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智能座舱是智能汽车的下一个潮流,高效AI计算打造的全场景感知是关键

2019-11-28
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“AI计算赋能智能座舱”成共识,谁的挑战,谁的机会?

 文 | 利荣 

汽车发展至今已有100多年的历史,随着汽车电气化、智能化、网联化等技术的快速发展,人与车的关系也被重新定义,人不再是车辆驾驶者,而是从各种约束中解脱出来,成为智能汽车的主导者和享受者。

事实上,最早的车载娱乐系统就是收音机。1930年,摩托罗拉制造出了世界上第一台集成化的车载收音机5T71。1946 年,全美国有超过九百万辆车安装了车载收音机。70年代,装配收音机的汽车占到了60%。这也是最早的车载娱乐影音系统。

然而人们并不满足于此,1965年,福特和摩托罗拉公司将8-音轨磁带播放器引入汽车行业,驾车人随意选择收听到的内容。此后,又有了盒式磁带高保真,比8-音轨磁带更适于在汽车上使用。

当激光唱片推向市场,卡带开始迅速被取代。1985年,第一辆装配CD主机的车型诞生,这种高级的车载系统一夜间就“霸占”了中控台。CD相比磁带体积更小巧,携带更方便,同时存储量更大也比磁带容易保存。

紧接着,DVD跟随着CD的步伐,进入了车载娱乐系统。此后,车载娱乐系统步入影像时代。也正是由于屏幕的出现,倒车影像、导航等功能开始大规模出现在汽车配置中。至此,车载娱乐系统迎来了新一轮大发展时期。

随后,车载娱乐系统开始向着数字化和网联化方向发展。车载数字影音导航系统、车载数字信息联网影音导航系统,通过数字化和网联化的多媒体探索,促进了车载信息娱乐系统向互联网媒体的融合。

如今,蓝牙、导航、音乐播放等功能已是人们司空见惯的功能。比如苹果推出的Carplay,集成了包括移动互联、娱乐、导航及便携控制等功能,便于将手机上丰富的生态(成熟的软件服务)迁移至汽车中,大大提升了车主整个用车环境的体验。

现在,人们更是期待这样的汽车:集移动办公,起居室,娱乐室,睡眠环境于一体的移动座舱。由此,智能座舱孕育而生:全液晶仪表,车载信息娱乐系统IVI,ADAS高级驾驶辅助系统,语音识别,手势识别,AI、AR、HUD、氛围灯、智能座椅等,驾驶越来越有乐趣。

开启汽车智能化新纪元——智能座舱

提到汽车,必然离不开智能化、网联化,伴随这两大风口,智能汽车的重要性日益凸显。

几乎所有的汽车厂商都宣称,自动驾驶2020年左右就会到来,出行会变成我们想象不到的样子,但这显然有些乐观了……

厂商们有各种诉求在放大市场的预期,但是来自供应链的消息却十分谨慎,目前的现实情况是2020年之后L2+级别自动驾驶才能商业化,L3需要更久的酝酿。

不过,在自动驾驶之前,汽车座舱这个场景正在成为聚拢车载互联网、智能交互、新型材料等技术的阵地,而车内空间的形态也正在经历如同功能手机到智能手机的过渡,从最早的出行工具角色,变成一个移动的智能空间。

针对这个问题,雷锋网同时采访了六位学术界、工业界领头人,得到的答案比较一致:从目前的自动驾驶研究进展来看,“智能座舱”可能是智能汽车发展的最佳选择。

蔚来汽车创始人李斌曾说过,早在很长一段时间内,汽车共享模式的推动者可能都走错了方向,不能把汽车仅仅当成一个出行工具,它拥有强烈的个人私有属性,汽车的价值感也需要围绕这个核心来打造。

而一套移动智能空间,对渗透生活各个角落的智能终端进行交互习惯和体验上的传承,无疑是再合适不过了。

当你坐进汽车,它基本上就是第二个家,通过主动交互,向汽车发出指令,满足功能性需求,而借助被动感知,能够检测你的精神状态,为调整驾驶模式提供参考,甚至借助与外部智能硬件的连接,实现乘坐空间的延展等。

智能座舱主要有几部分组成,车载信息娱乐系统、流媒体后视镜、抬头显示系统、全液晶仪表、车联网系统、车内乘员监控系统。

以特斯拉为代表的互联网科技企业将大屏搬上车,试图通过多屏融合实现人机交互,以液晶仪表,HUD、中控屏(车载信息终端),后排HMI娱乐屏为载体,实现语音控制、手势操作等更智能化的交互方式。

从汽车技术发展来看,从上世纪80年代博世和英特尔开发出CAN总线,用于车内数据通信;2015年安卓Auto和苹果Carplay的发布;到现在各家车企、零部件供应商和互联网企业相继发布智能座舱解决方案。随着电子技术、汽车技术的发展,智能车舱大致经历了:整体一盘散沙(总线连接)——细分亮点产品(液晶仪表+HUD+中控屏+后座娱乐等)——各产品的协同融合。

智能座舱1.0——连接

以驾驶体验为主,移动性场景化功能较少,手机与车机功能重叠,车厂为了车型亮点不断累加手机功能造成软硬件集成度较低。

智能座舱2.0——电子技术升级

主要是集成电子电器架构升级,形成智能座舱域强化车机功能,以及千车千面的交互控制需求的挖掘。

智能座舱3.0——融合

以乘坐体验为主,座舱资源的开放,移动场景功能生态形成。市场认知达成共识,同时也是座舱配置蓝海消失的时候,深度挖掘智能座舱背后的潜在利益点。

如今,互联网、车联网、5G通讯技术的出现为汽车智能座舱发展如虎添翼,自动驾驶的实现释放车内空间 ,空间的变化不断催生新的智能化需求,新的产品服务理念,生态的链接能力。智能座舱具有汽车的安全属性、互联网的便捷高效属性、人性化交互属性。

所以,比较当前各个汽车技术风口,智能座舱具备快速发展的条件。

对于主机厂来说,智能座舱可实现产品差异化亮点之一,将成为其塑造竞争力的有效着力点。

汽车电子化、互联化的发展,让车辆的智能化有了新的着陆点。与困难重重的自动驾驶不同,智能座舱的研发理念更清晰,得到产品也更快,因此各个厂家可以快速研发与自动驾驶相匹配的智能座舱。

另一方面,即使自动驾驶的发展跟不上智能座舱的步伐,先进的座舱理念仍然可以适用现阶段量产车上,提高了乘客的乘坐舒适性和安全性,也能展现自家的技术底蕴,这也是为什么各个厂家热衷于研发智能座舱的因素之一。

此外,如今整车销量不断下滑,车企将智能座舱作为新车型亮点,以此来增加销售市场竞争力,并且呈现从豪华车型向中低端车型下探的趋势。 

对于消费者来说,用户在5G时代期待智能网联的移动空间,安全、品质与体验是三大必需品。

有权威机构在2019年消费趋势报告中提到,追求品质、个性化体验、摆脱社交网络、节省时间是当下消费者的主要诉求。

消费者对于汽车已经由简单的交通工具,转变为电气化水平较高的数字驾舱,进而是具有智能网联功能的智能驾舱,当自动驾驶来到时则变为多种人工智能的移动生活空间,也就是智能座舱。

这也是人们期待的数字化生活,到时商业活动、社交活动、消费活动将从家庭公司迁移到座舱。

换个角度来看,智能座舱产业受到了市场、供给、成本以及消费者等多重因素的影响,同时也为汽车价值链带来了新机遇。

消费方面:智能座舱产品很大程度影响了消费者对汽车的购买决定;消费者更愿意获得更加舒适、便捷和个性化的用车体验,进一步推动车内产品与服务的迭代升级。

需求方面:内容的多样化(应用程序与服务),容量需求,多区域显示;功能安全和行驶安全,汽车自主驾驶能力的提升。

成本方面:技术成熟度与规模化应用,推动了智能座舱成本的下降(如座舱域控制器对座舱域的整合,减少了控制器的数量);成本下降加快了相关功能部件在中低端车型中的渗透速度。

多重因素的驱动下,汽车产品不断迭代升级,为产业价值链带来了新机会,而具备智能化与网联化的座舱已成为发展的新主题。

近日,全球知名咨询机构罗兰贝格联合地平线发布了《智能座舱发展趋势白皮书》。白皮书围绕汽车消费者需求、智能座舱发展趋势与智能座舱产业链动态进行探讨和趋势展望,同时也为智能座舱相关产品的设计研发提供了方向性指导。

白皮书指出,随着市场与技术的成熟,智能座舱成为汽车行业技术发展的新趋势,而基于AI芯片所构建的独立感知层则是推动这一领域高速发展的关键驱动力。

自动驾驶与智能座舱的融合

智能座舱已然兴起,成为整合多车身电子部件的复杂系统,提供多屏互动以及先进的人机交互技术如语音识别、手势识别等,并将融入云端智能和ADAS功能。

同以往新技术的路径一致,智能座舱从高端车型向中低端车型的渗透正在加速,并在2018年进入大众化普及阶段。

智能座舱中全液晶仪表盘、 HUD等功能的渗透率还比较低,正处于加速发展态势。比如全液晶仪表渗透率在5%左右,而2020 年渗透率能达到20%。

智能座舱在提升人车一体式交互体验的同时,车内感知需求日趋强烈。

受智能手机等消费电子的影响,消费者偏好更大、更清晰的屏幕和语音交互方式。

所以车企愿意通过打造个性、智能化声效和语音互动,提升座舱环境吸引消费者,并借此梳理更年轻化的品牌形象。例如服务于辅助驾驶功能的语音交互,可配合光效用于警示;声音取代屏幕成为新交互方式等。

除此之外,车内视觉感知同样能够有效助力自动驾驶。例如实现了车内视觉、语音感知的智能座舱系统,能够有效检测驾驶员状态,助力自动驾驶系统的决策准确性和安全性。

特斯拉虽不是第一个在车中使用触摸屏的车企,却是将超大触摸屏变成科技代名词的企业。

配备了17英寸“超级触摸屏”的特斯拉ModelS/X,直到几年后的今天,仍旧是吸引众多消费者的一大亮点。

那么问题来了,触摸屏的交互方式真的是“终极方案”吗?未来智能座舱的进化,是否有更完美的解决方案?

事实上,触摸屏的使用会对驾驶资源形成直接竞争。

驾驶员在驾车时需要“手-眼”并用,才能形成完整的驾控闭环。而驾驶员针对触摸屏的每次交互,都要同时使用“手-眼”资源,与驾控闭环形成资源竞争,容易分散驾驶员注意力,不利于安全驾驶。

因此,自动驾驶正式落地之前,交互设计必须以驾驶任务为中心。更好的设计方案一定是尽量少的占用“手-眼”资源的方案,即取消触摸屏,采用“语音-HUD/AR”的智能多模交互。“语音”可以释放“手”资源,HUD/AR能尽量较少驾驶员视线和注意力从车辆前方移开,保证行车安全。

即便如此,这种交互方式仍旧是被动的。

智能座舱需要的“终极”交互方案,应该是车对人的主动式交互。即结合车外环境、车内视觉、语音识别、AR等多种感知手段,将车辆打造成AI“管家”,才能全方位提升车主体验。

例如,AR导航与传统导航相比,展示的细节更多(车辆、车道线和行人等),需要车外视觉感知结果的输入;主动性交互则需要通过车内摄像头精准判断车内所有生命物体,融合按键、语音等,基于场景来主动“察言观色”。

汽车智能化的一个重要标志是汽车交互更懂人,智能化与个性化将是提升用户体验的关键点。针对这一需求,整合分散的感知能力,催生独立的感知层至关重要。

这一感知层需要整合来自麦克风和摄像头数据,融合视觉交互、语音识别技术完成精准、自然的车内交互,这需要感知层的硬件核心具备在计算机视觉和语音语义分析方面的强大性能。

与此同时,在汽车座舱这个典型的低功耗环境中,能够提供这些性能的硬件核心也必须同时提供更高的能效。性能与功耗的互为“博弈”下,只有高效的AI芯片才是唯一的解决方案。

目前,车内不少控制器模块都倾向于采用单颗AI感知芯片,来整合原有子系统分散的感知能力。例如信息娱乐系统(IVI),过去都采用MCU + 应用处理器(AP)的芯片组合方案来实现。其中,MCU作为与车辆的“接口”,负责安全功能;AP则作为主核,负责绝大部分智能功能的实现。

但是,随着车内视觉及语音交互需求不断提升,IVI对AI计算能力需求越来越大,因此逐渐配备了负责AI感知计算的专用协处理器(CP),专门负责车内视觉、语音识别等算法的AI加速。具体讲,协处理器可以实现FaceID、疲劳监测、注意力检测等感知能力,并配合AP实现上车问候、智能拍照以及车控功能。

这样的专用协处理器不仅可以用于车内的感知,也可以用于车外的环境感知,在软件分层解耦的理念下,催生了独立感知层的概念。独立感知层将各种传感器的感知结果池化,作为公共资源开放给上层功能软件,从而为各种智能化的应用提供了完整的感知能力支撑。

无论智能汽车的应用是什么,都有一个共性的底层,就是感知。

要想让汽车懂驾驶员、懂得理解整个道路环境,理解行人的意图,都需要汽车对物理世界有准确、丰富的感知。而物理世界的客观性也决定了感知的独立性。

也就是说,感知是实现汽车智能化的基础。

如今,可以看到智能汽车配备的传感器越来越多。从摄像头、雷达到激光雷达,层出不穷。

值得注意的是,未来每一辆车都会配置十个以上的摄像头,对应的视觉感知算力需求越来越大,这就呼唤独立的视觉感知计算单元,正如PC的显示需求催生了独立的显卡一样,让GPU从CPU手中抢到一块市场。

所以,如何用高效的AI芯片和算法,打造从车内到车外的全场景感知基础设施,做智能汽车感知领域的“显卡”,是至关重要的。

产业格局——同一起跑线上的各路玩家

打破边界,智能座舱已成为各路玩家的新战场。车企、零部件供应商、互联网巨头以及创业公司均在积极布局。

从车企的角度来看,带有智能座舱的车型越来越普及。

智能座舱最初主要运用在高端车型上,主要以液晶仪表、中控大屏、抬头显示、后座娱乐等电子产品为代表。近年来,高端车企为了增强自身车型的差异化竞争力,逐渐将智能座舱由高端车型普及到入门车型,其中液晶仪表已经在更广泛的入门车型中实现配置。

智能座舱在国内车企的参与下快速渗透,随着技术的进步和成本的不断下降,配备智能座舱的汽车越来越普及。

从Tier 1 切入智能座舱的方式中,可以看出他们积极寻找智能网联、自动驾驶的转型升级。

  • 以大陆为代表的兼并型企业,通过兼并、收购的方式,投入资金和人力,去研发智能座舱产品;

  • 以博世为主的内生型的公司,自己去做一些技术研发;

  • 以伟世通为代表的专注于座舱电子的公司,主要是通过扩大朋友圈(牵手腾讯和广汽)的方式,来推动智能座舱。其SmartCore在2018年成功在奔驰新A级上SOP,成为国际上首个前装量产的座舱域控制器产品。SmartCore成功整合了车机大屏、全液晶仪表和HUD等显示屏,带来体积、功耗、重量以及成本上的优势。

此外,包括向汽车软件靠拢的互联网科技企业:中科创达是智能手机系统技术提供商迈进汽车市场的代表,借车联网风口发力智能座舱研发;商汤科技俯身智能座舱的背后,是建立底层软硬件平台的规划。

可以看出,这里有大玩家、小玩家,也包括新旧势力。

大玩家指一级供应商,包括原来传统汽车内饰座椅企业的电子化转型,也包括原来做信息娱乐系统的“高科技”企业扩充产品线和销售额的雄心壮志。小玩家大多是原来做HUD、中控屏、仪表等单一系统的中小公司,大多号称向全电子(智能座舱)系统供应商转变。

面对智能座舱的越来越高度集成趋势,现阶段各大整车、零部件供应商的“智能座舱”只是阶段性的偏电子化的过渡产品,真正“完美”的座舱将为乘客在移动过程中提供一个无感的舒适“第三空间”。

目前问题是,受限于芯片的计算能力,及不同应用的不同功能安全需求,此前智能座舱的各功能都需要不同专用芯片实现,如此一来不仅提升了车企产品研发的复杂度和研发投入,后期想要在已有系统上进一步扩展功能,也比较困难。因此近两年开始不断有企业探索座舱电子的融合发展,意欲通过单一芯片驱动更多的应用,地平线就是其中最有话语权的一家。

8月份,地平线宣布量产中国首款车规级AI芯片——征程二代Journey 2。一款强调量产、落地、车规级的芯片。该芯片采用自研伯努利AI引擎,可提供超过4TOPS的等效算力,功耗仅2瓦,且支持1Gb以太网通信。车规级芯片需要满足严格的“高安全性、高可靠性、高稳定性”技术标准要求,如汽车电子可靠性标准AEC-Q100,需要经过严苛的研发、制造、封装、测试和认证流程,产品开发周期长,难度大。而征程二代从设计之初就按照AEC-Q100的要求进行开发,按照零缺陷的标准确保交付给客户的产品拥有绝对的可靠性。按照计划,地平线将在明年一季度通过AEC-Q100认证,正式量产出货。

征程二代集成的地平线视觉感知算法,在感知性能上具备三大核心优势:丰富的感知维度、准确的感知结果及对中国驾驶场景的高度适配。

在感知维度方面,除支持车辆、行人、车道线、交通标识、交通灯等传统大类外,征程二代芯片也支持草地、栅栏、建筑物、路牙、人行道、一般障碍物等多种类别的检测,可以提供极为丰富的低层语义信息。

在感知结果方面,征程二代在行人、红绿灯等核心目标的感知准确率上面表现出色,能提供更丰富的感知信息,例如能够识别带箭头红绿灯的方向信息,以及红绿灯倒计时检测等。除此之外,地平线对感知场景的算法开发充分考虑了中国驾驶场景,比如中国特色的车辆行为(车辆突然斜向插入)、道路特征(特殊车道线)以及天气、气象特征等,体现出更好的感知性能和可靠性。

除了支持常规的车外环境感知外,征程二代芯片还可以支持车内视觉、语音识别以及多模融合等感知,大大拓展了AI芯片的感知边界,打通了分散的车载感知能力,为HAD的落地以及ADAS、AD域与智能座舱域的融合打下感知基础。

未来智能座舱生态圈发展的主题:
生态协同、跨界延伸

随着未来自动驾驶技术的发展,以及人们对车辆使用权和拥有权的分离,因人而异的座舱空间需求将出现细分,这为行业内外的参与者带来了巨大的盈利机会。

虽然目前各大玩家已经率先阐述了对未来汽车的构想以及实现路径,但在当前汽车行业中,仍处于“各自为政”的状态。尤其是车企与车企之间,每个车企都在依托自身资源,打造属于自己的朋友圈。

但在未来的智能座舱系统发展中,车企与车企,以及与供应商间的合作,仍是亟待提高的重点。罗兰贝格联合地平线发布的白皮书也指出:一方面是生态协同,不同玩家之间的合作关系将更为紧密,优势各异、能力互补;另一方面是跨界延伸 – 传统汽车行业玩家不断延伸各自能力,探索产业链纵向与横向的延伸可能;同时,异业玩家跃跃欲试,希望紧跟汽车智能化趋势,切入汽车领域。地平线从跨界到深耕,智能座舱的向上逻辑,在他们看来是“供应链”到“生态圈”的不断延伸和协同。

在座舱域智能化的变革大潮中,中国作为最大、竞争最激烈的单一汽车市场,OEM强烈的落地热情,加上移动互联网成熟的产业配套和不逊国际巨头的强有力玩家(BATH),以及对新技术充满热情的消费者。在这些有利因素的叠加作用下,只有紧紧抓住对于未来智能座舱生态圈发展趋势,相信锐意进取的国内玩家一定能能够成功度过这个寒冬,同时赢得智能座舱这场战争。

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