智能座舱的过去、现在和未来
【慧聪通信网】伴随着电动车销量在2021年的巨大胜利，汽车智能化逐渐被提到台前。智能座舱作为一项车内服务，目前被越来越多的车厂提出，并作为主要卖点和议价手段。例如，还未正式亮相，却早已通过官方“剧透”钓足外界胃口的理想L9。车载5屏+HUD的配置，从观感上就令消费者”想入非非“。
图：理想L9座舱 来源：理想官方
所谓智能座舱，指的是对汽车内部的乘坐空间进行改造，使得驾驶和乘坐体验能够更加舒适和智能化。 根据GGII的报告，目前双屏交互、智能语音、车联网、OTA，是目前市场主流智能座舱的基本配置。座舱可以显示更多信息、更好的保障车内驾驶安全、提供车内更舒适的驾驶环境，是智能座舱的核心产品理念。
在梳理智能座舱里面到底有什么之前，不妨先了解下汽车这些年的座舱变化。通过汽车座舱的改变，我们能够抓住智能座舱的过去和未来的发展脉络。
本文将从以下四个要点透视智能座舱的前世今生：
汽车座舱的发展趋势是什么。
智能座舱的核心组成部分。
智能座舱在今天为何重要。
以及，对未来的一点思考。
01 智能座舱的发展历程
早期的汽车是一个纯机械产物，它脱胎于马车，当时人们对它的理解就只是代步工具。在 20世纪初期的汽车主要由4个部分组成：引擎、传动系统、悬挂系统+车轮、车身。
1897年，博世生产出了汽车磁力发电机点火装置。以此为起点，汽车正式开始汽车电子化和座舱舒适化的进程。随后在1915-1940年期间，博世陆续推出了启动电机、车载喇叭、柴油喷射系统、车载收音机等量产产品，持续完善座舱内车载电器控制功能。
图片：老式汽车 来源：网络
到60-90 年代，汽车座舱开始有了今天的雏形。早期座舱信息只服务于驾驶者，显示基本驾驶信息。主要包括机械式仪表盘及车载收音机、对讲机等设备。这些设备的操作基本都是物理按键形式。可提供的信息也只有车速、发动机转速、水温、油量等基本信息。
随着汽车电子技术的发展，汽车座舱进入座舱+电子设备时代。汽车座舱开始加入小尺寸中控液晶显示屏。车内添加了车载导航、蓝牙、媒体播放设备。用途也是查个地图，导航一下。连个手机蓝牙或者插上U盘听歌。在这个阶段，座舱的便利功能主要依靠将电子设备“搬”进车内来实现。功能之间的整合并不合理，体验也不够流畅。车载中控的功能和硬件性能体验甚至不如消费级平板电脑。
今天所说的智能座舱可以说是从2015年开始的。 大尺寸中控屏开始成为标配，例如特斯拉的一些车型，推出把仪表盘与中控屏“二合一”的设计。部分车型开始采用HUD显示、流媒体后视镜等一系列汽车配件电子化的尝试。
人机交互上，开始搭载ASR技术来代替原本需要手动输入的信息查询。在座舱功能控制上，也有了把空调收音机的实体按键到中控屏上触摸的设计。座舱系统开始朝着芯片大算力、智能化发展。
座舱智能化的进展得益于新源车的三电系统替代掉发动机动力系统。汽车电子设备入驻车内开始变得更加容易和普及。座舱的控制得益于汽车系统汽车电子设计能力的提升，能够使用ECU完汽车控制和反馈。
使用CAN通讯能够大幅减轻汽车线束的数量，减轻汽车系统线路设计和布局难度。甚至通过车载功能虚拟化到集成芯片的方式，允许添加功能可以不再依赖汽车硬件升级。仅靠车载座舱系统OTA，即可实现功能的升级和落地。
从汽车座舱的发展可以看出，座舱的发展有三个清晰的方向，分别是汽车硬件电子化、汽车控制系统集成化和座舱环境舒适化。为了推进这三个方向的功能推进，座舱硬件、座舱控制系统、座舱驾驶辅助设备的不断涌现，就是智能座舱在今天和未来的发展方向。
02 智能座舱的核心组成部分
目前智能座舱主要构成可以分为硬件（ 座舱芯片、HUD、电子后视镜等硬件 ）、软件、操作交互（ 语音识别、人脸识别、触摸识别、生物识别 ）的三大部分。
◆智能座舱硬件
汽车SOC
一说到智能系统的硬件，座舱芯片是容易被忽视却是最重要的存在。ECU（ 电子控制单元 ）是汽车控制的基本单位。
ECU（ Electronic Control Unit ）电子控制单元， 又被称之为车载电脑。它和普通的电脑一样,由微控制器（ MCU ）、存储器（ ROM、RAM ）、输入/输出接口（ I/O ）、模数转换器（ A/D ）等大规模集成电路组成。
据ICVTank统计，在全球汽车电子市场占比份额中，恩智浦、英飞凌和瑞萨名列前茅，分别占据14%、11%、10%的市场份额。总体来看，全球汽车供应商竞争格局比较集中，排位前八的企业占据60%+市场份额。
图：汽车ECU 来源：网络
随着传统汽车的电气化发展，目前在汽车中安装数量达到100-200个ECU之多，数量多且不便控制。在集中式E/E架构下，新增的域控制器被集成了更多的功能。这使得主控芯片若要与其职能相匹配，那算力必须随之提升。在此趋势下，汽车芯片将从MCU （Micro Controller Unit，微控制器） 向SoC （System on a Chip，系统级芯片） 开始转移。
车载SOC能够减少内部算力的冗余，避免ECU数量膨胀，减少设计算力总需求。可实现多个应用共用一套硬件装置，有效减少硬件数量。同时，集中式架构可以统一交互，可以节省汽车电路的线束布局，整车质量减轻。
目前SOC传统汽车芯片厂商主要有瑞萨、NXP、德州仪器等；消费芯片厂商则以高通、NVIDIA、Intel、三星、联发科为主；自主品牌则包含华为、地平线、杰发、芯驰等。
流媒体后视镜
流媒体后视镜就是通过车辆后置的一枚摄像头，实时的拍摄车辆后方的画面。能够将无损、无延迟的画面在中央后视镜显示屏呈现出来。即以摄像头的视角，观察车辆后方的真实情况。相比于传统玻璃后视镜，能够减少视觉盲区，还能提高夜间画面清晰度。国内供应商主要包括凌度、贝思特、华阳集团、台北研勤科技、360 安全科技、小蚁科技、嘉丰卓越、捷渡、好帮手等。
图：流媒体后视镜 来源：网络
HUD抬头显示
HUD，即汽车抬头显示仪，可以把重要的信息，映射在风挡玻璃上，使驾驶员不必低头就可以看清重要汽车信息。
图：AR-HUD 来源：网络
HUD基本原理就是将信息光源通过反射映照在显示板或者前挡风玻璃上。HUD当前有三种主流投影成像技术。其中，C-HUD是一种将信息镜像到透明面板；W-HUD将信息直接显示在挡风玻璃上，驾驶员看到的是虚拟图像，通常距离驾驶员的眼睛约2m；AR-HUD，具有数据融合和图像处理功能，可将图像精确地绘制到道路上向驾驶员导航。
虽然HUD当前仍属小众，但HUD对于终端使用者来讲却十分重要。无需低头就能看到所需信息且不遮挡视野。这在行车安全和交互便捷极大的提升了驾驶过程的便利与安全。目前HUD市场由主要由国外供应商控制，包括日本的日本精机、电装；德国的大陆和博世。但国内供应商如华阳集团、水晶光电、京东方、泽景电子、未来黑科技、点石创新等，也在积极寻求落地中。
◆智能座舱软件
座舱操作系统
操作系统（ Operating System，OS ）是指控制和管理整个计算系统的硬件和软件资源的窗口。在软件定义汽车的大趋势下，车载OS是实现传统汽车向智能汽车升级的关键。在大的方向上，车载OS可分为域控制器底层OS和二次开发OS。
域控制器底层OS涉及底层操作系统和所有组件。 目前形成QNX（ 黑莓 ）、Linux、Android 三大阵营割据，其中QNX占据绝对优势。
二次开发OS：基于Linux或Android等基础型操作系统进行有限的定制化开发，不涉及系统内核更改。 大部分的主机厂一般都选择开发ROM型操作系统，国外主机厂多选用Linux作为底层操作系统。国内企业，目前阿里基于Linux 系统内核开发出 AliOS，鸿蒙系统（ Harmony OS ）同样基于Linux系统内核开发。
除了Linux系统之外，由于国内Android应用生态广泛，国内自主品牌和新势力大多基于Android定制汽车操作系统。如比亚迪DiLink、奇瑞GKUI、蔚来NIOOS、小鹏XmartOS等。
域控制器底层OS和二次开发OS之间的差别在于是否拥有完全的车载操作系统架构。 在汽车电子设备的控制中，座舱操作系统的运作模式是通过虚拟机的方式整合在一个系统中的。域控制底层OS能够在虚拟环境下，能够直接调度CPU、内存和I/O等硬件资源，并允许多个操作系统在虚拟机的协调下可以共享算力。
同时还让每个操作系统可以保持彼此的独立性，可以说是“全知全能”了。但缺点是需要通过车规级标准的验证，而且研发非常昂贵。而二次开发OS虽然不能从底层算力的组织上直接控制汽车电子设备。但优势是可以规避从0开始研发到验证的耗时和经费，能快速实现座舱系统的落地。
图：座舱二次开发OS与完整操作系统功能对比 来源：亿欧网
二次开发OS按照对系统资源调用能力由高到低分为三种。 标准的定制化操作系统 ，从系统内核到应用程序层级进行深度重构，可以对硬件资源进行更进一步优化。 ROM方式 ，基于需求定制化汽车服务及以上层级，下层则基于Android系统自有架构。有点类似我们给手机“刷机”一样。 超级APP方式， 只在应用层调系统已有接口实现相关功能，其余层级则完全沿用已有系统架构。
目前绝大多数外企车厂、零部件供应商 （如奔驰、宝马、博世等 ）和国内造车新势力在座舱系统的搭建上，是选择自建技术团队解决需求。他们通过在底层操作系统基础上进行定制化开发，形成自己独有的车载系统。
当然，也有车企选择与互联网公司合作，直接搭载合作伙伴所开发的车载系统，如上汽荣威。目前国内能够提供该服务的厂商并不多，比较知名的有中科创达、东软集团、诚迈科技、四维图新以及德赛等。
OTA
OTA（Over the Air Technology）即远程在线升级技术，通过网络自动下载升级包对车辆自动升级。 OTA分为两种类型，SOTA：软件远程升级，远程给汽车软件系统进行升级和完善。主要服务于车载信息和娱乐系统。FOTA：固件远程升级，远程给汽车固件系统进行升级和完善。主要服务于自动驾驶和动力系统。
OTA技术的应用，能够让用户不再需要把车开到4S店，在任何一个有网络的地方就可以对车辆进行升级。例如特斯拉曾出现刹车逻辑Bug，通过OTA升级，很快就能修复而不需要召回或维修。目前可进行OTA升级的系统包含：中控屏界面、操作按钮、娱乐系统、刹车系统、油门踏板力度等。
当前汽车系统虚拟化后，任何一个汽车电子系统的部分都可以通过OTA来实现座舱系统的接管。可以说OTA不仅是保障汽车安全和省心省力的保障，同时也是汽车智能化路上的“加油站”。
◆座舱智能交互
智能座舱的人机交互是建立在AI技术的辅助驾驶功能。利用AI和传感器的配合，提高驾驶安全和提升座舱互动便利。
DMS
图：DMS检测 来源：网络
DMS （驾驶员监测系统） 是检测驾驶员出现疲劳及其他异常驾驶状态的辅助设备。DMS系统基于摄像头和近红外技术，从闭眼、凝视方向、打哈欠和头部运动等，检测驾驶员状态。若出现情况能及时语音灯光提示，起到警示驾驶员，防范驾驶严重事故的作用。目前DMS在我国在“两客一危”上已经普及，作为保障乘用车安全和交通违章辅助设备而存在。
目前主流服务提供商包括法雷奥、博世、大陆、电装、伟世通、维宁尔等，在中国企业中有海康威视、百度、商汤科技、大华等。
语音助手AI
早在中控屏还是“车载导航”的时期，人们就已经采用说话的方式查询目的地了。但彼时的座舱语音还只是简单的语音识别，识别率低尚且不说，智能就更谈不上了。但在座舱SOC算力能够支持AI的今天，座舱语音助手能够解决的可不止查地图这样的功能。
目前语音助手在识别准确率提升之后，还能够完成声源定位、语义理解、单句多任务等功能。例如声源定位可以让后排右边的乘客仅说出打开我的车窗，就能实现精准定位，打开车窗。
而语义理解能够凭借粗略描述就能精准反馈结果。单句多功能可以打破原先的“一句一操”的呆板互动，变成一次性从关上车窗、打开空调、导航的连贯操作。可以说语音助手的终极目标是替代用户完成所有在车内需要动手的操作。
国内供应商主要有百度、科大讯飞、云知声、思必驰等。虽然他们作为中国公司，在服务AI中文语音具有得天独厚的优势，但AI前期漫长的积累也是他们独一无二的优势。
03 智能座舱为什么那么重要？
纵观最近亮相的新车，理想L9的五屏联动，小鹏G9主打的车联网。除了造车新势力，互联网公司也纷纷布局智能座舱。如百度与吉利打造的集度；华为与北汽的极狐阿尔法；京东与天际汽车的天际ME5。
智能座舱在今天被多次提及的原因，我们认为是来自于消费者需求、互联网公司新业务和自动驾驶技术的高门槛等三重因素。
图：天际ME5座舱 来源：网络
首先，智能座舱能够给用户提供个性化体验的成就感。 从马斯洛需求金字塔来看，目前汽车的发展早已能够满足基本的安全需求。虽然，传统整车厂一直在打造用户对于品牌和身份认同的方向发力。但智能化的汽车座舱能够在更高一级的尊重需求上满足用户。
消费者需求从最开始对于功能汽车安全性、舒适性等生理需求，希望可以将更亲密的社交关系将从手机延伸到座舱内。通过以汽车作为工具，在社交、娱乐等场合实现用户的最终需求和自我实现。汽车座舱智能化能够带给驾乘人员最容易感知的智能化体验。
图：马斯洛需求金字塔 来源：网络
例如理想ONE，在宣传之初便打出“奶爸车”的口号。该车在设计上更加关照后排的舒适性，允许后排用户唤起车载AI。能够充分的照顾到不同位置的乘客需求。根据官方调查数据显示，54%的车主的小孩小朋友会喜欢理想ONE的第三排，因为可以拥有自己的独立空间。作为一家之主的用户，能够利用智能座舱满足家庭获得成就感。能让用户对于“奶爸”身份感到自豪。
其次，互联网公司在业务增量上开始进入“萧瑟”时期，互联网巨头需要找到新的场景开拓业务增长。 在此大背景之下，除了大规模裁员做到“节流”之外，拓展新的产品落地场景更是“开源”的当务之急。
对于以百度、阿里等为代表的科技巨头而言，汽车产业是其从移动互联网向产业互联网转型的重要阵地。汽车智能化变革带来新的产业入局机会，汽车产业万亿市场空间是转入产业互联网的绝佳实践场景。
互联网科技巨头希望依托自身在移动互联网时代构建的软件应用生态以及云计算服务生态优势，逐步将生态延伸至汽车产业端，赋能汽车产业智能化转型。
图片：互联网巨头入局汽车行业 来源：亿欧网
同时，相较于造车新势力，互联网科技巨头的造车业务具备雄厚的资金储备、领先的技术积累、深厚的人才储备与丰富的软件应用生态等多重优势。也能够极大推动创新技术与产品在座舱领域的落地与应用，推动座舱智能化发展。
最后，自动驾驶技术门槛之高以及其政策伦理问题仍需时间解决，使得绝大多事车企尚无法以其为核心卖点，智能座舱进而成为当前打出产品差异化的最好切入点。
不可否认，自动驾驶目前已经取得了多项重大进展，如萝卜快跑、小马智行等robot taxi在国内已有试点。
虽然自动驾驶在算力、算法、传感器、车路协同等技术的加持下看似风光，但实际上目前除了部分AI能力强大公司之外，当前智能车在自动驾驶的技术指标仍然畏缩在L2级别。无法完成L2-L3的跨越。无法真正让AI接管驾驶，算不上是真正的自动驾驶。
但汽车座舱技术目前与车辆动力域的控制相分离，技术实现上相对智能驾驶难度较低。并且落地所受到的监管压力远低于自动驾驶，对车企来说更容易实现。此外，汽车座舱智能化功能的落地往往包含多个屏幕显示 （中控、仪表、抬头HUD等） ，这些屏幕加入具有直观的科技感。并且根据具体功能和显示效果不同，呈现的产品语言同样有较大差别。
汽车座舱作为驾乘人员直接接触的空间生态，其硬件设备、软件服务以及生态应用等功能的效果，更易被用户感知到。因此是车企在寻求差异化、品牌化发展当中的重点布局领域。
最后，智能座舱的搭建过程中涉及到更多供应链和产业配套，能够激励我国在制造业的高端化转型。 通过以上三点，智能座舱从汽车产业升级角度来看可发展空间大。从消费角度来看，智能座舱提供了实实在在的便利，能够满足乘车人切实的需求，是可以落实落地的消费升级和制造业高端化布局。
04 对未来的一些思考
当前的智能座舱作为汽车智能化的首要入口，我们其实能够清晰的看到它具有类似手机智能化的逻辑。在大的发展方向上，智能座舱的未来发展方向更多的还是用户需求与科技进步的双重作用。未来一定是更加智能和贴近人性。
但正所谓，居安思危，智能座舱市场的百花齐放背后也可能有着暗潮汹涌；登高才能望远，细小的趋势思考要站得比风口更高才行。基于此，我们看到了发展座舱域控制底层OS的必要性和汽车电子Tier１可能迎来庄家轮换的机遇。
座舱底层系统何时能自己拥有？
在座舱域控制底层OS上，据IHS统计和预测，2021年QNX占据60%市场份额。黑莓虽然在手机业务上已然退场，但当年引以为傲的安全系统，至今在汽车电子领域独霸一方。QNX是目前公认是最成熟，安全程度最高的座舱虚拟机操作系统。其优势就在于极小的系统大小和基于指令插队并支持分布式处理的特征，能够做到系统安全和减少容错。
另一边，虽然Linux和Android是开源免费的系统架构，但其运行环境相对脆弱，并且在兼容性、移植性和驱动上都有限制。如此优势让QNX依仗“买水人”的身份坐收渔利，收费项目不仅包括服务费和授权费，在安装的时候还按照车内屏幕的数量再收一笔费用。
图：座舱底层OS的情况 来源：佐思汽研
然而，智能座舱底层操作系统每辆车都要搭载的刚性需求。而国产车目前的解决方案并不关心研发底层OS，大多是在虚拟机上额外搭配娱乐系统。虚拟机作为汽车安全和控制的核心系统，具有汽车座舱域安全和衔接ADAS的不可逾越的地位。
虽然在不涉及底层系统设计的前提下，“套壳换皮”或者合作定制开发最容易做出国产化的成果。但长期来看，为避免未来在底层操作系统成为“卡脖子”的技术和国产系统自给自足，座舱底层操作系统的研发，需要持续的努力。
Tier0.5争夺战
在汽车产业中，传统的汽车主机厂供应商会分为 Tier 1、Tier 2等，指的是一级供应商、二级供应商。他们会提供汽车主机厂需要汽车整体架构方案和零部件，比如发动机、汽车电子系统、传感器等。Tier 0.5 的意思是供应商将零部件进一步整合，对整车厂进行统一部件供给。
汽车智能化后，汽油动力系统转化成三电系统，原Tier1在燃油动力的技术壁垒不再。目前Tier1老玩家如博世、恩智浦等提供的汽车智能化芯片算力普遍较低，在智能化和交互设计上同样也需要探索，这就给了互联网硬件公司入局的机会。
如果供应商能够整合成品组件和整套汽车电子系统与汽车制造商合作，这就意味着更大的自主权和利润。例如华为在赛力斯智选SF5的制造就是Tier0.5的角色。
科技公司掌握智能座舱和ADAS需要的大算力计算平台。在用户交互和信息处理上有优势。例如高通和华为掌握5G通信；高通、英伟达、IMG掌握大算力SOC架构；百度、谷歌等掌握高阶自动驾驶能力。这些长处，使得他们在技术的更新和使用上比起老玩家更能得心应手。虽然互联网硬件公司在车企合作上虽然要面对重重的车规级软硬件考核，但只要未来仍有机会，牌桌庄家就会换人。
