一、前言

5G通信、AI、电能存储等新一代技术正在快速发展，这些技术也都逐渐的融入了人们的生活。通过不同的技术融合，汽车自动驾驶技术也因此进入飞速发展时期。虽然目前自动驾驶技术还不能完全解放人们的双手，但在不远的将来，高度智能的自动驾驶技术加上6G或者7G 移动通信技术，一定会让汽车座舱发生巨大的变革。座舱将会成为一个集工作学习、休息放松、家庭娱乐一体的第三空间。

智能座舱是一个充满无限幻想的空间，每个人都会结合科幻片中炫酷的全息显示、智慧机器人、精细灵巧的机械结构等黑科技去思考未来智能座舱。几乎人人都能描绘出一幅极具未来感的座舱画面：超大屏显示、人工智能助手、多维度调节座椅、可变的座舱结构等等。

在上篇中，主要介绍了智能座舱的发展历史，以及目前国内外比较知名的智能座舱提供商，从各家公司的产品来说，大家技术点主要集中在人机交互技术、AR-HUD显示技术、车机系统、智能座椅等方面，在本文中将对智能座舱的关键技术以及面临的一些技术难点等方面进行分析介绍。

二、座舱基础功能设施关键技术

现在汽车座舱的控制方式大多数都是机械按钮，机械按钮的存在会让按键占用很多不必要的空间，主流方式是逐步电阻电容压力触控技术代替传统的机械式按钮。

语音控制--在NBA总决赛第5场比赛中播出一段Siri操作示范的广告，在其中，一名坐在轮椅上的男子向等待的iMac发出上述命令。“Hi，siri。打开照片。向上滚动。显示第13张。”话音刚落iMac就已经完成了任务。

车载语音控制系统能够实现，车载娱乐系统控制、导航控制、电话通讯控制、驾驶辅助控制、联网服务等功能，其优点较明显，相比传统按键、触屏操作，通过语音方式完成车辆操作和控制，可以让驾驶员的视线保持向前，双手不离开方向盘，大大增加了安全性；

其次语音识别和语音控制，其本质是人机交互。可以有效增强人车之间的沟通，提升行车安全性和娱乐性，所以想要在行车安全和驾驶通信娱乐间找到平衡,智能的语音系统必不可少。

语音控制设计的本意是更好地辅助车主驾驶，但语音控制在使用过程中有一些不可避免的缺点：

（1）语音命令呆板，有使用条件限制，需遵循该系统的语音规律，系统只能识别一些固定的词组和句子，且必须照功能分级别实现，科技感低。

（2）识别准确度低，语音识别的准确度较糟糕，不是所有人说话都是字正腔圆的。

（3）环境干扰较大，当说话时的环境是否嘈杂或距离话筒过远时，会造成一定的干扰。

语音控制系统是一门涉及面很广的交叉学科，它与数字信号处理、概率论、模式识别理论、计算机技术、人工智能等学科关系密切，语音控制系统可以分为几个步骤，语音识别、语音合成、对其分析、进行决策做出控制指令、执行操作。

其中语音识别可简要概括为两个过程，即训练过程和识别过程。训练是为了获取语音识别系统所需的“声学模型”和“语言模型”，从而对预先收集的海量语音数据库进行信号处理和知识挖掘；识别过程可分为前端和后端两大模块，前端模块即对收集到的语音数据进行降噪、回声消除，提取到尽可能纯净的原始语音后对其特征提取得到特征向量。后端模块即利用训练好的“声学模型”和“语言模型”对用户语音的特征向量进行模式识别，又称解码，得到文本信息后通过语音后处理进行词义分析、语义理解，最终输出识别结果。

而语音合成，又被叫做文语转换（Text To Speech，TTS）技术。相较于语音识别能够赋予机器听懂别人说话的能力，语音合成技术能够播报一定的语音内容，从而对用户的行为进行反馈。针对机器内部的文本信息或者接收到外部输入的文本信息，通过语音合成技术，可将其转变成可以听懂的、类似人类声音的信息后再行输出，一般分为两个步骤，首先从输入的文本中提取出足量的信息，即文本处理，之后生成对应的声学波形即语音合成，从而针对输入的音频，保证其语音播报内容的输出。

语音合成目前主要有三种技术实现方式，即波形拼接技术、参数合成技术、端到端语音合成技术。

分析决策的过程为（以语音控制音乐播放为例），车载环境下，音乐播放器处于后台播放状态，程序在后台运行而不影响其它程序的正常运转。该功能的执行流程图如图所示。

手势操作--目前部分车企已经看到手势识别技术在车载多媒体方面的应用价值，相关机构已经从不同角度开展手势识别技术的应用。手势分割、手势特征提取、静态手势识别、动态手势识别均是手势识别技术的主要组成，通过不同技术的综合，发挥手势识别与控制作用。

但个人感觉目前阶段手势控制噱头大于实际作用，在AR、VR技术未发展运用之前，手势操作作用真的很小，甚至可能起到反面作用。

行驶过程中的安全健康检测系统--安全健康检测系统可通过基于视觉和红外方案实现乘员状态监测。该系统功能包括心率检测、体温监测、呼吸检测、分神预警、疲劳预警、危险驾驶提醒以及情绪识别安抚功能。应具备全天候感知能力，随时随地提供舱内人员的安全健康监测和提醒。

在很多科幻题材的故事里都会涉及人与机器的智能互动，比如《钢铁侠》里，主角钢铁侠可以通过语音的方式给机甲下达命令实现各种信息的收集和战略的判断。目前的技术可以做到大部分语音识别控制，但是对于语义处理的还不是特别的智能，只能回答被训练过的语句。另外，由于机器无法感知人类的情感，人类通过不同的语气说出来的词语机器是无法判断的。

最后，脑电控制技术是一种能让懒惰发挥到极致的控制技术。它可使汽车与用户完全融合，真正做到“心想事成”。最新的科学研究已经做到了可以用脑电识别出人类心理所想的英语，且识别错误率在3%。但是大家别当真，目前当个玩笑就好。

几年前，平视显示器已经超越了笨重的控制台内导航装置。一级供应商和汽配制造商已经为汽车市场引入了抬头显示（HUD）系统，目前，大部分汽车的高配置版本都有HUD配置选项，该系统可以直接在挡风玻璃上投射速度，指南针方向，警告消息，无线电信息。下一个阶段是引入一个“增强现实”（AR）HUD系统。AR HUD为驾驶员提供了虚拟信息或增强功能，以补充车辆前方视野环境，比如导航线路、行人提示、建筑名称显示等。

HUD（Head Up Display）是最早运用在战斗机上的一项抬头显示技术，中文简称为抬头显示。HUD 的出现是为了解决飞行员在驾驶时不需要低头就能查看仪表重要信息的需求，提高驾驶员的注意力与作战效率。

近年来随着增强现实技术（AR）的日益成熟，AR 与 HUD 技术的融合发展起来一种新的抬头显示技术，即AR-HUD。

AR-HUD 使用了增强投影面技术，图像元素通过数字微镜元件生成，生成后的图像通过反射镜向挡风玻璃进行投影。最终增强过后的导航信息以前挡风玻璃为载体出现在驾驶员的视野中，其视觉交互信息能够与现实道路中的车道线和前方车辆等物体进行融合，从而实现更好的导航效果。

同时，这两个投影面成像单元的显示亮度能够根据环境亮度自动调节，确保在任何驾驶环境下都能够清晰显示。对于AR-HUD的虚像视距而言，行业内目前提出的AR-HUD虚像视距在7.5米左右，即AR-HUD的增强现实投影面的成像距离可达到7.5米，而显示驾驶状态信息的近投影面的成像距离一般在2.5米左右。

3. 智能座椅技术 

乘客进入座舱前后，汽车可利用视觉与压力传感器采集驾驶员整体身高、各关节尺寸（大、小臂长度，大、小腿长度，髋关节宽度）、整体重量等信息。座椅自动调整自身位姿参数，从而可以适配各种体型的用户，优化其驾驶体验，实现座椅的私人订制的效果。

未来，汽车座舱的空间布置并不会像传统汽车一样只有多排固定的座椅。座椅的各个部分都会集成电机，座椅的底部也将被安装在可移动的电动滑轨上。人们能随意的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。默认的模式主要包括驾驶模式、会议模式、家庭模式和休息模式。通过改变座椅在座舱里的位置人们可以享受更多灵活且多功能定制空间带来的乐趣。让智能座舱成为随用户个性化使用习惯及多种用车场景给出灵活响应的移动空间。

4.  车机系统

底层车载操作系统形成 QNX、Linux、Android 三大阵营，WinCE 即将退出市场。QNX、Linux是车载操作系统的鼻祖。

QNX具有安全性高等优点，主要应用于仪表，但其并非开源，因此存在开发难度大、成本高等问题。

与QNX相比，Linux为免费的开源系统，具备定制开发灵活、成本较低等特点，主要应用于信息娱乐系统。

谷歌Android是基于Linux系统内核开发而来，应用生态优于QNX、Linux，并逐渐成为新的一级。

国内企业也纷纷加入操作系统竞争市场，阿里基于 Linux 系统内核开发出 AliOS，上汽荣威所搭载的斑马智行系统即基于AliOS打造。此外，鸿蒙系统（Harmony OS）同样基于Linux系统内核开发。

企业开发自主车载系统方式主要分为三种：1.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，将硬件资源进行整合优化；2.ROM方式，基于需求定制汽车服务及以上层级，下层基于Android、AliOS、Harmony OS 等系统自有架构；3.超级APP 方式，在应用层调用系统已有接口实现相关功能，其余层级完全沿用已有系统架构。

 5. V2X互联技术

现有的车内互联技术有CAN、LIN、蓝牙、USB等。车内设备多是具有独立功能的ECU，都是基于CAN/LIN 技术进行通讯的。但是，随着汽车智能化程度的提高，要用到的传感器和控制器也越来越多。这使得ECU会越来越多，CAN/LIN 这两种通信方式已经不满足于低延迟大带宽等通信环境要求。为此需要引入域控制器和以太网，让以太网成为车辆信息交流的高速通道。

智能手机越来越普及，人们对于智能手机的依赖性也越来越强。未来，智能座舱就是人们的“第二部手机”，在乘坐汽车的途中智能手机应该被智能座舱“替代”。人们能在手机上做的事，同样的在智能座舱上也能做。智能手机与智能座舱之间也应建立完美的连接，让手机为智能座舱提供外界消息和处理能力。

在5G大潮来临之际，C-V2X（Cellular- Vehicle-to-everything）技术也因5G技术得到了大幅度地提升[。V2X 技术是将信息从车辆传递到可能影响车辆的任何实体是一种车载通信系统，它结合了其他更具体的通信类型，例如V2I（车对基础设施），V2N（车对网络），V2V（车对车辆），V2P（车对行人），V2D（车辆到设备）和V2G（车辆到网格），各种应用场景如图5 所示。其主要目的是能让汽车识别其它实体，从而实现各种碰撞预警、道路规划、行驶决策。最有意思的是人们在去往自家车库的过程中，汽车就可以通过该项技术，提前感知到人们是否要用车，从而根据人们的喜好调节相应的个性化配置。  
       

三、智能座舱发展的技术瓶颈

随着特斯拉在量产车上应用智能座舱的成功案例，掀起了智能座舱研发大潮，车企在智能座舱领域发力越来越明显，但目前智能座舱产品的技术实现效果还无法很好地满足用户需求。许多主机厂在概念车中展示的功能还只是畅想，在用户真实的使用场景中无法达到完美的体验效果，智能座舱的技术实现和产品体验还有一定差距，技术发展进入了瓶颈期。

1.  数据形成孤岛

如今，车企存在着明显的孤岛效应，这种数据互联互通能力的缺失对智能座舱智能座舱产业来说是一项巨大的挑战（目前华为小米等其他领域巨头加入进汽车领域，致使某些传统整车厂商在其中更多属于负责生成工作，而传统内饰方面对于整车来说仅仅供应商而已，身份转变可能使有实力的整车厂难以接受）。

智能座舱的智能化需要依托大量的数据进行训练，从而实现智能程度更高的人机交互反馈效果，数据规模直接影响了智能座舱的用户体验。从车企角度，向外界公开车辆和驾驶数据是不符合行业等各种要求的（某些时候就连合作公司都很难以获得相应的数据），这就导致了现有技术无法得到所需的足够的数据积累，制约着智能座舱产业的快速发展。比如智能座舱的语音交互技术，目前语音识别、语义理解受数据限制，用户实际体验时存在识别准确度较低、无法有效沟通的情况，技术实现上与设想有一定的差距（目前来看，奔驰的语音控制系统精准度已经相对很高了，可以同手机Siri似的进行交流）。

2. 适宜的交互系统

智能座舱不同于其他交互场景，需要形成一套驾驶空间内最合适的交互系统，而不是将现有的交互模式照搬到智能座舱里。

随着科技和智能手机的发展与应用，用户对汽车座舱功能多样性的期望越来越高，驾驶时需要处理的信息越来越多，为了满足这一需求，选择了使用数字触屏替代传统的机械按钮。但是数字触屏也随着功能的进一步丰富而暴露了出来，界面照搬手机应用的模式，容易造成视线在操作面板停留时间过长。

许多车企为解决用户驾驶分神选择对语音交互给予了厚望（在笔者角度来说，至今对手机语音控制都感觉怪怪的，更不用说对着汽车说话了），且同时语音交互没有视觉上的功能提示，还是使用于命令数量较少的简单场景效果最佳。适用于智能座舱的多模态人机交互系统的形成，可以有效地改善这些问题。这种理想模式并不能依靠单一的交互方式，需要思考如何结合机械按钮、触屏、语音等交互方式的优点，建立一套最佳的交互系统。

3. 基于视觉的组合仪表功能逻辑设计

存在缺陷虽然将来智能座舱必然会形成一套多模态人机交互体系，但是视觉仍然是人们获取信息效率最高的方式，未来多模态人机交互仍然会以视觉为核心。

目前大部分车机的界面层级都很多，功能切换需要操作比较繁琐的步骤，而这都需要依赖于视觉，长时间的操作影响驾驶安全。车机需要让功能切换变得容易操作，可以迅速完成。

因此部分主机厂选择了“去APP化”的方式，将一些重要的、使用频率高的功能以组件的形式放置在首页，以此来减少层级。然而这种做法并不能从根本上解决问题，用户在开车时会用到许多种功能，将所有功能都放置在首页是不切合实际的，而且这种做法使架构变得更加复杂，用户操作时视觉停留时间不会有显著变化。

4. “缺芯”的芯片可能在算力方面的考虑

芯片是智能座舱计算能力突破的关键。芯片支持操作系统、ADAS 等软件的运行，未来智能座舱所代表的“中控CID+液晶仪表+抬头显示仪+后座娱乐显示屏”多屏融合体验，都依赖于芯片计算能力的提升。

而在多屏交互背景下，智能座舱将由一颗主控芯片提供算力，“一个芯片、多屏交互”是智能座舱的未来趋势。

从成本和安全性方面考虑，单一芯片方案也更有优势。单芯片处理器支持多屏操作，可以显著降低系统复杂度，保障行车安全。从成本角度，单处理器的总成本也低于多处理器。

5. 主车厂面临的困境

未来汽车座舱需要实现更多功能，其复杂程度也远远大于现今的座舱系统。对于汽车制造商而言，最大的挑战是如何将这么复杂的系统整合在一起，进行技术管控。

在此种情况下整车制造商可以连同一级供应商一起设计一套完整的包括了系统、云端服务、座舱前端等一系列关键技术的方案的需求，专业的供应商提供不同梯度的解决方案；另一方面，整车制造商可以联合一级供应商、互联网公司、科技公司甚至是移动出行服务商一起，从汽车的设计阶段开始实行共同设计，在多个环节里对关键技术进行整合，使汽车座舱在整体上达到高度的集成。采用早期共同设计的优势就在于客户可以根据自己的个性喜好，从硬件和软件两个方面进行定制，极大地降低客户的成本。

四、智能座舱技术发展趋势

1. 基于场景进行功能设计

目前很多车企所说的智能座舱，本质上其实是移植了智能手机各项功能的车机系统，更多的是大量伪需求的混杂。功能堆砌和拼盘化是当前智能座舱的特点，大多智能座舱都具备丰富的功能模块，但是目前很多的功能设计在实际的使用场景中用户完全用不到。

智能座舱的设计更多的应该通过全方位挖掘分析用户在不同使用场景下的痛点问题和真实需求，找到交互方式、功能体验上的创新技术及方法，最大程度的提升用户在真实场景中的体验感，为用户提供“人-车生态系统”的完整价值体验，从而提高用户留存。

2. 形成完善的多模态人机交互体系

驾驶者不再只是将车作为代步工具，而是将车视为可以满足娱乐、办公需求的个性化智能移动空间，要求车需要具备精准的感知和理解行为的能力。这种理想的用户体验需要依靠完善的多模态人机交互体系，再根据大数据库和深度学习算法对信息进行反馈。

比如当驾驶者输入的语音含有代词等模糊性词语时，仅依靠语音交互就会产生语义歧义，导致不能准确理解驾驶者行为和用意，而要准确描述目标可能需要大量的语句才能实现，耗费驾驶者较多的时间和经历，从而使交互体验大打折扣。

而完善的多模态人机交互体系，可以在语音交互的同时配合眼动仪进行视觉追踪，方便快速的捕捉到驾驶者的目标，大大提升交互的准确性和便捷性。目前许多车企的智能座舱已具备语音交互、手势识别、触摸操控、视觉分析等多模态交互技术，但是还需要将功能进一步加深，直到准确适用于各种用户场景，形成完善的系统。

3. 应用增强现实、虚拟现实等新兴技术

随着智能网联技术的快速发展，智能座舱受到消费需求、政策支持等多重驱动因素的影响，为汽车产业带来新的机遇，正在成为企业们争夺的高点。在座舱搭配的大屏、多屏等基础硬件设施差别越来越小的当前，新兴技术等差异化功能的应用变得更为重要，可以更为有效地提高产品竞争力。

例如，增强现实抬头显示技术可以更加直观地为用户提供车道偏离预警、碰撞警告、周边信息提示等功能。相较于传统的抬头显示系统，不需要驾驶者不断切换视焦，避免频繁切换出现危险。

虚拟现实技术在给智能座舱带来科技感的同时，可以根据乘客喜好随意改变汽车内外部环境，增加行驶过程中的趣味性和娱乐性。智能座舱的技术趋势就是趋向于兼顾驾驶体验和乘坐体验，通过不断发展新兴技术来不断满足驾驶者和乘客的安全性、舒适性、趣味性、个性化等各种层次的需求。

4. 多系统融合，统一平台化

智能座舱的未来主要发展趋势主要体现在四大方面。一个多功能的计算控制平台。传统的座舱是由多个电子控制单元组成（仪表、HUD、信息娱乐系统等）都是独立存在于座舱内。各个厂家生产的控制单元无法完美的进行通信交流，阻碍了多屏互动模式实现的可能。

因此，将座舱内部的所有控制功能整合起来，设计一款集中式计算平台（座舱功能高度集中，座舱计算控制平台能降低成本）。一款统一的座舱计算控制平台能让开发者轻松利用整车的各种资源扩展更多、更智能的应用。

现有的屏幕环境包括了中控显示屏、液晶仪表盘、HUD、后座娱乐显示、电子后视镜。但是由于这些显示器独立的放置在座舱里的各种位置，使得座舱内的信息显示被分割，让用户看得眼花缭乱，降低用户信息掌握的效率。在未来屏幕应被各种先进的显示技术所代替，如透明显示玻璃、全息影像、智能表面。先进显示技术让信息显示与座舱环境融为一体，让座舱环境更加简洁，提升用户的视觉体验。

五、结语

  本文通过对汽车智能座舱发展现状的分析，提炼出未来智能座舱应具备的关键技术，引发了对未来座舱智能化、人性化、可定制化、高度集成化的思考。

人们对于智能座舱的思考从未停止，本文对于智能座舱发展方向也仅仅局限于现在所存在的技术或者理论，但如果站在未来的角度再思考智能座舱，或许智能座舱就不是文章内容所述的形式。未来对于座舱的设计将更有灵感，思考将更有深度，更具创新性。