新一代智能座舱国产化交互式系统研究

王忠文，郭 倩

（1.广州番禺职业技术学院，广州 511483；2.培黎职业学院，甘肃山丹 734100）

智能座舱是汽车新一代的交互方式，车内的中控大屏、多屏联动、触摸操作、语音交互和AR HUD 等功能，都是智能座舱交互体验的一部分。人和汽车之间的互动也变成了人和智能座舱系统的交互体验，向着多屏互联、万物互联的方向从智能化走向大众化，并致力于场景化和安全化的和谐统一[1]。

汽车的新四化：电动化、网联化、智能化和共享化对新一代的汽车技术产生了更高的要求，其中智能化主要包含2 个方面：一方面是自动驾驶，另一方面则是智能座舱，把汽车变成一个移动的生活空间。当前应用的数字科技、人工智能、5G 通信、增强现实、大数据、云计算和物联网等新一代信息技术，使传统汽车加速从交通代步工具向移动智能终端发展。智能座舱是人与汽车对话、沟通、交互的立体式空间，随着各种智能化功能的研发，体验感不断增强，将商务出行、工作学习、休闲娱乐和移动生活等功能融为一体，给用户创造出了第三移动生活空间[2]。随着人们对智能汽车的要求越来越高，智能座舱已经成为了汽车体验感最强的一个发展方向，同时也体现了人与汽车智慧融合的价值，从而加速了国产化研发的步伐。

现阶段国内车企在应用软件及座舱电子领域具备较强的自主配套能力，但外资企业在座舱芯片及操作系统等底层架构中仍然占据主导地位。需要建立自主研发体系，掌握核心技术，才能更好服务于我国的智能汽车发展。所以，自主研究开发国产化智能座舱系统迫在眉睫。

1 面临的问题

1.1 国产智能座舱芯片应用率低

越来越多的芯片公司在研发智能座舱的芯片，NXP、TI、瑞萨是传统三大巨头；高通、intel、芯驰、全志等厂家也加入座舱芯片行列，单芯片多系统为代表的域控制器已经成为智能汽车的必选项目之一。高端智能座舱芯片以高通、联发科、瑞萨为主，高通领先（表1）。

布局智能座舱和智能驾驶的自主零部件供应商也迎来国产替代机遇，以华为、芯驰科技、芯擎科技为代表的芯片厂商的座舱SoC 芯片2022—2023 年进入量产周期，凭借配套成本、就近服务、本地生态等优势逐渐进入国内车企配套体系，将为汽车芯片国产替代打开突破口，迎来窗口机会。

1.2 国外车机操作系统复杂，国产系统自主率不足

车载操作系统的内核，对系统实时性和安全性要求极高，如果在内核层出现故障，汽车在驾驶域或者座舱域等就会出现失控状态，这需要操作系统厂商拥有深厚的技术积累，少量国内企业已经以不同技术路线切入市场。当前，斑马智行AliOS和华为HarmonyOS是我国两大主要车用操作系统。就2022年的数据来看，目前车载操作系统（含智能座舱系统）自主率不足5%，而车控操作系统（含自动驾驶系统）均在研发合作当中。

1.3 智能座舱多场景融合，缺乏系统性的解决方案

随着自动驾驶水平的提高，驾驶员将有更多的时间和选择来做除驾驶之外的各种任务，为智能汽车人机交互开辟了新的途径，智能座舱引入了主动交互式概念。因此，更多的高精度传感器被应用到车上，以采集驾驶员和乘客的行为、情绪和个人选择，从而提供精确的功能和服务[3]。这需要多重传感及交互模式，如手势、语音和眼膜识别。智能驾驶座舱类似于一个拟人化的车辆内部管家，从技术上，智能驾驶座舱具有环境感知和交互反馈2 个方面。

环境感知是感知环境、感知驾乘人员，通过雷达和生物传感器来感知人类的行为、情绪等。例如当前穿戴设备上应用广泛的AI 视觉。

交互反馈是从视觉、声觉、触觉、甚至是嗅觉全方面与你的感官交互，形成智能座舱的控制信息指令，目前还缺少整体的解决方案。汽车整车公司也向各自的各级零部件供应商提出了更高的需求，要求产业链下面的服务商提供一套完整的解决方案，包括车机系统、云服务、前端技术等。

1.4 交互方式较为传统，多屏之间难以协同

当前汽车座舱的人机交互呈现封闭化和碎片化的特点，多屏之间互联不畅通，协同效率低，各个子系统之间缺乏高效的互联互通和信息共享能力，不能满足年轻用户对新一代智能汽车座舱的体验要求。人与智能汽车的交互中心是智能座舱，在各种先进技术高速发展的今天，新一代国产化的智能座舱引入了更多的创新技术，同时也进行各个功能，各种交互方式之间的融合创新。

早期汽车的人机交互是以机械联动和电子按键手动实体操作为主，随着触摸屏的应用，人们喜欢更大的屏幕，简洁的仪表和中控台，促使智能汽车人机交互进入到触摸交互的阶段，目前逐渐向多模态交互、全场景化、定制个性化和沉浸式交互体验的趋势演变，未来会持续与不同领域的产品实现跨界融合和技术创新[4]。当前的汽车人机交互还是主要以语音和手势识别的技术来实现，未来的发展趋势是个性化设计和沉浸式商业模式相结合，车内多模交互与车外感知延伸相匹配，虚拟现实、增强现实与车载场景的融合，从而智能座舱会演变为虚拟世界和现实世界的融合。

2 国产芯片进程

杰发科技（AutoChips）的智能座舱芯片AC8015 也已于2021 年3 月实现前装量产，其一体化轻座舱解决方案也在自主品牌车型成功实现量产和上市。

华为麒麟990A 采用7 nm 工艺，8 核旗舰CPU、16核双4 K 图像处理GPU、双大核+微核NPU 技术，具有3.5 TOPS 算力，并支持5G 网络连接。配置了达芬奇架构的算力芯片，分别是2 个D110+1 个D100 大小核。

芯驰科技在2020 年发布智能座舱芯片X9，并于2023 年4 月发布了升级版芯X9SP。X9U 智能座舱芯片，集成CPU（中央处理器）、GPU（图形处理器）、NPU（神经网络单元）等多个处理单元，能够支持高性能计算、图形计算、AI 计算和音频处理等多项功能，具备强大的计算性能，也是座舱域控制器实现多硬件融合控制的关键核心。

芯擎科技旗下新一代7nm 智能座舱芯片“龙鹰一号”在2023 年实现量产出货。“龙鹰一号”开辟了国产高算力车规级SoC 的先河，在产品设计、工艺和性能方面对标目前国际市场最先进的产品。“龙鹰一号”采用7 nm 制程工艺，集成了87 层电路，拥有88 亿颗晶体管，配备了8 核CPU（整数计算力可达90 K），其中大核是Cortex-A76，14 核GPU（浮点计算能力可达900G），集成了可编程的NPU 内核，INT8 算力可达8 TOPS，见表2。

3 国产操作系统方案

随着汽车智能化的不断演进，越来越多的车厂在车型宣传中提到“系统”“OS”字样，问界M5 的HarmonyOS、智己L7 的IMOS、吉利星越L 的银河OS、长城的咖啡智能座舱系统及比亚迪的DiLink 智能网联系统等，从而印证了车厂对于操作系统的重视程度越来越高。按照全国汽车标准化技术委员会《车用操作系统标准体系》分类，车用操作系统分为车载操作系统和车控操作系统两大类别。车载操作系统主要面向信息娱乐和智能座舱，应用于车机中控、仪表、副驾及后排娱乐。对于安全性和可靠性的要求处于中等水平，该类操作系统发展迅速，依托于该类操作系统的生态也处于迅速发展时期[5]。

狭义上的车载操作系统OS 即为操作系统的内核（Kernel），也是最小系统，提供给OS 最简单的基本功能，内核主要任务是负责系统的进程管理、内存管理、文件管理、设备驱动程序管理及网络管理，内核系统的参数指标和性能，直接决定了系统的性能和稳定性。

广义的车机系统OS 主要是在底层操作系统的基础上进行改进，根据各个厂商定制修改的程度不同，主要可以分为以下4 种。

基础型的汽车OS：包括虚拟机、系统内核和底层驱动程序，采用原生框架，全场景分布，多设备互联。定制型的汽车OS：按照公司需求深度定制开发。ROM 型汽车OS：定制开发，一般只改进自带的应用程序。

超级APP：通过整合各个模块来满足不同车主需求，也被称为手机互联。当前，国内企业已经以不同技术路线切入市场。

4 交互方式演进

目前国内智能座舱的研究虽然多数采用国外芯片，但是使用场景，功能优化和市场需求则是走在世界前列，使得智能座舱正向多元化交互的方向演进，包含多屏互动、虚拟按键、语音助手、多模交互和多人交互。智能座舱将覆盖仪表、中控、电子后视镜、娱乐、DMS、360 环视+APA 及语音系统等功能[6]。

座舱的智能化，核心是交互。语言对话能力是这类智能AI 与人类交互的首要方式。由于现阶段语音技术依然是有限的，除了语音交互，车内还研发视觉交互、触控交互、手势交互等。未来的智能座舱，需要配备裸眼3D 仪表屏，搭载感知摄像头等先进技术，人机交互应该尽可能地减少对于驾驶员注意力的影响，在此前提下适配各种应用场景。

5 融合趋势

5G 通信技术应用、AI 人工智能、智慧交通等新一代信息技术正在飞速发展，也都逐步应用并融入了人们的生活。通过不同种类的先进技术融合，智能座舱将被打造成集齐商务出行、工作学习、休闲娱乐和移动生活为一体的第三移动空间。未来智能座舱的主要技术发展体现在四大方面。

计算平台：传统的汽车座舱是由多个ECU 电子控制单元组成，包含了导航单元，仪表单元、抬头显示、空调控制单元和信息娱乐系统等，其都是独立存在于座舱内。各个厂家研发的控制系统无法高效地进行通信交流，阻碍了多屏主动交互实现的进度。因此，未来的发展趋势是设计一款集中式跨域融合的计算平台，将座舱内部的所有控制功能整合起来，在一个计算平台实现。

交互模式：智能座舱的交互也需要体现智能化，只有智能化的交互方式才能满足各种场景下的用户需求，通常针对不同的应用场景可以采取不同的控制方式进行互动。这里的控制方式包含了如上文所说的触摸控制、手势控制、语音控制和脑电控制[7]。但是单一的控制方式都存在一定的误判情况，容易发生驾驶安全隐患。未来的人机交互模式必然是采用多“感官”融合的方式，综合视觉、触觉、语音、手势及脑机接口等传感器智能技术，整套的提供人机交互解决方案，实现精确控制。

智能助手：智能座舱需要更完善的智能化人机交互方案，打造称为车对人的主动式交互系统。结合车内外环境感知、生物识别技术、语音识别与声区定位技术、AI 技术和网络信息技术等多种手段，将车辆打造成为人工智能助手，采用深度学习和神经网络等技术，采集不同用户的日常习惯，预测他们的需求，智能决策，精准实施。这样的车载智能助手才能全方位提升用户用车体验，辅助用户解决实际的问题。

多屏互动：未来的智能座舱包含了大量的显示屏，包括中控显示屏、液晶仪表盘、HUD、温度控制屏，副驾娱乐屏、左右电子后视镜，后座娱乐显示屏、电子倒车镜等[8]。由于这些显示屏按照功能规划，布置在座舱里的各种不同位置，座舱信息显示凌乱，让用户看得眼花缭乱，导致用户获取信息的效率极大降低，不利于行车安全。在未来智能座舱的信息显示会采用一芯多屏的方案和各种先进的显示技术，如1 个GPU 系统性的处理10 个屏幕的信息，能够更加合理地提供信息分类，会开发透明显示玻璃、全息影像、智能表面等更多的智能显示技术，让信息显示与座舱环境融为一体，让座舱信息更加简洁直观，提升用户的视觉体验。

6 总结与展望

智能座舱的服务通过大量的环境感知与数据采集，由计算平台的中央处理单元，进行计算分析与深度学习，形成自己的AI 模型，然后在进行快速的行为规划与智能决策之后，为用户提供实时的全场景化服务。

未来的趋势既要满足用户的个性化定制设计，也要满足沉浸式体验的商务模式，车内外智能交互和谐统一，同步发展。随着虚拟现实与增强现实技术的应用，智能座舱会实现虚拟场景和现实场景的融合。所以下一代智能座舱在软硬件平台化、功能智能化、交互方式拟人化这3 方面是非常重要的发展方向，加大自主研发的AI 技术革新，自主的芯片核心、自主的操作系统和自主的一体化交互解决方案是未来必须要解决的问题。