5G通信時代汽車智能座艙發展趨勢淺析
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【摘要】隨著電子技術和通信技術的迅速發展，汽車漸漸不再是單純的交通工具，而是向著智能終端方向發展。汽車座艙作為人與車的直接交互窗口，決定著人的駕駛體驗和乘車體驗，一直以來備受汽車消費者關注。5g作為當下較為先進的通信技術，具有高速率、低延遲、低能耗及大容量的優勢，使得汽車越來越智能化，成為“出行、生活、社交”一體的智能空間，同時也推動著汽車座艙向智能座艙的發展。首先對汽車座艙的發展歷史以及智能座艙的概念進行梳理，然后結合5G背景對智能座艙的發展現狀進行分析，最后探討5G自動駕駛時代智能座艙發展趨勢。
1前言
5G作為當下較為先進的移動通信技術，相比上一代移動通信技術，其在傳輸速率、延遲率、連接容量、功耗表現等方面具有大幅度優勢。目前我國5G技術發展領先世界，從5G建設方面來看，國內連接數量超過3.65億戶，5G基站總數已有96萬個，已經覆蓋全國地級以上城市；對于汽車行業而言，使用5G傳輸方式能夠傳遞更多的交互數據、同步性高的傳輸需求，車聯網C-V2X技術使車輛實時與周邊環境交換信息。如今，汽車向著電動化、智能化、網聯化、共享化發展[1]已經成為大家關注的焦點，汽車座艙作為人與車的直接交互窗口，其形態功能也在不斷升級進步，以往的機械按鈕式的以駕駛操縱為核心的汽車座艙，現在變得越來越有溫度。汽車智能座艙的設計或許成為未來汽車發展和創新的關鍵因素，也是打造差異化、吸引用戶的重要因素。
2汽車座艙的發展歷史及智能座艙簡介
2.1汽車座艙的發展歷史
首先，汽車的歷史可以追溯到1885年，第一臺汽車于1895年在德國誕生，自此汽車座艙隨著汽車的進步發展不斷升級改進。根據座艙的操作性和功能性可以將汽車座艙的發展歷史劃分為3個階段：機械時期、電子時期和智能時期。（1）機械時期。機械時期的汽車座艙主要有機械儀表和媒體播放設備組成。儀表是座艙最核心的器件[2]，能夠反應車輛的運行狀態和基本信息，包括行駛車速、發動機轉速、水溫、燃油等。媒體播放設備主要依靠收音機以及卡帶式播放器。儀表及媒體設備的控制多以按鍵或按鈕的方式操作，功能需求十分簡單。（2）電子時期。此時期，座艙內增加了許多電子控制器件，例如電動升降車窗、氛圍燈、電子車鎖、空調等；傳統機械式儀表被液晶儀表代替，顯示內容更加豐富美觀，中控增加了導航功能；媒體設備升級，可以與手機交互，座艙內的功能更加豐富用。（3）智能時期。目前我們已經進入初步智能時期，座艙的中控液晶屏尺寸更大，傳統儀表幾乎淘汰。觸控屏幕交互已經十分成熟，媒體設備可以連接互聯網、車載WIFI網絡、手機無線充電都在座艙得以應用[3]。在座艙架構上，中控與儀表的一體化設計開始出現。沖破了硬件束縛，一個芯片就可以控制多個屏幕，或許在不遠的未來，一塊控制芯片即可控制整個座艙的智能設備。
2.2智能座艙的概念
在汽車領域，智能座艙的定義有2種解釋。其一，基于用戶體驗將智能座艙定義為智能服務系統，從用戶的需求及體驗考慮，座艙能夠分析用戶需求，結合大數據與用戶偏好，通過顯示屏、音響、座椅、氛圍燈等交互載體滿足用戶需求，使用戶獲得舒適的駕駛體驗和交互體驗。其二，基于行駛環境將智能座艙定義為智能移動空間[4]，座艙能夠感知車外環境，通過分析環境以及其他周邊車輛，結合駕駛員判斷，實現人與車、車與路的交互。當前我們的汽車座艙技術發展水平介于電子時期可智能時期之間，在部分高端車型上已經實現初步智能座艙，伴隨5G技術的應用與推廣，“5G智能感知座艙”在行業內已經被廣泛認可，未來汽車的智能座艙值得我們關注和思考。
3汽車座艙的軟硬件技術發展
3.1軟硬分開，整體協同
當前車企在汽車智能座艙的開發設計上有自主開發和同步開發2種模式。自主開發指即主機廠依靠自身研發能力，整車的硬件和軟件都是自主設計。同步開發指主機廠負責車艙硬件或軟件，另一部分交由供應商開發[5]。當前隨著網絡生態需求的擴張以及車艙硬件平臺的不斷更新，以及僅僅依靠主機廠越來越難實現更復雜的設計需求。部分主機廠采取外部供應商合作的方式進行產品開發，主機廠主要負責系統框架搭建、定義功能需求、以及驗收測試等工作，其他硬件設計有外部供應商進行，這種開發方式可以分擔主機廠壓力，讓主機廠專注做車身硬件，能夠提高產品力，但也存在弊端，當需求臨時改變時，需要與供應商協調，這導致生產過程不夠敏捷[6]。隨著軟件定義汽車的趨勢的發展，車艙軟件需求更新速度不斷加快，但由于主機廠與供應商之間的商業流程限制，使得調整更新速度響應慢，這種弊端越來越明顯[7]。隨著車聯網技術的不斷發展，大多數主機廠為取得主動權，避免以上開發方式的弊端，逐漸開始采用軟硬分離的開發方式。軟硬分離即將硬件電路設計和軟件設計分開，硬件電路由供應商提供并給出組裝方案，軟件設計由主機廠負責，主機廠根據用戶需求和自身研發能力在軟件系統上實現創新。與整體式的自主開發相比，軟硬分離的開發模式能夠大幅降低企業的研發成本，為企業在自身特色方面進行創新提供了資源和空間；與同步開發模式相比[8]，這種模式能夠將主動權把握在自己手中，從而靈活應對市場和用戶需求。當前，許多車企不斷加入這種智能座艙開發模式，“軟硬分開，整體協同”是汽車智能座艙的發展趨勢[9]。
3.2不斷創新，尋求特色
傳統主機廠在智能化的競爭環境下，生產的產品同質化現象嚴重，大多數車型沒有自身的軟件特色，主機廠在智能化技術上還沒有很深積淀，無法創造絕對的技術優勢。未來汽車座艙一定形成特色的車內軟件生態，消費者更關注座艙體驗，因此這要求各車企打破現有產品的局限，不斷創新，尋求特色，開發車載互聯網應用平臺，形成自己特色的軟件生態。當前，消費者對座艙智能化的需求不斷增多，座艙軟件除了基本的駕駛功能外還可以與用戶手機協同，構件電子產品的物聯網系統。其次，車主是一個龐大的用戶群體，車企可以在用戶授權的情況下收集用戶數據，通過大數據分析用戶偏好，做出有個性化的座艙供用戶選擇，或者提供對應的軟件升級服務[10]。
4汽車智能座艙的功能應用
4.1交互方式更加豐富
當前階段觸屏技術和語音交互技術的發展已經成熟，識別率和反應速度都很快，但在汽車座艙的應用還不成熟，未來將不斷優化現有功能。現階段，也有一些廠商已經將焦點對準到了一些生物識別技術上，如手勢識別和指紋識別等，例如，榮威RX5MAX配備了Skyeye天眼系統，可以通過攝像頭捕捉用戶的面部信息，進行汽車解鎖。雖然面部識別還沒有語音交互技術的應用成熟，但不可否認的是這一創新為未來智能座艙的發展提供了參考[11]。
4.2更高的數字化水平
隨著5G移動通信技術的應用，汽車將在物聯網的基礎下實現數字化、在線化，就像當前的手機一樣，可以實現各種功能，比如在線支付、多設備同步、3D實景模擬、個性地圖、車載影院等多種豐富的數字化功能及娛樂方式。汽車升級也不需要更復雜的操作，在5G的傳輸速度下，可以遠程在線升級，將大大縮短當前整車OTA升級的時間[12]。目前，許多車企向數字化轉型，比如大眾集團專門成立了軟件部門，創建軟件系統、算法，并推出與之相關的服務，用以打造強大的用戶體驗[13]。5G的到來將加速汽車研發模式的轉型升級，主機廠逐漸從傳統的專注硬件工程的產品研發體系，轉變為軟硬件結合的數字化服務體系，消費者也更加注重車輛的軟件體驗。
4.3導航功能不斷優化
當前，導航功能還存在許多問題，許多道路狀況未能及時在地圖更新，可能導致部分道路與導航不相符合，例如堵車、積水等路況在地圖上的反應還不夠精確，實時性差。在5G的情景下，這些問題都將解決，根據車外攝像頭和定位功能對車行走狀態進行判斷[13]，并實時更新到地圖上避免導航失誤。目前，一些車企已經將AR實景導航應用到產品上，比如紅旗E-HS9實景導航可以將出行路線與顯示環境完美融合，提供全場景的充足視野，在安全駕駛的同時，體驗“科技改變生活”的快感[14]。在智能汽車時代，車輛能夠感知周圍服務場景，除了基本的導航定位外，還可以根據大數據分析以及對用戶的位置信息的判斷[15]，主動推薦出行服務，比如電影、周邊游玩場所等等。旅游、社交類服務功能將不斷拓展，例如火車票或機票推薦購買，酒店住房預訂，旅游路線推薦，風景錄像拍攝，車友溝通交流等等，這一系列的圍繞環境做出的服務將給用戶帶來極佳的出行體驗。
4.4車內娛樂方式多樣化
目前，用戶在車內的社交活動仍舊是依靠手機完成的。隨著車聯網的發展，汽車座艙不僅可以是一個互聯網終端[16]，實現聽音樂、看電影、看新聞等基本媒體功能。如比亞迪DliLInk4.0(5G)智能座艙搭載5G技術，其特點為網速快、延時低，使得用戶可以在車輛在線觀看高清大片，且玩游戲和聽音樂等在線操作體驗也更好[17]。在未來，用戶可以通過車內自帶的社交軟件來打電話、收發消息、共享位置以及導航信息。例如根據車載應用實現目的地集合等多樣化功能。
5結束語
當前，汽車行業智能化的浪潮正不斷推進。汽車智能座艙必然是汽車智能化的一個重要環節。5G移動通信技術的發展，為汽車座艙智能化奠定了現實基礎。未來的智能汽車時代，還需要無數5G技術專家和車企研發人員共同努力。
作者:鄭紅麗 丁冠源 回姝 黃嘉桐 單位:中國第一汽車股份有限公司智能網聯開發院 汽車振動噪聲與安全控制綜合技術國家重點實驗室