一书。继文章《一文详解智能网联发展阶段和关键技术》、《智能网联应用场景、应用实践和发展趋势》、
汽车座舱的智能化功能主要分为三部分，分别为车内/外环境感知，视觉、听觉等多模态人机交互，以及统筹感知计算的车联网[1]，如图1所示。其中车内/外环境感知主要是通过座舱内的传感器对车辆状态、人、环境等进行监测，例如驾驶员监控系统（Driver Monitoring System，DMS）、乘员监控系统（Occupant Monitoring System，OMS），通过对驾驶员和乘员的状态进行实时监测和适当提醒，以提高驾驶者和乘员的安全性和舒适性。
视觉、听觉等多模态人机交互则是通过多模交互，让座舱具备自然、直观、便捷的交互方式，使驾乘人员可以更加方便快捷地控制车辆。统筹感知计算的车联网则涵盖了智能驾驶和车载系统两方面，一方面依托车联网技术实现车辆与其他车辆、道路和云端的智能连接，以实现车辆之间的信息共享和协同，另一方面则是可以通过无线网络实现座舱系统的远程升级和更新以及手机远程控制，优化驾乘体验。
智能座舱感知系统包括车内和车外两部分，是一种基于人工智能技术的汽车座舱智能化系统，通过在车内和车外装置系列传感器设备，对车内和车外环境进行感知与识别，为驾乘人员提供更加智能化、舒适化的驾乘体验。
智能座舱车内环境感知系统主要是通过多种传感器感知车内环境，包括温度、湿度、气压、光线、空气质量等参数，以及检测车内乘客的数量、位置、行为等，同时还可以通过摄像头声音传感器等感知驾驶员和乘客的状态，如是否疲劳、是否分心等，并基于这些信息进行智能分析和判断，提供相应的预警、提示和操作，以确保车内环境舒适和安全。
例如通过环境感知，座舱系统可以实时监测车内外的温度、湿度、空气质量、光线等因素，依据这些数据来自动调节车内温度、空气质量、音乐播放、灯光亮度，从而为驾乘者提供最适宜的乘坐环境，有效提高驾乘者的舒适度和驾驶体验。通过人脸识别，座舱系统可以识别驾驶员的身份，并监测其疲劳程度、注意力集中度等，及时提醒驾驶员休息或调整状态，避免因疲劳驾驶而发生交通事故。同时，该系统还可以监测乘客的状态，如是否系好安全带、是否有儿童在车内等，提高车内安全性。
a）气体感知系统：检测车内空气质量，包括二氧化碳、甲醛、苯等有害气体的浓度，以及温度、湿度等参数。
b）噪声感知系统：检测车内噪声水平，包括发动机噪声、路面噪声、车内娱乐系统等噪声源的分贝值。
c）光线感知系统：检测车内光线水平，包括外部光线强度、车内灯光亮度等参数。
d）安全感知系统：检测车内安全状态，包括安全带是否系好、车门是否关闭、车窗是否关闭等参数。
e）娱乐感知系统：检测车内娱乐系统的使用情况，包括音乐播放、视频播放、游戏等娱乐活动的使用情况。
f）驾驶员监控系统：驾驶员监控系统（Driver Monitoring System，DMS）是利用座舱内摄像头、近红外线等传感器，基于面部特征分析、头部姿态追踪、视线追踪、面部表情和情绪识别、身体姿势追踪和物体侦测等关键技术，实现对驾驶员的身份识别，以及疲劳驾驶、分心驾驶等危险行为的检测功能。主流DMS方案采用近红外摄像头拍摄驾驶员眼球运动、面部表情，进行计算和AI识别，分析出驾驶员疲劳、分心、危险驾驶等动作信号，以此来提醒驾驶员。
g）乘客监控系统：乘客监控系统（Occupant Monitoring System，OMS）是DMS系统的延伸，可以通过监测座舱内乘客的状态来进一步提升安全性能。比如OMS系统能够监测儿童或宠物是否遗留在车内，还可以检测人员是否使用安全带。交互或娱乐方面，也可以利用OMS摄像头完成手势识别、情绪识别、视频聊天等功能。
h）后排盲区监测系统：后排盲区监测系统（Rear（View）Monitor System，RMS）通过使用车辆的传感器和电子控制单元来监测后排座位的状态，并在车辆停止后发出警告声和视觉提示，以提醒驾驶员检查后排座位，这种技术可以避免在车辆停放时忘记乘客或物品而导致的意外事件。
车外环境感知系统通过各激光雷达毫米波雷达、摄像头等传感设备，实时感知车辆周围的环境和道路状况，如车辆周围的物体、距离、速度等参数，以及道路标志、车道线、交通信号灯等，并向驾驶员提供相关的警告和提示，帮助驾驶员做出更明智的决策，提高驾驶安全性，这部分功能通常与自动驾驶技术和高精度地图等信息融合，提供更全面的驾驶辅助和安全功能。
例如通过雷达、摄像头等设备感知周围车辆和障碍物的距离，提供智能化的自动驾驶辅助功能；通过识别到的车辆周围的交通情况和道路状况，如路面湿滑、路面障碍等，自动调整车辆的速度和行驶路线，以确保驾驶的安全和效率；通过路况传感器感知路面情况，自动调节悬挂系统，提供更加平稳的驾乘体验；通过天气传感器感知天气情况，自动调节空调、雨刷等设备，提供更加安全、舒适的驾乘环境；此外，智能座舱车外感知系统还可以与其他车载系统集成，如自动驾驶系统、自适应巡航控制系统等，以实现自动泊车、自动刹车、自动变道等更高级别的自动驾驶功能，以减轻驾驶员的驾驶负担。
a）盲区监测系统：盲区监测系统（Blind Spot Detection，BSD）通常使用雷达或摄像头等传感器来监测车辆周围的盲区，当其他车辆或物体进入盲区时，系统会发出警告声或闪烁警示灯，提醒驾驶员。
b）360环景监视系统：360环景监视系统（Around View Monitoring，AVM）通常包括前、后、左、右四个摄像头，通过使用多个摄像头捕捉车辆周围的图像，并将这些图像合成为一个全景图像，以帮助驾驶员更好地了解车辆的位置和周围的环境。
c）行车记录仪：行车记录仪（Digital Video Recorder，DVR）通常由一个摄像头和一个储存设备组成，摄像头可以拍摄车辆前方景象，储存设备可以记录视频和声音，并将其保存在内置的存储卡或硬盘中。可帮助驾驶员记录行车过程中的事故或违规行为，也可以作为证据提交给保险公司或警方。
d）高级辅助驾驶系统：高级辅助驾驶系统（Advanced Driving Assistance System，ADAS）是一种集成了多种先进技术的汽车驾驶辅助系统。它可以通过传感器、摄像头、雷达等设备实时监测车辆周围的环境和道路状况，提供给驾驶员辅助和支持，从而提高驾驶安全性和舒适性。
所谓“模态”（Modality），是德国生理学家赫尔姆霍茨提出的一种生物学概念，即生物凭借感知器官与经验来接收信息的通道。目前智能座舱中的人机交互内容主要通过视觉、听觉、触觉、嗅觉4种模态实现。几个模态在智能座舱中对应的载体具体如下：和视觉相关的载体主要有抬头显示器（Head up Display，HUD）、中控显示屏、仪表盘、后视镜、氛围灯；和听觉相关的载体主要有语音交互、警示音、音乐；和触觉相关的载体主要有方向盘、按键、中控、挡位、座椅、安全带；和嗅觉有关的载体主要是车内香薰、空气净化等。
HUD又称平视显示器，是将车速、油耗、胎压、中控娱乐信息等显示在前挡风玻璃上的系统。车载HUD能够减少低头观察仪表的频率，提高驾驶安全性。HUD系统由投影单元和显示介质两大关键部件组成。投影单元内部的控制单元通过车辆数据总线获取车况、路况导航等信息，并通过投影仪输出图像。成像载体主要是半透明树脂玻璃和汽车前挡风玻璃。根据显示方式不同，分为组合式抬头显示器（Combiner Head-Up Display，C-HUD）、挡风玻璃型抬头显示器 （Windshield Head-Up Display，W-HUD）和增强现实抬头显示器（Augmented Reality Head-Up Display，AR-HUD）。C-HUD将图像与信息投射到一块单独玻璃。W-HUD将图像与信息投射到汽车前挡风玻璃。AR-HUD采用AR技术投射到前挡风玻璃。
相较传统HUD，AR-HUD成像区域更广、显示能力更佳。最初的C-HUD成像区域仅为一小块前置的树脂半透明玻璃，视场角（Field of View，FOV）仅为5°×1°~4°、投射面积仅为6~8英寸，显示内容非常有限。W-HUD成像区域为部分的前挡风玻璃，FOV为10°×4°、投射面积提升至7~15英寸，成像区域有一定提升。而AR-HUD由于要满足虚实相融的信息展示，成像区域必须更大，FOV提升至13°×5°及以上、投射面积大幅扩展至20英寸以上。更大、更好的显示让AR-HUD能反馈更多安全驾驶所需的信息，提升驾驶安全。受限于屏幕显示范围，C-HUD仅能显示车速、导航、油量等仪表盘上最关键的一类驾驶信息；W-HUD在此基础上，虽融入了更多二类驾驶辅助信息，如娱乐信息、来电显示、实时路况等，但仍无法实现虚实融合。AR-HUD则很好地运用AR技术对更多更全面的道路驾驶信息进行实时反馈，大幅提升驾驶安全。
与传统的机械仪表盘相比，液晶仪表盘用屏幕取代指针，除提供涡轮压力、油门、刹车等车辆信息，还支持导航地图、多媒体功能等。短期内液晶仪表盘仍是主流选择，但部分车型的汽车仪表盘已不再独立出现，液晶仪表行业或面临技术变革。未来，中控显示屏、流媒体后视镜、HUD等都可能代替仪表功能。
中控显示屏是座舱内最大的车载屏，是车载信息娱乐系统功能的主要端口。液晶中控渗透率处于高位，大屏化、高清化、交互多模态化和多屏化助力市场规模增长。
传统后视镜存在视野宽度不足、易受天气影响、观看三镜存在时差盲点的缺陷。流媒体后视镜在构成上以屏幕代替传统镜面，配备外置摄像头拍摄获取路况代替人眼，支持流媒体、物理后视镜两种显示模式，能有效规避传统后视镜缺陷。
整个智能座舱大部分的信息假如都放在视觉通道里面，这无疑会增加驾驶员的认知负荷，单模态交互难以满足复杂的驾驶场景，各模块彼此间的关联性不强，大大降低了信息感知的价值。这就需要综合运用语音交互、机器视觉、触觉监控（方向盘脱手检测、座椅乘员检测分类等）甚至嗅觉等其他传感器智能技术的多模态人机交互。
一方面多模交互可以提高交互准确性，例如单独的语音交互，不可避免遇到噪音、回声、识别不清晰等状况，而通过获取图像、眼神、表情甚至血压心率等传感器信息与语音互补，可以融合多种不同的信息源，减少误交互率。
另一方面从易用性角度，可通过结合各模态的优势，更直观、便捷、更高效的为驾乘人员提供所需信息，减少驾驶员精力分散，使驾乘人员可以更加方便快捷地控制车辆。例如在完成确定导航目的地这一动作时，传统的视觉+触觉交互需要结合触摸按键、输入文字、滑动屏幕或旋转旋钮来实现，而融合语音交互后，使用语音输入与屏幕选项结合的方式确定导航地点，可以大幅降低导航设置动作所需的时间。
现阶段座舱多模交互内容主要包括安全性信息和娱乐信息。其中安全行车信息包括车况信息、路况信息、环境信息等，是驾驶人员完成行车任务的必要信息。娱乐信息包括电影、游戏等非驾驶人员，或驾驶人员在非行驶状态下进行的娱乐交互信息。
针对安全行车信息，目前有不同的模态结合技术路径，包括视觉+语音、视觉+触觉、语音+手势。首先是视觉+语音，语音交互如果不与其他模态融合，通常很难预判发出的指令处于哪个状态，可以通过拟人化表情形象，在进行语音交互时，以视觉模态作补充，利用屏幕表情增加与驾驶员的视觉联系；然后是视觉+触觉，以车道偏离报警系统为例，当打开车道辅助时，方向盘会通过抖动的方式来提示目前车辆压线，减少驾驶员在开车时低头看仪表盘的频率；最后是语音+手势，以某款车手势控制为例，支持左右挥动、上下挥动和前后推动3种动态手势及5种静态手势，涵盖确认、自拍、接听/拒接电话和播放/暂停等多种常用功能，结合四音区语音系统实现语音+手势的交互。
现阶段驾驶员的手-脑-眼资源需集中在获取安全行车信息，而通过视觉模态获取车况信息、路况信息、环境等信息仍将是主导交互模态，其它模态作为补充。故而针对安全行驶信息所使用的模态并非越多越好，首先需要考虑的是交互设计的安全性和准确率，例如驾驶员的视线不能够离开车辆行驶方向太久，手也需要做到尽量不离开方向盘。
基于这一分析，视觉+语音路径是目前针对安全行车信息交互的优选路径。随着视觉模态HUD技术、电子外后视镜和DMS技术的发展，驾驶员将可在不低头的情况下获取更多的驾驶相关信息。同时，车载语音识别准确率已经从2011年的60%增长至2021年的98%。驾驶时的电话、音乐需求也可以通过语音模态在不过多占用驾驶员视线的前提下完成，语音系统也可以通过声纹识别，结合视觉模态感知做到身份验证，提高交互安全性。
针对娱乐性信息，目前有以下模态结合技术路径，包括视觉+语音、视觉+语音+触觉、视觉+语音+触觉+嗅觉。首先是视觉+语音，通过与KTV曲库APP合作，结合影音硬件，可以使座舱化身“移动K歌房”；然后是视觉+语音+触觉，可以在副驾屏、后排娱乐屏实现外接设备投屏，可以直接连接Switch、手机、平板电脑投屏，化身“移动游戏空间”；最后是视觉+语音+触觉+嗅觉，可以通过视觉模态的座舱内多屏联动与氛围灯、听觉模态的四音区对话语音助手、触觉模态的音乐律动座椅、嗅觉模态的香氛切换系统打造“5D音乐座舱”。
终端用户在快节奏的移动互联网生活中，已逐步养成了碎片化娱乐的习惯，即实时的、个性化的交互体验。在座舱内娱乐场景下，这种习惯也将影响用户对座舱多模交互的期待。基于这一背景，不同于针对安全行车信息高准确率、高效的要求，消费者对座舱内娱乐信息丰富的体验需求更为关注。根据IHS Markit的调研结果，在随智能手机陪伴成长的新生代消费者购车关键要素中，座舱内科技配置水平成为仅次于安全配置的第二类关键要素，其重要程度甚至已超过动力、空间与价格等传统购车关键要素。
基于这一分析，视觉+语音+触觉+嗅觉是目前针对娱乐信息交互的优选路径。视觉模态可以通过更清晰的显示技术（例如高分辨率的大屏、联屏与投影）增加不同的交互场景；语音模态可以通过声源定位，为不同座位的乘客提供个性化的交互方式；触觉模态日渐成熟的智能表面技术使触控不再拘泥于屏幕形态；嗅觉模态可以实现个性化的气味与出香算法。这些多种通信通道（模态）输入，将打造智能化、科技感、个性化的智能座舱娱乐。
统筹感知计算的车联网则包括车载系统和智能驾驶两部分，一方面通过无线网络实现车内系统的升级和更新以及手机远程控制，优化驾乘体验，另一方面则是依托车联网技术实现车辆与其他车辆、道路和云端的智能连接，以实现车辆之间的信息共享。
远程升级技术（Over-the-Air，OTA）是指通过无线G或WiFi）对车辆座舱系统进行远程升级的功能。这种功能可以让车主在不到车厂的情况下，通过车辆的无线网络连接，直接从云端下载最新的软件版本，以更新车辆的座舱系统。简单来说OTA技术实现分三步：首先将更新软件上传到OTA中心，然后OTA中心无线传输更新软件到车辆端，最后车辆端自动更新软件[2]。
而且随着汽车行业进入“软件定义汽车”时代，汽车行业商业模式面临变革，汽车的卖点由从一次性交付的硬件集成向持续性收费的软件服务转变，对售后汽车售卖各种各样功能的新商业模式兴起，这也要求汽车必须具备OTA功能。目前国内外各大车企纷纷启动OTA升级的车载系统更新计划，整车OTA升级，俨然已经成了刺激销量的新“财富密码”。
目前OTA主要包括固件在线升级（Firmware-Over-the-Air，FOTA）和软件在线升级（Software-Over-the-Air，SOTA）两种典型模式。FOTA是指不改变车辆原有配件的前提下，通过写入新的固件程序，使拥有联网功能的设备进行升级，主要服务于自动驾驶、车身控制和动力系统，例如车辆的发动机、电机、变速箱、底盘等控制系统等。SOTA是在操作系统的基础上对应用程序进行升级，目前主要服务于车载信息和娱乐系统，例如那些离用户更近的应用程序、UI界面和车载地图、人机交互界面等。
从应用现状来看，目前仅有少数车型能够提供整车FOTA，大多数车型能够做到的OTA还只是将软件升级包发送至车内的T-BOX，而不能实现ECU层面的软件升级。FOTA能够深层次改变汽车控制系统、管理系统及性能表现，比SOTA在技术实现上难度更大。FOTA涉及控制器核心功能（控制策略）的系统性更新，对整车性能影响较大，升级过程对时序、稳定性、安全性要求极高，同时升级前置条件包括挡位、电量、车速等要求，因而升级过程一般不支持车辆运行。作为车辆应用软件的底层载体，操作系统是汽车OTA得以实现的关键支撑技术，尤其FOTA固件更新。
OTA升级作为一种方便、快捷、安全的升级方式，可以为车主带来更好的驾驶体验和服务，其优点主要如下：
a）方便快捷：车主不需要到车厂进行升级，只需要在车辆连接到无线网络的情况下，就可以直接进行升级。
c）提高安全性：通过升级软件，可以修复已知的漏洞和安全问题，提高车辆的安全性。
d）降低维护成本：通过远程升级，可以减少车主到车厂的次数，降低维护成本和时间。
随着汽车OTA技术升级快速增长，中国出台了多项与汽车OTA升级相关的政策标准，对智能网联汽车软件升级相关工作和要求进行了明确，对OTA管理有了积极的进展。其中，工信部从生产企业及产品准入角度出台《关于加强智能网联汽车生产企业及产品准入管理的意见》、《关于开展汽车软件在线升级备案的通知》等政策；市场监管总局从产品召回、认证认可角度出台《关于进一步加强汽车远程升级（OTA）技术召回监管的通知》、《关于汽车远程升级（OTA）技术召回备案的补充通知》等政策。随着OTA技术的广泛应用，两部委的监管趋严，共同规范汽车OTA行业，整顿市场秩序，向标准化和规范化发展。
基于远程控制功能可以实现服务场景的无缝流转，即使身处远方，也能做到用手机远程控制车灯、空调、车门、车窗，以实现更加便捷的操作和控制。一方面可以让车主在准备开车前/离开车辆后，通过手机应用远程关闭车辆的座椅加热、空调等，以节省能源和延长电池寿命，另一方面可让车主随时了解车辆的状态和位置，以便更好地管理车辆。
a）温度控制：可以通过手机远程控制智能座舱的空调系统，调整车内温度，让车辆在你到达前预热或预冷，使得车内环境更加舒适。
a）座椅控制：可以通过手机远程控制智能座舱的座椅系统，调整座椅的高低、前后、倾斜等参数，让驾乘者更加舒适。
a）音响控制：可以通过手机远程控制智能座舱的音响系统，调整音量、音效等参数，享受更加优质的音乐体验。
a）导航控制：可以通过手机远程控制智能座舱的导航系统，输入目的地、查看路线等，让驾乘者更加便捷地出行。
a）车辆状态监控：可以通过手机远程控制智能座舱的车辆状态监控系统，查看车辆的油量、电量、里程等参数，及时了解车辆状态。
未来智能座舱系统将通过车联网、无线通信、远程感应以及全球定位系统（如北斗或GPS）等技术，与车外的基础网联设施、联网设备和云端进行智能连接。
通过与周边环境和其他车辆的信息交互，智能座舱系统可以感知交通信号、道路条件、车外娱乐生活场景等各种信息。这些信息可以用于提供更精准的碰撞预警、道路规划和行驶决策应用，以增强驾驶员的安全性和驾驶体验。
此外，智能座舱系统还能与其他车辆进行信息共享和协同，形成车辆间的协同感知和决策。通过共享实时数据和信息，智能座舱系统可以协同其他车辆，共同应对交通拥堵、交叉路口安全、道路施工等情况，提高交通流畅性和安全性。
这种智能连接的实现离不开车载传感器、通信模块和云端平台的支持。车载传感器用于感知车辆周围的环境和行车状态，通信模块用于与外部设备和云端进行数据交换，云端平台用于存储和分析海量数据，并提供智能决策和服务。
综上所述，通过与车外基础网联设施、联网设备和云端的智能连接，智能座舱系统可以实现信息共享、协同决策和高效驾驶，为自动驾驶感知层和决策层提供有力支持，推动高级别自动驾驶的实现。这将提升行车安全性、驾驶便利性和乘客舒适性，并带来更加智能化和高效的未来交通系统。
智能座舱系统将通过人机交互创新、多模态显示与感知、个性化定制、数据安全和隐私保护、车联网云服务整合，以及增强安全和驾驶辅助功能等方面的发展，不断提升驾乘体验，为用户带来更加智能化、舒适化和安全化的汽车座舱环境，并为未来的交通出行带来更多便利和安全性。
随着人工智能、语音识别和自然语言处理技术的不断进步，智能座舱系统将更加注重人机交互方式的创新。驾驶员和乘客可以通过语音指令、手势控制、触摸屏、虚拟助手等多种方式与座舱系统进行交互，使驾驶员与座舱系统之间的交互更加自然和便捷，提升驾驶乐趣和操作便捷性。
智能座舱系统将采用多种信息显示和感知技术，例如AR-HUD、曲面显示屏等，以提供更丰富、直观和个性化的信息展示方式。此外，智能座舱系统还将整合车辆的传感器数据和外部环境信息，实现更精准的环境感知和驾驶辅助功能。
智能座舱系统将更加注重个性化定制和智能场景适应能力。驾驶员和乘客可以根据自己的偏好和需求，对座舱系统进行个性化配置，例如座椅调节、音频设置、温度控制等。同时，座舱系统可以通过学习和分析用户的行为和习惯，主动适应不同的驾驶场景和需求，提供更贴合用户需求的服务和体验。
随着智能座舱系统的发展，数据安全和隐私保护将成为重要的关注点。智能座舱系统将采取严格的数据安全措施，包括数据加密、身份认证、访问控制等，以保护驾驶员和乘客的数据安全。同时，智能座舱系统也需要遵守严格的隐私保护法规，对驾驶员和乘客的个人隐私进行有效保护。
智能座舱系统将与车联网和云服务紧密结合，实现车辆和外部世界的无缝连接。通过车联网技术，座舱系统可以实现远程控制、远程诊断、远程升级等功能，为用户提供更便捷的车辆管理和使用体验。同时，通过云服务的整合，座舱可以获取实时的交通数据、路况信息和智能导航服务，并与其他车辆进行信息交换和协同驾驶，此外，座舱还可以通过云端连接进行软件更新和功能扩展，使座舱系统保持最新的功能和技术。
智能座舱系统将继续提升安全性能和驾驶辅助功能。通过与车辆的传感器和控制系统的整合，座舱系统可以提供主动安全功能，例如预警、自动刹车、车道保持等。同时，座舱系统还可以通过分析驾驶员行为和生理指标，实时监测驾驶员的疲劳、注意力和情绪状态，并提供相应的警示和提醒。
[1] 亿欧智库.2021中国汽车座舱智能化发展市场需求研究报告[N].2022,01.
本书由吴冬升、李大成担任主编，机械工业出版社出版。书中在分析智慧城市重点建设内容和智能网联汽车重点发展内容基础上，进一步探讨智慧城市与智能网联汽车融合发展带来的车联网智能道路基础设施、新型能源基础设施、地理位置网、现代信息通信网、车城网平台建设和发展情况。并且介绍智慧城市与智能网联汽车融合创新发展的相关案例。了解详情请点击：【新书推荐】《智慧城市与智能网联汽车，融合创新发展之路》
「5G行业应用」是聚集TMT行业资深专家的研究咨询平台，致力于在5G时代为企业和个人提供客观、深入和极具商业价值的市场研究和咨询服务，帮助企业利用5G实现战略转型和业务重构，专注提供5G行业最新动态及深度分析，覆盖通信、媒体、金融、汽车、交通、工业等领域。
