作者 | 天堂硅谷信息技術(shù)事業(yè)部 孫濟洲
汽車行業(yè)歷經(jīng)百年，歐、美、日車企和供應(yīng)商已經(jīng)牢牢占據(jù)汽車市場的關(guān)鍵位置。然而在今天，電動化、智能化為汽車行業(yè)帶來了巨大的變革，也給了中國新生企業(yè)一個前所未有的機遇，得以加入到汽車產(chǎn)業(yè)鏈的競爭中。自動駕駛和高級駕駛輔助系統(tǒng)便是這個變革中最重要的環(huán)節(jié)之一。本文分上下兩部分和大家探討高級駕駛輔助系統(tǒng)，上部關(guān)于高級駕駛輔助系統(tǒng)在自動駕駛中的定位，分析商業(yè)化的發(fā)展趨勢和可能性。下部簡要介紹高級駕駛輔助系統(tǒng)軟件和硬件的構(gòu)成要素。
01
高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）介紹
高級駕駛輔助系統(tǒng)可使用安裝在汽車上的攝像頭、毫米波雷達、超聲波雷達等傳感器來感知車身周圍的環(huán)境并收集數(shù)據(jù)，系統(tǒng)對動、靜態(tài)交通參與者的掃描數(shù)據(jù)進行識別和處理后，提示駕駛員路面的情況或危險，也可基于感知數(shù)據(jù)完成部分輔助駕駛功能。從而提高駕駛舒適性與安全性，減少交通事故出現(xiàn)的可能性。
隨著智能駕駛的開展，很多輔助功能在不斷優(yōu)化改進，并逐漸開放新的智能駕駛功能給終端用戶，高級駕駛輔助系統(tǒng)和自動駕駛的界限逐漸模糊，行業(yè)中更多討論具體實現(xiàn)了何種功能。典型的ADAS功能如下列表所示（不限于以下內(nèi)容）：
國際較普遍的將自動駕駛等級劃分如下，ADAS功能大多集中在L2+及以下級別：
★ L0-無自動化
L0級無自動化技術(shù)，車輛的駕駛完全依靠人類駕駛員，系統(tǒng)不能持續(xù)執(zhí)行動態(tài)駕駛?cè)蝿?wù)中的車輛橫向或縱向運動控制。但是系統(tǒng)可以通過系統(tǒng)給駕駛員預(yù)警提醒，比如前向碰撞預(yù)警(FCW)和車道偏離預(yù)警(LDW)。
★ L1-部分駕駛輔助
L1級的自動駕駛技術(shù)，一般可以解放雙腳，部分功能很多年前就已經(jīng)出現(xiàn)在乘用車上，在這種級別的自動駕駛技術(shù)支持下，方向仍由駕駛員控制，但車輛會具備一些簡單初級的駕駛輔助功能，比如常見的自適應(yīng)巡航(ACC)，自動緊急剎車(AEB)。
★ L2-組合駕駛輔助
L2級是目前大多數(shù)主打智能化乘用車新車型所搭載的自動駕駛系統(tǒng)，需要駕駛員時刻注意路面情況下有條件的解放雙手，在這種級別的自動駕駛技術(shù)下，車輛將會具備許多自動駕駛的雛形功能，但駕駛員仍然需要主導(dǎo)車輛的行駛，這一級別的自動駕駛一般具備高速車道保持巡航、擁堵時的自動輔助駕駛，自動泊車和自動危險預(yù)警剎車等功能。
★ L3-有條件自動駕駛
L3級別自動駕駛下，系統(tǒng)在其設(shè)計運行條件內(nèi)持續(xù)地執(zhí)行全部動態(tài)駕駛?cè)蝿?wù)，駕駛員可以不用實時關(guān)注道路情況，但是需要在車輛提示無法處理路況時接管車輛繼續(xù)駕駛，該級別駕駛員參與程度明顯降低。高速公路自動駕駛屬于L3級別功能。
★ L4-高度自動駕駛
L4級別，車輛的自動駕駛系統(tǒng)幾乎已經(jīng)能夠替代駕駛員了，由車輛完成所有駕駛操作，人類駕駛員不需集中注意力，但限定道路和駕駛環(huán)境，不能在暴雨、大雪等極端環(huán)境下自動駕駛。
★ L5-完全自動駕駛
L5下車輛完全的自動化，車輛的自動駕駛系統(tǒng)完全替代人類駕駛員，車輛不需要設(shè)置駕駛員位，不限定行駛的道路和環(huán)境。
圖片來源：marketwatch.com
現(xiàn)階段部分自動駕駛功能推送較激進的車企，發(fā)布的宣稱L3級別自動駕駛，仍需要駕駛員時刻注意路面情況并隨時準備接管，基本上屬于研發(fā)中的L3級別。總的來說量產(chǎn)乘用車廠商還在落地高級駕駛輔助系統(tǒng)階段（L2+級別及以下自動駕駛）。
國內(nèi)對智能網(wǎng)聯(lián)和自動駕駛的規(guī)劃和期許也在不斷根據(jù)技術(shù)落地進度調(diào)整和細化，2020年世界智能網(wǎng)聯(lián)汽車大會上，《智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)路線圖2.0》正式發(fā)布，將智能網(wǎng)聯(lián)發(fā)展分為三個階段：
◆ 發(fā)展期2020-2025年：到2025年P(guān)A(部分自動駕駛)、CA(有條件自動駕駛)級智能網(wǎng)聯(lián)汽車市場份額超過50%，C-V2X終端的新車裝配率將達到50%。
◆ 推廣期2026-2030年：到2030年L2級和L3級新車超過70%，2030年左右HA（L4）級智能網(wǎng)線汽車在高速公路廣泛應(yīng)用，在部分城市道路規(guī)?；瘧?yīng)用。
◆ 成熟期2031-2035年：2035年以后FA（L5）級自動駕駛，各類網(wǎng)聯(lián)式高度自動駕駛車輛廣泛應(yīng)用于中國廣大地區(qū)。
02
汽車電子電氣架構(gòu)發(fā)展趨勢
◎ 變革需求與新架構(gòu)理念
伴隨著汽車電子系統(tǒng)的發(fā)展，單車搭載的電子控制器（ECU）個數(shù)快速增長。單輛汽車的ECU數(shù)量平均可達40個，高端車型超過100個，軟件代碼或超過1億行，相關(guān)線束長度超過6km，搭載重量超過70kg。電子化帶來ECU快速增長的同時也增加了車內(nèi)信息的交互成本，線束的成本以及車重。
當(dāng)前主流分布式電子電氣架構(gòu)（EEA）有各執(zhí)行器中代碼重復(fù)、線束重量大、線束裝配人工依賴強、執(zhí)行器無法遠程升級、信號傳輸帶寬低、執(zhí)行器間交互邏輯復(fù)雜度高、無法整車數(shù)據(jù)交互等缺點。為了解決這些問題，新的汽車電子電氣架構(gòu)思想應(yīng)運而生，主要表現(xiàn)在車輛軟件架構(gòu)升級、硬件架構(gòu)升級和通訊架構(gòu)升級。
下圖為電子電氣架構(gòu)進化示意圖，圖中說明了模塊化架構(gòu)、集成化、中心化乃至云端計算架構(gòu)的變化趨勢。在這個趨勢中，大多數(shù)線控執(zhí)行器的計算和業(yè)務(wù)邏輯處理都被整合到更少的計算單元中，執(zhí)行器中的計算芯片只進行最簡單的執(zhí)行功能相關(guān)的計算。在此架構(gòu)下，汽車內(nèi)的軟硬件解耦，硬件平臺上部署屬于本域的控制器負責(zé)的多個軟件模塊，可實現(xiàn)軟件和固件的在線升級，操作系統(tǒng)可移植，傳感器采集數(shù)據(jù)信息的重復(fù)利用，有效減少重復(fù)計算。
域控制概念是集成化的最初實現(xiàn)方式，域控就是將整車劃歸為不同的區(qū)，如動力域、左右車身域、底盤域、娛樂域等，每個域由一個控制器來處理所在域的計算，從而降低控制器數(shù)量和整車網(wǎng)絡(luò)拓撲復(fù)雜度。將來隨著功能的進一步整合，硬件計算能力的進一步提升以及先進傳感器等技術(shù)的發(fā)展，整車架構(gòu)可能向中央計算單元發(fā)展。
◎ 硬件架構(gòu)升級
由分布式 ECU向集中化域控制器（DCU）或中央計算平臺方向發(fā)展。其主要好處在于：
1. 整車數(shù)據(jù)交互，實現(xiàn)整車功能協(xié)同：自動駕駛不僅需要多類型多傳感器共同感知外部環(huán)境，還需要對車內(nèi)部各運行數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)控，綜合各部分信息做出執(zhí)行決策。傳統(tǒng)的分布式架構(gòu)難以實現(xiàn)實時各部分數(shù)據(jù)交互，因此需要集中式的控制器或中央計算平臺進行數(shù)據(jù)統(tǒng)一處理和決策。
2. 算力利用率更高：分布式ECU芯片在設(shè)計時按照執(zhí)行器所承擔(dān)計算任務(wù)設(shè)計并留有余量，在實際運行過程中算力有效利用率較低。分布式ECU會導(dǎo)致大量芯片在多數(shù)時間處于空閑狀態(tài)而未充分利用，采用集中式計算方案，可以統(tǒng)籌設(shè)計符合要求，且保留余量的總算力。
3. 縮短線束，減輕重量，節(jié)省成本：采用分布式架構(gòu)，線束總長、整車質(zhì)量隨ECU數(shù)量增加，線束錯綜復(fù)雜容易導(dǎo)致互相電磁干擾，故障率提升。集中化的控制器和中央計算平臺的方式可減少線束長度，減輕整車質(zhì)量并減少裝配成本。
◎ 軟件架構(gòu)升級
軟硬件解耦，實現(xiàn)軟件定義汽車，其主要好處在于：
1. 可實現(xiàn)軟件和固件的遠程空中升級、不依賴硬件平臺、操作系統(tǒng)可移植。為了應(yīng)對車輛智能化和安全升級的需要，傳統(tǒng)汽車嵌入式軟件內(nèi)容越來越復(fù)雜，軟件和硬件高度耦合導(dǎo)致無法進行遠程升級。軟硬件解耦，轉(zhuǎn)向、剎車等執(zhí)行器只負責(zé)執(zhí)行，軟件端可以隨著功能增加和改進不斷升級。
2. 采集數(shù)據(jù)信息可重復(fù)利用有效減少硬件需求量。若未實現(xiàn)軟硬件解耦，部分情況下增加一個應(yīng)用功能則需要單獨增加一套軟硬件，采集的數(shù)據(jù)信息僅一個應(yīng)用功能可以使用，解耦后可實現(xiàn)多個模塊應(yīng)用共享系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)，有效減少硬件數(shù)量。
◎ 通訊架構(gòu)升級
隨著傳感器數(shù)據(jù)和車內(nèi)數(shù)據(jù)量的快速增長，傳統(tǒng)CAN總線網(wǎng)絡(luò)地址數(shù)量和帶寬無法滿足需求。車內(nèi)通訊架構(gòu)從傳統(tǒng)LIN/CAN總線網(wǎng)絡(luò)升級為CAN總線網(wǎng)絡(luò)+車載以太網(wǎng)，從而滿足車內(nèi)數(shù)據(jù)的高速傳輸。下圖為初級改進EEA設(shè)計思路，我們可以看到底層ECU通過CAN總線連接到區(qū)域網(wǎng)關(guān)，相機通過高速線纜傳輸?shù)絽^(qū)域網(wǎng)關(guān)，同時還有部分傳感器數(shù)據(jù)傳輸?shù)礁浇麰CU或區(qū)域網(wǎng)關(guān)。最后幾個區(qū)域網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)通過車載以太網(wǎng)匯總到中央計算單元。這樣，不需要像傳統(tǒng)方式一樣把所有ECU、傳感器等都連接到一個CAN總線網(wǎng)絡(luò)內(nèi)。由此可大幅度減少線束長度，和車內(nèi)節(jié)點拓步結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度。最終車載以太網(wǎng)將成為整車通訊網(wǎng)絡(luò)的主干網(wǎng)。
03
智能駕駛產(chǎn)品形態(tài)與供應(yīng)商關(guān)系變化趨勢
從當(dāng)前各家企業(yè)實現(xiàn)自動駕駛路線來看，分為兩條研發(fā)及規(guī)模商業(yè)化落地路徑：
1. 直接自動駕駛路線：以谷歌Waymo、小馬執(zhí)行Pony.ai、百度Apollo為代表的公司，商業(yè)模式為直接研發(fā)并實現(xiàn)開放道路L4級別自動駕駛，如提供RoboTaxi和RoboBus運營服務(wù)。直接自動駕駛路線整體處于技術(shù)探索階段，行業(yè)估計L4級別開放道路自動駕駛規(guī)?；虡I(yè)落地將在2030年以后。直接自動駕駛路線可能因為研發(fā)難度大、落地時間長以及中間成果變現(xiàn)難等問題，需要企業(yè)耐得住寂寞，肯打持久戰(zhàn)，最終奪得賽道桂冠。同時這個過程也是對資本陪伴的考驗，該賽道對于投入的時間和規(guī)模都還有很大的不確定性。
2. 漸進式自動駕駛路線：技術(shù)研發(fā)開展沿著自動駕駛技術(shù)等級逐級落地，優(yōu)先滿足整車智能化升級和主動安全等行業(yè)與市場更迫切的需求，在此基礎(chǔ)上逐漸實現(xiàn)更高級別自動駕駛。該路線每級成果都可進行商業(yè)化落地，并為企業(yè)賺取相應(yīng)收入，當(dāng)前主要提高滲透率的自動駕駛功能大多在高級駕駛輔助系統(tǒng)的范疇內(nèi)。此線路缺點是很多低級別自動駕駛技術(shù)無法通過優(yōu)化完善升級到高級別自動駕駛，系統(tǒng)架構(gòu)也需要重新設(shè)計以滿足L4及以上級別自動駕駛系統(tǒng)的設(shè)計要求。因此企業(yè)的資源和精力部分消耗在商業(yè)化低級別自動駕駛上，或減緩其實現(xiàn)L4、L5自動駕駛的進度。
基于汽車電子電氣架構(gòu)的發(fā)展趨勢，車載自動駕駛產(chǎn)品形態(tài)將發(fā)生對應(yīng)的變化。
1. 現(xiàn)有形態(tài)：以Mobileye產(chǎn)品為例，EQ3產(chǎn)品由ADAS攝像頭、計算芯片及相關(guān)視覺算法軟件組成，對外輸出視覺檢測結(jié)果，包括道路參與者車輛、行人、自行車等目標的分類、位姿、速度等信息。視覺配件提供給ADAS系統(tǒng)集成商Tier1，集成商利用視覺信息融合毫米波雷達數(shù)據(jù)得到感知結(jié)果，進行規(guī)劃和對車輛的控制，完成高級輔助駕駛的功能，并集成為一個ADAS配件交給OEM。這種形態(tài)下，視覺感知配件、雷達、規(guī)劃控制計算芯片分別在自己的計算芯片上完成相關(guān)計算并輸出結(jié)果。可以看到，以初級ADAS產(chǎn)品為例，里面就包含了至少視覺芯片、雷達芯片、歸控計算芯片三個部分。當(dāng)前ADAS集成商、視覺感知供應(yīng)商、毫米波雷達供應(yīng)商會分別研發(fā)自己的硬件和軟件，最終由OEM裝車。
2. 長期形態(tài)：因為整車電子電氣架構(gòu)的進化，相機、雷達數(shù)據(jù)以后都會初步處理后發(fā)送給智能駕駛域控制器（DCU）或中央計算單元，在該計算單元統(tǒng)一進行視覺圖像處理、障礙物識別、雷達數(shù)據(jù)處理、雷達障礙物識別、多傳感器融合、速度路徑規(guī)劃、底盤控制等一系列計算。由此車廠或集成商會負責(zé)整個和自動駕駛相關(guān)的硬件和通訊方案，統(tǒng)一調(diào)配使用傳感器和計算單元，最后由各家供應(yīng)商提供相應(yīng)的模塊算法。
3. 當(dāng)前階段和發(fā)展展望：因為絕大多數(shù)傳統(tǒng)車企已發(fā)布的整車開發(fā)還沒有按新的電子電氣架構(gòu)設(shè)計，大多直接獲取Tier1集成商產(chǎn)品，在自己車型上適配驗證。部分新造車勢力已經(jīng)開始主動集成自動駕駛功能，開發(fā)平臺。因為智能硬件性能同質(zhì)化變強，價格不斷下降的趨勢，長期發(fā)展OEM傾向自建軟硬件平臺，完成部分軟件開發(fā)工作，并選擇算法供應(yīng)商提供的技術(shù)壁壘較高的算法模塊產(chǎn)品。因此現(xiàn)階段供應(yīng)商是軟硬件一體產(chǎn)品，長期將更多提供算法產(chǎn)品和服務(wù)。
當(dāng)前算法公司需要主機廠開放應(yīng)用場景和數(shù)據(jù)入口來迭代算法，主機廠需要優(yōu)秀供應(yīng)商輸出技術(shù)共同定義新架構(gòu)、共同成長，以此形成新聯(lián)盟，主機廠供應(yīng)商合作關(guān)系逐漸重構(gòu)。此外部分OEM選擇自研全棧自動駕駛能力，如Tesla、NIO和小鵬。
傳統(tǒng)汽車產(chǎn)業(yè)鏈由OEM主導(dǎo)，各級供應(yīng)商長期合作綁定緊密。傳統(tǒng)一級供應(yīng)商根據(jù)整車廠不同車型的設(shè)計要求，定制生產(chǎn)軟硬件一體的執(zhí)行器等配件產(chǎn)品，核心二級零部件來自于其長期合作的二級供應(yīng)商。因每款車型的總體電子電氣架構(gòu)各不相同，各級零部件特別是在軟件接口標準協(xié)議各異，導(dǎo)致需要大量的重復(fù)開發(fā)設(shè)計，部分零部件甚至出現(xiàn)軟硬件并不兼容，因此各級供應(yīng)商“綁定”合作關(guān)系特別突出。
新電子電氣架構(gòu)下OEM傾向以直接集成二級供應(yīng)商的產(chǎn)品，部分一級供應(yīng)商角色被替代或者形成集成平臺式供應(yīng)商。新的供應(yīng)關(guān)系如果形成，綁定關(guān)系依然穩(wěn)固。智能硬件依然可保有較高行業(yè)門檻。
04
ADAS相關(guān)法規(guī)政策
各國政府積極布局，政策推動行業(yè)發(fā)展。法規(guī)驅(qū)動商用車市場增長，乘用車ADAS迅速發(fā)展。
國外政策方面，各國政府均出臺了多項利好政策，ADAS有望快速發(fā)展。美國自2015年起強制要求一般車輛與商用車輛安裝倒車顯示，自2018年起五星安全標準車輛必須配置自動緊急制動AEB；歐洲在2015年起強制所有新車安裝車道偏離預(yù)警(LDW)，2016年起AEB需具備防止與行人碰撞能力，2017年起4星評級車輛需具備主動安全系統(tǒng)；日本自2016年起強制新車安裝AEB，2017年11月起要求所有新車必須安裝前向碰撞預(yù)警(FCW)。
部分信息來自：中信證券“智能網(wǎng)聯(lián)”系列
以歐洲為例，為保證道路交通安全、減少事故發(fā)生的機率，2021年歐盟最新的主動安全星級評級規(guī)劃加強了汽車安全配置計劃思路，加速高級駕駛輔助系統(tǒng)在新車中的應(yīng)用。
歐盟新車安全評鑒協(xié)會研究確定的Euro NCAP 整體星級評級中不斷擴充安全技術(shù)性能測試，加速高級駕駛輔助系統(tǒng)產(chǎn)品技術(shù)導(dǎo)入市場。
資料來源：歐盟新車安全評鑒會，頭豹研究院
國內(nèi)商用車法規(guī)方面，作為一種生產(chǎn)工具，商用車更多扮演的是生產(chǎn)資料運輸?shù)慕巧?。同時，這也意味著更長的駕駛旅程、更艱巨的運輸任務(wù)以及更高的駕駛風(fēng)險。這種風(fēng)險的承擔(dān)者不僅包括司機，還包括所有的道路交通參與者。根據(jù)世界衛(wèi)生組織的統(tǒng)計，中國每年交通事故高達 50 萬起，因交通事故死亡人數(shù)年均超過 10 萬人，已經(jīng)連續(xù)十余年位居世界第一，其中重大交通事故多集中在商用車。以貨車為例，貨車在我國機動車保有量中只占 15% 左右，其責(zé)任道路交通事故造成死亡的卻近總數(shù)的一半。
ADAS技術(shù)可以大幅提高商用車安全系數(shù)，國家相繼出臺相關(guān)政策，在安全方面對商用車行業(yè)提出了具體要求。下面表格列出了法規(guī)對客車和重卡的強制出廠要求：
資料來源：中華人民共和國交通運輸行業(yè)標準
國內(nèi)乘用車法規(guī)方面，2020年2月，中國國家發(fā)展改革委、科技部、工信部等11部委聯(lián)合印發(fā)《智能汽車創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略》，提出到2025年，國標準智能汽車的技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)生態(tài)、基礎(chǔ)設(shè)施、法規(guī)標準、產(chǎn)品監(jiān)管和網(wǎng)絡(luò)安全體系基本形成。同時，實現(xiàn)有條件自動駕駛的智能汽車達到規(guī)?；a(chǎn)，實現(xiàn)高度自動駕駛的智能汽車在特定環(huán)境下市場化應(yīng)用。
中國汽車技術(shù)研究中心在深入研究與分析海外新車評估項目測試(NCAP)的基礎(chǔ)上，結(jié)合中國汽車標準法規(guī)、道路交通實際情況與車型特征，并在廣泛與國際權(quán)威組織進行技術(shù)交流與實際試驗后確定了C-NCAP的試驗與評分規(guī)則。與中國汽車標準法規(guī)相比，C-NCAP對試驗假人及傳感器的標定、測試設(shè)備、試驗環(huán)境條件、試驗車輛狀態(tài)調(diào)整和試驗過程控制的規(guī)定均更為嚴謹和苛刻，已達到國際水平。
資料來源：中國汽車技術(shù)研究中心
05
行業(yè)機會
過去中國主機廠商多與外資車企成立合資公司的形式存在，以市場換技術(shù)，地方保護色彩濃重。中國大陸汽車品牌多過日本、歐洲和美國，是一個汽車大國而不是強國。
如今開放競爭的大浪潮下，給了自主汽車品牌以此新的生長機會，最終中國汽車市場可能迎來新的多巨頭局面。
電動化、智能化趨勢給了新興汽車供應(yīng)鏈一個彎道超車機會，傳統(tǒng)OEM轉(zhuǎn)型慢，整車開發(fā)周期長，切入智能車領(lǐng)域時，部分供應(yīng)商已經(jīng)有了較強競爭力。因此國內(nèi)供應(yīng)商有機會和新車型一同成長，打破被外資供應(yīng)商壟斷的局面。
中美發(fā)展和貿(mào)易脫鉤的趨勢下，很多國內(nèi)車企開始尋求國產(chǎn)化替代，新興零部件更是首選國內(nèi)供應(yīng)商，這給了具備實力的國內(nèi)供應(yīng)商很大的市場空間。
綜上，自主品牌崛起、汽車新四化，以及國產(chǎn)替代，都給了國產(chǎn)供應(yīng)商巨大空間和機遇。
商用車領(lǐng)域在法規(guī)驅(qū)動下ADAS滲透率快速提高，大部分客車、重卡車型強制要求安裝雙預(yù)警和自動緊急制動。性價比更高、響應(yīng)速度更快，開放性更強的國內(nèi)供應(yīng)商借此相繼切入前裝量產(chǎn)市場，共享法規(guī)驅(qū)動下商用車ADAS高速滲透的紅利。
以上是關(guān)于高級駕駛輔助系統(tǒng)商業(yè)化的發(fā)展趨勢和可能性的探討，下半部分將和大家談?wù)劯呒夞{駛輔助系統(tǒng)軟件和硬件的構(gòu)成要素，敬請期待。
