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智能网联汽车加速发展,将成产业竞争焦点
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智能网联汽车加速发展,将成产业竞争焦点

2020-12-01 09:24:02 来源:半导体器件应用网 作者:厉丹 点击:211477

【哔哥哔特导读】经过多年的发展,智能网联汽车已取得了巨大进步,自动驾驶、人机交互等技术已经大面积应用于量产车型,尤其是近年来随着政策不断加码,智能网联汽车正迎来新的发展机遇。

前言

智能网联汽车作为新一轮科技革命背景下的新兴产业,是自动化和互联化的相互融合,智能网联汽车也将带来更多社会价值,如改善交通安全、实现节能减排、减少拥堵、提升社会效率等,并可拉动汽车、电子、通讯、服务、社会管理等协同发展。

在近日举办的2020世界智能网联汽车大会上,工业和信息化部部长肖亚庆表示,当前,随着汽车信息通讯、人工智能、互联网等行业深度融合,智能网联汽车已经进入技术快速演进、产业加速布局的新阶段。

智能网联汽车市场发展整体向好

智能网联车的发展和自动驾驶汽车的发展息息相关,目前国内智能网联汽车发展还处于初级阶段,在售的中高端汽车大都以L1或L2级自动驾驶等级为主。数据显示,今年1月份至9月份,L2级智能网联乘用车销售量达196万辆,占乘用车总销量的14.7%。更有部分企业加速研发L3级自动驾驶车型,多地开展自动泊车、自动驾驶公交车、无人智能重卡等方面的示范应用。

智能网联汽车加速发展,将成产业竞争焦点

图1:智能网联汽车模拟展示

随着各方面技术日趋成熟,如车内的高速通信协议,支持更多的信息交换和通过液晶屏的高效人机互动;车外的5G传输方案,能以超低延时进行车内外数据交互。一系列的黑科技将推动智能网联汽车迎来高速发展期,“人、车、生活”一体化的车联天下即将到来。

针对目前智能网联汽车行业企业正在开发的方案,MathWorks中国汽车行业市场经理周斌表示,智能网联汽车是自动驾驶汽车发展的新阶段。自动驾驶系统功能仍在不断演进,对感知、规划与控制算法提出了更高的要求,伴随而来的挑战还有如何开发并验证这些复杂的算法。

为此,MathWorks提供整套自动驾驶产品及其新功能,提供了完整的工作流程、丰富的参考应用、全面的技术支持以及定制化的培训课程和咨询服务,其产品包括自动驾驶工具箱、车辆动力学模块集以及RoadRunner等。

此外,针对自动驾驶开发中的大量数据,MATLAB能提供强大的AI、数据科学和统计学产品(譬如统计和机器学习工具、深度学习工具箱、强化学习工具箱等)以及成熟的工作流程,帮助汽车工程师完成特征提取、模型训练和部署,这将有助于客户使用机器学习和深度学习应用来探索建模方法,以及通过CPU、NVIDIA® GPU、云和数据中心资源上的并行处理来加速算法开发。

意法半导体汽车电子市场部经理钟诚告诉记者,智能驾驶是意法半导体的两大战略发展方向之一。在视觉技术方面,意法半导体与Mobileye开始合作,联合推出了EyeQ系列辅助驾驶产品;在V2X和CV2X方面,意法半导体与Autotalks合作,提供车与车、车与周边环境通信等相关技术;在毫米波雷达技术上,意法半导体有丰富的技术及产品,产品覆盖24GHz和77GHz;在高精度定位方面,意法半导体提供世界第一款可以支持自动驾驶的功能安全级别的高精度定位芯片,同时与Trimble和Novatel合作为客户提供完整的定位解决方案。

另外,随着智能网联汽车的持续发展,越来越多的信息需要被处理和显示,传统的机械指针和辅助小屏显示已经满足不了这种需求量,更多和更大的液晶屏搭配域控制器将成为智能网联汽车驾舱的主流配置。

Socionext(索喜科技)汽车市场部经理徐凯凯表示,针对这一市场需求变化,Socionext推出了芯片级多屏显示方解决方案Indigo。Indigo多屏显示解决方案具有ASIL级别的诊断和故障处理功能,以保证主控制器视频和数据能够准确完整的传输到显示屏。该方案最大的特点是高集成度,它将高速串并转换、视频接收、视频处理、视频输出、微控制器等多功能集成到了单颗芯片中。不仅于此,Indigo解决方案还集成了ASIL验证所需要的安全功能机制,可帮助客户轻松达到所需的功能安全等级。

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图2:Socionext Indigo解决方案Demo

据了解,汽车半导体厂商目前还是以外资厂商为主,国内半导体方案能真正汽车市场的还较少。从芯片设计角度来看,车级芯片可由通用IP(如MCU core、MPU core),专用功能模块(如ADAS传感器,网络通信,定制硬件加速器),以及混合信号部分(如外部IO、内部高速互联、电源管理)等组成。

MathWorks中国通信电子半导体行业市场经理陈晓挺对此表示,国内半导体方案能否进入汽车应用的主要差距在于专用功能模块和混合信号部分,这两块都需要企业持续研发投入,稳扎稳打,沉淀核心技术,才能在集中度很高的芯片行业展露头角。以专用功能模块为例,要满足国产汽车芯片自主研发、高性能、高可靠、高安全的要求,算法设计初期就需要针对各种应用场景进行大量的仿真、测试和不断迭代优化。

另外,由于汽车级的半导体器件需要很高的可靠性、严格的质量体系认证和很长的生命周期保证,因此半导体厂商的入门门槛较消费级和工业级会高很多。具体而言,汽车级的半导体器件需要投入更多的资金,经历更多的流程,得到收益的时间会拉的很长,前期的投入十分巨大的,但一旦开发出成功的产品,其收益可以持续相当长的时间。因此,对于国内厂商来说,只要坚持下去,达到足够的时间积累和经验积累,一定会开发出更多有竞争力的汽车产品。

徐凯凯表示,Socionext在汽车电子设计方面拥有超过十五年的经验积累和研发能力。Socionext不仅提供有标准车载SoC,还能为客户提供ASIC定制服务,如车规级芯片所必须符合的AEC-Q100标准,符合ASIL功能安全等级的SoC设计等。公司配有超过40位通过认证的功能安全经理,以专业的知识和knowhow积累,帮助中国本土客户设计、开发更多的车规级芯片,填补市场空白。

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图3:Socionext车规级芯片定制服务

随着技术进步及政策推动智能网联汽车有望加速渗透,从而带动市场规模大幅增长,其中最具市场潜力、最快实现深度化智能网联的车载领域是电动汽车。相较传统汽车,电动汽车更具智能化、现代化,它还有一个关键的因素是智能网络所用到的技术可以提高行驶效率来解决续航里程的问题,因此电动汽车是近几年来最具市场潜力,可以挖掘更多智能网联机会的领域。

此外,智能网联汽车产业另一个最具潜力的市场是商用车。由于大型商用车对司机的视角范围有一定的限制,导致交通事故率较高,财产和生命受到了损失。智能网联技术的导入,如盲点检测、自动刹车等,可以有效避免事故的发生,极大程度降低事故率,对生命财产起到很大的保护作用,国家也在逐步制定相应的法律法规来更好的执行商用车的智能网联化。此外,商用车的成本压力比较小,不会有太大的成本因素来阻碍智能网联应用在车上的装配率。

智能联网汽车技术发展迎来挑战和机遇

智能网联汽车本身具备自主的环境感知能力,也是智能交通系统的核心组成部分,是车联网体系的一个结点,通过车载信息终端实现与车、路、行人、业务平台等之间的无线通信和信息交换、协同工作,以提高现有交通系统效率、安全和舒适度。

智能网联汽车涉及整车零部件、信息通信、智能交通、地图定位等多领域技术,将技术架构划分为“三横两纵”技术架构。“三横”指车辆关键技术、信息交互关键技术与基础支撑关键技术。“两纵”指支撑智能网联汽车发展的车载平台与基础设施。基础设施包括交通设施、通信网络、大数据平台、定位基站等,将逐步向数字化、智能化、网联化和软件化方向升级,支撑智能网联汽车发展。

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图4:智能网联汽车“三横两纵”关键技术架构

智能网联汽车的关键技术包括环境感知技术、无线通信技术、智能互联技术、车载网络技术、先进驾驶辅助技术、信息融合技术、信息安全和隐私保护技术、人机界面技术(HMI)、高精度地图与定位技术、异构网络融合关键技术、交通大数据处理与分析关键技术,以及交通云计算与云存储关键技术等。

其中网络通信技术有3GPP行业标准,也有符合标准的通信模组,而传感技术用传感器代替、补偿甚至超越人类的感知,没有明确的输入条件,需要针对各种应用场景不断地优化。智能网联汽车期望融合网络通信技术和传感技术,并对这两种技术提出了更新的挑战,即无限的汽车驾驶应用场景。

为了更好地应对丰富的智能网联应用场景对网络通信技术和传感技术提出的不确定性挑战,汽车行业制定了一系列行业标准,如ADAS测试场景及测试标准、车联网标准等,寄望汇聚行业力量突破关键技术,并以成熟一个应用推广一个的方法来利用市场带动技术研发。

MathWorks陈晓挺表示,其中每一个成熟的智能网联应用都需要大量的仿真和迭代(因为实车试验很昂贵,有的甚至很危险),才能满足汽车安全性的要求。例如Scania开发紧急制动系统使用了超过 150万公里的驾驶里程进行算法优化与验证。

智能网联汽车不仅因为更多的智能化应用产生了更多的数据,还导入了大量外部重要的数据信息,所以为了使不断增加的海量数据能购流畅的在车内互通,网关将会是一个非常重要的角色。在一部车内,网关可能是一个,也可能是几个,它取决于整车的电器网络架构,一个强大的网关Gateway SoC控制芯片将起到决定性的作用。目前,Socionext也与一些国内公司一起积极展开合作。另外一个重点就是通信协议,现有的CAN通信已经满足不了当前的需求,以太网被公认是未来主流的车内通信协议。以太网通信虽然可以满足信息的通讯,但视频流的传输需要更高的传输速度。未来驾舱域控制器的趋势,将会有更多的大屏幕出现在车内,并且都是远距离传输视频流,这就需要特别的高速串行通信协议来支持,目前主流的高速串行通信协议有FPDlink、APIX、GMSL等。

与此同时,汽车也有可能逐渐成为潜在的网络攻击目标,汽车的网络安全已成为汽车安全的基础,受到越来越多的关注和重视。有数据统计显示,联网攻击安全事件占据汽车攻击事件的60%以上。针对于此,国民技术利用自身在网络安全认证、通用微控制器(MCU)、可信计算、无线射频等多个方向上的技术和产品优势布局车联网,着眼解决智能网联汽车的信息安全问题。

目前,国民技术基于商用密码体系打造了从芯到云的物联网整体安全解决方案、车内设备互联安全认证解决方案、车载网关、智能车钥匙安全解决方案,系列芯片产品包括安全芯片、通用安全MCU、无线射频芯片等。相关解决方案的特点在于,基于安全芯片和通用安全MCU实现金融级高安全性,通过在车辆设备端使用安全芯片为安全载体保护设备证书、设备关键数据等敏感信息,在云端搭建安全认证平台,保证同设备间的合法身份认证和安全加密通信,提升车联网系统整体的安全性。目前已经同多个设备与方案厂商在开展相关车联网安全项目的合作。

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图5:芯到云的物联网整体安全解决方案

据国民技术市场部经理范琴介绍,在传统双片式OBU基础上,国民技术推出的单片式ETC OBU使用5.8G+MCU+ESAM模式,简化了硬件资源并保证安全性。该OBU中的ESAM安全模块使用了SM4国密算法对车辆信息进行加密保护、完成与RSU之间的双向认证;使用了完全满足单片式OBU功耗要求的低功耗MCU作为OBU主控芯片、完成ESAM数据交互及5.8GHz信号解析。该OBU产品符合交通部关于单片式OBU电子标签的相关技术要求。

安森美半导体汽车战略及业务拓展副总裁Joseph Notaro认为,就全自动驾驶而言,视觉和雷达传感器是同样重要的感知技术,因为许多系统,如防撞、盲点检测、车道保持、标志识别、自动紧急制动(AEB)等,都依赖于车辆检测并识别周围环境的能力。车舱中越来越多地使用视觉传感器来监视驾驶员和乘员,从而进一步提高了舒适性和安全性。实际上,自动驾驶汽车可含多达40个这样的传感器。

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图6:未来的车辆将包含几十个基于视觉的传感器

未来,更多的车辆将拥有包含图像传感器、超声波传感器、雷达和激光雷达(LiDAR)的系统,通过传感器融合提高有效性、冗余性和鲁棒性,而互补技术将协同工作以确保在所有环境条件下都能完美运行。

在互联网技术和智能技术的影响下,汽车产业格局正在全面重构。信息通讯企业,新兴互联网科技公司,网络运营商、服务商以及基础设施公司不断融入汽车产业,使得垂直产业链向网状生态圈演变,成为未来汽车产业生态不可或缺的重要组成部分。

同时,智能网联汽车的应用场景也不断重塑。在技术进步、成本下降与法规包容三重作用下,智能网联汽车已经从实验室走向公开道路实际测试与商业化示范的阶段,在出租车、干线物流、公交、封闭园区物流、环卫、末端配送、自助代客泊车等场景示范应用上取得了阶段性成果。

相关专家表示,我国在推动智能网联汽车方面,除了通过网联自动驾驶、网联深度耦合推进以外,还加强具有国家产业优势的V2X(车与外界的信息交换)相关发展,同时也积极推动技术研发与测试试验,进入示范应用和大规模推广新阶段。

政策利好,智能网联汽车进入加速发展阶段

智能网联汽车融合了自主式智能汽车与网联式智能汽车的技术优势,涉及汽车、信息通信、交通等诸多领域,可以真正意义上体现出安全效率、节能减排、舒适便捷、人性化等方面优势,满足消费者需求。

近年来,我国高度重视智能网联汽车产业创新发展,要实现汽车强国目标,相关政策利好频频推出。今年2月,发改委、工信部、交通运输部等多部门联合印发《智能汽车创新发展战略》。移动通信方面,我国主推的以移动蜂窝通信技术为基础的C-V2X技术产业链涉及通信芯片、通信模组、终端与设备、运营与服务等。在5G建设及车联网的推动下,C-V2X市场空间广阔。

11月2日出台的《新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)》也提出,未来阶段将围绕智能化、网联化以及轻量化,加快布局新一代信息技术,着力推动车控操作系统及计算平台、车规级芯片等自动驾驶技术和装备研制。

此外,11月11日,世界智能网联汽车大会发布了《智能网联汽车技术路线图2.0》。目标到2035年,中国方案智能网联汽车技术和产业体系全面建成,产业生态健全完善,整车智能化水平显著提升,网联式高度自动驾驶网联汽车大规模应用。

根据麦肯锡预测,到2030年,基于自动驾驶的出行服务订单金额将达到约2600亿美元,到2040年将达到约9400亿美元。

目前为止, 每个国家都有自己清晰的智能联网汽车发展规划,智能化发展是势在必行。虽然汽车智能网联化趋势不可逆,但其演进趋势及发展节奏具有渐进性。业内人士指出,随着以特斯拉为代表的新能源车企以新技术、新理念对传统汽车行业发起冲击,智能化、网联化将成为新一代汽车所必须具备的能力。从目前行业发展情况以及技术路线图2.0的指引看,CA级(L3)自动驾驶1-2年内不会大规模落地,相关政策目前也没有完全放开。判断PA级(L2)以及实现了部分自动驾驶功能的L2.5级,将是1-2年内智能网联汽车较可行的规模落地形态。

钟诚表示,从 L2 级别智能驾驶开始,汽车半导体的单车价值量就将大幅增加,不涉及执行单元,感知占总成本的80%左右,算法大约占20%。 在L3/L4/L5级别,智能网联化后所带来的汽车半导体需求进一步攀升,而感知依然占成本的70% 以上。在这个领域,意法半导体有很强的MEMS,视觉以及毫米波雷达的解决方案。

Joseph Notaro曾指出,汽车领域的变革步伐从未如此之快。虽然可以购买新的内燃机(ICE)车辆的日子已经指日可数,但这些车辆的创新仍在继续,以提高安全性、能效并消除其产生的污染。 汽车的未来显然是在电力领域,轻度混合动力汽车(MHEV)、插电式/混合动力汽车(PHEV / HEV)和电池电动汽车(BEV)的销量正在增长。

众所周知,新能源汽车是智能网联的最佳载体,电动化又能够助推智能网联技术的发展。日前,国家一系列的利好政策推出以及市场环境的优化,也将促使智能网联汽车步入加速发展阶段。

据相关专家预测,未来智能网联汽车将以深度学习为代表的的AI技术快速发展和应用、激光雷达等先进传感器加速向低成本和小型化发展、自主式智能和网联式智能技术加速融合、高速公路自动驾驶与低速区域自动驾驶系统率先等趋势发展。

结语

当前,汽车产业正发生百年来最深刻的变革,相关资深行业人士一致看好深度化智能网联汽车电动化,智能网联则被认为是未来竞争的焦点。如今,国家相关政策的放宽优化、智能网联汽车关键技术的突破以及市场的持续向好等,无不昭示着智能网联汽车的发展机遇和市场趋势。在此发展趋势之下,智能网联汽车相关企业需要积极顺应和借助,创新更多的技术方案以支持汽车行业的转型,并且持续深耕,才能占有甚至领先未来的竞争市场。未来谁将勇猛向前,占据鳌头,我们拭目以待!

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