5G通信時代汽車智能座艙發(fā)展趨勢淺析

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【摘要】隨著電子技術(shù)和通信技術(shù)的迅速發(fā)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(fā)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(guān)注。5g作為當(dāng)下較為先進(jìn)的通信技術(shù)，具有高速率、低延遲、低能耗及大容量的優(yōu)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(fā)展。首先對汽車座艙的發(fā)展歷史以及智能座艙的概念進(jìn)行梳理，然后結(jié)合5G背景對智能座艙的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行分析，最后探討5G自動駕駛時代智能座艙發(fā)展趨勢。

主題詞：5G汽車座艙智能座艙

1前言

5G作為當(dāng)下較為先進(jìn)的移動通信技術(shù)，相比上一代移動通信技術(shù)，其在傳輸速率、延遲率、連接容量、功耗表現(xiàn)等方面具有大幅度優(yōu)勢。目前我國5G技術(shù)發(fā)展領(lǐng)先世界，從5G建設(shè)方面來看，國內(nèi)連接數(shù)量超過3.65億戶，5G基站總數(shù)已有96萬個，已經(jīng)覆蓋全國地級以上城市；對于汽車行業(yè)而言，使用5G傳輸方式能夠傳遞更多的交互數(shù)據(jù)、同步性高的傳輸需求，車聯(lián)網(wǎng)C-V2X技術(shù)使車輛實時與周邊環(huán)境交換信息。如今，汽車向著電動化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化、共享化發(fā)展[1]已經(jīng)成為大家關(guān)注的焦點，汽車座艙作為人與車的直接交互窗口，其形態(tài)功能也在不斷升級進(jìn)步，以往的機械按鈕式的以駕駛操縱為核心的汽車座艙，現(xiàn)在變得越來越有溫度。汽車智能座艙的設(shè)計或許成為未來汽車發(fā)展和創(chuàng)新的關(guān)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(fā)展歷史及智能座艙簡介

2.1汽車座艙的發(fā)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(jìn)步發(fā)展不斷升級改進(jìn)。根據(jù)座艙的操作性和功能性可以將汽車座艙的發(fā)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(shè)備組成。儀表是座艙最核心的器件[2]，能夠反應(yīng)車輛的運行狀態(tài)和基本信息，包括行駛車速、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、水溫、燃油等。媒體播放設(shè)備主要依靠收音機以及卡帶式播放器。儀表及媒體設(shè)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(nèi)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(diào)等；傳統(tǒng)機械式儀表被液晶儀表代替，顯示內(nèi)容更加豐富美觀，中控增加了導(dǎo)航功能；媒體設(shè)備升級，可以與手機交互，座艙內(nèi)的功能更加豐富用。（3）智能時期。目前我們已經(jīng)進(jìn)入初步智能時期，座艙的中控液晶屏尺寸更大，傳統(tǒng)儀表幾乎淘汰。觸控屏幕交互已經(jīng)十分成熟，媒體設(shè)備可以連接互聯(lián)網(wǎng)、車載WIFI網(wǎng)絡(luò)、手機無線充電都在座艙得以應(yīng)用[3]。在座艙架構(gòu)上，中控與儀表的一體化設(shè)計開始出現(xiàn)。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(yuǎn)的未來，一塊控制芯片即可控制整個座艙的智能設(shè)備。

2.2智能座艙的概念

在汽車領(lǐng)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(wù)系統(tǒng)，從用戶的需求及體驗考慮，座艙能夠分析用戶需求，結(jié)合大數(shù)據(jù)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(huán)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(huán)境，通過分析環(huán)境以及其他周邊車輛，結(jié)合駕駛員判斷，實現(xiàn)人與車、車與路的交互。當(dāng)前我們的汽車座艙技術(shù)發(fā)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(jīng)實現(xiàn)初步智能座艙，伴隨5G技術(shù)的應(yīng)用與推廣，“5G智能感知座艙”在行業(yè)內(nèi)已經(jīng)被廣泛認(rèn)可，未來汽車的智能座艙值得我們關(guān)注和思考。

3汽車座艙的軟硬件技術(shù)發(fā)展

3.1軟硬分開，整體協(xié)同

當(dāng)前車企在汽車智能座艙的開發(fā)設(shè)計上有自主開發(fā)和同步開發(fā)2種模式。自主開發(fā)指即主機廠依靠自身研發(fā)能力，整車的硬件和軟件都是自主設(shè)計。同步開發(fā)指主機廠負(fù)責(zé)車艙硬件或軟件，另一部分交由供應(yīng)商開發(fā)[5]。當(dāng)前隨著網(wǎng)絡(luò)生態(tài)需求的擴(kuò)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(xiàn)更復(fù)雜的設(shè)計需求。部分主機廠采取外部供應(yīng)商合作的方式進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)，主機廠主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)框架搭建、定義功能需求、以及驗收測試等工作，其他硬件設(shè)計有外部供應(yīng)商進(jìn)行，這種開發(fā)方式可以分擔(dān)主機廠壓力，讓主機廠專注做車身硬件，能夠提高產(chǎn)品力，但也存在弊端，當(dāng)需求臨時改變時，需要與供應(yīng)商協(xié)調(diào)，這導(dǎo)致生產(chǎn)過程不夠敏捷[6]。隨著軟件定義汽車的趨勢的發(fā)展，車艙軟件需求更新速度不斷加快，但由于主機廠與供應(yīng)商之間的商業(yè)流程限制，使得調(diào)整更新速度響應(yīng)慢，這種弊端越來越明顯[7]。隨著車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，大多數(shù)主機廠為取得主動權(quán)，避免以上開發(fā)方式的弊端，逐漸開始采用軟硬分離的開發(fā)方式。軟硬分離即將硬件電路設(shè)計和軟件設(shè)計分開，硬件電路由供應(yīng)商提供并給出組裝方案，軟件設(shè)計由主機廠負(fù)責(zé)，主機廠根據(jù)用戶需求和自身研發(fā)能力在軟件系統(tǒng)上實現(xiàn)創(chuàng)新。與整體式的自主開發(fā)相比，軟硬分離的開發(fā)模式能夠大幅降低企業(yè)的研發(fā)成本，為企業(yè)在自身特色方面進(jìn)行創(chuàng)新提供了資源和空間；與同步開發(fā)模式相比[8]，這種模式能夠?qū)⒅鲃訖?quán)把握在自己手中，從而靈活應(yīng)對市場和用戶需求。當(dāng)前，許多車企不斷加入這種智能座艙開發(fā)模式，“軟硬分開，整體協(xié)同”是汽車智能座艙的發(fā)展趨勢[9]。

3.2不斷創(chuàng)新，尋求特色

傳統(tǒng)主機廠在智能化的競爭環(huán)境下，生產(chǎn)的產(chǎn)品同質(zhì)化現(xiàn)象嚴(yán)重，大多數(shù)車型沒有自身的軟件特色，主機廠在智能化技術(shù)上還沒有很深積淀，無法創(chuàng)造絕對的技術(shù)優(yōu)勢。未來汽車座艙一定形成特色的車內(nèi)軟件生態(tài)，消費者更關(guān)注座艙體驗，因此這要求各車企打破現(xiàn)有產(chǎn)品的局限，不斷創(chuàng)新，尋求特色，開發(fā)車載互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用平臺，形成自己特色的軟件生態(tài)。當(dāng)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(xié)同，構(gòu)件電子產(chǎn)品的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。其次，車主是一個龐大的用戶群體，車企可以在用戶授權(quán)的情況下收集用戶數(shù)據(jù)，通過大數(shù)據(jù)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(yīng)的軟件升級服務(wù)[10]。

4汽車智能座艙的功能應(yīng)用

4.1交互方式更加豐富

當(dāng)前階段觸屏技術(shù)和語音交互技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)成熟，識別率和反應(yīng)速度都很快，但在汽車座艙的應(yīng)用還不成熟，未來將不斷優(yōu)化現(xiàn)有功能。現(xiàn)階段，也有一些廠商已經(jīng)將焦點對準(zhǔn)到了一些生物識別技術(shù)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(tǒng)，可以通過攝像頭捕捉用戶的面部信息，進(jìn)行汽車解鎖。雖然面部識別還沒有語音交互技術(shù)的應(yīng)用成熟，但不可否認(rèn)的是這一創(chuàng)新為未來智能座艙的發(fā)展提供了參考[11]。

4.2更高的數(shù)字化水平

隨著5G移動通信技術(shù)的應(yīng)用，汽車將在物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)下實現(xiàn)數(shù)字化、在線化，就像當(dāng)前的手機一樣，可以實現(xiàn)各種功能，比如在線支付、多設(shè)備同步、3D實景模擬、個性地圖、車載影院等多種豐富的數(shù)字化功能及娛樂方式。汽車升級也不需要更復(fù)雜的操作，在5G的傳輸速度下，可以遠(yuǎn)程在線升級，將大大縮短當(dāng)前整車OTA升級的時間[12]。目前，許多車企向數(shù)字化轉(zhuǎn)型，比如大眾集團(tuán)專門成立了軟件部門，創(chuàng)建軟件系統(tǒng)、算法，并推出與之相關(guān)的服務(wù)，用以打造強大的用戶體驗[13]。5G的到來將加速汽車研發(fā)模式的轉(zhuǎn)型升級，主機廠逐漸從傳統(tǒng)的專注硬件工程的產(chǎn)品研發(fā)體系，轉(zhuǎn)變?yōu)檐浻布Y(jié)合的數(shù)字化服務(wù)體系，消費者也更加注重車輛的軟件體驗。

4.3導(dǎo)航功能不斷優(yōu)化

當(dāng)前，導(dǎo)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(dǎo)致部分道路與導(dǎo)航不相符合，例如堵車、積水等路況在地圖上的反應(yīng)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(jù)車外攝像頭和定位功能對車行走狀態(tài)進(jìn)行判斷[13]，并實時更新到地圖上避免導(dǎo)航失誤。目前，一些車企已經(jīng)將AR實景導(dǎo)航應(yīng)用到產(chǎn)品上，比如紅旗E-HS9實景導(dǎo)航可以將出行路線與顯示環(huán)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(wù)場景，除了基本的導(dǎo)航定位外，還可以根據(jù)大數(shù)據(jù)分析以及對用戶的位置信息的判斷[15]，主動推薦出行服務(wù)，比如電影、周邊游玩場所等等。旅游、社交類服務(wù)功能將不斷拓展，例如火車票或機票推薦購買，酒店住房預(yù)訂，旅游路線推薦，風(fēng)景錄像拍攝，車友溝通交流等等，這一系列的圍繞環(huán)境做出的服務(wù)將給用戶帶來極佳的出行體驗。

4.4車內(nèi)娛樂方式多樣化

目前，用戶在車內(nèi)的社交活動仍舊是依靠手機完成的。隨著車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，汽車座艙不僅可以是一個互聯(lián)網(wǎng)終端[16]，實現(xiàn)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(shù)，其特點為網(wǎng)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(nèi)自帶的社交軟件來打電話、收發(fā)消息、共享位置以及導(dǎo)航信息。例如根據(jù)車載應(yīng)用實現(xiàn)目的地集合等多樣化功能。

5結(jié)束語

當(dāng)前，汽車行業(yè)智能化的浪潮正不斷推進(jìn)。汽車智能座艙必然是汽車智能化的一個重要環(huán)節(jié)。5G移動通信技術(shù)的發(fā)展，為汽車座艙智能化奠定了現(xiàn)實基礎(chǔ)。未來的智能汽車時代，還需要無數(shù)5G技術(shù)專家和車企研發(fā)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(wǎng)聯(lián)開發(fā)院 汽車振動噪聲與安全控制綜合技術(shù)國家重點實驗室