作者 | 天堂硅谷信息技術事業部 孫濟洲
汽車行業歷經百年，歐、美、日車企和供應商已經牢牢占據汽車市場的關鍵位置。然而在今天，電動化、智能化為汽車行業帶來了巨大的變革，也給了中國新生企業一個前所未有的機遇，得以加入到汽車產業鏈的競爭中。自動駕駛和高級駕駛輔助系統便是這個變革中最重要的環節之一。本文分上下兩部分和大家探討高級駕駛輔助系統，上部關于高級駕駛輔助系統在自動駕駛中的定位，分析商業化的發展趨勢和可能性。下部簡要介紹高級駕駛輔助系統軟件和硬件的構成要素。
01
高級駕駛輔助系統（ADAS）介紹
高級駕駛輔助系統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境并收集數據，系統對動、靜態交通參與者的掃描數據進行識別和處理后，提示駕駛員路面的情況或危險，也可基于感知數據完成部分輔助駕駛功能。從而提高駕駛舒適性與安全性，減少交通事故出現的可能性。
隨著智能駕駛的開展，很多輔助功能在不斷優化改進，并逐漸開放新的智能駕駛功能給終端用戶，高級駕駛輔助系統和自動駕駛的界限逐漸模糊，行業中更多討論具體實現了何種功能。典型的ADAS功能如下列表所示（不限于以下內容）：
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，車輛的駕駛完全依靠人類駕駛員，系統不能持續執行動態駕駛任務中的車輛橫向或縱向運動控制。但是系統可以通過系統給駕駛員預警提醒，比如前向碰撞預警(FCW)和車道偏離預警(LDW)。
★ L1-部分駕駛輔助
L1級的自動駕駛技術，一般可以解放雙腳，部分功能很多年前就已經出現在乘用車上，在這種級別的自動駕駛技術支持下，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級是目前大多數主打智能化乘用車新車型所搭載的自動駕駛系統，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警剎車等功能。
★ L3-有條件自動駕駛
L3級別自動駕駛下，系統在其設計運行條件內持續地執行全部動態駕駛任務，駕駛員可以不用實時關注道路情況，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幾乎已經能夠替代駕駛員了，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境，不能在暴雨、大雪等極端環境下自動駕駛。
★ 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完全替代人類駕駛員，車輛不需要設置駕駛員位，不限定行駛的道路和環境。
圖片來源：marketwatch.com
現階段部分自動駕駛功能推送較激進的車企，發布的宣稱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，基本上屬于研發中的L3級別。總的來說量產乘用車廠商還在落地高級駕駛輔助系統階段（L2+級別及以下自動駕駛）。
國內對智能網聯和自動駕駛的規劃和期許也在不斷根據技術落地進度調整和細化，2020年世界智能網聯汽車大會上，《智能網聯汽車技術路線圖2.0》正式發布，將智能網聯發展分為三個階段：
◆ 發展期2020-2025年：到2025年PA(部分自動駕駛)、CA(有條件自動駕駛)級智能網聯汽車市場份額超過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）級智能網線汽車在高速公路廣泛應用，在部分城市道路規模化應用。
◆ 成熟期2031-2035年：2035年以后FA（L5）級自動駕駛，各類網聯式高度自動駕駛車輛廣泛應用于中國廣大地區。
02
汽車電子電氣架構發展趨勢
◎ 變革需求與新架構理念
伴隨著汽車電子系統的發展，單車搭載的電子控制器（ECU）個數快速增長。單輛汽車的ECU數量平均可達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信息的交互成本，線束的成本以及車重。
當前主流分布式電子電氣架構（EEA）有各執行器中代碼重復、線束重量大、線束裝配人工依賴強、執行器無法遠程升級、信號傳輸帶寬低、執行器間交互邏輯復雜度高、無法整車數據交互等缺點。為了解決這些問題，新的汽車電子電氣架構思想應運而生，主要表現在車輛軟件架構升級、硬件架構升級和通訊架構升級。
下圖為電子電氣架構進化示意圖，圖中說明了模塊化架構、集成化、中心化乃至云端計算架構的變化趨勢。在這個趨勢中，大多數線控執行器的計算和業務邏輯處理都被整合到更少的計算單元中，執行器中的計算芯片只進行最簡單的執行功能相關的計算。在此架構下，汽車內的軟硬件解耦，硬件平臺上部署屬于本域的控制器負責的多個軟件模塊，可實現軟件和固件的在線升級，操作系統可移植，傳感器采集數據信息的重復利用，有效減少重復計算。
域控制概念是集成化的最初實現方式，域控就是將整車劃歸為不同的區，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，從而降低控制器數量和整車網絡拓撲復雜度。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的發展，整車架構可能向中央計算單元發展。
◎ 硬件架構升級
由分布式 ECU向集中化域控制器（DCU）或中央計算平臺方向發展。其主要好處在于：
1. 整車數據交互，實現整車功能協同：自動駕駛不僅需要多類型多傳感器共同感知外部環境，還需要對車內部各運行數據進行實時監控，綜合各部分信息做出執行決策。傳統的分布式架構難以實現實時各部分數據交互，因此需要集中式的控制器或中央計算平臺進行數據統一處理和決策。
2. 算力利用率更高：分布式ECU芯片在設計時按照執行器所承擔計算任務設計并留有余量，在實際運行過程中算力有效利用率較低。分布式ECU會導致大量芯片在多數時間處于空閑狀態而未充分利用，采用集中式計算方案，可以統籌設計符合要求，且保留余量的總算力。
3. 縮短線束，減輕重量，節省成本：采用分布式架構，線束總長、整車質量隨ECU數量增加，線束錯綜復雜容易導致互相電磁干擾，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，減輕整車質量并減少裝配成本。
◎ 軟件架構升級
軟硬件解耦，實現軟件定義汽車，其主要好處在于：
1. 可實現軟件和固件的遠程空中升級、不依賴硬件平臺、操作系統可移植。為了應對車輛智能化和安全升級的需要，傳統汽車嵌入式軟件內容越來越復雜，軟件和硬件高度耦合導致無法進行遠程升級。軟硬件解耦，轉向、剎車等執行器只負責執行，軟件端可以隨著功能增加和改進不斷升級。
2. 采集數據信息可重復利用有效減少硬件需求量。若未實現軟硬件解耦，部分情況下增加一個應用功能則需要單獨增加一套軟硬件，采集的數據信息僅一個應用功能可以使用，解耦后可實現多個模塊應用共享系統內數據，有效減少硬件數量。
◎ 通訊架構升級
隨著傳感器數據和車內數據量的快速增長，傳統CAN總線網絡地址數量和帶寬無法滿足需求。車內通訊架構從傳統LIN/CAN總線網絡升級為CAN總線網絡+車載以太網，從而滿足車內數據的高速傳輸。下圖為初級改進EEA設計思路，我們可以看到底層ECU通過CAN總線連接到區域網關，相機通過高速線纜傳輸到區域網關，同時還有部分傳感器數據傳輸到附近ECU或區域網關。最后幾個區域網關數據通過車載以太網匯總到中央計算單元。這樣，不需要像傳統方式一樣把所有ECU、傳感器等都連接到一個CAN總線網絡內。由此可大幅度減少線束長度，和車內節點拓步結構的復雜度。最終車載以太網將成為整車通訊網絡的主干網。
03
智能駕駛產品形態與供應商關系變化趨勢
從當前各家企業實現自動駕駛路線來看，分為兩條研發及規模商業化落地路徑：
1. 直接自動駕駛路線：以谷歌Waymo、小馬執行Pony.ai、百度Apollo為代表的公司，商業模式為直接研發并實現開放道路L4級別自動駕駛，如提供RoboTaxi和RoboBus運營服務。直接自動駕駛路線整體處于技術探索階段，行業估計L4級別開放道路自動駕駛規模化商業落地將在2030年以后。直接自動駕駛路線可能因為研發難度大、落地時間長以及中間成果變現難等問題，需要企業耐得住寂寞，肯打持久戰，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模都還有很大的不確定性。
2. 漸進式自動駕駛路線：技術研發開展沿著自動駕駛技術等級逐級落地，優先滿足整車智能化升級和主動安全等行業與市場更迫切的需求，在此基礎上逐漸實現更高級別自動駕駛。該路線每級成果都可進行商業化落地，并為企業賺取相應收入，當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的范疇內。此線路缺點是很多低級別自動駕駛技術無法通過優化完善升級到高級別自動駕駛，系統架構也需要重新設計以滿足L4及以上級別自動駕駛系統的設計要求。因此企業的資源和精力部分消耗在商業化低級別自動駕駛上，或減緩其實現L4、L5自動駕駛的進度。
基于汽車電子電氣架構的發展趨勢，車載自動駕駛產品形態將發生對應的變化。
1. 現有形態：以Mobileye產品為例，EQ3產品由ADAS攝像頭、計算芯片及相關視覺算法軟件組成，對外輸出視覺檢測結果，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系統集成商Tier1，集成商利用視覺信息融合毫米波雷達數據得到感知結果，進行規劃和對車輛的控制，完成高級輔助駕駛的功能，并集成為一個ADAS配件交給OEM。這種形態下，視覺感知配件、雷達、規劃控制計算芯片分別在自己的計算芯片上完成相關計算并輸出結果。可以看到，以初級ADAS產品為例，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。當前ADAS集成商、視覺感知供應商、毫米波雷達供應商會分別研發自己的硬件和軟件，最終由OEM裝車。
2. 長期形態：因為整車電子電氣架構的進化，相機、雷達數據以后都會初步處理后發送給智能駕駛域控制器（DCU）或中央計算單元，在該計算單元統一進行視覺圖像處理、障礙物識別、雷達數據處理、雷達障礙物識別、多傳感器融合、速度路徑規劃、底盤控制等一系列計算。由此車廠或集成商會負責整個和自動駕駛相關的硬件和通訊方案，統一調配使用傳感器和計算單元，最后由各家供應商提供相應的模塊算法。
3. 當前階段和發展展望：因為絕大多數傳統車企已發布的整車開發還沒有按新的電子電氣架構設計，大多直接獲取Tier1集成商產品，在自己車型上適配驗證。部分新造車勢力已經開始主動集成自動駕駛功能，開發平臺。因為智能硬件性能同質化變強，價格不斷下降的趨勢，長期發展OEM傾向自建軟硬件平臺，完成部分軟件開發工作，并選擇算法供應商提供的技術壁壘較高的算法模塊產品。因此現階段供應商是軟硬件一體產品，長期將更多提供算法產品和服務。
當前算法公司需要主機廠開放應用場景和數據入口來迭代算法，主機廠需要優秀供應商輸出技術共同定義新架構、共同成長，以此形成新聯盟，主機廠供應商合作關系逐漸重構。此外部分OEM選擇自研全棧自動駕駛能力，如Tesla、NIO和小鵬。
傳統汽車產業鏈由OEM主導，各級供應商長期合作綁定緊密。傳統一級供應商根據整車廠不同車型的設計要求，定制生產軟硬件一體的執行器等配件產品，核心二級零部件來自于其長期合作的二級供應商。因每款車型的總體電子電氣架構各不相同，各級零部件特別是在軟件接口標準協議各異，導致需要大量的重復開發設計，部分零部件甚至出現軟硬件并不兼容，因此各級供應商“綁定”合作關系特別突出。
新電子電氣架構下OEM傾向以直接集成二級供應商的產品，部分一級供應商角色被替代或者形成集成平臺式供應商。新的供應關系如果形成，綁定關系依然穩固。智能硬件依然可保有較高行業門檻。
04
ADAS相關法規政策
各國政府積極布局，政策推動行業發展。法規驅動商用車市場增長，乘用車ADAS迅速發展。
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；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警(FCW)。
部分信息來自：中信證券“智能網聯”系列
以歐洲為例，為保證道路交通安全、減少事故發生的機率，2021年歐盟最新的主動安全星級評級規劃加強了汽車安全配置計劃思路，加速高級駕駛輔助系統在新車中的應用。
歐盟新車安全評鑒協會研究確定的Euro NCAP 整體星級評級中不斷擴充安全技術性能測試，加速高級駕駛輔助系統產品技術導入市場。
資料來源：歐盟新車安全評鑒會，頭豹研究院
國內商用車法規方面，作為一種生產工具，商用車更多扮演的是生產資料運輸的角色。同時，這也意味著更長的駕駛旅程、更艱巨的運輸任務以及更高的駕駛風險。這種風險的承擔者不僅包括司機，還包括所有的道路交通參與者。根據世界衛生組織的統計，中國每年交通事故高達 50 萬起，因交通事故死亡人數年均超過 10 萬人，已經連續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，其責任道路交通事故造成死亡的卻近總數的一半。
ADAS技術可以大幅提高商用車安全系數，國家相繼出臺相關政策，在安全方面對商用車行業提出了具體要求。下面表格列出了法規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標準
國內乘用車法規方面，2020年2月，中國國家發展改革委、科技部、工信部等11部委聯合印發《智能汽車創新發展戰略》，提出到2025年，國標準智能汽車的技術創新、產業生態、基礎設施、法規標準、產品監管和網絡安全體系基本形成。同時，實現有條件自動駕駛的智能汽車達到規模化生產，實現高度自動駕駛的智能汽車在特定環境下市場化應用。
中國汽車技術研究中心在深入研究與分析海外新車評估項目測試(NCAP)的基礎上，結合中國汽車標準法規、道路交通實際情況與車型特征，并在廣泛與國際權威組織進行技術交流與實際試驗后確定了C-NCAP的試驗與評分規則。與中國汽車標準法規相比，C-NCAP對試驗假人及傳感器的標定、測試設備、試驗環境條件、試驗車輛狀態調整和試驗過程控制的規定均更為嚴謹和苛刻，已達到國際水平。
資料來源：中國汽車技術研究中心
05
行業機會
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，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鏈一個彎道超車機會，傳統OEM轉型慢，整車開發周期長，切入智能車領域時，部分供應商已經有了較強競爭力。因此國內供應商有機會和新車型一同成長，打破被外資供應商壟斷的局面。
中美發展和貿易脫鉤的趨勢下，很多國內車企開始尋求國產化替代，新興零部件更是首選國內供應商，這給了具備實力的國內供應商很大的市場空間。
綜上，自主品牌崛起、汽車新四化，以及國產替代，都給了國產供應商巨大空間和機遇。
商用車領域在法規驅動下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警和自動緊急制動。性價比更高、響應速度更快，開放性更強的國內供應商借此相繼切入前裝量產市場，共享法規驅動下商用車ADAS高速滲透的紅利。
以上是關于高級駕駛輔助系統商業化的發展趨勢和可能性的探討，下半部分將和大家談談高級駕駛輔助系統軟件和硬件的構成要素，敬請期待。
