感官人機(jī)交互，如語(yǔ)音交互和人臉識(shí)別。三聯(lián)屏支持多應(yīng)用同步顯示，后續(xù)可通過OTA升級(jí)實(shí)現(xiàn)手勢(shì)識(shí)別功能。人性化AI智能助理小馳，應(yīng)用百度AI語(yǔ)音，當(dāng)駕駛員疲勞時(shí)會(huì)立即發(fā)出警示。吉利汽車積極布局智能座艙領(lǐng)域，自主研發(fā)新一代座艙操作系統(tǒng)One OS，同時(shí)聯(lián)合華為鴻蒙打造“超電數(shù)智座艙”。吉利將電子架構(gòu)從分布式控制的GEEA1.0升級(jí)到功能域集中GEEA2.0，匹配高通8155車機(jī)芯片，后續(xù)可通過OTA對(duì)智能座艙進(jìn)行升級(jí)。

3 智能座艙的功能技術(shù)

智能座艙的系統(tǒng)架構(gòu)主要分為三層：硬件驅(qū)動(dòng)層、操作系統(tǒng)層和應(yīng)用層[8]。智能座艙系統(tǒng)是由車載信息娛樂系統(tǒng)、智能空調(diào)系統(tǒng)、車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)、感知交互系統(tǒng)、聲光系統(tǒng)等各種電子設(shè)備組成的一套復(fù)雜系統(tǒng)。從使用的角度來(lái)看，智能座艙實(shí)現(xiàn)的功能一般有兩大類：娛樂功能和實(shí)用功能。本文從五個(gè)方面對(duì)智能座艙的功能技術(shù)進(jìn)行介紹。

3.1 娛樂功能技術(shù)

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(chǔ)上對(duì)這些功能進(jìn)行擴(kuò)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(tái)、藍(lán)牙、USB等傳統(tǒng)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(shí)可以隨時(shí)“聽我想聽”[9]。寶馬汽車在座椅上采用“BMW Sound Curtain”技術(shù)，該技術(shù)能夠分區(qū)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(shù)字電視生態(tài)，包含15.6英寸中央吸頂屏，可實(shí)現(xiàn)5擋角度調(diào)節(jié)；內(nèi)容豐富，同時(shí)支持無(wú)線投屏。

3.2 語(yǔ)音交互功能

2020年搭載自然語(yǔ)音識(shí)別的智能座艙大約為67%，預(yù)計(jì)2024年可達(dá)84%。語(yǔ)音交互方便自然，將成為未來(lái)最主要的交互方式。語(yǔ)音交互一般通過車載語(yǔ)音助手來(lái)執(zhí)行相關(guān)指令，用戶在車內(nèi)可以通過觸摸、物理按鍵或者語(yǔ)音的方式喚出語(yǔ)音助手，實(shí)現(xiàn)對(duì)話控制。

蔚來(lái)的Nomi集成了語(yǔ)音交互系統(tǒng)和智能情感引擎，讓車變成一個(gè)有生命的有機(jī)體。小鵬P7的語(yǔ)音反應(yīng)速度較快，識(shí)別率也較高，在體驗(yàn)上居于第一梯隊(duì)。它能夠?qū)崿F(xiàn)一系列的高階語(yǔ)音交互，比如多輪對(duì)話、免喚醒詞、上下文理解、語(yǔ)義打斷、可見即可說(shuō)等等。理想ONE的音區(qū)鎖定和跨音區(qū)連續(xù)對(duì)話功能，充分考慮了車內(nèi)多人交流的復(fù)雜場(chǎng)景，尤其是兒童用戶在語(yǔ)音交互上的便利性。在交互方面，全新一代奔馳S級(jí)搭載了MBUX智能感應(yīng)助手，除了基礎(chǔ)的語(yǔ)音交互能力外，通過語(yǔ)音與硬件的融合來(lái)營(yíng)造沉浸式的互動(dòng)體驗(yàn)。語(yǔ)音+氛圍燈+四音區(qū)交互，使得在主駕、副駕、后排分別發(fā)出語(yǔ)音指令時(shí)，對(duì)應(yīng)座椅旁邊的氛圍燈會(huì)閃爍，通過呼吸的效果來(lái)回應(yīng)。威馬W6的智能語(yǔ)音助手沒有設(shè)置擬人化的虛擬形象，在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)場(chǎng)景下，無(wú)論是安靜時(shí)刻還是嘈雜環(huán)境，語(yǔ)音識(shí)別的準(zhǔn)確率都能達(dá)到近乎100%，甚至在風(fēng)噪和高路噪的水平下語(yǔ)音喚醒率也可以達(dá)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(lái)源，具有重要的價(jià)值。基于視覺感知的手勢(shì)交互將會(huì)在智能座艙中得到更多的應(yīng)用。手勢(shì)交互通過駕駛員的潛意識(shí)動(dòng)作來(lái)實(shí)現(xiàn)命令的操作，可以避免因?yàn)榘存I或者觸控的方式打斷當(dāng)前的操作行為，交互更加人性化。手勢(shì)交互目前多出現(xiàn)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(jīng)實(shí)現(xiàn)該功能的量產(chǎn)化，如最新一代寶馬7系、5系等。長(zhǎng)安UNI-K在智能座艙的功能設(shè)計(jì)上，引入了動(dòng)態(tài)手勢(shì)識(shí)別技術(shù)，通過不同的手勢(shì)形狀實(shí)現(xiàn)接打電話、調(diào)節(jié)音量和歌曲選擇等操作。對(duì)于副駕駛或后排的乘客，利用手勢(shì)交互控制功能不再受距離的限制，極大地提高了用戶體驗(yàn)。

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(shí)座椅會(huì)自動(dòng)向后調(diào)整一定距離；坐好后，座椅自動(dòng)前移，方便駕駛員操控汽車。座椅還能夠自動(dòng)調(diào)整位姿參數(shù)，以適配各種體型的用戶。座椅還可以具備按摩、加熱和通風(fēng)的功能，這對(duì)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(lái)的智能座椅應(yīng)滿足用戶個(gè)性化調(diào)整座椅位置的需求。人們能根據(jù)自己的想法將汽車座椅調(diào)整至不同的位置或隱藏起來(lái)，為智能座艙轉(zhuǎn)變?yōu)槎喾N用車場(chǎng)景、靈活個(gè)性化的移動(dòng)空間提供了基礎(chǔ)。

3.5 安全功能技術(shù)

智能座艙不僅要具備娛樂和實(shí)用功能，同時(shí)還應(yīng)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(jiān)測(cè)方面主要使用攝像頭來(lái)獲取信息。ARCFOX αT智能座艙在攝像頭檢測(cè)到用戶疲勞駕駛時(shí)發(fā)出警告。ADAS高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)幫助智能座艙形成360°環(huán)視監(jiān)控系統(tǒng)，讓駕駛員在狹窄路況時(shí)也能安心駕駛，在停車、倒車時(shí)更輕松。日產(chǎn)智能座艙中運(yùn)用的Invisible-to-Visible（I2V）技術(shù)不僅可以顯示周邊環(huán)境，也可以和云端的相關(guān)信息相結(jié)合，追蹤周圍環(huán)境，甚至預(yù)測(cè)未來(lái)駕駛途中會(huì)發(fā)生的狀況[10]。安全警示功能可以通過視覺或者聽覺進(jìn)行，視覺上可以通過氛圍燈實(shí)現(xiàn)提醒。利用座艙與可穿戴設(shè)備等智能硬件的互聯(lián)互通，也能讓座艙系統(tǒng)時(shí)刻監(jiān)測(cè)用戶的健康信息，在必要時(shí)主動(dòng)給出預(yù)警和服務(wù)。

智能座艙與人交互時(shí)需要采集人臉信息、指紋信息和身份信息等數(shù)據(jù)，因而存在著個(gè)人信息泄漏的風(fēng)險(xiǎn)[11]。工信部發(fā)布了《智能網(wǎng)聯(lián)汽車生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品準(zhǔn)入管理指南（試行）》，對(duì)智能網(wǎng)聯(lián)汽車網(wǎng)絡(luò)安全作出了多項(xiàng)要求。汽車企業(yè)應(yīng)把保護(hù)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(shè)計(jì)之中。

綜上所述，當(dāng)前階段智能座艙的發(fā)展表現(xiàn)出屏幕顯示的多元化、科技配置豐富化、車聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容和服務(wù)的豐富化、平臺(tái)強(qiáng)大化、交互多模化、場(chǎng)景情感化、生態(tài)開放化及持續(xù)迭代升級(jí)的趨勢(shì)。

4 智能座艙的發(fā)展趨勢(shì)

智能座艙演進(jìn)的過程可以分為三個(gè)階段：（1）傳統(tǒng)座艙電子（分散式模塊）；（2）智能座艙（中控平臺(tái)、液晶儀表等系統(tǒng)集成）；（3）未來(lái)座艙（與智能駕駛、V2X等集成）。隨著智能網(wǎng)聯(lián)化程度的快速提升，目前第二階段進(jìn)入普及期，第三階段已經(jīng)進(jìn)入導(dǎo)入期。本文從以下五個(gè)方面對(duì)智能座艙的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行闡釋。

4.1 智能座艙的集成化趨勢(shì)

在傳統(tǒng)汽車座艙中，儀表組、IVI和HUD等配置都是由獨(dú)立的電子控制單元（ECU）進(jìn)行操控。各個(gè)控制單元不能良好地進(jìn)行通信，因此需要設(shè)計(jì)一種集中式的計(jì)算平臺(tái)。該平臺(tái)不僅能夠降低成本，還能讓開發(fā)者利用整車的資源進(jìn)行更多應(yīng)用的開發(fā)。在智能座艙的一體化車載硬件上，不需要每個(gè)功能實(shí)體由真實(shí)的硬件承載，只需要在車載主芯片上進(jìn)行虛擬化的軟件配置，形成多個(gè)虛擬機(jī)。在每個(gè)虛擬機(jī)上運(yùn)行相應(yīng)的軟件實(shí)例，即可實(shí)現(xiàn)儀表、中控和HUD等各種功能實(shí)體，從某種意義上就是實(shí)現(xiàn)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(tǒng)單芯單屏的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)一芯多屏的功能[13]。

4.2 輸入形式發(fā)展趨勢(shì)

在輸入形式上，實(shí)體按鍵會(huì)大幅簡(jiǎn)化，語(yǔ)音和手勢(shì)交互方式會(huì)被廣泛應(yīng)用，有可能會(huì)出現(xiàn)眼動(dòng)交互方式。語(yǔ)音控制在未來(lái)可以通過聲紋識(shí)別用戶身份和情緒，提供更加便捷化和人性化的服務(wù)。座艙內(nèi)還可以加入面部識(shí)別功能，通過識(shí)別不同的人提供對(duì)應(yīng)的服務(wù)。當(dāng)前的語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了比較成熟的階段，但是當(dāng)前智能座艙的語(yǔ)音交互功能在人與車輛進(jìn)行持續(xù)的、自然的對(duì)話方面仍有待提高。未來(lái)智能座艙的語(yǔ)音交互系統(tǒng)能夠自學(xué)習(xí)用戶的交流方式和習(xí)慣用語(yǔ)，甚至能夠識(shí)別用戶方言。

4.3 輸出形式發(fā)展趨勢(shì)

從現(xiàn)有的智能座艙發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，屏幕顯示尺寸趨于變大，同時(shí)多屏顯示也成為趨勢(shì)，屏幕數(shù)量、分辨率水平和尺寸進(jìn)一步提升，大屏化、多屏化趨勢(shì)顯著[14]。多功能性在座艙設(shè)計(jì)中將得到更多的應(yīng)用。比如，車窗既可以遮風(fēng)擋雨，又可以作為顯示信息的載體。

未來(lái)，智能座艙內(nèi)部的屏幕將會(huì)被無(wú)屏幕載體替代，比如：利用眼動(dòng)交互方式，通過計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)相機(jī)拍攝的人眼圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算，得到視線注視方向和位置，將信息呈現(xiàn)在視線范圍內(nèi)，呈現(xiàn)的方式可以是全息影像、智能玻璃、智能表面、AR-HUD（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)）等[15]。

4.4 與智能駕駛技術(shù)結(jié)合

智能駕駛是汽車智能化的重要發(fā)展方向，智能駕駛與智能座艙的結(jié)合是未來(lái)汽車發(fā)展的一個(gè)方向。隨著智能駕駛等級(jí)的提高，對(duì)智能座艙的設(shè)計(jì)及用戶對(duì)于座艙的需求也在發(fā)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(huán)境感知信息，完成對(duì)駕駛艙內(nèi)人員的狀態(tài)及情緒的感知[16]。汽車智能座艙未來(lái)設(shè)計(jì)應(yīng)關(guān)注用戶對(duì)于智能駕駛的功能需求，比如泊車、巡航和車輛進(jìn)出車庫(kù)等。

4.5 構(gòu)建用戶使用場(chǎng)景

智能座艙不是智能化技術(shù)的簡(jiǎn)單拼湊在一起，而是從用戶的實(shí)際出發(fā)、從實(shí)際的應(yīng)用場(chǎng)景出發(fā)來(lái)設(shè)計(jì)各個(gè)功能，以此達(dá)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(huì)議模式時(shí)，智能座艙會(huì)變成一個(gè)小型的“私密會(huì)議室”，會(huì)議視頻會(huì)投射到車內(nèi)的屏幕上，同時(shí)會(huì)議的聲音也同步到座椅內(nèi)置音箱；在休閑模式時(shí)，方向盤可以收進(jìn)去，座椅后移延展變成躺椅形式；在駕駛模式時(shí)，用戶可以得到關(guān)于這個(gè)目的地的一些基礎(chǔ)信息，如旅游景點(diǎn)、風(fēng)土人情介紹等以及景點(diǎn)門票的購(gòu)買等。變被動(dòng)服務(wù)為主動(dòng)服務(wù)，讓用戶體驗(yàn)到更加方便快捷的智能座艙服務(wù)，從而滿足用戶的各類需求[17]。

5 結(jié)語(yǔ)

本文通過對(duì)汽車智能座艙發(fā)展現(xiàn)狀的分析，結(jié)合當(dāng)下汽車行業(yè)的結(jié)構(gòu)和未來(lái)消費(fèi)者的需求，提出關(guān)于未來(lái)汽車智能座艙的發(fā)展趨勢(shì)。這些思考將有助于設(shè)計(jì)出更加智能、更有深度和更具創(chuàng)新性的智能座艙產(chǎn)品。通過與智能網(wǎng)聯(lián)的融合，智能座艙通過語(yǔ)音、手勢(shì)、生物識(shí)別等多種交互方式，為用戶提供更加高效、便捷的體驗(yàn)，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(gè)重要競(jìng)爭(zhēng)領(lǐng)域和創(chuàng)新戰(zhàn)場(chǎng)，智能座艙產(chǎn)品會(huì)擁有更加廣闊的發(fā)展空間。

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