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智能座舱与智能驾驶技术演进分析
汽车
2024-12-17 08:41
江苏
编者语:
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在智能网联汽车的时代背景下,智能座舱和智能驾驶技术逐步成为全球汽车产业的两大核心驱动力。高阶智能驾驶技术的快速迭代,推动了从L1到L4的技术进化,而智能座舱的发展则迅速提升了用户在车内的体验。
引言
智能网联汽车作为现代汽车产业发展的一个重要方向,代表了全球汽车行业从传统机械化向高度智能化、网联化的转变。在这个过程中,智能座舱和智能驾驶技术成为了两大关键组成部分。智能座舱通过整合先进的计算平台、人机交互系统和车内娱乐功能,提升了车辆内部的交互体验。而智能驾驶技术则通过不断升级的感知系统和计算能力,使自动驾驶功能逐步从辅助驾驶(L1-L2)向高级别自动驾驶(L3-L5)过渡。
全球多个国家和地区,特别是中国、美国和欧洲,已经制定了支持自动驾驶和智能座舱技术发展的政策,这些政策包括开放道路测试、自动驾驶车辆上路规定以及税收激励等。中国尤其重视在智能网联汽车领域的创新,在推动产业发展的同时,也为国内企业提供了广阔的市场机会。
智能座舱的演进及核心技术
1.智能座舱的技术演变
智能座舱是现代汽车技术演进中的重要组成部分,随着车载电子技术、网络通信技术和人机交互技术的发展,智能座舱已经从传统的娱乐设备向多功能交互平台演进。最初的车载娱乐设备仅提供收音机、CD播放器等功能,主要用于播放音频或简单的导航提示。而随着互联网技术的普及,车载信息系统逐渐转型为联网的智能终端,具备了更多功能,包括实时导航、音乐流媒体、语音控制等。
智能座舱的演进
•座舱1.0:从基础音响到多媒体显示
在座舱1.0时代,车辆的中控系统主要集中在音响娱乐设备和基础的导航功能上。这类系统通常包括单一的小型屏幕,且多为黑白显示,用户交互体验非常有限。此阶段的座舱技术未能实现系统间的互联互通,设备之间多为独立工作。典型的座舱1.0系统,通常具备简单的收音机、CD、MP3播放器等功能,难以提供复杂的多媒体体验。
•座舱2.0:从独立设备到信息娱乐系统
随着消费电子产品的发展,智能手机的普及使得消费者对车内信息娱乐系统的要求逐渐提升。座舱2.0标志着车内多媒体设备的整合和联网化。此阶段的系统开始支持触摸屏、联网娱乐和高级导航功能。用户可以通过中控屏操作车辆的多项功能,屏幕尺寸也从最初的4-8英寸扩展到10英寸以上。这一代的座舱系统具备与智能手机类似的联网能力,使车载导航、音乐、通信等功能得到了质的飞跃。
•座舱3.0:多屏互动与域控系统
随着域控架构的引入,座舱3.0时代的核心在于多屏互动和域控制器的整合。通过一个高性能的主控芯片,多个车载显示屏可以同时显示不同内容,提供高度个性化的体验。座舱域控制器作为这一阶段的重要创新,负责整合和管理所有车内设备的数据流动和控制命令。通过域控系统,座舱内的多块显示屏可以同时控制音响、导航、娱乐和环境控制等多项功能,大幅提升了车内的交互体验。
2.智能座舱的关键技术
智能座舱技术不仅限于信息娱乐系统,还涵盖了更多技术,如座舱域控制器、大尺寸中控屏、HUD(抬头显示)、驾驶员和乘客监测系统等。随着这些技术的发展,智能座舱已逐步从一个信息中心,发展为整合多种功能的智能驾驶舱。
•座舱域控制器:智能座舱的“中枢神经”
座舱域控制器作为智能座舱系统的核心,承担着整车多个电子系统的集成管理功能。它能够实时处理车内的各类数据,包括显示屏、传感器、音响系统等的运行状态,并通过高性能计算平台,实现各个系统的无缝协作。随着技术的进步,座舱域控制器正朝着更高算力和更强功能的方向发展,其市场渗透率也将大幅提升。据预测,将从2022年的9%增长到2026年的31%,该技术在未来的智能座舱中将占据越来越重要的地位。
•大尺寸中控屏:信息显示和交互的核心
近年来,车载显示屏的尺寸不断增加,大尺寸中控屏逐渐成为高端车型的标配。如今,车载中控屏的平均尺寸已经超过了10英寸,部分高端车型甚至配备了45英寸以上的超大连屏设计。这些屏幕不仅仅用于导航和信息显示,还支持车载娱乐、语音交互和手势控制等多种功能。未来,随着显示技术的进一步升级,预计车载屏幕将从LCD逐步向OLED、MicroLED等更高分辨率的技术过渡。
•增强现实HUD:提升驾驶安全性与体验
增强现实抬头显示器(AR-HUD)是智能座舱的重要组成部分,旨在将驾驶相关信息投射到驾驶员的视野范围内,减少驾驶员低头查看仪表盘的频率。AR-HUD能够提供导航信息、车辆状态、道路限速等数据,部分高级版本甚至支持增强现实功能,将导航路径直接投射到路面上。预计到2026年,AR-HUD的市场渗透率将达到35%,尤其是在高端和豪华车型中,它将成为一项标准配置。
•驾驶员与乘客监测系统:安全与舒适的双重保障
驾驶员监测系统(DMS)和乘客监测系统(OMS)通过摄像头监测车内人员的状态,提升了驾驶的安全性和乘坐的舒适性。例如,DMS可以通过分析驾驶员的面部表情、眼球运动等,判断其是否疲劳或注意力分散,从而提醒驾驶员恢复注意力。OMS则主要用于监测乘客的状态,例如是否系好安全带、车内乘客数量等,确保乘客的安全和舒适。这类系统未来可能会逐步成为法规强制要求的配置,进一步推动市场渗透率的提升。
智能驾驶技术路线的演进
1.从ADAS到自动驾驶的技术发展
智能驾驶技术的发展经历了从基础的驾驶辅助系统(ADAS)逐步向更高级别的自动驾驶系统(L3-L5)演进的过程。随着传感器、计算平台和人工智能技术的不断进步,车辆对周围环境的感知能力大幅提升,实现了从单一功能驾驶辅助到全场景自动驾驶的跃升。
自动驾驶分类
• L0-L2阶段:基础的驾驶辅助功能
L0-L2阶段的驾驶辅助功能,主要集中在一些基础的预警系统和有限的自动控制操作。例如,L0级别仅提供前方碰撞预警(FCW)等安全提示功能,L1级别则具备纵向或横向的简单控制,如自适应巡航(ACC)或车道保持辅助(LKA)。L2级别系统进一步发展,实现了纵向和横向的组合控制,能够在特定条件下自动调整车辆速度和方向,但仍然需要驾驶员保持对车辆的监控。这些系统的主要目标是减轻驾驶员的负担,并在某些情况下提高驾驶安全性。
• L3-L5阶段:高级别自动驾驶的实现
L3级别自动驾驶是智能驾驶技术发展的一个重要里程碑。它允许系统在特定条件下完全接管驾驶任务,驾驶员可以在这些条件下脱离操控。这种技术通常适用于高速公路等受控环境,在这些环境中,系统能够处理大部分驾驶任务。L4和L5级别则代表了更高级的自动驾驶,尤其是L5,能够在所有驾驶场景中实现完全的无人驾驶。这一阶段的技术挑战在于如何应对复杂的城市交通环境、动态障碍物和长尾场景(如行人闯入、意外障碍物)。
2.核心技术进展
实现高级别自动驾驶的关键在于传感器融合、高算力计算平台和复杂的决策算法。这些技术的进展使得车辆能够感知周围环境、做出快速反应,并在复杂的道路条件下安全行驶。
•传感器融合:多种传感器协同工作
高级别自动驾驶依赖于摄像头、毫米波雷达、激光雷达等多种传感器的协同工作。激光雷达作为自动驾驶感知系统中的核心组件,能够提供精确的三维环境感知,尤其在夜间或恶劣天气条件下,激光雷达能够弥补摄像头的视觉不足。毫米波雷达则擅长探测高速行驶的物体,并能够在雾霾、雨雪等恶劣天气下正常工作。这些传感器的数据经过融合处理后,可以为自动驾驶系统提供一个精确的外部环境模型。
•高算力域控制器:提升车辆的计算能力
高阶自动驾驶系统对计算能力有极高的要求,尤其是在实时处理大量感知数据和决策任务时。当前,200Tops以上的算力平台已成为高级自动驾驶系统的标准配置。这些平台能够实时处理来自多个传感器的数据,并通过复杂的算法做出驾驶决策。根据报告,2024年和2025年,200Tops以上算力平台的高阶自动驾驶车型出货量将分别达到129万和194万辆,显示出这一领域的快速增长。
•智能驾驶系统芯片(SOC):自动驾驶的“大脑”
智驾SOC芯片作为自动驾驶系统的“大脑”,承担着感知、决策和控制的任务。随着自动驾驶技术的进步,智能驾驶芯片的性能需求越来越高。报告指出,地平线、黑芝麻智能等国产芯片厂商在这一领域已经逐步崛起,并开始与国际巨头竞争。未来,SOC芯片的性能和功耗将成为车企选择自动驾驶解决方案的关键因素。
市场竞争与行业格局
1.主要企业布局
在全球范围内,车企和科技公司在智能驾驶和智能座舱领域的布局日趋激烈。国内的比亚迪、吉利、长城等传统自主品牌通过不断推出L2及L3级别的智能驾驶车型,已经在市场上占据了重要份额。这些企业通过技术积累和整合,不断推进自动驾驶系统的量产。而蔚来、小鹏和理想等新兴车企,通过引入更加先进的自动驾驶功能,如L2.9城市NOA(领航自动驾驶),逐渐在市场上确立了技术领先的形象。
•比亚迪的智能驾驶布局
比亚迪作为国内自主品牌的领军者,其在智能驾驶技术上的推进十分迅速。依托于其自主研发的电子控制系统和新能源汽车平台,比亚迪已经推出了L2级别的智能驾驶功能,并计划在高端车型中实现L3级别的全场景智能驾驶。比亚迪的技术路线强调通过集成成本相对较低的传感器,如毫米波雷达和视觉传感器,来实现高性价比的智能驾驶解决方案,重点关注大众市场。
•蔚来、小鹏和理想的智能驾驶探索
与传统车企不同,蔚来、小鹏和理想等新势力车企则专注于通过高端技术引领市场。以小鹏汽车为例,其XNGP系统代表了目前国内自主研发智能驾驶技术的最前沿。小鹏XNGP系统实现了端到端的视觉感知,并引入了大规模的数据训练和自学习算法,使车辆在城市复杂道路场景中的智能驾驶能力大幅提升。蔚来则通过其NOP领航辅助功能和BaaS(电池即服务)生态系统,在高端电动车市场中占据重要地位。
•华为在智能驾驶技术中的角色
华为作为智能驾驶解决方案的重要提供商,依托于其MDC(Mobile Data Center)计算平台,逐渐在高端车型中打开市场。华为的MDC平台具备超高算力,能够支持L3及以上级别的自动驾驶功能。此外,华为还在传感器融合和智能座舱方面进行布局,为汽车企业提供全方位的解决方案。未来,随着更多车企采用华为的MDC平台,智能驾驶的市场格局有望进一步变得多元。
2.市场规模与渗透率
•智能座舱市场:快速增长的潜力
根据报告预测,到2026年,智能座舱市场规模将达到1800亿元,年复合增长率超过15%。这一增长得益于智能座舱技术的持续创新和市场需求的不断攀升。大尺寸中控屏、HUD以及座舱域控制器的普及,将成为推动市场增长的主要因素。特别是大屏连屏化和AR-HUD的应用,将带来全新的车内体验,使智能座舱成为未来汽车差异化竞争的重要领域。
•智能驾驶市场:L3及以上技术渗透率快速提升
在智能驾驶领域,高阶智能驾驶的渗透率也在不断提高。报告指出,2024年到2025年,搭载200Tops以上高算力平台的车型出货量将分别达到129万和194万辆,显示出L3及以上级别自动驾驶技术的快速普及。此外,随着车路协同技术的逐步推广,城市NOA和高速NOA的渗透率将在未来几年内大幅提升。预计到2026年,L2.9级别城市NOA系统的市场渗透率将超过20%,进一步推动智能驾驶技术的大规模商业化应用。
挑战与机遇
1.技术挑战
尽管智能驾驶和智能座舱技术发展迅速,但在实际应用中依然面临诸多技术挑战。其中,端到端的算法优化、高精度地图的应用以及传感器冗余设计,都是目前行业内亟待解决的问题。
•算法与数据训练
自动驾驶系统的核心在于数据驱动的算法优化。尽管端到端算法能够通过大规模的数据训练实现自主学习和优化,但在复杂的城市交通场景中,长尾问题依然存在。例如,一些罕见的场景,如行人突然闯入、紧急避让等,传统的规则驱动算法无法有效处理。端到端算法在处理这些复杂场景时,需要更大量的高质量数据支持。为了实现自动驾驶系统在全球范围内的推广,企业必须通过大量的仿真测试和实车验证来不断优化算法。
•高精地图的应用与挑战
虽然L4级别的自动驾驶可以在封闭或半封闭的道路环境中运行,但在开放的城市道路上,高精度地图是不可或缺的。高精度地图能够为车辆提供准确的道路信息,尤其在复杂路况下,地图数据可以补充传感器的感知不足。然而,高精地图的实时更新和数据覆盖范围是目前的主要难题。由于道路状况变化频繁,地图需要进行频繁更新,且在不同城市中的泛化能力存在局限。
•传感器冗余设计与可靠性
在实现高级别自动驾驶时,传感器冗余设计是确保系统安全性的关键。例如,自动驾驶车辆通常需要配备多个传感器,如摄像头、毫米波雷达和激光雷达,以确保在任何条件下都能感知周围环境。然而,多种传感器的数据融合和冗余设计会增加系统的复杂性和成本,如何平衡传感器成本与冗余设计是自动驾驶落地的关键挑战之一。
2.政策与市场机遇
随着全球多个国家和地区逐步放开自动驾驶技术的法规限制,智能驾驶的市场化进程正在加速。特别是在中国,美国和欧洲等主要市场,政府对智能驾驶和智能网联汽车的支持力度不断加大,推动了这一领域的快速发展。
•中国的政策推动
中国政府通过一系列政策支持智能网联汽车的研发和推广。2023年,《智能网联汽车产业发展战略》发布,明确了到2035年智能驾驶汽车的大规模商用目标。此外,多个省市还设立了智能网联汽车示范区,为企业提供道路测试和应用场景。这些政策的出台,将极大加速中国市场对智能驾驶技术的接受和应用,进一步推动国内企业在这一领域的创新。
• Robotaxi的商业化前景
Robotaxi作为自动驾驶技术商业化的重要应用场景,其未来发展前景广阔。随着L4级别自动驾驶技术的逐步成熟,多个企业已经在特定城市中开展了Robotaxi试点项目。例如,百度的Apollo、文远知行、小马智行等企业,已经在北京、广州等地启动了无人驾驶出租车的测试服务。未来,随着Robotaxi在更多城市的推广,这一业务有望成为自动驾驶技术最早实现大规模商业化的领域。
结论
智能座舱与智能驾驶技术的快速发展,正推动全球汽车行业向智能化、网联化和自动化方向转型。智能座舱通过座舱域控制器、大尺寸中控屏、AR-HUD等先进技术的应用,极大提升了用户在车内的交互体验;而智能驾驶技术,特别是L3-L4级别的自动驾驶技术,通过高算力域控制器、传感器融合和数据驱动的算法优化,逐步实现了车辆的全场景自主驾驶。
在未来,随着政策支持的进一步加大,L4级别自动驾驶技术将在特定场景下实现大规模商用,特别是Robotaxi等领域,将成为自动驾驶技术落地的关键应用场景。同时,智能座舱技术的持续创新,将继续提升车辆的智能化水平,成为汽车企业差异化竞争的核心。尽管面临技术和市场的诸多挑战,智能座舱和智能驾驶技术的未来充满了巨大的潜力与机遇。
-- END --
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