多產業協同助推智能網聯汽車發展,規模化生產還遠嗎
智能網聯汽車是智能移動空間和應用終端的新一代汽車,是汽車行業數字化轉型升級的重要突破口,通過將網絡、大數據、人工智能、邊緣計算等技術融入到汽車當中,把汽車從純機械的產品,轉變成電子信息系統所控制的智能產品,也大大拓展了汽車產業的邊界。同時,智能網聯汽車是推進交通強國的重要載體,也是構建智慧出行服務的核心要素,在保障交通安全和出行效率的同時,降低車輛行駛能耗,實現基于自動駕駛的共享出行。隨著智能化、網聯化的推進和產業升級,智能網聯汽車產業環境、供應鏈生態、消費市場等都不斷向好。
一、政策環境
2015以來,隨著5G等相關通信技術的不斷普及,為推動智能網聯汽車的發展,各級政府部門相繼制定了一系列政策法規和標準體系,打通汽車、通信、交通等各方面關聯方協同發展。
1. 頂層設計
2015年9月,繼《中國制造2025》發布后,國家制造強國建設戰略咨詢委員會發布《〈中國制造 2025〉重點領域技術路線圖》,首次從國家戰略層面提出“智能網聯汽車”概念,按照智能汽車的發展水平、自主化率、門檻標準進行了4個階段的規劃,從需求、目標、發展重點、應用示范重點、戰略支撐與保障五個緯度進行分析和描繪,分別形成了從2015年到2025年、同時展望2030年的詳細技術路線圖。
2021年2月,中共中央、國務院印發《國家綜合立體交通網規劃綱要》,其中第五點明確提出,推進綜合交通高質量發展,要“提升智慧發展水平。加快提升交通運輸科技創新能力,推進交通基礎設施數字化、網聯化。推動衛星通信技術、新一代通信技術、高分遙感衛星、人工智能等行業應用”,“加強智能化載運工具和關鍵專用裝備研發,推進智能網聯汽車(智能汽車、自動駕駛、車路協同)、智能化通用航空器應用。”
2. 行業規劃
隨著汽車信息通訊、人工智能、互聯網等行業深度融合,智能網聯汽車已經進入技術快速演進、產業加速布局的新階段。行業規劃相關政策文件助力中國智能汽車創新發展整體部署和戰略落地,為中國智能汽車產業發展制定了清晰的路線圖。
2020年2月,發改委、工信部等11個部門聯合印發《智能汽車創新發展戰略》,提出到2025年,中國標準智能汽車的技術創新、產業生態、基礎設施、法規標準、產品監管和網絡安全體系基本形成。同時,實現有條件自動駕駛的智能汽車達到規模化生產,實現高度自動駕駛的智能汽車在特定環境下市場化應用。
2020年11月,《智能網聯汽車技術路線圖2.0》發布,闡述中國智能汽車創新發展整體部署和戰略落地,為中國智能汽車產業發展制定了清晰的路線圖,深化完善了“三橫兩縱”的技術架構,涵蓋車輛關鍵技術、信息交互關鍵技術和基礎支撐關鍵技術(“三橫”)以及車載平臺和基礎設施(“兩縱”等重點方向),新增系統設計技術、車路協同技術、安全技術、人工智能等關鍵技術。汽車產業正發生百年來最深刻的變革,電動化僅僅是序幕,而智能網聯是未來競爭的焦點。
2021年7月,由工信部、公安部和交通運輸部聯合印發的《智能網聯汽車道路測試與示范應用管理規范(試行)》出臺,旨在推動汽車智能化、網聯化技術應用和產業發展,規范智能網聯汽車道路測試與示范應用。
2021年8月,工信部發布《關于加強智能網聯汽車生產企業及產品準入管理的意見》,明確汽車數據安全、網絡安全、在線升級等管理要求,指導企業加強能力建設,嚴把產品質量安全關,切實維護公民生命、財產安全和公共安全。
3. 基礎支撐
智能網聯汽車是5G與垂直行業深度融合的典型應用之一。5G網絡憑借其低時延、高可靠等特征,有效提升智能網聯汽車信息采集、傳播、處理和利用能力,提高道路交通安全水平。
2020年3月,工信部發布《關于推動5G加快發展的通知》,其中提出促進“5G 車聯網”協同發展,推動車聯網無線通信技術標準的研制及研發驗證。隨著新一代網絡技術的發展,自動駕駛系統能夠應對更為復雜的城市交通路況,并在遭遇雨雪和臺風等極端天氣時及時調整車輛行駛狀態,降低交通事故發生的幾率。
4. 試點城市
2021年5月,住房和城鄉建設部辦公廳、工信部共同發布《關于組織開展智慧城市基礎設施與智能網聯汽車協同發展試點工作的通知》,確定北京、上海、廣州、武漢、長沙、無錫等6個城市為智慧城市基礎設施與智能網聯汽車協同發展第一批試點城市,進一步加快產業間的融合升級。
二、產業鏈發展情況
智能網聯汽車產業是汽車、電子、信息通信、道路交通運輸等行業深度融合的新型產業形態,目前,我國企業已經布局智能網聯汽車各個產業鏈環節中的大部分生產環節,從而引領中國智能網聯汽車產業實現由大變強。根據iResearch統計數據,2016-2020年我國智能網聯汽車產業規模呈現連續上漲趨勢,2020年產業規模增長到了2556億元,同比增長54.3%。
通過融合現代通信與網絡技術,智能網聯汽車搭載先進的車載傳感器、控制器、執行器等硬件設備,實現車與X (車、路、人、云等) 智能信息交換、共享,使其具備復雜環境感知、智能決策、協同控制等功能。
Ø 上游
主要包括感知系統、高精度地圖和V2X等,其中感知系統最為關鍵。
1. 感知系統
智能汽車最主要的傳感器有三種:激光雷達、高分辨率攝像頭和毫米波雷達。
l 激光雷達
激光雷達被認為是汽車市場自動駕駛車輛開發和運行的關鍵部件,使用激光檢測和計算物體的距離,再通過激光的光脈沖生成這些物體的3D信息。
l 高分辨率攝像頭
高分辨率攝像頭的工作原理是目標物體通過鏡頭生成光學圖像投射到圖像傳感器上,將光信號轉變為電信號,再經過模數轉換(A/D)后變為數字圖像信號,最后由數字信號處理芯片(DSP)進行加工,處理成特定格式的圖像輸出到下游需求方。
l 毫米波雷達
毫米波雷達的頻率主要集中在24GHz和77GHz,通過天線向外發射毫米波,接收目標反射信號,經后方處理后快速準確地獲取汽車車身周圍的物理環境信息,如汽車與其他物體之間的相對距離、相對速度、角度、運動方向等。
三種傳感器各有優劣,激光雷達測量位置準,但無法測量速度,且成本很高;攝像頭成本低,感知方式最直接,但測距能力弱,且受天氣環境影響大;毫米波雷達檢測距離遠,幾乎不會受環境干擾,缺點是數據穩定性差、無法提供高度等信息。
當前自動駕駛環境感知的技術路線主要有兩種,一是采用以激光雷達為核心,輔之以毫米波雷達與攝像頭,包括谷歌、優步、通用等主流廠商;二是以特斯拉為代表的的“視覺主義者”,堅持不使用激光雷達,而是以“攝像頭+超強計算機視覺算力”為核心,自建感知系統。目前中國廠商更多采用主流的“激光雷達+”方案。
2. 高精度地圖
高精度地圖讓智能汽車擁有“上帝視野”,是目前建設進度相對較快的配套設施。據《中國智能網聯汽車產業發展報告(2019)》,國內三大圖商四維圖新、高德、百度,基本都完成了國內30多萬公里高速公路和城市快速路的地圖采集。
高精度地圖分為高精拓撲地圖和高精點云地圖,具體包含道路屬性(車道數、施工狀態等)、車道模型(車道線、曲率/坡度、中心線、車道屬性變化等)、交通設施模型(交通信號燈、斑馬線、停止線、交通標志等),以及可以疊加實時動態交通狀況等信息,為自動駕駛車輛構建一個映射現實的虛擬道路環境模型,實現車路協同,為自動駕駛車輛規劃行駛路徑,躲避擁堵和交通障礙。
3. V2X(車與外界信息交換)通信技術
車路協同的核心基于V2X, V2X的主要內容包括車與車之間的直接通信(V2V)、汽車與行人通信(V2P)、汽車與道路基礎設施通信(V2I)和車輛通過移動網絡與云端進行通信(V2N)。目前而言,基于V2V通信車輛能實現前方碰撞預警、變道輔助、左轉輔助、協同式自適應巡航控制等,基于V2I通信可以實現速度建議、交通優先權、路況預警、闖紅燈預警、當前天氣影響預警、停車位和充電樁尋位等應用;基于V2P通信,能實現弱勢道路使用者的預警和防護,基于V2N通信可實現實時交通路線規劃、地圖更新等服務。
Ø 中游
主要包括整車制造和執行系統,其中,執行系統主要包括高級輔助駕駛系統(ADAS)和智能座艙。
1. 高級輔助駕駛系統(ADAS)
ADAS系統基于智能網聯汽車的傳感器感知道路環境,并做出相應決策,是智能汽車產業鏈的核心,掌握著產業發展主導權。近年來,隨著傳感器技術的不斷突破,高級駕駛輔助系統逐漸在中低端汽車中得到推廣,市場規模不斷擴大預計將于2024年突破1000億元,年復合增長率約為28%左右。
2. 智能座艙
智能座艙是智能網聯汽車的人機交互接口,將通過自學習能力,幫助汽車從出行工具向出行管家轉變。智能座艙主要包括中控娛樂系統、液晶儀表、HUD抬頭顯示系統、空調和座椅控制等功能模塊,背后涉及人工智能、大數據、云計算、工業互聯網等。多屏互動在未來有望由一顆芯片提供運算能力輸出,以 UI 創新設計和 CAN 總線協議打通為基礎,通過液晶儀表、HUD、中控屏及中控車載信息終端、后座HMI娛樂屏、車內外后視鏡等載體,實現語音控制、手勢操作等更智能化的交互方式。未來汽車智能座艙的發展方向是人車交互智能化,智能座艙將為駕駛者提供更高效更便捷的信息操作和交互方式,提升行車駕乘體驗。
Ø 下游
下游應用端為開發測試和運營的行業,主要包括出行、物流或城市交通管理和數據增值服務等場景。
三、挑戰
技術能力方面,雖然5G已經為智能網聯汽車發展開辟了一條快速路,但網絡供給能力等底層技術方面仍有待探索。在網絡可靠性和覆蓋連續性方面,目前的技術暫時無法滿足高等級自動駕駛的業務需求,但蜂窩網絡、直連通信、衛星通信等多種通信方式的融合使用,或許能夠為上述場景提供新的解決方案。
需求供給方面,成本是制約產業發展的問題之一,包括網絡建設投入、整車制造成本和道路設施配套等方面。只有降低市場進入壁壘才能吸引更多企業加入到行業中來。
市場需求方面,目前許多應用場景僅停留在港口、礦山、園區等商用領域,尚未形成具有競爭力的產品級服務,智能網聯汽車的發展需要普通用戶的廣泛參與,但消費者對智能網聯汽車更多還持觀望態度,尤其是對于車輛系統死機、泄露隱私、誤操作等安全方面的問題仍存在擔憂。在用戶認知、體驗和教育方面,企業仍需多方探索解決方案。
四、結語
隨著自動駕駛及網聯技術的迭代升級,中國智能網聯汽車市場正蓬勃發展。智能網聯汽車的發展路徑已逐漸清晰,未來,要實現更大規模商業化的應用,還需中下游產業的共同努力,將車載端、路側端、平臺端、通信端打造成統一生態環境的閉環,提供更安全、更舒適、更環保的駕駛方式和出行體驗,成為更“懂人”的出行工具。