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行业综述-智能网联汽车

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行业综述-智能网联汽车

作者:
李克强
来源:
节能与新能源汽车年鉴
日期:
2020/08/31 09:04
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在汽车驾驶自动化、高精传感器、计算芯片、人工智能、信息通信等技术的综合推动下,智能网联汽车已经从产品开发阶段逐渐向着应用落地阶段快速发展,辅助驾驶市场渗透加速,自动驾驶正在多种特定场景下开展示范运行和商业化运营探索。当前,美、德、日等汽车强国都将智能网联汽车和自动驾驶技术作为汽车产业发展的战略方向,在技术研发、测试验证、产业化应用以及商业运行等方面形成了一定优势。

 

我国也正在通过国家顶层规划、法律标准制修订、开放道路测试、专项技术攻关、国际合作交流、创新平台构建等方式加速智能网联汽车产业创新发展,构建智能网联汽车强国蓝图。

 

一、智能网联汽车产业总体情况

 

1、政策规划层面

 

美国交通部于2018年10月发布《自动驾驶汽车3.0:准备迎接未来交通》,进一步引导放宽对自动驾驶创新和发展的限制,并预计于2020年推出强制安装V2V的相关法规,指出不再承认已宣布的十个自动驾驶测试示范区的指定。道路测试方面,已有10余个州颁布自动驾驶相关法律,其中世界无人驾驶道路测试的聚集地——加州于2018年4月出台新规,允许在没有人类安全员的情况下开展无人驾驶汽车道路测试,并于2018年10月为Waymo颁发首个无安全员道路测试牌照。测试场建设方面,截止2018年10月由美国交通部、地方政府和组织支持的智能网联汽车部署项目已有52个投入使用,另有23个项目在建设中。

 

欧洲方面,对智能网联汽车的研究起源于ITS(智能交通系统),并逐步通过车辆智能化、网联化实现协同发展。以合作式智能交通系统(C-ITS)战略为代表的重大项目有效地推动了智能网联汽车发展。2018年5月发布《通往自动化出行之路:欧盟未来出行战略》,明确到2020年在高速公路上实现自动驾驶,2030年进入完全自动驾驶社会。欧盟还从数据安全角度入手,发布史上最严数据保护条例《一般数据保护条例》(GDPR),为智能网联汽车数据保护提供标杆。英国则计划2020年前投资2.5亿英镑用于自动驾驶车辆,并于2018年7月通过《自动与电动汽车法案》,明确自动驾驶汽车保险和责任规则。

 

日本政府于2018年3月发布《自动驾驶相关制度整备大纲》,明确自动驾驶汽车的责任划分。2018年9月,日本国土交通省发布《自动驾驶汽车安全技术指南》,明确规定了L3、L4级自动驾驶汽车所必须满足的10大安全条件。目前,日本国家自动驾驶研发计划(SIP_adus)进入2.0阶段,重点是自动驾驶与未来智能社会(Society 5.0)的协同,并在东京主要沿海地区开展测试,以实现在东京奥运会以及残奥会开展无人驾驶的目标。日本主要整车和零部件企业联合成立自动驾驶地图公司(DMP),创新智能网联汽车国家平台建设模式。

 

我国也在积极加快推进智能网联汽车产业的发展。2018年1月,国家发改委发布《智能汽车创新发展战略(征求意见稿)》,明确了中国发展智能网联汽车产业的战略目标和亟需建立智能汽车六大体系的重点任务。2018年5月,工信部、公安部、交通运输部三部委共同发布《智能网联汽车道路测试管理规范(试行)》,在规范的指导下,已经有北京、上海等20余个省市出台道路测试实施细则。8月,中国智能网联汽车产业创新联盟、全国汽车标准化技术委员会智能网联汽车分技术委员会联合发布《智能网联汽车自动驾驶功能测试规程》,提出各检测项目对应测试场景、测试规程及通过条件,进一步完善智能网联汽车的测试技术验证工作。11月,国家制造强国建设领导小组车联网产业发展专委会第二次全体会议在雄安新区召开,二十多个部委单位一起商议并协调产业的发展。12月,工信部发布《车联网(智能网联汽车)产业发展行动计划》,明确将加大对车联网产业的政策支持力度,推动形成车联网产业新生态。

 

2、技术验证层面

 

1)在量产车技术应用方面,国内外企业都在大力推动L2级辅助驾驶系统渗透,并加速L3级自动驾驶突破。

 

奥迪于2018年正式推出量产的L3级自动驾驶车型奥迪A8,这是世界范围内第一台量产的L3级自动驾驶汽车并已在欧洲展开销售。通用汽车、奔驰、宝马、沃尔沃等集团均已推出L2级自动驾驶汽车产品。其中通用汽车Super Cruise率先与高德公司合作,将高速公路和城市快速路高精度地图应用于车道保持安全系统上。除此之外,国内的长安汽车CS55、吉利缤瑞、荣威Marvel X、比亚迪秦Pro、长城汽车哈弗F7x等车型已经具备L2级自动驾驶能力,蔚来、小鹏等造车新势力也都在加速L2级自动驾驶布局。

 

特别值得关注的是,戴姆勒、博世、法雷奥,以及国内创业公司纵目科技等代表公司大力研发AVP(自主泊车)技术,已经在北京、上海等地的停车场探索小规模应用验证,以期在不久的量产车上应用AVP技术。

 

2)在技术标准验证方面,我国已经启动相关标准研究与制定工作。

 

2017年12月,工信部、国家标准化管理委员联合发布《国家车联网产业标准体系建设指南(智能网联汽车)》。2018年4月,汽车标准化技术委员会成立智能网联汽车分技术委员会,下设4个工作小组,具体包括先进驾驶辅助系统工作组、自动驾驶工作组、信息安全工作组、网联功能与应用工作组。围绕汽车驾驶环境感知与预警、驾驶辅助、自动驾驶以及与汽车驾驶直接相关的车载信息服务等专业领域,目前已经启动多项标准制定工作。

 

为进一步加强标准协同,同年11月,全国汽车标准化技术委员会、全国智能运输系统标准化技术委员会、全国通信标准化技术委员会、全国道路交通管理标准化技术委员会共同签署了《关于加强汽车、智能交通、通信及交通管理C-V2X标准合作的框架协议》,四方将建立高效顺畅的沟通交流机制,相互支持和参与标准研究制定,共同推动C-V2X等新一代信息通信技术及其在汽车和交通行业应用等相关标准研究、制定及实施工作。

 

3、应用示范层面

 

目前,在城市道路、快速环路等复杂路况下,智能网联汽车还不具备完全无人驾驶能力,但机场、港口、矿区、工业园区和旅游景区等特定场景具备道路状况简单、行驶速度较低等特点,对车辆的信息感知、决策控制能力要求较低,将是无人驾驶率先落地并开展商业化应用的场景。

 

2018年,Waymo推出付费无人出租车服务——Waymo One,成为世界首个自动驾驶商业运营项目。通用汽车旗下自动驾驶公司Curise也在向美国交通运输部申请豁免16项不适用于自动驾驶的安全规定,以完成2500辆规模的自动驾驶商用化测试。特斯拉宣布2020年将上线Robo-taxi服务。在国内,2018年7月,百度Apollo与金龙合作开发的L4级量产自动驾驶巴士“阿波龙”正式下线,已经应用于北京、厦门、广州、武汉、雄安等地,累计数量超过100辆。

 

除此之外,类似场景下的应用示范不断涌现。Nuro开展无人驾驶物流配送商业化服务;Navya、Local Motor等无人驾驶小巴持续推进在园区、机场等场景的应用;国内企业也选择在雄安新区等地开展特定场景的自动驾驶技术应用,代表性的包括关注物流配送的菜鸟物流、智行者、新石器、美团;港口、矿山等重卡应用场景的图森、主线、踏歌智行、西井、光庭公司;环卫场景的仙途智能、酷蛙机器人;园区景区等小巴场景的驭势科技、清智科技等。

 

二、智能网联汽车技术发展情况

 

1、智能网联汽车主要技术突破特点

 

1) 智能与网联化加强融合

单车智能技术仅能基于局部的环境感知信息进行车辆自动行驶的决策,无法实现城市级道路交通优化,同时受到传感器性能边界影响,单车智能尚无法支持全天候的无人驾驶需求。通过车辆网联化实现车与人、车、路、云等交通要素的智慧互联,可以大幅提升车辆的安全性和道路出行效率,同时5G技术的发展也能够为车联网通信提供载体,满足低延时、大并发、高安全性的信息传输需要。2018年在通信芯片、通信模组、车端和路测单元研发方面均取得突破, 11月在上海首次举行的V2X“三跨”(芯片、模组、整车)应用展示也很好的验证了车联网技术的互联互通性。

 

2)测试验证与评价技术快速发展

智能网联汽车具备多领域、多技术交叉融合的特点,产品复杂度高,架构复杂。因此,智能网联汽车的发展不仅需要各零部件性能的提升,也需要强化在复杂系统重构、多元信息融合等方面的研发和验证,而仿真评价和实际道路测试是验证无人驾驶系统安全性、可靠性的重要手段,并受到广泛重视。多模式数据虚拟仿真及测试评价方面,正在积极构建中国特色驾驶场景库;道路测试方面,已开展道路测试的省市超过20个,累计发放测试牌照超过100张。

 

3)自动驾驶计算平台成为发展焦点

各企业正在积极研发以计算芯片和自动驾驶操作系统为核心的自动驾驶计算平台技术。在计算芯片方面,以英伟达、高通、英特尔为代表的芯片企业不断向着高等级自动驾驶芯片产品迭代。

 

例如,英特尔旗下子公司Mobileye已量产了用于自动驾驶第四代专用芯片EyeQ4,英伟达基于DrivePX2已量产了新一代产品Drive Xavier,同时推出DRIVE PX Pegasu,可以提供每秒操作超过320万亿次的算力。在国内,地平线机器人发布高级别自动驾驶计算平台Matrix1.0,满足L3/L4的自动驾驶需求。华为发布的MDC600,符合ASIL D车规级别,352TOPS的算力满足L3-L5级别自动驾驶所需,并已应用在最新奥迪Q7上。

 

在自动驾驶OS方面,目前在全行业还处在初始发展阶段,众多全球范围的主机厂、供应商、ICT公司以L3级自动驾驶量产及相关产品为契机,均在发力,希望2-3年有所突破。QNX作为传统车控实时操作系统得到了普遍的使用,Linux及AGL(车规Linux)等同时也在自动驾驶操作系统领域上发力,此外,TTtech、EB(Eletrobit)、Nvidia、伟世通等系统和模块解决方案公司,也推出了相应自动驾驶OS相应产品。

 

国内龙头华为、中兴、东软等也在积极努力,定义自动驾驶核心平台技术,华为发布MDC平台后,将专门汽车的电子量身打造具备确定性低时延能力的实时车控操作系统,中兴也推出了基于自研芯片和操作系统的自动驾驶计算平台样机,东软睿驰发布了NeuSAR产品,其基于AUTOSAR研发制作,为自主研发自动驾驶系统的OEM整车企业及零部件供应商提供的面向下一代汽车通讯和计算架构的系统平台。

 

4)功能安全和信息安全保障作用凸显

功能安全设计随着智能网联汽车发展而愈显重要,需要从汽车的概念设计、系统设计、软件开发、硬件开发、生产管理等各个阶段落实功能安全设计原则。激光雷达、计算平台等核心零部件在强化对ISO26262标准的贯彻,打造车规级产品。信息安全方面,虽然围绕汽车全生命周期的信息安全工作还处于起步阶段,ISO21434等信息安全标准尚未完成,但针对智能网联汽车的信息安全工作已在探索中,其中,博世旗下子公司Escrypt开发了IDPS入侵检测和防御系统,对智能网联汽车所遭遇的潜在威胁进行识别和分析,从而快速采取有效措施来保护车辆信息安全。

 

5)多种传感器性能不断提升

激光雷达、毫米波雷达、摄像头等传感器的性能直接决定了车辆对环境的感知能力。激光雷达方面,Velodyne的Alpha Puck™128线激光雷达探测距离达到300m,满足L5级别自动驾驶需要,速腾聚创、禾赛科技、北科天绘等国内企业也推出64、128线激光雷达,并逐渐得到行业认可。同时,各企业积极布局满足车规要求的固态激光雷达也有望取得突破。毫米波雷达也在距离、角度、速度三个维度的分辨力均大幅度提升,并开始具备一定的成像能力。双目、三目摄像头已经在一些量产车型上广泛使用,甚至满足不同聚焦距离和视场角的四目组织式摄像头也在开发应用中,对于车辆、行人以及刹车灯等颜色信息都较好地获取并且识别。

 

6)高精度地图逐步商业化应用

高精度地图作为智能网联汽车的重要支撑技术,可以有效弥补传感器的性能边界,提供先验信息,是实现高等级自动驾驶的必要条件,也是未来车路协同的重要载体。国内四维图新、高德、百度三大图商已经基本完成高速公路和城区快速路高精度地图的测绘,并逐步开始商业应用。

借助高德采集的高速公路和快速环路高精度地图信息,卡迪拉克已经实现较为可靠的车道保持功能。在降低成本方面,以摄像头为主的众包采集方案受到广泛关注,Mobileye、lvl5、地平线机器人、Momenta、宽凳智云等国内外企业也都推出相关低成本测绘方案,推动高精度地图商业应用。学界和产业界也在加强与政府部门的沟通,以期解决高精度地图商业化应用的有关障碍。

 

2、亟需构建五大共性基础平台技术

为加速推动智能网联汽车技术进步和产业化步伐,抢占行业制高点,亟需建立高精度地图基础数据平台、智能网联汽车云控基础平台、新型智能车载终端基础平台、车辆智能计算基础平台和智能网联汽车信息安全基础平台等五大基础共性技术平台。

 

1)高精度地图基础数据平台技术

建立行业统一的数据标准和交换格式,消除产业合作的技术障碍和标准藩篱。突破高精地图数据采集、融合、更新与数据服务平台等基础技术,开展全国范围的基础道路数据采集,建立公共数据服务平台,实现高覆盖、高精度、高实时性的数据动态更新。

 

2)智能网联汽车云控基础平台技术

建立标准化的智能网联驾驶数据通信与应用接口,需实现跨品牌车辆和跨行业应用之间信息的互联互通,以及服务之间的协同与联动,打破信息孤岛现象。解决海量数据的分类规则定义、权重定义、融合感知等规则设计,基于单车、多车的控制模型,实现车路协同感知及集中式协同决策与控制,

 

3)新型智能车载终端基础平台技术

研究面向新一代智能网联汽车的电子电器与网络架构,以以太网为网络主干、域控制器为主要节点,重点开展智能驾驶的冗余设计。制定车内网络通信需求与数据交换格式等标准协议,实现智能车载终端基础平台设计。

 

4)车辆智能计算基础平台技术

发展基于可重构深度学习与增强学习,支持车规级多源目标传感、信息融合、中央决策、上层控制的汽车大脑芯片。提高智能芯片与算法的协同化程度,研究车载环境中场景数据不可预知下芯片的高效非监督式算法演进,布局深度学习模型的稀疏化、低精化,搭建基于高效编译的芯片设计软件生态,并建立规范的芯片测试评价平台与标准。

 

5)智能网联汽车信息安全基础平台技术

重点突破智能汽车终端安全、边界安全、网络安全和数据安全技术,建立基于分域隔离与纵深防御的安全控制机制、入侵检测框架与可信认证模型、通信交互框架与访问控制模型和数据生命周期管理与安全稳定存储四大能力。促进访问控制、入侵防护、安全隔离、在线升级等技术应用,实现对智能汽车入侵行为的实时监控和阻断。研发面向智能汽车大数据及云平台的身份认证、数据加密、监控审计等安全技术,支撑智能汽车上路的安全运行。

 

三、未来智能网联汽车产业与技术发展趋势

 

汽车是新技术应用的重要载体,随着信息通信、互联网、大数据、云计算、人工智能等新技术在汽车领域广泛应用,汽车正由人工操控的机械产品加速向智能化系统控制的智能产品转变,智能汽车已成为产业技术的战略制高点。

 

在政策层面上,将依托各个部门的指导,在中国智能网联汽车行业内形成发展战略层面的共识,明确顶层设计,在发展规划、测试示范、法律法规、基础设施建设和车辆监管运行上有效管理与规范。车辆网产业发展专委会将进一步推动车辆网、汽车和交通的整体协调发展。

 

在产业层面上,为保证产业战略安全和信息安全,未来将着力打造五大基础共性技术平台,致力于构建中国方案的智能网联汽车。保障智能网联汽车产业适应中国特色交通环境与驾驶行为,并与中国基础设施建设标准、中国联网运营标准形成有效协同。

 

在技术层面上,为提高车辆的感知、决策、执行能力,固态激光雷达、合成孔径毫米波雷达、机器视觉、计算芯片、下一代信息通信等技术及产品必将向着高可靠性、高性能、低成本、低功耗方向不断发展。同时,智能化与网联化路线联系将更加密切,打造基于云平台的智能交通体系,实现人-车-路-云的互联互通。。

 

在应用层面上,高速公路和特定场景都将有更广泛和深入的应用。汽车产品功能和使用方式正在发生深刻变化,由单纯的交通运输工具逐渐转变为智能移动空间,兼有移动办公、移动家居、娱乐休闲、数字消费、公共服务等功能,推动车联网数据服务、共享出行等生产生活新模式加快发展。

 

在市场层面上,根据《汽车产业中长期发展规划》规划,到2020年,L1~L3自动驾驶系统新车装配率超过50%,网联式驾驶辅助系统装配率达到10%;到2025年,汽车L2、L3级别自动驾驶系统新车装配率达25%,高度自动驾驶汽车开始进入市场。《车联网(智能网联汽车)产业发展行动计划》规划,到2020年新车驾驶辅助系统搭载率达到30%以上,联网车载信息服务终端的新车装配率达到60%以上。按照2020年新车销量3000万辆、2025年新车销量3500万估计,我国辅助驾驶市场容量将迅速突破千万量级,自动驾驶汽车也将逐步形成规模化市场需求。


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