自动驾驶与智能座舱的关系及技术难点-电子工程专辑

自动驾驶与智能座舱的关系及技术难点

点击上方蓝字谈思实验室

获取更多汽车网络安全资讯

自从互联网技术加入到汽车的核心技术中之后，不仅开始引领汽车行业的变革，更让汽车从一个单纯的代步工具进化成了人们的人生伴侣，汽车从工具到伴侣的身份转变，不仅意味着汽车与用户之间的关系变化，更意味着汽车有了与人交流的能力，也就是汽车的智能化程度达到了更高的级别，尤其是近年来，自动驾驶汽车的不断亮相，让人物对智能汽车充满了憧憬和期待，其实相比难度极高的自动驾驶技术，智能座舱技术不仅简单好实现，还能为用户带来真正的伴侣级服务。目前就用户对汽车智能化的体验来说，智能座舱无疑是现阶段用户可以直接体验的智能服务，智能座舱也因其强大的商业落地能力、更强的可自定性，以及更直观的用户感受能力，成为了各大车企竞争的一大重点领域，因此智能座舱便成了各个车企的创新点和打造产品差异化的重要手段。

1引言

汽车从器械到同伴的身份变化，不光意味着汽车与用户之间的合联蜕变，更意味着汽车开始有了与人交互的能力。既是汽车的智能化水准到达了更高的级别，也是近年来，自动驾驶汽车的不息亮相，让人物对智能汽车充满了期待和希望。比起难度极高的自动驾驶技术，智能座舱技术不光更容易实现，还能为用户提供与家媲美驾驶体验。

2智能座舱概念

什么是智能座舱？按照现代电子电器的基本架构来说，智能座舱可单纯界定为娱乐领域的电子设备的软硬件集成，如汽车的传统内饰座椅、灯光，以及空调都属于车身域。智能座舱的发展已经经历了从电子座舱逐渐迈向行车助手的阶段。能够利用语言、动作、生物辨识、多屏互动，以及智慧通讯系统等手段实现人与汽车之间的沟通互动，从而完成对高级辅助驾驶技术与系统功能的全面升级。此外，汽车控制系统也由原来一个个的机械按钮转变成了触摸屏点按式，汽车控制屏除了能自定界面外，还能够任意缩放大小，而汽车驾驶舱的简洁化也成为了智能座舱的趋势。

智能座舱的交互分为驾驶员主动式交互、车辆建议式交互、车辆主动式交互三个阶段。第一阶段是由驾驶员主动向汽车提供诸如打开收音机、启动空调等所需数据，由汽车进行回应，并以此满足驾驶员要求。第二阶段是由汽车按照驾驶员的驾驶习惯或观察驾驶员驾驶状况，提供建议性动作，并让驾驶者按照车辆情况做出决定，以便于为驾驶者提供更全面的驾车帮助。而第三阶段则是由汽车按照驾驶员的驾驶习惯或观察驾驶员驾驶情况，自主进行驾车辅助，以便帮助驾驶者更好的驾驶汽车。而现阶段的智能座舱，已由第一阶段逐渐向第二阶段转变。

3智能座舱的技术难点

3.1 人机交互

智能座舱的技术难点就在于，如何使驾驶员和汽车之间的交互更加流畅且准确，简单来说，就是如何使你的汽车更加懂你！最先就拿语音交互来说，在驾驶员下达语音指令的过程中，无法避免的遇到噪音、反响，以及识别不清等情况，仅是依赖纯粹的语音交互做到极致，也只是一个指哪打哪的机械，里真正的智能座舱还相距甚远。通过手势、眼神、神色乃至是心绪等一系列全部的交互情势与语音交互互补，才算到达“智能”这个倾向。而想要做到这些，就得保证车内的感知系统足够精准且流畅。如今座舱内都需搭载了不只一个摄像头，这些摄像头主要用于人脸识别FACE-ID 和驾驶员疲劳监测。除了车内摄像头的增加，车内麦克风的数量也增加了很多。据统计，从2020 年到2021年，短短一年时间里，平均每台新车多装了0.5 个麦克风，其实座舱内摄像头和麦克风的增加不仅体现在数量上，位置和功能也在变化。如果说传统的座舱是以驾驶员为中心，那智能座舱就是逐渐转变成以座舱内全员为中心，也是座舱内监控系统从DMS（驾驶员监控系统）向IMS（座舱内全员监控系统）的发展。

3.2 芯片——智能座舱的一座大山

中控大屏、数字仪表盘、人脸识别开锁、语音和手势交互、AR 导航、流媒体后视镜、一芯多屏与多屏互融、多媒体娱乐（音视频、k 歌、游戏等）、汽车监测、dms（驾驶员和座舱监测）、gps/北斗、ota/adas 等对汽车算力提出了更高的要求，车机芯片也变得尤为重要。相比消费类的半导体，车用芯片必须在较为严酷的操作条件下稳定工作，其要求也远超工业级和民用级芯片，车用芯片的生产需要高于工业级晶片和民用型晶片，这反映在环境温度适应、电路设计、材质选择、工艺处理以及系统等方面。

汽车芯片分为功能芯片（MCU）、功率半导体（IGBT）、MOSFET、传感器及其他，MCU 芯片较为短缺。目前存在的主要问题是：一是跟消费电子芯片相比，汽车芯片技术上相对落后。对于芯片制造商来说，芯片的设计、加工和软件适配都急需突破。二是智能座舱soc 芯片（系统性芯片）需要构建软硬件生态。围绕芯片的第一层是操作系统，再就是中间件和算法。软硬件生态的支撑是智能座舱芯片快速落地的关键。

3.3 智能座舱的5G 通讯

5G 通信技术作为新世代的蜂窝移动通信技术，具有高速率、低延时、低能耗、大容量及等显著优点，但5G 汽车之路有多难，很少被汽车圈外人了解。19 年华为推出首款5G芯片，多家车企通过与华为合作，开启了5G汽车的研发，然而，时过境迁，都知道是好东西，但各大车企当中真正落地的很少。主要在于汽车基础成本的提升和基建不完善，对现有的汽车体验影响较小，投入产出比低以及车联网技术不完善。

如今全国累计建成5G 基站超过100 万个，已覆盖全国所有的市级城市和95%以上的县城城区，但是对于使车辆在行驶过程中全程处于5G 网络覆盖中来说，基站数量还是远远不够并且5G+车联网的专用频段也不足。目前，工信部规划5905～5925MHz 频段作为基于LTE—V2X 技术的车联网直连通信的工作频段，但是只有20MHz 频段被规划为车联网专用频段，在未来车联网渗透率不断增加的情况下，频段资源恐难以满足实际应用需求。由于诸多环节影响5G+车联网使用体验和5G+车联网的渗透率不足，导致在5G网络全面深度覆盖的基础上，只有大部分车端支持NR—v2X 通信及5G 网络切片才能实现区域内“人一车一路一云”车联网体系交互的及时畅通。而且NR—V2x 渗透率不足，不能发挥网络化优势，跨运营商互通时延大也是车辆使用不同通信运营商的5G 网络时，在没有互联网骨干直联点的省份，需要跨省绕转到其他省份进行互通，增大业务响应的时延，存在安全风险的重要原因。智能座舱的通讯和芯片算力作为实现推广应用基础条件，目前来看还有很多技术难题需要解决，这些是全车企都需要面对的通用难题，而此时人机交互技术，涉及车内的驾驶体验显得非常重要。

3.4 基于视觉的组合仪表功能逻辑设计存在缺陷

尽管在将来智能座舱中必然要建立一个多模态的人机交互系统，但由于视觉依然是人类获得信息最快的途径，因此未来多模态人机交互系统还是将以视觉为基础。目前大部分车机的界面层级变化多，功能切换操作也需要比较繁琐的步骤，而这都需要依赖于视觉，长时间的操作影响会驾驶安全所以车机需要让功能切换变得更容易操作，可以迅速完成。因此部分主机厂选择了“去APP 化”的方式，将一些重要的、使用频率高的功能以组件的形式放置在首页，以此来减少层级。然而这种做法并不能从根本上解决问题，用户在开车时还是会用到许多种功能，将所有功能都放置在首页是不切合实际的，而且这种做法使架构变得更加复杂，用户操作时视觉停留时间不会有显著变化。

4智能座舱与自动驾驶的关系

关于自动驾驶和智能座舱这两者的关系，一直是业内的争论话题，其实汽车的自动驾驶程度越高，智能座舱所能发挥的空间也就越大，而且只要驾驶员还需要全神贯注、手握方向盘、目视前方地开车，那智能座舱所能发挥出的能力就会受到限制，因此自动驾驶是智能座舱的基础前提，也是自动驾驶汽车的核心。

所以智能座舱想要迎来真正颠覆式的发展，实现汽车变成智能移动空间的愿景，大前提是自动驾驶已经到了很高的程度，而表征则是乘坐舒适性与家媲美、人机交互体验与消费电子相当、万物互联打通所有智能终端。

4.1 自动驾驶前期智能座舱的发展

4.1.1 AR－HUD技术

智能座舱在自主驾车发展前期，还是更侧重于服务于驾驶者。在开车过程中，驾驶者将会把很多的注意力耗费在辨识道路、调节车辆速度、变更汽车车道等复杂且要求性非常强烈的动态上。高级辅助驾车系统的问世，接管车辆驾驶动态，能够有效地降低司机开车压力。智能座舱的出现，也将有效地补充司机在驾驶汽车进程中的辨识道路要求，当中最常用、而且最具备驾驶技术感的智能座舱服务便是AR-HUD 抬头显示技术了，通过清晰的3D 影响，把速度、导航等行驶信号映射在前车窗玻璃上，能够使司机在开车过程中大大减少低头查看上述信号的次数，降低了司机行驶时精力分散的可能性。另外，AR-HUD 科技也将实现拓展，如将来电显示、信息提示利用AR-HUD 映射在前车窗玻璃上，使驾驶者一览无余，以此增强行车安全。

4.1.2 智能互联+语音交互

智能互联+语音互动也将是自主驾驶前期智能座舱发展的重要功能，司机在开车过程中，消息与通话的介入是很常见的，当发现有消息需要回应或有通话需要回应时，拿起手机启动相应功能、查询消息或通话内容、回答相应内容，整个流程将是相当漫长，且要耗费很多驾驶员的精神，此时司机将无法全身心地投入在观察路况的动作上。而当需要开启空调、打开导航、开启收音机等需求时，司机必须通过去按汽车上的物理按钮，启动相应的功能，一定程度上危害了行车安全。利用语言交互处理相关内容，它能够有效保证驾驶安全性，使司机直接，通过说完成一连串的动作，大大减少了司机开车过程中的精力分散，现在这种技术已经在众多的汽车上获得了普遍的运用，司机能够在行驶汽车过程中，直接利用和汽车助手的互动，进行通话、查看消息、查询地图、收听歌曲等工作。

4.1.3 疲劳监测

长期的开车将使司机越来越疲惫，无法全身心投入到开车过程中，一个好的开车习惯对司机而言是非常关键的，不过在许多状况下，司机很难察觉到自身开车状况的改变，很易产生疲劳驾驶情况的出现。有助于克服这一问题，通过对驾驶者脸部、眼睛的跟踪，能够对司机行车状况做出分析，当遇到司机发生行车疲劳等状况时，进行噪声和震动提醒，让司机做好休息，保证行车过程的安全。

4.1.4 指纹、面部解锁与起动

现在如果要驾驶车辆，仍然必须使用钥匙解锁车辆。但由于人工智能车辆的诞生，指纹、脸部解锁起动也得以使用，并且通过在车辆内插入的生物数据，当要使用车辆时，只需要将生物数据输入，就能够进行使用汽车，使得车辆的可玩性更大。

4.2 自动驾驶后期智能座舱的发展

自动驾驶发展后期，驾驶员双手解放，智能座舱的应用也将出现变化，从以服务驾驶员为主转变为服务乘客为主，从被动式互动转变为主动式互动，从被动输出转变为主动输出，一些类似前文中介绍的。ARHUD、智慧互联+语音交互等用于司机的功能也将出现很大的变化，成为改善驾驶员乘车感受、丰富乘员驾驶交互、实现乘员出行娱乐的一种能力。

届时的智能座舱将具有更多可玩性和可自定性，如多屏智能互动、屏幕自定义、交互方式多样化等都可以实现，自动驾驶汽车将作为娱乐硬件设施的一部分，游客能够在自动驾驶汽车上使用智能驾驶舱，实现观影、购物、通话等需求，此时AR-HUD 也会运用于整体车身，游客能够在使用自动驾驶车辆过程中使用AR-HUD 技术，进行全封闭的座舱交互，达到沉浸式的娱乐感受。智能互联+语音互动的功能也显得更为智能，全息投影技术也将在自主驾驶车辆上有所运用，乘客能够借助相关技术，进行汽车人机交互，实现智能化乘车体验。

5智能座舱总结

智能座舱是继自动驾驶之后可行性最高且最具商业价值的发展方向。目前，智能座舱还处于初级阶段，不过语言、手势人机交互在智能驾驶舱中已相对较为完善。未来汽车智能座舱的发展趋势方向为人车互动智能，其利用语言、手势、物联网、多屏互动以及全息影像科技来完成，智能座舱将给驾驶员带来更快捷，更方便的信息使用与交互方式。

参考文献：

[1]王韬.汽车智能座舱设计现状及发展趋势研究[J].时代汽车，2021（23）：158-159.52-54.

[2]高驰.虹软科技：智能化变革之下汽车座舱将如何被重新定义?[J].汽车与件，2021（07）：34-35.

[4]]薛楠.新时代智能座舱面面观：更舒适、更懂你的人因工程[J].智能网联车，2019（05）：90-93.

[5]Cassell J，Pelachaud C，Badler N，Steedman M，Achorn B，Becket T，Douville B，Prevost S and Stone M.1994.Animated conversation：rule-based generation of facial expression，gesture and spoken into-nation for multiple conversational agents//Proceedings of the 21stAnnual Conference on Computer Graphics and Interactive Tech-niques.New York，USA：ACM：413-420.

[6]李德毅，高洪波.基于驾驶脑的智能驾驶车辆硬件平台架构[J].Engineering，2018：78-92.

来源：智能汽车设计