汽车智能座舱发展现状及未来趋势研究

夏欢 郑李强 郑春平 吴隆龙

摘 要：科学技术的发展和新技术的应用，推动汽车产业的深刻变革。汽车从简单的交通工具变成智能化、网联化的移动终端。智能座舱作为汽车智能化的重要组成部分，座舱的形态、功能和交互方式等发生巨大变化，成为行业发展的重要方向。目前初步建立了智能座舱的雏形，随着技术的发展，未来更加具有科技感和智能化的座舱产品将会出现。本文结合汽车智能座舱的发展历史，分析目前智能座舱的发展现状和存在的技术问题，预测智能座舱未来的发展趋势。

关键词：汽车智能座舱 智能化 发展现状 发展趋势

Abstract：The development of science and technology and the application of new technologies have promoted profound changes in the automotive industry. The automobile has changed from a simple means of transportation to an intelligent and networked mobile terminal. As an important part of automobile intelligence， the form， function and interaction mode of intelligent cockpit have changed dramatically， which has become an important direction of industry development. At present， the prototype of intelligent cockpit has been initially established. With the development of technology， more scientific and intelligent cockpit products will appear in the future. Based on the development history of automobile intelligent cockpit， this paper analyzes the current development status and existing technical problems of intelligent cockpit， and predicts the future development trend of intelligent cockpit.

Key words：intelligent car cockpit， intelligence， development status， development trend

1 前言

汽车产业的新四化，电动化、网联化、智能化和共享化，每一项都会给汽车行业带来新的革命。在汽车“新四化”进程中，上半场电动化已基本完成，进入下半场智能化阶段。近年来，新四化已经明显地改变了汽车座舱的设计和构造。随着人工智能、物联网和云计算等技术的不断应用，汽车正从传统的代步工具向移动智能终端演变[1]。传统的汽车座舱相对独立，各个功能分隔开来，而智能座舱将这些独立的模块联系起来，融合为一个集中式的计算平台。智能座舱作为人机交互的主要入口，功能越来越丰富，体验感不断增强，智能座舱将工作学习、娱乐和休息等功能融为一体，创造出“第三生活空间”。

本文通过对比国内外智能座舱，对智能座舱的发展现状和未来趋势进行阐述和分析，根据现在已有的及正在开发的功能技术来预测座舱未来的技术发展趋势。发展智能座舱应坚持以用户需求为中心，以场景为驱动，满足用戶不断进化的需求。

2 智能座舱的发展现状

2.1 汽车座舱发展的阶段划分

汽车座舱的发展大致经历了机械式、电子化和智能化三个阶段[2]，如表1所示。智能座舱是在传统汽车座舱的基础上不断进化而来，具有更智能、更舒适，更能够洞察和满足用户需求的特征。这类型的座舱拥有先进的智能技术，比如AR-HUD、ADAS、语音或者手势交互等，全面提升了用户的使用体验[3]。

2.2 国内外智能座舱研究

智能座舱是直接与用户交互的平台，与用户的体验密切相关，是汽车行业未来重点发展的方向之一。IHS Markit预测2021年我国智能座舱对新车的渗透率约为50%，到2025年将超过75%。国内外许多车企和供应商已经在智能座舱领域深入布局，概念级和量产的智能座舱产品相继推出。

伟世通的智能座舱包括四个核心：多屏显示和数字仪表、座舱域控制器、自动驾驶安全域控制器和信息娱乐系统[4]。伟世通将多个显示器集成在一块面板上，该设计带来了无缝且高质量的视觉体验。哈曼国际将ADAS、OTA、音响技术和车载信息娱乐系统进行融合，推出综合性的智能驾驶平台[5]。弗吉亚推出的概念座舱采用智能触控表面技术，座舱将电容触摸开关内置于材料的表面，使汽车内饰具有极简的科技感。座舱主显示器屏幕采用AMOLED，视觉效果极好。该座舱还采用了超薄隐形屏幕和车内互联共享系统[6]。

北汽将智能语音助手、环境感知和健康检测技术结合使用，推出Hi·Me智能健康座舱[7]。语音助手不仅能控制影音和空调，还能通过它调用环境感知系统，将环境参数提供给用户。华为专为智能座舱打造了HarmonyOS智能座舱系统，该系统打造了一个将多种智能终端互联互通的互联世界。比如，通过搭载HarmonyOS的手机与车机中控屏能够实现“一碰传”功能，将手机上的地点发送到车机端，直接开启导航。恒驰5量产车采用高通第三代骁龙数字座舱平台，可以实现多感官人机交互，如语音交互和人脸识别。三联屏支持多应用同步显示，后续可通过OTA升级实现手势识别功能。人性化AI智能助理小驰，应用百度AI语音，当驾驶员疲劳时会立即发出警示。吉利汽车积极布局智能座舱领域，自主研发新一代座舱操作系统One OS，同时联合华为鸿蒙打造“超电数智座舱”。吉利将电子架构从分布式控制的GEEA1.0升级到功能域集中GEEA2.0，匹配高通8155车机芯片，后续可通过OTA对智能座舱进行升级。

3 智能座舱的功能技术

智能座舱的系统架构主要分为三层：硬件驱动层、操作系统层和应用层[8]。智能座舱系统是由车载信息娱乐系统、智能空调系统、车联网系统、感知交互系统、声光系统等各种电子设备组成的一套复杂系统。从使用的角度来看，智能座舱实现的功能一般有两大类：娱乐功能和实用功能。本文从五个方面对智能座舱的功能技术进行介绍。

3.1 娱乐功能技术

在娱乐休闲方面，智能座舱不仅具备音乐播放功能和视频播放功能，更重要的是在原有座舱的基础上对这些功能进行扩展。比如新能源汽车品牌ARCFOX αT，其智能座舱的音乐播放功能除了电台、蓝牙、USB等传统功能外，还能接入多种生活、有声、音乐类APP。这些APP切换自然，用户在使用时可以随时“听我想听”[9]。宝马汽车在座椅上采用“BMW Sound Curtain”技术，该技术能够分区控制音乐，给不同位置的乘客播放不同的音乐且互不影响。极氪009拥有MPV数字电视生态，包含15.6英寸中央吸顶屏，可实现5挡角度调节；内容丰富，同时支持无线投屏。

3.2 语音交互功能

2020年搭载自然语音识别的智能座舱大约为67%，预计2024年可达84%。语音交互方便自然，将成为未来最主要的交互方式。语音交互一般通过车载语音助手来执行相关指令，用户在车内可以通过触摸、物理按键或者语音的方式唤出语音助手，实现对话控制。

蔚来的Nomi集成了语音交互系统和智能情感引擎，让车变成一个有生命的有机体。小鹏P7的语音反应速度较快，识别率也较高，在体验上居于第一梯队。它能够实现一系列的高阶语音交互，比如多轮对话、免唤醒词、上下文理解、语义打断、可见即可说等等。理想ONE的音区锁定和跨音区连续对话功能，充分考虑了车内多人交流的复杂场景，尤其是儿童用户在语音交互上的便利性。在交互方面，全新一代奔驰S级搭载了MBUX智能感应助手，除了基础的语音交互能力外，通过语音与硬件的融合来营造沉浸式的互动体验。语音+氛围灯+四音区交互，使得在主驾、副驾、后排分别发出语音指令时，对应座椅旁边的氛围灯会闪烁，通过呼吸的效果来回应。威马W6的智能语音助手没有设置拟人化的虚拟形象，在静态和动态场景下，无论是安静时刻还是嘈杂环境，语音识别的准确率都能达到近乎100%，甚至在风噪和高路噪的水平下语音唤醒率也可以达到90%。

3.3 基于视觉感知的智能交互

视觉信息是重要的信息来源，具有重要的价值。基于视觉感知的手势交互将会在智能座舱中得到更多的应用。手势交互通过驾驶员的潜意识动作来实现命令的操作，可以避免因为按键或者触控的方式打断当前的操作行为，交互更加人性化。手势交互目前多出现在一些概念车上，例如梅赛德斯奔驰的概念车F015 Luxury in Motion、起亚的概念车HabaNiro、大众的概念车Golf-E Touch等。宝马已经实现该功能的量产化，如最新一代宝马7系、5系等。长安UNI-K在智能座舱的功能设计上，引入了动态手势识别技术，通过不同的手势形状实现接打电话、调节音量和歌曲选择等操作。对于副驾驶或后排的乘客，利用手势交互控制功能不再受距离的限制，极大地提高了用户体验。

3.4 智能座椅功能

座椅是智能座舱的重要组成部分，因此座椅智能化同样重要。比如驾驶员在上、下车时座椅会自动向后调整一定距离；坐好后，座椅自动前移，方便驾驶员操控汽车。座椅还能够自动调整位姿参数，以适配各种体型的用户。座椅还可以具备按摩、加热和通风的功能，这对于缓解用户的驾驶疲劳非常有效。

在座椅空间布置方面，未来的智能座椅应满足用户个性化调整座椅位置的需求。人们能根据自己的想法将汽车座椅调整至不同的位置或隐藏起来，为智能座舱转变为多种用车场景、灵活个性化的移动空间提供了基础。

3.5 安全功能技术

智能座舱不仅要具备娱乐和实用功能，同时还应保证用户的人身安全和信息安全。智能座舱在驾驶员安全监测方面主要使用摄像头来获取信息。ARCFOX αT智能座舱在摄像头检测到用户疲劳驾驶时发出警告。ADAS高级驾驶辅助系统帮助智能座舱形成360°环视监控系统，让驾驶员在狭窄路况时也能安心驾驶，在停车、倒车时更轻松。日产智能座舱中运用的Invisible-to-Visible（I2V）技术不仅可以显示周边环境，也可以和云端的相关信息相结合，追踪周围环境，甚至预测未来驾驶途中会发生的状况[10]。安全警示功能可以通过视觉或者听觉进行，视觉上可以通过氛围灯实现提醒。利用座舱与可穿戴设备等智能硬件的互联互通，也能让座舱系统时刻监测用户的健康信息，在必要时主动给出预警和服务。

智能座舱与人交互时需要采集人脸信息、指纹信息和身份信息等数据，因而存在着个人信息泄漏的风险[11]。工信部发布了《智能网联汽车生产企业及产品准入管理指南（试行）》，对智能网联汽车网络安全作出了多項要求。汽车企业应把保护用户的信息安全放在重要位置，将信息安全理念融入汽车的设计之中。

综上所述，当前阶段智能座舱的发展表现出屏幕显示的多元化、科技配置丰富化、车联网内容和服务的丰富化、平台强大化、交互多模化、场景情感化、生态开放化及持续迭代升级的趋势。

4 智能座舱的发展趋势

智能座舱演进的过程可以分为三个阶段：（1）传统座舱电子（分散式模块）；（2）智能座舱（中控平台、液晶仪表等系统集成）；（3）未来座舱（与智能驾驶、V2X等集成）。随着智能网联化程度的快速提升，目前第二阶段进入普及期，第三阶段已经进入导入期。本文从以下五个方面对智能座舱的发展趋势进行阐释。

4.1 智能座舱的集成化趋势

在传统汽车座舱中，仪表组、IVI和HUD等配置都是由独立的电子控制单元（ECU）进行操控。各个控制单元不能良好地进行通信，因此需要设计一种集中式的计算平台。该平台不仅能够降低成本，还能让开发者利用整车的资源进行更多应用的开发。在智能座舱的一体化车载硬件上，不需要每个功能实体由真实的硬件承载，只需要在车载主芯片上进行虚拟化的软件配置，形成多个虚拟机。在每个虚拟机上运行相应的软件实例，即可实现仪表、中控和HUD等各种功能实体，从某种意义上就是实现了软件定义汽车[12]。这种方式能够打破硬件隔离的限制，取代传统单芯单屏的设计，实现一芯多屏的功能[13]。

4.2 输入形式发展趋势

在输入形式上，实体按键会大幅简化，语音和手势交互方式会被广泛应用，有可能会出现眼动交互方式。语音控制在未来可以通过声纹识别用户身份和情绪，提供更加便捷化和人性化的服务。座舱内还可以加入面部识别功能，通过识别不同的人提供对应的服务。当前的语音识别技术已经达到了比较成熟的阶段，但是当前智能座舱的语音交互功能在人与车辆进行持续的、自然的对话方面仍有待提高。未来智能座舱的语音交互系统能够自学习用户的交流方式和习惯用语，甚至能够识别用户方言。

4.3 输出形式发展趋势

从现有的智能座舱发展趋势来看，屏幕显示尺寸趋于变大，同时多屏显示也成为趋势，屏幕数量、分辨率水平和尺寸进一步提升，大屏化、多屏化趋势显著[14]。多功能性在座舱设计中将得到更多的应用。比如，车窗既可以遮风挡雨，又可以作为显示信息的载体。

未来，智能座舱内部的屏幕将会被无屏幕载体替代，比如：利用眼动交互方式，通过计算机技术对相机拍摄的人眼图像进行实时计算，得到视线注视方向和位置，将信息呈现在视线范围内，呈现的方式可以是全息影像、智能玻璃、智能表面、AR-HUD（增强现实）等[15]。

4.4 与智能驾驶技术结合

智能驾驶是汽车智能化的重要发展方向，智能驾驶与智能座舱的结合是未来汽车发展的一个方向。随着智能驾驶等级的提高，对智能座舱的设计及用户对于座舱的需求也在发生改变。汽车的智能驾驶功能需要为其提供重要的控车信息和环境感知信息，完成对驾驶舱内人员的状态及情绪的感知[16]。汽车智能座舱未来设计应关注用户对于智能驾驶的功能需求，比如泊车、巡航和车辆进出车库等。

4.5 构建用户使用场景

智能座舱不是智能化技术的简单拼凑在一起，而是从用户的实际出发、从实际的应用场景出发来设计各个功能，以此达到各种功能的相互融合，更好地提升用户使用的舒适度和便捷性。比如在会议模式时，智能座舱会变成一个小型的“私密会议室”，会议视频会投射到车内的屏幕上，同时会议的声音也同步到座椅内置音箱；在休闲模式时，方向盘可以收进去，座椅后移延展变成躺椅形式；在驾驶模式时，用户可以得到关于这个目的地的一些基础信息，如旅游景点、风土人情介绍等以及景点门票的购买等。变被动服务为主动服务，让用户体验到更加方便快捷的智能座舱服务，从而满足用户的各类需求[17]。

5 结语

本文通过对汽车智能座舱发展现状的分析，结合当下汽车行业的结构和未来消费者的需求，提出关于未来汽车智能座舱的发展趋势。这些思考将有助于设计出更加智能、更有深度和更具创新性的智能座舱产品。通过与智能网联的融合，智能座舱通过语音、手势、生物识别等多种交互方式，为用户提供更加高效、便捷的体验，满足多种使用需求。汽车智能座舱必然将成为汽车智能化的一个重要竞争领域和创新战场，智能座舱产品会拥有更加广阔的发展空间。

参考文献：

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