5G通信时代汽车智能座舱发展趋势探讨

本文由刘涵昱，时瑞浩，蒋建辉联合创作

摘要

随着在5G通信技术和车联网技术的不断发展，汽车座舱正开始逐步走向电子化，智能化。汽车座舱作为驾驶员与车辆最重要的交互窗口，客户体验将不断增强，功能越来越完善。5G通信技术作为最新一代的蜂窝移动通信技术，具有高速率、少延迟、低能耗、大容量及等显著优点。在5G通信技术的加持下，汽车将摆脱“驾驶”这一单一场景，对车智能、对地智能、对人智能将不断完善和拓展，越来越智能化，成为“家居、娱乐、工作、社交”一体的智能空间，5G通信技术正加快汽车智能座舱时代的来临。

随着人工智能和车联网技术的不断发展，汽车电动化、智能化、网联化、共享化成为汽车行业发展趋势，将给人的生活与出行带来极大变革，汽车座舱形态、座舱功能、交互方式等将发生巨大变化。因此，汽车智能座舱的设计成为未来汽车发展和创新的关键因素，也是打造差异化、吸引用户的重要因素。对于汽车智能座舱，当下学术界并没有明确的定义。而在产业界中，

智能座舱被分为两个部分：广义的智能座舱指与所有驾乘人员有关的功能，座舱能够结合云端大数据与车辆实时数据，通过传播载体，如显示屏、座椅、空调、氛围灯等，充分与驾乘人员进行交互；狭义的座舱产品指基于中控、仪表以及车辆其他周边节点，由驾驶员通过中控与车辆其他周边节点产生联动。狭义的智能座舱与驾驶者关联性更大，所涉及的交互节点更多。目前汽车行业正处于电子时代与智能时代的转型过渡时期，随着第五代通信技术的诞生与运用，5G 智能感知座舱的概念被行业广泛提及，汽车智能座舱的发展引起广泛关注和思考。

1 汽车座舱智能化是汽车座舱的发展方向

从1885年德国工程师卡尔·本茨发明第一台汽车至今，针对座舱的功能性、操作性以及高效性3个方面，汽车座舱的发展历程可分为机械时代、电子时代以及智能时代。

在机械时代，汽车座舱包含机械仪表以及简单的媒体播放器设备。机械式的仪表仅能反馈车辆的基本工况信息，包括行驶车速、发动机转速、水温、燃油等。媒体播放主要依靠收音机以及卡带式播放器。驾驶员主要通过物理按键的形式，辅以少量的方向盘控制按钮，进行简单的音量、调台操作。功能需求较为简单。

进入电子时代，汽车开始搭载更多电子电器零部件（见图1）。汽车仪表开始使用小尺寸液晶显示器替代传统机械式仪表，液晶仪表的使用丰富了显示的信息内容。在电子时代，中控主机发展引入导航功能、影音娱乐功能和手机外接交互功能，扩展了汽车的车内功能使用。

图1 现代车辆主要传感器

随着技术的不断发展，汽车座舱进入智能时代。现代大尺寸中控液晶屏替代了传统中控，全液晶仪表逐步替代传统仪表（见图2、图3）。在汽车电子架构上，中控与仪表的一体化设计开始出现。

一芯多屏架构取代了单芯单屏的传统方案，利用硬件虚拟化技术，可以使仪表功能与中控功能同时在同一套硬件平台中运行，打破了以往硬件隔离的限制，一芯多屏成为未来智能座舱架构的发展趋势。

图2 单芯单屏架构座舱

图3 一芯多屏架构座舱

2 5G将为未来汽车智能座舱发展提供强大动力

第五代通信技术是目前最新一代移动通信技术，5G的性能目标是提供高速率、减少延迟、节省能源、提高系统容量和大规模设备连接服务。目前中国5G发展已站在世界前列，国内5G用户已经超过1.1亿，计划2020年底5G基站将超过60万个，覆盖全国地级以上城市。除了5G建设加快落地，5G应用创新也在加快。目前中国已经在港口、机械、汽车、钢铁、矿业和能源领域应用领先发展，在工业互联网、车联网、医疗、教育等重点领域的应用也正在加速推进。

随着5G基站的铺设覆盖，云平台的计算、存储能力和5G的传输速度为智能座舱大数据量、低延时的传输需求提供了保障。主流云计算供应厂商提出了车联网硬件解决方案；芯片厂商、通信运营商等各方面积极推行V2X （Vehicle to Every- thing）相关技术，以期在未来向车载5G车与车联通中实现平滑演进。由于V2X 需要车辆实时与周边环境交换信息，运营商可以通过在路灯等基础设施上布设小型通信基站的方式，利用5G低功耗的特点，实现基站小型化的想法，4G的网络通信方式在性能上无法满足这一要求，常常会出现网络堵塞异常等情况，5G带来的低延时传输特性可以满足此类功能的传输需求。

3 5G时代下的智能座舱发展离不开多方协同

国内第一台互联网汽车上汽荣威RX5推出后，车联网、智能座舱逐渐成为汽车行业的热门领域，一些汽车主机厂通过并购、创建联盟、开放等商业形式，横向进行扩张，纵向进行深化相互合作，建立各自的体系。在体系之内，整车企业、零部件企业、互联网企业不再各自为战，逐步形成一个完整的合作体系，共同推动智能座舱的发展。

图4 两种不同开发模式比较

目前车厂在开发智能座舱产品主要存在两种模式（见图 4），分别为同步开发和自主开发。自主开发模式即主机厂通过自身研发能力，从车机的硬件到软件应用层均为自主设计开发。随着车联网应用需求不断增加，主机厂单独依靠自身能力，已无法满足车载主机复杂的开发需求。为了应对不断增加的网联生态需求以及不断迭代升级的车载硬件平台，主机厂通过寻求外部合作供应商的方式进行产品开发，而主机厂则主要负责产品功能需求定义，系统框架搭建，功能验收测试等工作。由于主体开发工作量在外部供应商，因此这种开发模式往往在应对临时需求变更的时候显得不够敏捷。在软件定义汽车的趋势背景之下，车机端生态软件的需求更新迭代速度越来越快，由于主机厂与外部供应商之间的需求商业变更流程，导致新需求的响应速度不够迅速。随着车联网行业的不断发展，各大主机厂为避免以上两种开发方式所带来的种种弊端，开始采用软硬分离的方式推进车载娱乐主机的开发。所谓软硬分离，即硬件电路部分交由外部供应商负责设计开发及生产，软件应用层的功能则依靠主机厂自身研发能力完成。从主机厂的角度来说，相比于完全自主研发，这种模式既能够降低车厂的研发成本，又能够掌握核心软件开发工作的主动权，从而提高产品在市场中对于需求的灵活性。当前，越来越多车厂开始采取这种方式进行智能座舱的开发，其发展趋势是各供应商的整体协同开发。

互联网科技企业、主机厂和零部件供应商以及用户三方出于各自诉求，协同推动智能座舱的发展。一是主机厂寻求品牌差异化。传统主机厂之间竞争愈发同质化，除少数车型外，各品牌均无法在技术上取得绝对优势，丰富的生态软件有机会使主机厂打破现有产品的局限，形成产品差异化，拓展新业务开发增量市场，同时倒逼零部件供应商进行智能化演进。二是消费者希望提升使用体验。在物联网不断普及的背景下，消费者对汽车智能化的需求不断提高。从消费者的主观角度出发，汽车在维持驾驶属性之外还要加入多智能移动空间属性，有望成为物联网系统中的重要一环。三是互联网科技企业发掘增量市场，需求推广其自身的互联网产品，诸如腾讯、科大讯飞、京东等互联网企业，为争夺车载业务这块巨大的蛋糕，均推出了自己的车载移动端互联网应用。传统的芯片、操作系统厂商诸如苹果、谷歌、华为等，在现有移动终端的市场已经趋于饱和的情况下，急需发掘规模庞大的增量市场，继PC、手机、平板电脑之后，汽车将成为下一个合适的智能终端载体。汽车出行市场拥有海量数据，因此各大互联网科技企业开始积极布局智能汽车行业，通过打造软件生态，通过后期产品运营增值服务的方式增加营收。

4 5G通信技术将加快汽车座舱智能化时代来临

当前阶段，汽车座舱依托于 3G、4G网络，人对座舱的功能需求主要集中在行车参数、驾驶辅助信息、车辆体验、导航、信息娱乐、通信等方面，功能和技术水平不尽人意。如目前导航不准，更新慢，实时性差，因而目前用户多倾向使用手机导航。随着近些年来的造车新势力车企的迅速发展，信息娱乐座舱从原来的单一音响娱乐功能转变能多类在线服务功能于一体的网联生态智能座舱系统。现代信息娱乐座舱主机软件架构图，如图5所示。座舱系统主要分两大类，一类是本地应用，另一类是在线生态应用。本地应用主要包括车辆设置，空调设置，泊车系统等无须网络支持的功能应用；在线生态应用则包括如在线音乐，导航，OTA，应用商店等功能。

图5 车载智能多媒体主机软件架构图

随着5G通信技术的应用和车联网技术的发展，智能座舱的信息输入、信息输出将不断改进，功能将极大拓展，变得更加智能，更加贴合驾驶习惯，影像更加清晰，导航将实时联网，车机自动更新速度增快。驾驶辅助及出行服务、社交服务、工作服务、娱乐方式等功能将得到大扩展。

4.1 整车数字化水平得到提升

整车数字化，在线服务功能将延展。随着5G通信技术的应用，将实现物联网背景下的整车功能数字化、在线化，比如汽车O2O服务、在线交易、智能家居及多设备互联同步、车载在线支付、定制化地图等更加丰富的信息服务及娱乐方式，使汽车更加贴近生活。类似于整车升级的功能，在5G的速度加持下，整车OTA升级的时间将大大缩短，5G的到来将加速汽车研发模式的转型升级，主机厂逐渐从传统的专注硬件工程的产品研发体系，转变为软硬件结合的数字化服务体系。

4.2 出行服务应用场景得到扩展

首先，驾驶辅助及出行类服务功能将得到提高。这一阶段用户仍然需要驾驶，安全是最重要的，提升用户的效率、便捷性是主要出发点。用户用车围绕出行和位置展开，除了满足用户的搜索、定位需要外，还可以结合大数据，在用户提出需求之前主动推荐基于位置的信息及出行服务，比如停车场、充电桩、高速路支付、美食和电影等等。其次，旅游、社交类服务功能将得到提高。社交活动是当前人们分配时间最多的领域，目前车上的社交功能还很少，未来向车端的应用移植和整合将更丰富、实用；至于旅行方面，火车票或机票购买、选座，酒店预订，旅游路线的规划，沿途风景拍摄，车友沟通，车队交流管理将在车内实现。最后，工作相关类服务功能将增加。随着人们工作的压力越来越大，传输实时性要求越来越高，经常需要在行车途中处理一些工作，因此车辆对于办公的支持将越来越多。例如，电话记录、收发邮件、车机与电脑或者手机邮件同步等功能，汽车将逐渐成为人们的移动出行堡垒。

4.3 车内娱乐方式多样化

车内在线娱乐方式将增加。随着车联网的发展，车内音频呈现去APP应用化、伴听化、不间断、个性化的特点，可以将新闻APP、音乐APP、听书 APP等多媒体源融合，满足不同用户需求，而又不用频繁切换APP，实现轻交互，方便快捷，保证行车安全。同时，可以根据用户的爱好、习惯主动推送服务，在手机、车机不同终端间无缝衔接。内容上多是陪伴出行的非深度内容，不干扰驾驶，不会影响驾驶安全。车内其他乘员可以有更多的相对独立的娱乐方式，比如在线教学、影音视频、小说阅读、远程办公等多媒娱乐应用。

5 结语

当前，汽车行业正朝着智能化方向快速演进。汽车智能座舱势必将成为未来汽车智能化的一个重要竞争领域。5G技术的发展，将起到车载智能多媒体主机发展的催化剂作用。本文为汽车座舱领域的发展提供参考，更好地促进我国智能汽车产业的发展。

参考文献：

[1] 杜莎，高驰. “智能座舱”的进阶逻辑[J]. 汽车与配件，2020(15)：34-37.

[2] 张晓聪. 汽车智能座舱发展现状及未来趋势[J]. 汽车纵横，2019(8)：42-45.

[3] 周满满. 智能座舱技术对汽车产业链组织结构的影响

[J]. 汽车与配件，2020(3)：49-51.

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