中国汽车工业协会——智能网联汽车是:搭载先进的车载传感器、控制器、执行器等装置,并融合现代通信与网络技术,实现车内网、车外网、车际网的无缝链接,具备信息共享、复杂环境感知、智能化决策、自动化协同等控制功能,与智能公路和辅助设施组成的智能出行系统,可实现“高效、安全、舒适、节能”行驶的新一代汽车。
工信部——智能网联汽车(Intelligent
& Connected Vehicles,简称“ICV”)是指搭载先进的车载传感器、控制器、执行器等装置,并融合现代通信与网络技术,实现车与X(人、车、路、云端等)智能信息的交换和共享,具备复杂环境感知、智能决策、协同控制等功能,可实现“安全、高效、舒适、节能”行驶,并最终实现替代人操作的新一代汽车。
智能网联汽车是新一轮科技革命背景下的新兴产业,是信息技术领域和信息化应用的重要发展方向,可以显著改善交通安全、实现节能减排、消除拥堵、提升社会效率,并拉动汽车、电子、通讯、服务、社会管理等协同发展,对促进我国产业转型升级具有重大战略意义。政府也颁布多项扶持政策积极推广智能网联汽车。其中,以《中国制造2025》和《“十三五”规划意见》最为代表。
《中国制造2025》文件为中国智能网联汽车制定了两步走的目标:到2020年,掌握智能辅助驾驶总体技术及各项关键技术,初步建立智能网联汽车自主研发体系及生产配套体系。到2025年,掌握自动驾驶总体技术及各项关键技术,建立较完善的智能网联汽车自主研发体系、生产配套体系及产业群,基本完成汽车产业转型升级。
一、智能网联汽车的体系架构
智能网联汽车(ICV)是智能交通系统(ITS)的核心组成部分,是车联网体系的一个结点。ICV通过车载信息终端实现与人、车、路、互联网等之间的无线通讯和信息交换。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,拥有相互依存的价值链、技术链和产业链体系。
1.智能网联汽车(ICV)的价值链
ICV在提高行车安全、减轻驾驶员负担方面具有重要作用,并有助于节能环保和提高交通效率。在智能网联汽车的初级阶段,通过先进智能驾驶辅助技术有助于减少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%。进入智能网联汽车的终极阶段,即完全自动驾驶阶段,甚至可以完全避免交通事故,提升交通效率30%以上,并最终把人从枯燥的驾驶任务中解放出来,这也是智能网联汽车最吸引人的价值魅力所在。
2.智能网联汽车(ICV)的技术链
ICV从技术发展路径来说,智能汽车分为3个发展方向:网联式智能(Connected Vehicle, CV)、自主式智能(Autonomous Vehicle,
AV),以及前二者的融合,即智能网联汽车(Connected and Automated Vehicle,
CAV或Intelligent and Connected Vehicle, ICV)。
3.智能网联汽车(ICV)的产业链
ICV的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,ICV的产业链涉及汽车、电子、通信、互联网、交通等多个领域,按照产业链上下游关系主要包括:
(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。
(3)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。
(4)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。
(5)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。
(6)内容提供商,高精度地图、信息服务等的供应商。
二、智能网联汽车的技术形式
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,简单来说,可划分为“三横两纵”式技术架构。
“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;
“两纵”:是指支撑智能网联汽车发展的车载平台以及基础设施条件。
当前我国智能网联汽车在核心技术方面落后于发达国家。欧、美、日等国经过近10年的国家项目支持,已基本完成了V2X通信及控制的大规模道路测试评价,并从国家标准法规方面提出了ADAS系统强制装配时间表,现已进入产业化及市场部署阶段。相比国外,我国一汽、上汽、长安、奇瑞等国内整车厂家虽然也在进行汽车ADAS技术研发及产业化应用,如将FCW、LDW、倒车及全景系统等作为选配装备在车上。但整体上自主研发较之发达国家处于滞后状态,ADAS、V2X等多处于技术研究及样机研发阶段,未进行过大规模的测试评价以及系统的标准法规认证,离产业化阶段还有相当大的差距。
三、智能网联汽车的标准
2017年,工信部等相关部门正在开始着手建立中国智能网联汽车的标准,并在上半年发布了《国家车联网产业标准体系
建设指南(智能网联汽车)(2017)》编制说明。但在全球范围内,智能网联汽车的标准不一,其等级划分,一般分为四级或五级。以美国汽车工程师学会(SAE)和美国国家公路交通安全管理局(NHTSA)为代表,SAE将智能网联汽车分为5级,依次为:DA,PA,CA,HA,FA五个阶段。NHTSA则分为4级,分别为DA,PA,HA,FA四个阶段。实际上,SEA与NHTSA的分级差别不大。SAE的CA(有条件自动化)是处于NHTSA分级中PA(部分自动化)与HA(高度自动化)的过渡阶段。
中国对智能网联汽车的等级划分更多的是参照美国SEA的标准,共分为五级,分别为一级DA,驾驶资源辅助阶段;二级PA部分自动化阶段;三级CA有条件自动化阶段;四级HA高度自动化阶段;五级FA完全自动化阶段。
所以,当前提升技术、建立完善的发展机制,是我国智能网联汽车亟待解决的问题。为此,政府在《中国制造2025重点领域技术路线图》中,对中国智能网联汽车做了从重点发展产品、关键零部件以及关键共性技术上的全方位的规划。
四、智能网联汽车(ICV)发展的三个阶段
《智能网联汽车技术路线图》中对于智能网联汽车发展分为三个阶段:
第一阶段,起步期。2016—2020年,包括顶层设计方面是希望做到初步形成以企业为主体、市场为导向、跨产业协同发展的,DA、PA、CA级新车装备率超过50%。
第二阶段,发展期。2021—2025年,希望能够基本建成面向乘用车与商用车的自主智能网联汽车产业链,DA、PA、CA级新车装备率达80%。
第三阶段,成熟期。到2030年,希望能够建成完善的智能网联汽车产业链与智能交通体系,包括相关的标准、市场应用以及社会效应等等清晰的规定,HA/FA级新车装备率达到10%。
智能网联汽车(ICV)的发展历程,可大致分为:自主式驾驶辅助(对应美国汽车工程师学会
(SAE)分级L1—L2)、网联式驾驶辅助(对应SAE分级L1—L2)、人机共驾(对应SAE分级L3)、高度自动/无人驾驶(对应SAE分级L4—L5)4个阶段。目前在全球范围内,自主式驾驶辅助系统已经开始大规模产业化,网联化技术的应用已经进入大规模测试和产业化前期准备阶段,人机共驾技术和无人驾驶技术还处于研发和小规模测试阶段。
1.自主式驾驶辅助(ADAS)
自主式驾驶辅助系统(ADAS)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(广义上也包括网联式驾驶辅助系统),目前已经得到大规模产业化发展,主要可分为预警系统与控制系统两类。其中常见的预警类系统包括前向碰撞预警(FCW)、车道偏离预警(LDW)、盲区预警(BSD)、驾驶员疲劳预警(DFW)、全景环视(TVS)、胎压监测(TPMS)等。常见的控制类系统包括车道保持系统(LKS)、自动泊车辅助(APS)、自动紧急刹车(AEB)、自适应巡航(ACC)等。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。
美国新车评价规程(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;而欧洲新车评价规程(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。2014年起,汽车驾驶辅助技术已经成为获取E-NCAP四星和五星的必要条件。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。在引入新车评价体系之外,各国也纷纷开始制定强制法规推动ADAS系统安装。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。
从产业发展角度,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;TTE等一些中国台湾省企业也有一定市场份额。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
网联式驾驶辅助系统是指依靠信息通信技术(ICT)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。通过现代通信与网络技术,汽车、道路、行人等交通参与者都已经不再是孤岛,而是成为了智能交通系统中的信息节点。在美国、欧洲、日本等汽车发达国家和地区,基于车—路通信(V2I) /车—车通信(V2V)的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。
中国清华大学、同济大学、长安汽车等高校与企业合作,在国家“八六三”高新技术研究开发计划项目的支持下开展了车路协同技术应用研究,并进行了小规模示范测试,各汽车企业也在开展初步研究。2015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。中国华为、
大唐等企业力推的车间通信长期演进技术(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,并在国际市场与DSRC形成了竞争之势。但中国内地也存在缺少类似美日欧的大型国家项目支撑、各企业间未能形成合力等问题,导致网联式驾驶辅助系统发展相对较慢。
3.人机共驾
人机共驾指驾驶人和智能系统同时在环,享车辆控制权,人机一体化协同完成驾驶任务。与一般的驾驶辅助系统相比,共驾型智能汽车由于人机同为控制实体,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,因此要求系统具备更高的智能化水平。系统不仅可以识别驾驶人的意图,实现行车决策的步调一致,而且能够增强驾驶人的操纵能力,减轻其操作负荷。广义的人机共驾包含感知层、决策层和控制层3个层次。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。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,结果表明系统能够在实际换道行为发生前3s有效预测驾驶人换道意图。Thomas等人考虑交通管制和物理避障等约束,结合车辆非线性动力学特性,根据模型预测控制方法提出预测轨迹引导模型,辅助驾驶员决策并利用人机交互进行轨迹引导。人机共驾主要指控制层的控制互补,不同于传统驾驶过程,
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
处于高度自动/无人驾驶阶段的智能汽车,驾驶员不需要介入车辆操作,车辆将会自动完成所有工况下的自动驾驶。其中高度自动驾驶阶段(对应SAE分级L4),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。在无人驾驶阶段(对应SAE分级L5),车辆中可能已没有驾驶员或乘客,无人驾驶系统需要处理所有驾驶工况,并保证安全。
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,而传统汽车企业大多数还是按照渐进式发展路线逐级发展。
五、我国智能网联汽车(ICV)发展的思考
1.发展优势
科技变革的外部契机与汽车产业转型升级的内部动力兼备。新一轮科技变革期与中国汽车产业转型升级期相互交汇,使智能汽车发展兼备外部契机和内部动力。在“中国制造2025”和“互联网+”战略的指引下,我国智能汽车发展将会迎来前所未有的历史机遇。
我国工业体系完整、基础完备。中国已成为全球第一制造大国,同时也是具有门类齐全的现代工业体系的国家。经过20余年的发展,自主品牌汽车企业在产品品质和竞争力方面有了很大提升,占据了本土三分之一的乘用车市场份额,在研发方面也已完成了由逆向模仿为主、向正向设计为主的转变,这为后续进一步发展智能汽车奠定了坚实的基础。
我国拥有规模超大、全球第一的汽车市场,不断升级的法规标准、差异化明显的消费群体,这些因素交织在一起,将促使国际车企加大在中国的本土化研发,然后再将为中国市场打造的产品推向全球。在这样的趋势下,中国完全可以充分利用自身市场的引领作用,按照自己的需求制定具有中国特色的智能汽车标准体系,从而赢得未来较量的宝贵话语权。
我国拥有较为强大的信息产业。全球顶级的互联网公司均分布在美国和中国,如百度、腾讯、阿里巴巴等,这一优势连德国、日本也不具备。中国网民数量众多,语言文化自成一极,不仅为自身展开“互联网+”提供了极为有利的基础条件,也加大了外国企业在中国竞争的屏障效果。同时中国在通信等行业也拥有一批具有世界影响力的企业,如华为、大唐等,掌握了国际先进技术以及标准的话语权。此外,我国独立于GPS之外的北斗卫星定位系统,也在国家战略层面上确保了智能网联汽车不会受制于人。
2.面临挑战
我国传统汽车产业整体上与国际先进水平尚有差距。我国世界级的汽车品牌和整车企业少,质量控制能力和基础研发能力不足;本土供应商的实力有限,产业链条上存在关键缺失;而与汽车产业紧密相关的基础工业水平,包括基础材料、基础工艺、基础元器件及技术基础也存在不足。
必须明确指出的是,智能汽车首先依然是汽车产品,造好“传统”汽车是造好智能汽车的前提和基础,正如造好电池、电机不等于就能造好电动车一样,拥有一些智能互联技术或平台也不等于就能造好智能网联汽车。因此,要“弯道超车”,首先必须踏踏实实提升自己的基础工业实力。
中国虽有强大的互联网产业基础,但偏重销售和服务端的倾向明显。电商无论多么发达,也只能解决如何更方便地销售产品的问题,而不能创造优质产品本身。特别是面对未来“智能制造”体系下消费者与制造商直接对话成为主流的趋势,中国互联网企业同样面临转型挑战,必须思考如何介入和支撑实体经济的发展。否则不仅无法对智能汽车的发展提供助力,甚至反而会成为制约。
3.发展建议
我国智能汽车的发展,已确立成为国家发展战略。确定适合中国实际的正确的技术发展路线,按不同的阶段实施不同的技术方案。包括技术体系架构、技术标准和规范,特别是关键技术突破,应该把互联网思维与工匠文化结合起来才能真正有所创新。
大力推动汽车产业与交通、电子信息产业的融合,打破汽车行业、信息通信行业、交通行业之间存在的行业壁垒,在车载智能设备开发、专用通信系统开发、车路协同应用系统开发等方面形成合力,通过国家支持、企业支撑、合作分享等方式,协力促进汽车智能化与网联化关键技术突破。
建设智能网联汽车基础数据交互平台。目前网联汽车未实现真正“互联”,各类企业级平台以及政府监管平台数据互不联通。基础数据交互平台通过标准的数据交互方式,与各企业级平台以及行业管理平台实现互联互通,实现大数据共享,提供基础数据服务,有利于优化资源配置,并提高行业监管效率。
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