网联汽车技术的发展现状及趋势

一、智能网联汽车基本内涵1）概念层面的理解①汽车是指传统意义的汽车，包含今天广义上的新能源汽车；②网联汽车是指在汽车的基础上，彼此能通信的汽车；③智能网联汽车是指网联汽车基础上，具备智慧（有学习、判断、决策）能力的汽车。理解：①汽车还是汽车，这是没有改变的部分；②智能网联汽车是新时代的汽车，这是变的部分。③传统汽车由人驾驶，彼此之间没有“会话”（通信）功能，更没有判断（决策）能力。2）术语层面的表述智能网联汽车是指搭载先进的车载传感器、控制器、执行器等装置（注：硬件系统），并融合现代通信与网络技术，实现车与X（车、路、人、云等）智能信息交换、共享（注：对外通信系统），具备复杂环境感知、智能决策、协同控制等功能（注：软件系统），可实现安全、高效、舒适、节能行驶，并最终实现替代人来操作的新一代汽车（注：功能）。理解：①智能网联汽车由软件和硬件两部分组成，i）硬件细分3个部分：传感器、控制器、执行器等装置；ii）软件：在现代通信与网络技术的支持下，具有环境感知、智能决策、协同控制等功能；②发展智能网联汽车最终目的是：实现替代人工操作的新一代汽车；③发展智能网联汽车的基本要求：安全、高效、舒适、节能二、智能网联汽车概念的位置关系智能网联汽车、智能汽车与车联网、智能交通等概念间的相互关系，如图1所示。智能汽车隶属于智能交通，智能网联汽车是智能交通与车联网的交集。图1智能网联汽车是智能交通与车联网的交集理解：①智能网联汽车、智能汽车与车联网、智能交通是4个概念，不能混淆；②智能交通是一个种概念，智能汽车、智能网联汽车是智能交通2个属概念，③智能交通与车联网彼此之间有交集，这个部分是智能网联汽车。三、发展智能网联汽车的时代意义①智能网联汽车是国际公认的是未来的发展方向；②智能网联汽车的初级阶段，有助于减少30%左右的交通事故，交通效率提升10%，油耗与排放分别降低5%；③智能网联汽车的终极阶段，完全避免交通事故，提升交通效率30%以上，并最终能把人从枯燥的驾驶任务中解放出来。一句话，智能网联汽车可以提供更安全、更节能、更环保、更便捷的出行方式。四、智能网联汽车4个发展阶段及技术特点1）自主式驾驶辅助阶段及技术特点自主式驾驶辅助系统是指依靠车载传感系统进行环境感知并对驾驶员进行驾驶操作辅助的系统。（1）技术特点：环境感知，运用传感系统技术是主要技术特点。（2）技术分类：有预警系统与控制系统两大类。①预警系统细分：i）前向碰撞预警（ForwardCollisionWarning，FCW）；ii）车道偏离预警（LaneDepartureWarning，LDW）；iii）盲区预警（BlindSpotDetection，BSD）；iv）驾驶员疲劳预警（DriverFatigueWarning，DFW）；v）全景环视（TopViewSystem，TVS）；vi）胎压监测（TirePressureMonitoringSystem，TPMS）等6大系统；②控制类系统有：i）车道保持系统（LaneKeepingSystem，LKS）；ii）自动泊车辅助（AutoParkingSystem，APS）；iii）自动紧急刹车（AutoEmergencyBraking，AEB）；iv）自适应巡航（AdaptiveCruiseControl，ACC）等4大系统。（3）技术发展水平美日欧等发达国家和地区已经开始将ADAS系统引入了其相应的新车评价体系。①美国新车评价规程（UnitedStatesNewCarAssessmentProgram，USNCAP）从2011年起引入LDW与FCW作为测试加分项，美国公路安全保险协会（IIHS）从2013年起将FCW系统作为评价指标之一；②欧洲新车评价规程（EuropeanNewCarAssessmentProgram，E-NCAP）也从2014年起引入了LDW/LKA与AEB系统的评价，2016年增加了行人防撞AEB的测试，并将在2018年加入自动车防撞AEB系统的测试。③2016年中国的C-NCAP已将LDW/FCW/AEB等驾驶辅助系统纳入其评价体系之中。（4）发展态势目前在全球范围内，自主式驾驶辅助系统（AdvancedDriverAssistanceSystems，ADAS）已经开始大规模产业化。2015年11月开始，欧洲新生产的重型商用车将强制安装车道偏离警告系统（LDW）及车辆自动紧急制动系统（(AEB）。2016年5月起，美国各车企将被强制要求对其生产的10%的车辆安装后视摄像头，这一比例在随后2年中将快速提升至40%与100%。而从2017年开始，中国也将逐步在大型客车上开始强制安装LDW与AEB系统。（5）中国企业的差距①目前ADAS核心技术与产品仍掌握在境外公司手中，尤其是在基础的车载传感器与执行器领域，博世、德尔福、天合、法雷奥等企业垄断了大部分国内市场，Mobileye等新兴的高技术公司在环境感知系统方面占据了全球大部分市场；②TTE等产品，中国台湾省企业也有一定市场份额。③近年来，中国内地也涌现了一批ADAS领域的自主企业，在某些方面与境外品牌形成了一定竞争，但总体仍有较大差距。2）网联式驾驶辅助阶段及技术特点网联式驾驶辅助系统（InformationCommunicationTechnology，ICT）是指依靠信息通信技术,对车辆周边环境进行感知，并可对周围车辆未来运动进行预测，进而对驾驶员进行驾驶操作辅助的系统。（1）主要技术特点：①对环境的感知技术，在传感器的基础上，加上信息通信技术；②可对周围车辆未来运动进行预测。技术分类①基于（车-路）通信（Vehicle-to-Infrastructure，V2I）；②（车-车）通信（Vehicle-to-Vehicle，V2V）。（3）技术发展水平网联式驾驶辅助系统正在进行实用性技术开发和大规模试验场测试。（4）发展态势①在美国交通部与密歇根大学等支持下，2013年SafetyPilot项目完成了第1期3000辆车的示范测试；②目前，正在开展第2期9000辆以上规模的示范测试，并建设了智能汽车模拟城市（M-City），作为智能网联汽车的专用测试场。③美国政府宣布将强制安装（车-车）通信系统以提高行驶安全，预计相关强制标准将于2020年左右开始实施。美国交通部在2015年递交国会的报告中预测，到2040年美国90%的轻型车辆将会安装专用短距离通信（DedicatedShortRangeCommunication，DSRC）系统。④在国家「八六三」高新技术研究开发计划项目的支持下，中国清华大学、同济大学、长安汽车等高校与企业合作，开展了车路协同技术应用研究，并进行了小规模示范测试。④2015年开始，在工业和信息化部支持下，上海、北京、重庆等多地都开始积极建设智能网联汽车测试示范区，网联式驾驶辅助系统均为测试区设计时考虑的重要因素。⑤中国华为、大唐等企业力推的车间通信长期演进技术（LongTermEvolution-Vehicle，LTE-V）系统相比DSRC，具有兼容蜂窝网、可平稳过渡至5G系统等优势，目前已发展成为我国特色的车联网通信系统。（5）中国企业差距缺少类似美日欧的大型国家项目支撑，中国内地各企业间未能形成合力，目前网联式驾驶辅助系统发展相对较慢。3）人机共驾阶段及技术特点人机共驾是指驾驶人和智能系统同时在环，分享车辆控制权，人机一体化协同完成驾驶任务。（1）技术特点人机同为控制实体，双方受控对象交联耦合，状态转移相互制约，具有双环并行的控制结构。（2）技术分层广义人机共驾包含感知层、决策层和控制层3个层次：①感知层：主要是利用特定传感器（如：超声波雷达、摄像头、红外热释电等）向人提供环境信息，增强人的感知能力。例如：Mulder等通过方向盘的力反馈，协助驾驶人进行车道保持，既减轻了驾驶负担又提高了车辆安全性。②决策层：主要技术包括：驾驶人决策意图识别、驾驶决策辅助和轨迹引导。例如：Morris和Doshi等人采用多层压缩方法，建立基于实际道路的驾驶人换道意图预测模型。③控制层：人机共驾中狭义的人和系统同时在环，驾驶人操控动力学与智能系统操控动力学互相交叉，交互耦合，具有双环交叉的特点。4）高度自动/无人驾驶阶段及技术特点高度自动/无人驾驶阶段的智能汽车是指车辆将会自动完成所有工况下的自动驾驶，不要驾驶员不需要介入车辆操作。（1）技术特点车辆中可能已没有驾驶员或乘客。车辆在遇到无法处理的驾驶工况时，会提示驾驶员是否接管，如驾驶员不接管，车辆会采取如靠边停车等保守处理模式，保证安全。（2）发展水平无人驾驶技术还处于研发和小规模测试阶段。（3）发展态势①目前，以谷歌为代表的互联网技术公司，其发展思路是跨越人机共驾阶段，直接推广高度自动/无人驾驶系统；②传统汽车企业大多数还是按照渐进式发展路线逐级发展思路。五、智能网联汽车的体系架构智能网联汽车集中运用了汽车工程、人工智能、计算机、微电子、自动控制、通信与平台等技术，是一个集环境感知、规划决策、控制执行、信息交互等于一体的高新技术综合体。1）发展智能汽车的3种技术路径（见图2）①一步一步向前推进，立足发展自主式系统的智能汽车、拓展网联式系统的智能汽车，最后冲刺智能网联汽车；②弯道超车发展智能网联汽车；③融合自主系统和网联系统的的技术积累。图2智能汽车的3种技术路径智能网联汽车「三横两纵」技术架构（见图3）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，其技术架构较为复杂，可划分为「三横两纵」式技术架构：图3智能网联汽车「三横两纵」技术架构（1）「两纵」是指智能网联汽车主要涉及车载平台和基础设施；（2）「三横」是指智能网联汽车主要涉及的车辆、信息交互与基础支撑3个领域技术。「三横」架构涉及的3个领域的关键技术可以细分为以下9种：①环境感知技术包括利用机器视觉的图像识别技术，利用雷达（激光、毫米波、超声波）的周边障碍物检测技术，多源信息融合技术，传感器冗余设计技术等。②智能决策技术包括危险事态建模技术，危险预警与控制优先级划分，群体决策和协同技术，局部轨迹规划，驾驶员多样性影响分析等。③控制执行技术包括面向驱动/制动的纵向运动控制，面向转向的横向运动控制，基于驱动/制动/转向/悬架的底盘一体化控制，融合车联网（V2X）通信及车载传感器的多车队列协同和车路协同控制等。④V2X通信技术包括车辆专用通信系统，实现车间信息共享与协同控制的通信保障机制，移动自组织网络技术，多模式通信融合技术等。⑤云平台与大数据技术包括智能网联汽车云平台架构与数据交互标准，云操作系统，数据高效存储和检索技术，大数据的关联分析和深度挖掘技术等。⑥信息安全技术包括汽车信息安全建模技术，数据存储、传输与应用三维度安全体系，汽车信息安全测试方法，信息安全漏洞应急响应机制等。⑦高精度地图与高精度定位技术包括高精度地图数据模型与采集式样、交换格式和物理存储的标准化技术，基于北斗地基增强的高精度定位技术，多源辅助定位技术等。⑧标准法规包括ICV整体标准体系，以及涉及汽车、交通、通信等各领域的关键技术标准。⑨测试评价包括ICV测试评价方法与测试环境建设。六、智能网联汽车的产业链1）产品体系可分为传感系统、决策系统、执行系统3个层次，分别可类比人类的感知器官、大脑以及手脚，如图4所示。图4智能网联汽车的3个产品层次2）上下游关系ICV的产业链涉及汽车、电子、通信、互联网、交通等多个领域，按照产业链可以分：①芯片厂商：开发和提供车规级芯片系统，包括环境感知系统芯片、车辆控制系统芯片、通信芯片等。②传感器厂商：开发和供应先进的传感器系统，包括机器视觉系统、雷达系统（激光、毫米波、超声波）等。②汽车电子/通信系统供应商：能够提供智能驾驶技术研发和集成供应的企业，如自动紧急制动、自适应巡航、V2X通信系统、高精度定位系统等。整车企业：提出产品需求，提供智能汽车平台，开放车辆信息接口，进行集成测试。④平台开发与运营商：开发车联网服务平台、提供平台运营与数据挖掘分析服务。⑤内容提供商：高精度地图、信息