车载电子电器架构 —— 智能座舱技术

我是穿拖鞋的汉子，魔都中坚持长期主义的汽车电子工程师。

老规矩，分享一段喜欢的文字，避免自己成为高知识低文化的工程师：

屏蔽力是信息过载时代一个人的特殊竞争力，任何消耗你的人和事，多看一眼都是你的不对。非必要不费力证明自己，无利益不试图说服别人，是精神上的节能减排。
无人问津也好,技不如人也罢,你都要试着安静下来,去做自己该做的事.而不是让内心的烦躁、焦虑、毁掉你本就不多的热情和定力。

本文目的是分享智能座舱技术及功能应用。

1、背景信息

2、智能座舱整体技术发展概述

一、背景信息

智能座舱的现状呈现出以下特点和发展趋势：

1、市场快速发展：随着消费者对车辆智能化需求的提高，智能座舱市场规模持续扩大。据预测，全球智能座舱市场规模将在未来几年内持续增长，到2030年有望达到681亿美元。在中国市场，智能座舱市场规模也在不断增加，预计将持续保持增长态势。

2、功能多样化：智能座舱的功能已经越来越多样化，除了传统的安全监测、娱乐系统、通讯系统等功能外，还增加了智能控制、舒适性、环境感知等更多功能。这些功能的增加使得智能座舱成为了一个集娱乐、办公、生活、社交于一体的人机交互智能产品。

3、技术日益成熟：随着语音交互技术、多模态交互技术等关键技术的不断突破，智能座舱的智能化程度持续提升。例如，语音交互技术已经可以通过语音识别、语义理解、语音合成等技术实现更加自然、高效的人机交互。

4、人机交互方式多元化：智能座舱的人机交互方式已经逐渐从单一的语音交互发展成了集触摸交互、手势交互、凝视与头部姿态交互、语音交互等多种方式于一体的多元化交互方式。这种多元化的人机交互方式使得驾驶员可以更加方便、快捷地操作车辆和各种功能。

5、跨域融合发展：为了满足用户对智能座舱的个性化需求，智能座舱的跨域融合发展已经成为了未来的发展趋势。例如，智能驾驶和智能座舱的跨区域融合可以为用户提供更加智能化、便捷化的用车体验。

智能座舱的现状呈现出市场快速发展、功能多样化、技术日益成熟、人机交互方式多元化和跨域融合发展等特点和发展趋势。未来，随着技术的不断进步和消费者需求的不断变化，智能座舱将会迎来更多的创新和发展。

当下，汽车智能座舱技术发展方兴未艾，智能座舱领域相关功能产品正在快速迭代，加紧上车，这极大地丰富了座舱的功能应用，提升了用户体验。同时，智能座舱产品直接关系到用户体验，已成为汽车产品竞争优胜的关键因素之一。但现有智能座舱产品部分性能与用户需求不匹配，亟需优化提升。

纵观汽车产业的发展历史与汽车产品的演化历程，可以看到，智能座舱的发展主要经历以下三个阶段，分别为2000年以前机械时代，其主要由机械式仪表盘及简单的音频播放设备构成，物理按键功能单一，集成度较低，无智能化。2000年-2015年电子时代，此时期仍多为物理按键，极少数为触屏，且集成度较低，智能化程度较低。 2015年至今智能时代，智能座舱正朝着以驾乘需求、用户情感为中心，以场景为驱动，满足驾乘人员不同需求的方向发展。其主要由更为丰富的大型全液晶仪表盘、全面触控的中控设备、先进的车载信息娱乐系统、便利的生物识别系统等为驾驶员及乘客在座舱内营造出全新的用户体验。

智能座舱领域起步晚、爆发快，由于新技术的快速融入，智能座舱不可逆转地出现越来越多不同的产品形态，人机交互也呈现出多样化的发展趋势，但诸多相关技术仍在发展进步中，故产品力表现与用户需求存在偏差，同时导致智能座舱领域标准体系建设严重滞后，现行相关标准相对传统，未成体系，主要针对产品硬件输出水平提出技术要求与试验方法，尚未完全涵盖座舱内外交互功能、视听触嗅交互终端、通信等各细分领域新兴系统功能产品以及控制器、传感器等基础技术乃至座舱智能化分级、座舱评价等顶层设计领域。

二、智能座舱整体技术发展概述

智能座舱是智能网联汽车的重要组成部分，在全球汽车产业“新四化” 不断深入发展的今天， 座舱的智能化程度和差异化不仅是现阶段各主机厂竞争的新卖点，也是消费者购车的重要考虑因素。 未来随着智能化技术的不断普及，用户对驾乘体验要求更高，汽车将不再仅仅是交通工具，如何使人与车辆之间更加方便、智能的沟通交互，在满足驾驶与安全需求的基础上，成为个性化的第三生活空间，是智能座舱的使命也是未来重要的发展方向。

在智能座舱中，涉及到多种技术的发展，包括有基础技术类、硬件终端类和功能类，其中基础数据类主要包括芯片、座舱域控制器、操作系统、云服务平台、通讯等，硬件终端类包括传感器、控制器、交互终端等，功能类包括识别及监测类、语音交互系统、手势交互系统、车机互联、显示类交互、环境类、多模交互等。

智能座舱现状

美系企业的电子架构通过中央计算模块(CCM)对不同的区域控制单元及其部件进行统一管理， 对传统汽车电子架构进行了全方位的创新，实现了“软件定义汽车”，加快了汽车产品迭代速度。

欧洲座舱系统，通过氛围灯、迎宾灯和智能设备的应用，使车内娱乐性更强；

可变换的座舱形式，集办公、休息、娱乐为一体，家居化的设计成为主流；

城市、电动化的设计更为凸显；

共享 + 按需出行更为广泛。

在未来，智能座舱在操作方式上，将以语音 + 手势为主，再辅以生物识别、眼球追踪 全息影像等方式，通过全方位的感知系统来加深对人类习惯和不同时间情绪和状况反应来搭建不同的驾驶座舱，使设计更加人性化。

硬件方面，欧系车型更偏向于成熟稳定的SoC，美系车型则追求更强悍的性能和大算力；欧美系车型主要将领先的屏幕显示技术应用于舱内，但并不追求屏幕的尺寸与数量，其更多在于根据车辆的定位来设计面向驾驶员或舱内人员的车辆信息、娱乐信息及安全提示等信息的展现与交互形式。

软件方面，智能座舱操作系统目前国内外的智能座舱操作系统主要以QNX、Linux以及Android 为主，其中QNX在全球市场份额最高，其安全性强、实时性高；Linux性能稳定的系统，开源免费， Android则拥有强大的生态而发展迅速。

另一方面， 大部分欧美车厂采取自研操作系统的业务模式。交互方面，语音已经成为了智能座舱的核心交互方式，也几乎成为了车辆标准配置。目前以DMS与手势识别为主的主动视觉交互逐步成为了下一阶段舱内交互的发展方向。

基础技术方面

芯片——汽车的大脑，功能与功能之间的配合需要芯片来助力，尤其是在智能座舱大力发展的阶段，运算处理复杂度呈指数级增加，传统的芯片已经不再能满足当前需求。必须选择集成了中央处理器（CPU）、AI处理单元、图像处理单元（GPU）、深度学习加速单元（NPU）等多个模块的系统级 SoC芯片。随着各个主机厂越来越倾向于采用硬件预埋的方式进行智能化军备竞赛，采用单个更高算力 SoC芯片或多个SoC芯片也是主流趋势之一。

座舱域控制器——在操作系统上通过加载新虚拟机来实现对多个系统的控制。目前随着软件不断成熟及新ARM架构的应用，软件安全性有望显著提高，座舱域控制器将开始快速渗透。座舱域控制器作为智能座舱的必备部件，共经历了三个阶段，分别为分离式、分域式集中域式，其增长确定性高， 尽管存在一定技术壁垒，国内供应商已初露头角， 如德赛西威、 诺博科技、 博泰、 均胜电子、 航盛电子、远峰科技等。 尽管国内参与者大多入局相对较晚， 考虑到国内车企对智能座舱的布局节奏提速，以及国内供应商在成本、服务端优势明显，国内座舱域控制器的龙头企业在自主、 合资市场具有较强的竞争实力。

车载操作系统——主要涉及到两种操作系统，一种是车控操作系统，另外一种则是座舱操作系统， 其中车控操作系统主要负责车辆底盘控制、动力系统和自动驾驶；而座舱操作系统要为车载信息娱乐服务以及车内人机交互提供控制平台，是汽车实现座舱智能化与多源信息融合的运行环境。

硬件终端方面

近年来智能座舱在新的汽车车型中普及速度不断加快。硬件终端所包含的各种传感器、视听交互终端、通讯终端、座舱环境类终端也随之发展，中控大屏、连屏，智能通讯，OTA升级等功能成为加装最多，也最常见的部分，已逐渐成为判断该车是否配置智能座舱的重要标准。

传感器——智能座舱乃至整个智能汽车产业发展的关键环节之一，汽车智能化的程度将会成为决定汽车性能和功能的关键因素，而智能化的基础之一就是感知技术。可以说汽车就是一个安装传感器的平台，各种物理量、化学量、生物量的传感器随着汽车智能化的发展将会越来越多地应用于汽车当中。随着自动驾驶级别的提升，单车传感器的数量呈倍级增加。预计自动驾驶Level1-2级需要10-20 个传感器，Level3级需要 20-30 个传感器，在未来， 汽车中的多传感器融合将成为主流趋势， 在提高感知准确度、增加感知维度的同时增强环境适应能力，进一步提升系统决策可靠性。

其次，传感器与人工智能技术的结合也会变得越来越紧密，感知人的情绪和行为， 为安全驾驶提供帮助。屏幕， 音响——随着手机上的物理按键被越来越大的液晶屏所取代，通过语音、手势等操作就可以丝滑地完成指令。 汽车座舱同样也经历了从机械式向智能化的演变， 早期的驾驶座舱主要由机械表盘和简单的娱乐系统构成， 当座舱娱乐系统不断丰富， 智能座舱通过视觉、听觉、触觉等多样的交互终端与驾驶员和乘客进行交互，而不是原来的物理按键。显示屏是视觉交互的主要终端，是让驾乘人员快速获取丰富信息的主体媒介，大屏、高清显示、多屏幕组合、曲面显示等将会是一个长时间的发展走向。

功能方面

随我国经济飞速发展，电子信息化时代也逐渐到来并进入人们的生活。座舱功能也从仅有的行车便捷变成带有电子娱乐设备的多功8能场所，曾经人和机械按键之间的互动也变成了人和AI智能系统的交互体验。与众多成熟市场相比，早已对移动互联网与智能手机形成依赖的中国用户对座舱的智能科技配置有着更高的关注度，相关配置在中国消费者的购车决策中起到更为重要的作用。

目前国内市场上车型的智能座舱功能主要集中在语音识别、车内空调、显示、车联网应用、增强感知、手机连接、车内灯光、噪声控制以及车内气味等领域。

语音识别作为目前普及率和认知度最高的生物识别技术，能够实现在不同场景下语音控制车内的诸多功能，提升了驾驶的安全性。

在未来，智能座舱功能将有新的发展，将体现在驾驶态势感知功能、实时信息传递功能、驾驶者控制交互功能、驾驶状态融合和驾驶状态辅助功能等。对于驾驶态势感知功能，主要在两个场景中提供帮助，分别为：

-> 启动观察四周来车情况，由于存在视野盲区发生事故的情况；

-> 以及在极端天气和恶劣气候条件情况下能见度急剧下降，对外部的环境探测、 周围的行车情况不大了解，甚至会出现因为路况差而导致事故的情况。

对于实时信息传递功能，可以将实时路况进行传达，于恶劣天气下周围环境的全息感知、汽车实时状态监控具有很大的帮助； 对于驾驶者控制交互功能， 实现“信息传递” 仅仅是对车辆发展硬件设施的基本要求，实现“ 智能信息传递” ，并保证驾驶过程中的舒适度， 才是未来座舱升级的大势所趋。对于驾驶状态融合和驾驶状态辅助功能， 在基于智能驾驶需求的基础上， 未来汽车智能座舱升级，能够在一定程度上借鉴航空航天技术如合成视觉航电枢纽（ SVAB），为驾驶人员提供更优质、 更高效、 更便捷、 更安全的行驶方案， 省下做决定和犹豫的时间， 减轻驾驶员的负担， 在行车过程当中实时感知周边行车情况， 从车辆硬件设施和体验感上都带来更进一步发展。

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