王忠文，郭 倩

（1.廣州番禺職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣州 511483；2.培黎職業(yè)學(xué)院，甘肅山丹 734100）

智能座艙是汽車新一代的交互方式，車內(nèi)的中控大屏、多屏聯(lián)動(dòng)、觸摸操作、語音交互和AR HUD 等功能，都是智能座艙交互體驗(yàn)的一部分。人和汽車之間的互動(dòng)也變成了人和智能座艙系統(tǒng)的交互體驗(yàn)，向著多屏互聯(lián)、萬物互聯(lián)的方向從智能化走向大眾化，并致力于場(chǎng)景化和安全化的和諧統(tǒng)一[1]。

汽車的新四化：電動(dòng)化、網(wǎng)聯(lián)化、智能化和共享化對(duì)新一代的汽車技術(shù)產(chǎn)生了更高的要求，其中智能化主要包含2 個(gè)方面：一方面是自動(dòng)駕駛，另一方面則是智能座艙，把汽車變成一個(gè)移動(dòng)的生活空間。當(dāng)前應(yīng)用的數(shù)字科技、人工智能、5G 通信、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)，使傳統(tǒng)汽車加速從交通代步工具向移動(dòng)智能終端發(fā)展。智能座艙是人與汽車對(duì)話、溝通、交互的立體式空間，隨著各種智能化功能的研發(fā)，體驗(yàn)感不斷增強(qiáng)，將商務(wù)出行、工作學(xué)習(xí)、休閑娛樂和移動(dòng)生活等功能融為一體，給用戶創(chuàng)造出了第三移動(dòng)生活空間[2]。隨著人們對(duì)智能汽車的要求越來越高，智能座艙已經(jīng)成為了汽車體驗(yàn)感最強(qiáng)的一個(gè)發(fā)展方向，同時(shí)也體現(xiàn)了人與汽車智慧融合的價(jià)值，從而加速了國產(chǎn)化研發(fā)的步伐。

現(xiàn)階段國內(nèi)車企在應(yīng)用軟件及座艙電子領(lǐng)域具備較強(qiáng)的自主配套能力，但外資企業(yè)在座艙芯片及操作系統(tǒng)等底層架構(gòu)中仍然占據(jù)主導(dǎo)地位。需要建立自主研發(fā)體系，掌握核心技術(shù)，才能更好服務(wù)于我國的智能汽車發(fā)展。所以，自主研究開發(fā)國產(chǎn)化智能座艙系統(tǒng)迫在眉睫。

1 面臨的問題

1.1 國產(chǎn)智能座艙芯片應(yīng)用率低

越來越多的芯片公司在研發(fā)智能座艙的芯片，NXP、TI、瑞薩是傳統(tǒng)三大巨頭；高通、intel、芯馳、全志等廠家也加入座艙芯片行列，單芯片多系統(tǒng)為代表的域控制器已經(jīng)成為智能汽車的必選項(xiàng)目之一。高端智能座艙芯片以高通、聯(lián)發(fā)科、瑞薩為主，高通領(lǐng)先（表1）。

布局智能座艙和智能駕駛的自主零部件供應(yīng)商也迎來國產(chǎn)替代機(jī)遇，以華為、芯馳科技、芯擎科技為代表的芯片廠商的座艙SoC 芯片2022—2023 年進(jìn)入量產(chǎn)周期，憑借配套成本、就近服務(wù)、本地生態(tài)等優(yōu)勢(shì)逐漸進(jìn)入國內(nèi)車企配套體系，將為汽車芯片國產(chǎn)替代打開突破口，迎來窗口機(jī)會(huì)。

1.2 國外車機(jī)操作系統(tǒng)復(fù)雜，國產(chǎn)系統(tǒng)自主率不足

車載操作系統(tǒng)的內(nèi)核，對(duì)系統(tǒng)實(shí)時(shí)性和安全性要求極高，如果在內(nèi)核層出現(xiàn)故障，汽車在駕駛域或者座艙域等就會(huì)出現(xiàn)失控狀態(tài)，這需要操作系統(tǒng)廠商擁有深厚的技術(shù)積累，少量國內(nèi)企業(yè)已經(jīng)以不同技術(shù)路線切入市場(chǎng)。當(dāng)前，斑馬智行AliOS和華為HarmonyOS是我國兩大主要車用操作系統(tǒng)。就2022年的數(shù)據(jù)來看，目前車載操作系統(tǒng)（含智能座艙系統(tǒng)）自主率不足5%，而車控操作系統(tǒng)（含自動(dòng)駕駛系統(tǒng)）均在研發(fā)合作當(dāng)中。

1.3 智能座艙多場(chǎng)景融合，缺乏系統(tǒng)性的解決方案

隨著自動(dòng)駕駛水平的提高，駕駛員將有更多的時(shí)間和選擇來做除駕駛之外的各種任務(wù)，為智能汽車人機(jī)交互開辟了新的途徑，智能座艙引入了主動(dòng)交互式概念。因此，更多的高精度傳感器被應(yīng)用到車上，以采集駕駛員和乘客的行為、情緒和個(gè)人選擇，從而提供精確的功能和服務(wù)[3]。這需要多重傳感及交互模式，如手勢(shì)、語音和眼膜識(shí)別。智能駕駛座艙類似于一個(gè)擬人化的車輛內(nèi)部管家，從技術(shù)上，智能駕駛座艙具有環(huán)境感知和交互反饋2 個(gè)方面。

環(huán)境感知是感知環(huán)境、感知駕乘人員，通過雷達(dá)和生物傳感器來感知人類的行為、情緒等。例如當(dāng)前穿戴設(shè)備上應(yīng)用廣泛的AI 視覺。

交互反饋是從視覺、聲覺、觸覺、甚至是嗅覺全方面與你的感官交互，形成智能座艙的控制信息指令，目前還缺少整體的解決方案。汽車整車公司也向各自的各級(jí)零部件供應(yīng)商提出了更高的需求，要求產(chǎn)業(yè)鏈下面的服務(wù)商提供一套完整的解決方案，包括車機(jī)系統(tǒng)、云服務(wù)、前端技術(shù)等。

1.4 交互方式較為傳統(tǒng)，多屏之間難以協(xié)同

當(dāng)前汽車座艙的人機(jī)交互呈現(xiàn)封閉化和碎片化的特點(diǎn)，多屏之間互聯(lián)不暢通，協(xié)同效率低，各個(gè)子系統(tǒng)之間缺乏高效的互聯(lián)互通和信息共享能力，不能滿足年輕用戶對(duì)新一代智能汽車座艙的體驗(yàn)要求。人與智能汽車的交互中心是智能座艙，在各種先進(jìn)技術(shù)高速發(fā)展的今天，新一代國產(chǎn)化的智能座艙引入了更多的創(chuàng)新技術(shù)，同時(shí)也進(jìn)行各個(gè)功能，各種交互方式之間的融合創(chuàng)新。

早期汽車的人機(jī)交互是以機(jī)械聯(lián)動(dòng)和電子按鍵手動(dòng)實(shí)體操作為主，隨著觸摸屏的應(yīng)用，人們喜歡更大的屏幕，簡(jiǎn)潔的儀表和中控臺(tái)，促使智能汽車人機(jī)交互進(jìn)入到觸摸交互的階段，目前逐漸向多模態(tài)交互、全場(chǎng)景化、定制個(gè)性化和沉浸式交互體驗(yàn)的趨勢(shì)演變，未來會(huì)持續(xù)與不同領(lǐng)域的產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)跨界融合和技術(shù)創(chuàng)新[4]。當(dāng)前的汽車人機(jī)交互還是主要以語音和手勢(shì)識(shí)別的技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，未來的發(fā)展趨勢(shì)是個(gè)性化設(shè)計(jì)和沉浸式商業(yè)模式相結(jié)合，車內(nèi)多模交互與車外感知延伸相匹配，虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)與車載場(chǎng)景的融合，從而智能座艙會(huì)演變?yōu)樘摂M世界和現(xiàn)實(shí)世界的融合。

2 國產(chǎn)芯片進(jìn)程

杰發(fā)科技（AutoChips）的智能座艙芯片AC8015 也已于2021 年3 月實(shí)現(xiàn)前裝量產(chǎn)，其一體化輕座艙解決方案也在自主品牌車型成功實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)和上市。

華為麒麟990A 采用7 nm 工藝，8 核旗艦CPU、16核雙4 K 圖像處理GPU、雙大核+微核NPU 技術(shù)，具有3.5 TOPS 算力，并支持5G 網(wǎng)絡(luò)連接。配置了達(dá)芬奇架構(gòu)的算力芯片，分別是2 個(gè)D110+1 個(gè)D100 大小核。

芯馳科技在2020 年發(fā)布智能座艙芯片X9，并于2023 年4 月發(fā)布了升級(jí)版芯X9SP。X9U 智能座艙芯片，集成CPU（中央處理器）、GPU（圖形處理器）、NPU（神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)單元）等多個(gè)處理單元，能夠支持高性能計(jì)算、圖形計(jì)算、AI 計(jì)算和音頻處理等多項(xiàng)功能，具備強(qiáng)大的計(jì)算性能，也是座艙域控制器實(shí)現(xiàn)多硬件融合控制的關(guān)鍵核心。

芯擎科技旗下新一代7nm 智能座艙芯片“龍鷹一號(hào)”在2023 年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)出貨?！褒堹椧惶?hào)”開辟了國產(chǎn)高算力車規(guī)級(jí)SoC 的先河，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝和性能方面對(duì)標(biāo)目前國際市場(chǎng)最先進(jìn)的產(chǎn)品?！褒堹椧惶?hào)”采用7 nm 制程工藝，集成了87 層電路，擁有88 億顆晶體管，配備了8 核CPU（整數(shù)計(jì)算力可達(dá)90 K），其中大核是Cortex-A76，14 核GPU（浮點(diǎn)計(jì)算能力可達(dá)900G），集成了可編程的NPU 內(nèi)核，INT8 算力可達(dá)8 TOPS，見表2。

3 國產(chǎn)操作系統(tǒng)方案

隨著汽車智能化的不斷演進(jìn)，越來越多的車廠在車型宣傳中提到“系統(tǒng)”“OS”字樣，問界M5 的HarmonyOS、智己L7 的IMOS、吉利星越L 的銀河OS、長(zhǎng)城的咖啡智能座艙系統(tǒng)及比亞迪的DiLink 智能網(wǎng)聯(lián)系統(tǒng)等，從而印證了車廠對(duì)于操作系統(tǒng)的重視程度越來越高。按照全國汽車標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)《車用操作系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)體系》分類，車用操作系統(tǒng)分為車載操作系統(tǒng)和車控操作系統(tǒng)兩大類別。車載操作系統(tǒng)主要面向信息娛樂和智能座艙，應(yīng)用于車機(jī)中控、儀表、副駕及后排娛樂。對(duì)于安全性和可靠性的要求處于中等水平，該類操作系統(tǒng)發(fā)展迅速，依托于該類操作系統(tǒng)的生態(tài)也處于迅速發(fā)展時(shí)期[5]。

狹義上的車載操作系統(tǒng)OS 即為操作系統(tǒng)的內(nèi)核（Kernel），也是最小系統(tǒng)，提供給OS 最簡(jiǎn)單的基本功能，內(nèi)核主要任務(wù)是負(fù)責(zé)系統(tǒng)的進(jìn)程管理、內(nèi)存管理、文件管理、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序管理及網(wǎng)絡(luò)管理，內(nèi)核系統(tǒng)的參數(shù)指標(biāo)和性能，直接決定了系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。

廣義的車機(jī)系統(tǒng)OS 主要是在底層操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，根據(jù)各個(gè)廠商定制修改的程度不同，主要可以分為以下4 種。

基礎(chǔ)型的汽車OS：包括虛擬機(jī)、系統(tǒng)內(nèi)核和底層驅(qū)動(dòng)程序，采用原生框架，全場(chǎng)景分布，多設(shè)備互聯(lián)。定制型的汽車OS：按照公司需求深度定制開發(fā)。ROM 型汽車OS：定制開發(fā)，一般只改進(jìn)自帶的應(yīng)用程序。

超級(jí)APP：通過整合各個(gè)模塊來滿足不同車主需求，也被稱為手機(jī)互聯(lián)。當(dāng)前，國內(nèi)企業(yè)已經(jīng)以不同技術(shù)路線切入市場(chǎng)。

4 交互方式演進(jìn)

目前國內(nèi)智能座艙的研究雖然多數(shù)采用國外芯片，但是使用場(chǎng)景，功能優(yōu)化和市場(chǎng)需求則是走在世界前列，使得智能座艙正向多元化交互的方向演進(jìn)，包含多屏互動(dòng)、虛擬按鍵、語音助手、多模交互和多人交互。智能座艙將覆蓋儀表、中控、電子后視鏡、娛樂、DMS、360 環(huán)視+APA 及語音系統(tǒng)等功能[6]。

座艙的智能化，核心是交互。語言對(duì)話能力是這類智能AI 與人類交互的首要方式。由于現(xiàn)階段語音技術(shù)依然是有限的，除了語音交互，車內(nèi)還研發(fā)視覺交互、觸控交互、手勢(shì)交互等。未來的智能座艙，需要配備裸眼3D 儀表屏，搭載感知攝像頭等先進(jìn)技術(shù)，人機(jī)交互應(yīng)該盡可能地減少對(duì)于駕駛員注意力的影響，在此前提下適配各種應(yīng)用場(chǎng)景。

5 融合趨勢(shì)

5G 通信技術(shù)應(yīng)用、AI 人工智能、智慧交通等新一代信息技術(shù)正在飛速發(fā)展，也都逐步應(yīng)用并融入了人們的生活。通過不同種類的先進(jìn)技術(shù)融合，智能座艙將被打造成集齊商務(wù)出行、工作學(xué)習(xí)、休閑娛樂和移動(dòng)生活為一體的第三移動(dòng)空間。未來智能座艙的主要技術(shù)發(fā)展體現(xiàn)在四大方面。

計(jì)算平臺(tái)：傳統(tǒng)的汽車座艙是由多個(gè)ECU 電子控制單元組成，包含了導(dǎo)航單元，儀表單元、抬頭顯示、空調(diào)控制單元和信息娛樂系統(tǒng)等，其都是獨(dú)立存在于座艙內(nèi)。各個(gè)廠家研發(fā)的控制系統(tǒng)無法高效地進(jìn)行通信交流，阻礙了多屏主動(dòng)交互實(shí)現(xiàn)的進(jìn)度。因此，未來的發(fā)展趨勢(shì)是設(shè)計(jì)一款集中式跨域融合的計(jì)算平臺(tái)，將座艙內(nèi)部的所有控制功能整合起來，在一個(gè)計(jì)算平臺(tái)實(shí)現(xiàn)。

交互模式：智能座艙的交互也需要體現(xiàn)智能化，只有智能化的交互方式才能滿足各種場(chǎng)景下的用戶需求，通常針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)景可以采取不同的控制方式進(jìn)行互動(dòng)。這里的控制方式包含了如上文所說的觸摸控制、手勢(shì)控制、語音控制和腦電控制[7]。但是單一的控制方式都存在一定的誤判情況，容易發(fā)生駕駛安全隱患。未來的人機(jī)交互模式必然是采用多“感官”融合的方式，綜合視覺、觸覺、語音、手勢(shì)及腦機(jī)接口等傳感器智能技術(shù)，整套的提供人機(jī)交互解決方案，實(shí)現(xiàn)精確控制。

智能助手：智能座艙需要更完善的智能化人機(jī)交互方案，打造稱為車對(duì)人的主動(dòng)式交互系統(tǒng)。結(jié)合車內(nèi)外環(huán)境感知、生物識(shí)別技術(shù)、語音識(shí)別與聲區(qū)定位技術(shù)、AI 技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)等多種手段，將車輛打造成為人工智能助手，采用深度學(xué)習(xí)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，采集不同用戶的日常習(xí)慣，預(yù)測(cè)他們的需求，智能決策，精準(zhǔn)實(shí)施。這樣的車載智能助手才能全方位提升用戶用車體驗(yàn)，輔助用戶解決實(shí)際的問題。

多屏互動(dòng)：未來的智能座艙包含了大量的顯示屏，包括中控顯示屏、液晶儀表盤、HUD、溫度控制屏，副駕娛樂屏、左右電子后視鏡，后座娛樂顯示屏、電子倒車鏡等[8]。由于這些顯示屏按照功能規(guī)劃，布置在座艙里的各種不同位置，座艙信息顯示凌亂，讓用戶看得眼花繚亂，導(dǎo)致用戶獲取信息的效率極大降低，不利于行車安全。在未來智能座艙的信息顯示會(huì)采用一芯多屏的方案和各種先進(jìn)的顯示技術(shù)，如1 個(gè)GPU 系統(tǒng)性的處理10 個(gè)屏幕的信息，能夠更加合理地提供信息分類，會(huì)開發(fā)透明顯示玻璃、全息影像、智能表面等更多的智能顯示技術(shù)，讓信息顯示與座艙環(huán)境融為一體，讓座艙信息更加簡(jiǎn)潔直觀，提升用戶的視覺體驗(yàn)。

6 總結(jié)與展望

智能座艙的服務(wù)通過大量的環(huán)境感知與數(shù)據(jù)采集，由計(jì)算平臺(tái)的中央處理單元，進(jìn)行計(jì)算分析與深度學(xué)習(xí)，形成自己的AI 模型，然后在進(jìn)行快速的行為規(guī)劃與智能決策之后，為用戶提供實(shí)時(shí)的全場(chǎng)景化服務(wù)。

未來的趨勢(shì)既要滿足用戶的個(gè)性化定制設(shè)計(jì)，也要滿足沉浸式體驗(yàn)的商務(wù)模式，車內(nèi)外智能交互和諧統(tǒng)一，同步發(fā)展。隨著虛擬現(xiàn)實(shí)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用，智能座艙會(huì)實(shí)現(xiàn)虛擬場(chǎng)景和現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的融合。所以下一代智能座艙在軟硬件平臺(tái)化、功能智能化、交互方式擬人化這3 方面是非常重要的發(fā)展方向，加大自主研發(fā)的AI 技術(shù)革新，自主的芯片核心、自主的操作系統(tǒng)和自主的一體化交互解決方案是未來必須要解決的問題。