車載電子電器架構 —— 智能座艙技術
我是穿拖鞋的漢子，魔都中堅持長期主義的汽車電子工程師。
老規矩，分享一段喜歡的文字，避免自己成為高知識低文化的工程師：
屏蔽力是信息過載時代一個人的特殊競爭力，任何消耗你的人和事，多看一眼都是你的不對。非必要不費力證明自己，無利益不試圖說服別人，是精神上的節能減排。
無人問津也好,技不如人也罷,你都要試著安靜下來,去做自己該做的事.而不是讓內心的煩躁、焦慮、毀掉你本就不多的熱情和定力。
本文目的是分享智能座艙技術及功能應用。
1、背景信息
2、智能座艙整體技術發展概述
一、背景信息
智能座艙的現狀呈現出以下特點和發展趨勢：
1、市場快速發展：隨著消費者對車輛智能化需求的提高，智能座艙市場規模持續擴大。據預測，全球智能座艙市場規模將在未來幾年內持續增長，到2030年有望達到681億美元。在中國市場，智能座艙市場規模也在不斷增加，預計將持續保持增長態勢。
2、功能多樣化：智能座艙的功能已經越來越多樣化，除了傳統的安全監測、娛樂系統、通訊系統等功能外，還增加了智能控制、舒適性、環境感知等更多功能。這些功能的增加使得智能座艙成為了一個集娛樂、辦公、生活、社交于一體的人機交互智能產品。
3、技術日益成熟：隨著語音交互技術、多模態交互技術等關鍵技術的不斷突破，智能座艙的智能化程度持續提升。例如，語音交互技術已經可以通過語音識別、語義理解、語音合成等技術實現更加自然、高效的人機交互。
4、人機交互方式多元化：智能座艙的人機交互方式已經逐漸從單一的語音交互發展成了集觸摸交互、手勢交互、凝視與頭部姿態交互、語音交互等多種方式于一體的多元化交互方式。這種多元化的人機交互方式使得駕駛員可以更加方便、快捷地操作車輛和各種功能。
5、跨域融合發展：為了滿足用戶對智能座艙的個性化需求，智能座艙的跨域融合發展已經成為了未來的發展趨勢。例如，智能駕駛和智能座艙的跨區域融合可以為用戶提供更加智能化、便捷化的用車體驗。
智能座艙的現狀呈現出市場快速發展、功能多樣化、技術日益成熟、人機交互方式多元化和跨域融合發展等特點和發展趨勢。未來，隨著技術的不斷進步和消費者需求的不斷變化，智能座艙將會迎來更多的創新和發展。
當下，汽車智能座艙技術發展方興未艾，智能座艙領域相關功能產品正在快速迭代，加緊上車，這極大地豐富了座艙的功能應用，提升了用戶體驗。同時，智能座艙產品直接關系到用戶體驗，已成為汽車產品競爭優勝的關鍵因素之一。但現有智能座艙產品部分性能與用戶需求不匹配，亟需優化提升。
縱觀汽車產業的發展歷史與汽車產品的演化歷程，可以看到，智能座艙的發展主要經歷以下三個階段，分別為2000年以前機械時代，其主要由機械式儀表盤及簡單的音頻播放設備構成，物理按鍵功能單一，集成度較低，無智能化。2000年-2015年電子時代，此時期仍多為物理按鍵，極少數為觸屏，且集成度較低，智能化程度較低。 2015年至今智能時代，智能座艙正朝著以駕乘需求、用戶情感為中心，以場景為驅動，滿足駕乘人員不同需求的方向發展。其主要由更為豐富的大型全液晶儀表盤、全面觸控的中控設備、先進的車載信息娛樂系統、便利的生物識別系統等為駕駛員及乘客在座艙內營造出全新的用戶體驗。
智能座艙領域起步晚、爆發快，由于新技術的快速融入，智能座艙不可逆轉地出現越來越多不同的產品形態，人機交互也呈現出多樣化的發展趨勢，但諸多相關技術仍在發展進步中，故產品力表現與用戶需求存在偏差，同時導致智能座艙領域標準體系建設嚴重滯后，現行相關標準相對傳統，未成體系，主要針對產品硬件輸出水平提出技術要求與試驗方法，尚未完全涵蓋座艙內外交互功能、視聽觸嗅交互終端、通信等各細分領域新興系統功能產品以及控制器、傳感器等基礎技術乃至座艙智能化分級、座艙評價等頂層設計領域。
二、智能座艙整體技術發展概述
智能座艙是智能網聯汽車的重要組成部分，在全球汽車產業“新四化” 不斷深入發展的今天， 座艙的智能化程度和差異化不僅是現階段各主機廠競爭的新賣點，也是消費者購車的重要考慮因素。 未來隨著智能化技術的不斷普及，用戶對駕乘體驗要求更高，汽車將不再僅僅是交通工具，如何使人與車輛之間更加方便、智能的溝通交互，在滿足駕駛與安全需求的基礎上，成為個性化的第三生活空間，是智能座艙的使命也是未來重要的發展方向。
在智能座艙中，涉及到多種技術的發展，包括有基礎技術類、硬件終端類和功能類，其中基礎數據類主要包括芯片、座艙域控制器、操作系統、云服務平臺、通訊等，硬件終端類包括傳感器、控制器、交互終端等，功能類包括識別及監測類、語音交互系統、手勢交互系統、車機互聯、顯示類交互、環境類、多模交互等。
智能座艙現狀
美系企業的電子架構通過中央計算模塊(CCM)對不同的區域控制單元及其部件進行統一管理， 對傳統汽車電子架構進行了全方位的創新，實現了“軟件定義汽車”，加快了汽車產品迭代速度。
歐洲座艙系統，通過氛圍燈、迎賓燈和智能設備的應用，使車內娛樂性更強；
可變換的座艙形式，集辦公、休息、娛樂為一體，家居化的設計成為主流；
城市、電動化的設計更為凸顯；
共享 + 按需出行更為廣泛。
在未來，智能座艙在操作方式上，將以語音 + 手勢為主，再輔以生物識別、眼球追蹤 全息影像等方式，通過全方位的感知系統來加深對人類習慣和不同時間情緒和狀況反應來搭建不同的駕駛座艙，使設計更加人性化。
硬件方面，歐系車型更偏向于成熟穩定的SoC，美系車型則追求更強悍的性能和大算力；歐美系車型主要將領先的屏幕顯示技術應用于艙內，但并不追求屏幕的尺寸與數量，其更多在于根據車輛的定位來設計面向駕駛員或艙內人員的車輛信息、娛樂信息及安全提示等信息的展現與交互形式。
軟件方面，智能座艙操作系統目前國內外的智能座艙操作系統主要以QNX、Linux以及Android 為主，其中QNX在全球市場份額最高，其安全性強、實時性高；Linux性能穩定的系統，開源免費， Android則擁有強大的生態而發展迅速。
另一方面， 大部分歐美車廠采取自研操作系統的業務模式。交互方面，語音已經成為了智能座艙的核心交互方式，也幾乎成為了車輛標準配置。目前以DMS與手勢識別為主的主動視覺交互逐步成為了下一階段艙內交互的發展方向。
基礎技術方面
芯片——汽車的大腦，功能與功能之間的配合需要芯片來助力，尤其是在智能座艙大力發展的階段，運算處理復雜度呈指數級增加，傳統的芯片已經不再能滿足當前需求。必須選擇集成了中央處理器（CPU）、AI處理單元、圖像處理單元（GPU）、深度學習加速單元（NPU）等多個模塊的系統級 SoC芯片。隨著各個主機廠越來越傾向于采用硬件預埋的方式進行智能化軍備競賽，采用單個更高算力 SoC芯片或多個SoC芯片也是主流趨勢之一。
座艙域控制器——在操作系統上通過加載新虛擬機來實現對多個系統的控制。目前隨著軟件不斷成熟及新ARM架構的應用，軟件安全性有望顯著提高，座艙域控制器將開始快速滲透。座艙域控制器作為智能座艙的必備部件，共經歷了三個階段，分別為分離式、分域式集中域式，其增長確定性高， 盡管存在一定技術壁壘，國內供應商已初露頭角， 如德賽西威、 諾博科技、 博泰、 均勝電子、 航盛電子、遠峰科技等。 盡管國內參與者大多入局相對較晚， 考慮到國內車企對智能座艙的布局節奏提速，以及國內供應商在成本、服務端優勢明顯，國內座艙域控制器的龍頭企業在自主、 合資市場具有較強的競爭實力。
車載操作系統——主要涉及到兩種操作系統，一種是車控操作系統，另外一種則是座艙操作系統， 其中車控操作系統主要負責車輛底盤控制、動力系統和自動駕駛；而座艙操作系統要為車載信息娛樂服務以及車內人機交互提供控制平臺，是汽車實現座艙智能化與多源信息融合的運行環境。
硬件終端方面
近年來智能座艙在新的汽車車型中普及速度不斷加快。硬件終端所包含的各種傳感器、視聽交互終端、通訊終端、座艙環境類終端也隨之發展，中控大屏、連屏，智能通訊，OTA升級等功能成為加裝最多，也最常見的部分，已逐漸成為判斷該車是否配置智能座艙的重要標準。
傳感器——智能座艙乃至整個智能汽車產業發展的關鍵環節之一，汽車智能化的程度將會成為決定汽車性能和功能的關鍵因素，而智能化的基礎之一就是感知技術。可以說汽車就是一個安裝傳感器的平臺，各種物理量、化學量、生物量的傳感器隨著汽車智能化的發展將會越來越多地應用于汽車當中。隨著自動駕駛級別的提升，單車傳感器的數量呈倍級增加。預計自動駕駛Level1-2級需要10-20 個傳感器，Level3級需要 20-30 個傳感器，在未來， 汽車中的多傳感器融合將成為主流趨勢， 在提高感知準確度、增加感知維度的同時增強環境適應能力，進一步提升系統決策可靠性。
其次，傳感器與人工智能技術的結合也會變得越來越緊密，感知人的情緒和行為， 為安全駕駛提供幫助。屏幕， 音響——隨著手機上的物理按鍵被越來越大的液晶屏所取代，通過語音、手勢等操作就可以絲滑地完成指令。 汽車座艙同樣也經歷了從機械式向智能化的演變， 早期的駕駛座艙主要由機械表盤和簡單的娛樂系統構成， 當座艙娛樂系統不斷豐富， 智能座艙通過視覺、聽覺、觸覺等多樣的交互終端與駕駛員和乘客進行交互，而不是原來的物理按鍵。顯示屏是視覺交互的主要終端，是讓駕乘人員快速獲取豐富信息的主體媒介，大屏、高清顯示、多屏幕組合、曲面顯示等將會是一個長時間的發展走向。
功能方面
隨我國經濟飛速發展，電子信息化時代也逐漸到來并進入人們的生活。座艙功能也從僅有的行車便捷變成帶有電子娛樂設備的多功8能場所，曾經人和機械按鍵之間的互動也變成了人和AI智能系統的交互體驗。與眾多成熟市場相比，早已對移動互聯網與智能手機形成依賴的中國用戶對座艙的智能科技配置有著更高的關注度，相關配置在中國消費者的購車決策中起到更為重要的作用。
目前國內市場上車型的智能座艙功能主要集中在語音識別、車內空調、顯示、車聯網應用、增強感知、手機連接、車內燈光、噪聲控制以及車內氣味等領域。
語音識別作為目前普及率和認知度最高的生物識別技術，能夠實現在不同場景下語音控制車內的諸多功能，提升了駕駛的安全性。
在未來，智能座艙功能將有新的發展，將體現在駕駛態勢感知功能、實時信息傳遞功能、駕駛者控制交互功能、駕駛狀態融合和駕駛狀態輔助功能等。對于駕駛態勢感知功能，主要在兩個場景中提供幫助，分別為：
-> 啟動觀察四周來車情況，由于存在視野盲區發生事故的情況；
-> 以及在極端天氣和惡劣氣候條件情況下能見度急劇下降，對外部的環境探測、 周圍的行車情況不大了解，甚至會出現因為路況差而導致事故的情況。
對于實時信息傳遞功能，可以將實時路況進行傳達，于惡劣天氣下周圍環境的全息感知、汽車實時狀態監控具有很大的幫助； 對于駕駛者控制交互功能， 實現“信息傳遞” 僅僅是對車輛發展硬件設施的基本要求，實現“ 智能信息傳遞” ，并保證駕駛過程中的舒適度， 才是未來座艙升級的大勢所趨。對于駕駛狀態融合和駕駛狀態輔助功能， 在基于智能駕駛需求的基礎上， 未來汽車智能座艙升級，能夠在一定程度上借鑒航空航天技術如合成視覺航電樞紐（ SVAB），為駕駛人員提供更優質、 更高效、 更便捷、 更安全的行駛方案， 省下做決定和猶豫的時間， 減輕駕駛員的負擔， 在行車過程當中實時感知周邊行車情況， 從車輛硬件設施和體驗感上都帶來更進一步發展。
