人工智能創新驅動智能網聯汽車產業發展路徑研究*

余阿東 趙琨 蔡合超 黎帥

（1. 信陽職業技術學院汽車與機電工程學院，信陽 464000；2. 臥龍電氣南陽防爆集團股份有限公司，南陽 473008）

縮略語

AI Artificial Intelligence

ICV Intelligent and Connected Vehicle

ADAS Advanced Driver Assistance System

V2X Vehicle to everything

ICC Intelligent and Connected Cloud

ICR Intelligent and Connected Road

ICI Intelligent and Connected Infrastructure

V2G Vehicle to Grid

RSU Road Side Unit

ISA Instruction Set Architectures

CPU Central Processing Unit

OS Operation System

EEA Electrical and Electronic Architecture

0 引言

智能網聯汽車（Intelligent and Connected Vehicle，ICV）是融合了車輛、通信、道路交通和電子等方面技術的綜合體，是全球科學技術創新熱點以及汽車創新技術應用載體，正在形成新的汽車產業生態體系和經濟增長極。人工智能（Artificial Intelligence, AI）和網聯技術在汽車上的快速應用加速了汽車產業發展，也顛覆了人們的出行方式和交通運輸體系[1-2]。新技術應用將大幅提升汽車駕駛舒適性和安全性，并能夠減少交通事故、交通擁堵、降低排放和提升交通運輸效率，從而推動智慧交通和智慧城市發展[3]。

本文通過挖掘梳理相關文獻，統計智能網聯汽車和人工智能相關企業數據，并對相關資料、數據進行分析，梳理人工智能創新驅動智能網聯汽車產業的發展路徑，旨在為智能網聯汽車技術進步和應用打下良好基礎。

1 AI驅動的智能網聯汽車發展現狀

當前，在各國政府大力推動下，全球汽車制造商、零部件公司、信息與通信技術企業積極布局智能網聯汽車[4]。

對于智能網聯汽車，現階段汽車制造商重點發展高級駕駛輔助系統（Advanced Driver Assistance Sys?tem,ADAS）和單車智能技術，主要依靠車載激光雷達等傳感器和機器視覺系統，對車輛運行周邊環境進行精準測算，保障車輛安全運行，從而在特定條件下使車輛實現高級駕駛自動化[5]。而以谷歌、百度、奇點、零跑為代表的互聯網科技公司，通過在車輛上搭載基于人工智能的傳感器、控制器、執行器，并結合衛星導航通信和計算機網絡技術，實現汽車與云數據、其他汽車、交通道路和行人之間智能化信息交換，通過智能算法及空間網絡通信對汽車進行實時智能控制[6]。

從技術發展規律上看，依靠高級駕駛輔助系統技術和完善的整車制造經驗，汽車制造商正逐步研發高級駕駛自動化技術。而互聯網企業則依據深度學習、圖像處理等人工智能技術，以計算機替代人類駕駛為目標，基于其先進的互聯網和云服務技術，實現直接替代傳統汽車的完全自動駕駛汽車。總體而言，汽車制造商和互聯網企業的智能網聯汽車發展路徑都存在核心技術不成熟、商業化落地難、法律法規不健全的問題[7]。目前，智能網聯汽車的行業競爭，從技術競爭轉向生態競爭，生態競爭主要體現在“車路云”一體化發展上[8]。“車路云”一體化是通過新一代通信技術將人、車、路、云物理空間、信息空間融合為一體，基于系統協同感知、決策和控制，實現智能網聯汽車交通系統安全、節能、舒適及高效運行的信息物理系統，如圖1 所示[9]。不同于傳統的單車智能或者車路協同，當智能網聯汽車在道路上行駛時，車輛不僅能實現自身感知、決策和控制，還能把車輛交通信息實時映射到云端，包括車輛和路側基礎設施感知到的實時信息，該信息能幫助車輛進行協同分析、決策和控制，使車輛了解前方路況，讓汽車行駛更加安全、節能、舒適和高效[10]。分析表明，基于人工智能驅動的智能網聯汽車正在從單車智能向“車路云”一體化方向發展。

圖1 智能網聯車路云協同系統邏輯框架[9]

2 AI創新驅動的智能網聯汽車產業發展路徑

新一代AI驅動的智能網聯汽車應用，應該立足于智慧出行系統。智慧出行系統應包含多種應用場景，智能網聯汽車需要通過混合智能、群體智能、大數據和基于云端的控制智能，才能夠實現日常生產和生活出行場景應用。在這樣場景應用下，要把新一代的AI創新技術用在智慧出行方面[11]。新一代AI 技術在智能網聯汽車產業支撐智慧出行系統進程中，還有一系列技術需要突破。

2.1 構建基于AI的智能網聯汽車運行系統平臺

智能網聯汽車運行系統是一個特別復雜的跨學科交叉融合系統，這個系統縱向包含了車載平臺和基礎設施，橫向包含車輛關鍵技術、信息交換技術和基礎支撐技術，是一個“三橫兩縱”技術構架，如圖2所示[12]。通過分析“三橫兩縱”的技術架構內容，可以把它歸納為4 大技術平臺，即實時高精高清交通地圖、車輛車載智能計算控制終端、車輛大數據云控平臺和車輛交通實時信息安全平臺。本文從4 大技術平臺闡述智能網聯汽車運行。

圖2 智能網聯汽車“三橫兩縱”技術構架[12]

（1）實時高精高清交通地圖作為智能網聯汽車自動駕駛的核心模塊，分為靜態高精地圖和動態高精地圖2大部分。靜態高精地圖主要包含道路網、車道網及道路設施幾何和屬性信息，使用保密技術處理為GCJ02 坐標系，表示內容通過政府主管部門審核通過后，預置到自動駕駛車輛內和云端平臺中，目前更新頻次以季度更新為主。動態高精地圖主要包含周邊車輛，行人，道路轉彎、坡度，車道線位置、類型、寬度，交通信號燈，交通標志，路邊地標和道路施工、交通事故、交通擁堵情況。關于實時性較高的信息，部分通過車端和路側端各類傳感器和高清攝像頭感知獲得，部分通過V2X 路側單元、車載感知系統獲得，更新頻率為秒級。實時高精高清交通地圖平臺能夠滿足智能網聯汽車自動駕駛所需的地圖精度要求，能夠獲得厘米級的交通實時信息。

（2）智能網聯汽車車輛大數據云控平臺在信息物理系統下，具有很強的云控制協同功能，將遠距離協同決策和車載控制融為一體，為智能網聯汽車運行提供技術保障，是國家信息建設的基礎設施，其重要意義類似于國家高速公路和石油，是國家基礎設施和經濟命脈[13]。

（3）車輛車載智能計算控制終端是多模式通信、多模式定位和智能網關融為一體的平臺，是一種新型技術協議接口和平臺裝置，需要協同、通用和跨界支撐。智能網聯汽車車輛車載智能計算控制終端平臺就是未來汽車的“大腦”，能夠像人一樣感知和決策，在智能網聯汽車上占據極其重要的地位，其組成需要有共性硬件和基礎軟件支撐。

（4）車輛交通實時信息安全平臺對智能網聯汽車的非法流量和異常接入設備進行阻斷和全過程信息安全監控。當車輛在行駛過程，遭遇遠程攻擊或被控制會時，會給車輛帶來極大的安全風險，車輛敏感數據跨境存儲不當甚至會給國家安全帶來威脅。車輛交通實時信息安全平臺通過多級聯動和整體安全防護，防范相關安全風險[14]。平臺能夠通過車端的信息安全系統收集并上報車輛安全數據，通過對數據匯聚和挖掘來分析安全事件，通過機器學習建模方式對車輛安全數據進行分析，結合威脅情報分析系統來實時跟蹤外部安全事件，能夠對智能網聯汽車整體安全態勢進行分析和研判[15]。

4 大平臺的搭建能保證智能網聯汽車良好運行，這4大平臺所需零部件和軟件，是新一代汽車產品進入智能網聯時代后所需關鍵重要部件。傳統汽車關鍵部件是驅動系統、操控系統、制動系統和行駛系統。在汽車智能化、網聯化發展新時代，實時高精高清交通地圖、車輛車載智能計算控制終端、車輛大數據云控平臺、車輛交通實時信息安全平臺需要很多高精尖零部件產品為依托，這些高精尖零部件是推動汽車智能化和網聯化的基石[16]。智能網聯汽車與零部件產業布局發展需要凝聚共識、需要頂層設計、需要聚集資源、融合人工智能創新，只有這樣才能夠驅動智能網聯汽車又快又好發展。

2.2 依托AI創新大力發展智能網聯汽車用CPU

隨著車聯網技術的發展，汽車將成為四個輪子上移動的巨型計算機。車用計算機中央處理器（Central Processing Unit，CPU）是智能網聯汽車上關鍵零部件之一。我國CPU產業發展出現2種現象：一種現象是依托自己已有的CPU架構進行發展，其優勢是可以實現自主可控，并能滿足國內應用領域的需求，劣勢是在生態系統中難以進入世界主流CPU行列；第二種現象是采用當今市場成熟的CPU架構，其優勢可以利用已經成熟的生態，但很難實現技術創新。歸根到底依然會受到指令級架構（Instruction Set Architectures,ISA）知識產權問題的困擾，難以規避各種制裁。基于上述情況，面向未來主流CPU 市場，尤其是新興的智能網聯汽車領域，這些新興領域可以通過充分發揮中國特色社會主義科研體制和龐大規模汽車市場優勢和人才優勢，通過加大對開源數據貢獻，以增大話語權和主導權，最終使世界主流CPU 市場形成X86、RAM 和中國開放指令生態（RISC-Ⅴ）聯盟3 種發展態勢[17]。為此，建議智能網聯汽車產業應該從全球視野謀劃和發展汽車芯片方面，利用人工智能技術創新，聚焦開源RISC-Ⅴ架構，共同完善RISC-Ⅴ生態建設，與世界開源同行搶占全球智能網聯汽車產業發展制高點。依托AI 創新大力發展智能網聯汽車用關鍵零部件。

在燃油動力汽車中，動力總成（動力性能、燃油經濟性強相關）、底盤系統（底盤操控性、舒適性強相關）、NVH（隔音、減振強相關）是汽車產品主要的競爭領域，外資車企及零部件供應商憑借長時間的積累形成了較高的技術壁壘。隨著汽車智能化、網聯化時代到來，智能座艙和智能駕駛將成為智能汽車的兩大競爭領域，國內自主整車企業和造車新勢力有望通過在兩大領域的配置升級和功能進化，提高汽車產品市場競爭力，實現自主品牌持續快速發展。布局智能座艙和智能駕駛的自主零部件供應商也將迎來國產替代進口新機遇，持續提升國內市場份額。在智能駕駛系統中，智能駕駛產業鏈主要由環境感知系統、智能決策系統、控制執行系統構成，如圖3所示[18]。現階段國內已基本具備感知系統各部件配套能力，但部分傳感器關鍵部件仍然由外資掌控[19]。決策系統領域由英偉達等企業占據先發優勢，但國內部分機構加快研發步伐，自主芯片及智能駕駛域控制器或計算平臺逐步進入量產階段。執行系統國內起步較慢，博世、大陸等外資企業占據國內大多數市場份額[20]。目前在電動車滲透率逐漸提升過程中，智能網聯汽車是發展趨勢，未來智能網聯汽車滲透率也有望逐年提升。現階段，智能網聯汽車核心部件仍需要進口。因此，未來依托人工智能技術創新，積極布局激光雷達、智能座艙、操作系統、高算力芯片、智能汽車域控制器相關零部件產業有望成為新的盈利增長點，從而加速推動智能網聯汽車產業進化和加速汽車產業轉型。

圖3 智能網聯汽車的3個產品層次[18]

2.3 依托AI產業平臺大力發展智能網聯汽車新操作系統

由于智能網聯汽車計算復雜度大幅提升和各種服務導入，原有汽車實時操作系統（Operation System,OS）無法支撐[21]。智能網聯汽車要面臨復雜多變的道路和駕駛環境，要協調和控制更多的傳感器和設備，對安全性的要求要遠高于其他設備，綜合當前人、車、環境信息，需要一體化服務，需要一個新型操作系統，滿足“車路云”一體化發展需求。因此，智能網聯汽車需要基于人工智能技術創新開發出一套新操作系統，圖3 所示為智能網聯汽車環境感知系統、智能決策系統和控制執行系統。車輛控制執行系統的基本功能是提供智能應用運行平臺、硬件虛擬化平臺和開發者開發環境與工具[22]。在智能網聯汽車中引入新的高性能操作系統，能有效降低汽車應用開發難度和復雜度，提升硬件資源使用效率，對各種任務進行協同管理，并控制各項任務優先級別。因此，智能網聯汽車操作系統是服務承載的基礎，是智能網聯汽車創新基礎，是汽車智能化和網聯化核心。隨著汽車智能網聯化的發展，整車電子電氣架構（Electrical and Electronic Architecture,EEA）向域控制器、車載計算機、車路云協同計算方向快速演進，整車平臺化使得不同車型之間可以共享架構，降低迭代成本。高性能計算平臺的引入使軟件代碼量和復雜度大幅增加，并且將隨著智能化、網聯化發展而繼續快速增加。因此，依托人工智能技術創新，使用未來汽車產業參與各方都能應用的、統一的操作系統來開發企業獨特的產品和服務，將加速推動汽車產業智能化、網聯化演進，使汽車產業高效率、高質量轉型升級。

3 總結與展望

本文立足人工智能技術，通過深入挖掘人工智能技術相關文獻，聚焦人工智能技術創新，構建基于人工智能的智能網聯汽車4大系統平臺，強調大力發展智能網聯汽車用CPU 和智能網聯汽車用關鍵零部件的必要性。并針對性提出了依托人工智能產業平臺，大力發展智能網聯汽車全新高性能操作系統，創新性地為智能網聯汽車產業發展探索新路徑。

未來，人工智能和其他顛覆性技術驅動的智能網聯汽車產品正在顛覆傳統汽車產業，但目前產業成熟度不高，仍存在標準法規完善、產業鏈保障、產業生態安全和商業模式創新挑戰，需要在以下5個方面進一步完善：

（1）持續完善標準法規

目前，由于針對智能網聯汽車產業的標準法規管理體系處于建設初期，相關法規制定權屬分散，實施細則不明晰，而且部分標準法規要求往往落后于行業發展現狀，因此需要各部門要繼續協調，補充完善相關法規要求。

（2）加強產業鏈保障

國內自主研發芯片滲透率不高，使芯片供應在很大程度上受制于國外企業。各行業企業應該把握機遇、加強協作，形成自主可控的生態體系和統一的操作系統基礎平臺，這一點對保障產業鏈安全至關重要。

（3）增強產業生態安全

法律法規對自動駕駛汽車事故的責任判定沒有劃清明確界限。目前已有的汽車駕駛自動化分級國家標準，急需填補自動駕駛汽車判責這一領域的空白，解決技術發展過快與法律法規不適應的矛盾。

（4）加強商業模式創新

智能駕駛和數據應用領域的運營管理模式不夠清晰，車聯網體系運轉尚未形成共識，眾多創新型科技公司甚至還面臨融資困難，制約了其技術研究與發展。

因此，建議整個汽車行業要加強行業協同，通過新一代人工智能技術創新，以基礎共性技術和跨行業技術基礎平臺為載體，實現“人車路云”一體化的智能網聯汽車交通系統。依托中國芯片和中國軟件，打造中國方案核心軟硬件。依托跨行業基礎平臺技術，推動我國智能網聯汽車產業體系建設。應對政策法規的要求，深化數據領域合作，共建數據生態。實現具有中國特色的智能網聯汽車、智慧交通、智慧城市和能源的深度融合，實現汽車產業轉型升級，創建智能網聯汽車產業新生態。