新能源汽车16项前沿技术出炉 助力汽车科技创新

7月1日—7月3日,2019世界新能源汽车大会(WNEVC)在海南博鳌举行。首届大会以“新时代 新变革 新产业”为主题,着眼于全球汽车产业的转型升级和生态环境的持续改善。来自全球新能源汽车主要技术领域的31名知名专家学者组成科技委员会,评选出了2019年全球新能源汽车创新及前沿技术。

创新技术共八项,分别为:华为5G C-V2X车载通信技术;丰田汽车高功率密度电堆设计技术;宁德时代高比能快充锂离子电池技术;特斯拉基于SiC MOSFET的电机控制器;日产e-POWER技术:发动机发电专用、纯电机驱动;戈尔膨体聚四氟乙烯增强超薄质子交换膜技术;比亚迪汽车高效大功率轮边驱动系统关键技术;宝马eDrive电力驱动技术。

从驾驶员监控到支持 AR 的平视显示器,这里我们重点介绍在未来几年内将重塑车内体验的趋势和技术。

假设时间来到 2030 年,您正要开始旅行……

首先,通过快速的指纹扫描解锁您的汽车。当您坐在驾驶座上后,您可以通过车载语音助手设置导航路线。

前沿技术共八项,分别为:智能驾驶汽车合成孔径雷达、固态锂电池、智能网联汽车基础数据云控平台、高功率密度碳化硅车用电机驱动控制器技术、三维编织碳纤维复合材料汽车轻量化技术、燃料电池动力系统—高比功率的车用燃料电池电堆、分布式电驱动系统技术、电动汽车无线充电技术。

在旅途中,导航说明会投射在挡风玻璃的 AR 显示屏上,传感器会跟踪您的眼睛和头部运动,以监控您的疲劳程度。车上的乘客可以使用车载屏幕和 VR 耳机进行购物和玩游戏。

大会科技委员会联合主席清华大学教授、中国科学院院士欧阳明高教授发布了八项创新技术和八项前沿技术。这代表了新能源汽车创新技术和前沿技术的最新进展和前沿方向,为今后一段时间全球新能源汽车科技创新提供了重要的方向指引。

以上不只是幻想。

AI 技术、语音助手和混合现实技术的进步正在使这种对车内体验的未来构想变得越来越接近现实。 汽车制造商和零售商希望利用新的技术解决方案来优化驾驶员和乘客的车内体验。

车载技术还帮助 Uber 和 Lyft 等出行服务提供商在竞争激烈的市场中取得优势。随着乘客体验成为重中之重,共享汽车(最终将会是自动驾驶汽车)可能会演变成沉浸式娱乐的枢纽或者零售的新渠道。

在这份报告中,我们细分了最新的车载技术及其应用领域,描绘了这些技术将如何改变我们与汽车交互的未来。

编辑:蒙轩车内体验的未来

为了满足用户对车载体验的要求,在确保乘客和车辆安全的前提下,汽车制造商正在从上车、点火启动到泊车等乘车途中的各个环节进行优化。

尽管预计会出现许多颠覆性技术可能致使驾驶员被淘汰,但本报告中讨论的大多数解决方案都适用于一个共享的、自动驾驶的未来,如用于监控驾驶员的传感器和计算机视觉软件最终可以用于监视共享“机器人出租车”上的乘客。

在考虑了安全性、舒适性和便利性等因素后,我们在下文列举了汽车制造商的六个新兴热点领域。

万字长文解读重塑汽车车内体验的六大新兴科技领域

(来源:CB Insights)

一、基于生物特征的身份认证(Biometric-based authentication)

保证车辆的安全是汽车制造商的重要任务。尽管在包括美国在内的一些国家,车辆盗窃频率有所下降,但这并不意味着犯罪团伙智商也在下降;相反,犯罪团伙的手段紧跟时代的发展,正变得越来越高明。

目前美国年均汽车销售量约为 1700 万辆,其中有一半以上都搭载了无钥匙点火系统。其中一种盗车方法是,在盗车之前,部分犯罪分子会首先带着信号发射器站在靠近车辆的位置,另外还会在车主房屋的前门安装一个信号放大器。一旦信号放大器侦测到车辆密钥卡的信号就会将其放大,并转送到犯罪分子手中的发射器上。该发射器再发射出伪装的信号,如此一来,车辆便可以在没有钥匙的情况下解锁并启动,所以导致无钥匙汽车显然更容易被盗。

为了避免这种情况发生,汽车制造商正在寻找能让车辆更安全地解锁及点火启动的技术。

基于生物特征(如指纹、脸部或虹膜等)的身份认证为密钥卡提供了强大的替代方案。由于人的生物特征具有唯一性,所以这是一种可信度较高的认证方式。

尽管生物特征识别技术还处于萌芽阶段,但它已经广泛应用在了国家安全、公安、司法、金融等领域,因此在过去的几年中生物识别技术受到了广泛的关注。下图为从 2012 年 - 2019 年的关于生物识别技术的***报道的增长趋势。顺应这种发展趋势,许多 OEM(原始设备制造商)都开始尝试研发基于生物特征的身份认证。

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(来源:CB Insights)

大型汽车制造商开始测试针对车辆进入和点火启动的生物识别技术

汽车行业内几家知名的制造商都开始部署生物识别技术,以评估该技术在车辆解锁和点火启动方面的可行性。

现代汽车公司(Hyundai Motor Co.)已经将研发的指纹认证系统,首先应用在了中国 2019 年第一季度上市的现代 Santa Fe SUV 车型上。此指纹认证系统不仅可以用于解锁车辆,还能启动车辆。用户在没有钥匙的情况下,可以利用预先录入的指纹触摸门把手传感器解锁汽车。车内的启动按钮有指纹传感器,触摸该按钮就可启动汽车。与以前的基于指纹的系统不同,现代汽车的系统不需要密钥卡、智能***或无线钥匙卡。

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(来源:现代)

随着计算机视觉技术日渐成熟,并在多个行业中应用,汽车制造商和汽车业内参与者都在探索用面部识别技术来进行生物认证。

例如,保时捷就在与边缘计算初创公司 FogHorn 合作,开发配备红外摄像头的车载自动解锁系统。该系统依赖多因素身份验证,这意味着用户必须使用***或其他设备再次确认其身份。

苹果公司于 2019 年 2 月 7 日公布了一项针对车辆的生物特征安全认证系统的专利——“车辆授权制度与方法”。该技术可以提供车辆和 iPhone 之间的联动,用户使用 iPhone 则可以支持某些特定任务,比如用户可以将自己的 iPhone 作为“车钥匙”来打开车门。

探索其他生物识别指标

基于生物特征的身份验证系统的潜在风险之一是容易受到黑客攻击。此类系统依赖于易于操作的图像数据库,但是由于某些生物特征标记(如指纹)容易被伪造和复制,如果用于解锁和启动车辆,风险很高。此外,指纹对雨、雪、热和低温等条件非常敏感,所以指纹解锁并没有大规模应用于汽车。

现代汽车在新款 2019 年 Santa Fe SUV 的车门把手和点火按钮内置了电容式指纹解锁技术。此类指纹传感器使用人体电容来区分手指不同部位的电量水平。这意味着它依赖于指纹的物理形状而不是视觉印象,因此很难伪造。这不是汽车行业第一次使用指纹来启动汽车,但之前解锁技术从未被用于车辆门把手。

另一种方法是使用其他难以复制的生物特征指标。眼部扫描仪可通过虹膜或视网膜识别来认证,而虹膜识别是目前生物识别技术中最为精确的一种。美国电子公司镜泰(Gentex)已经发布了基于虹膜的身份验证系统,该公司表示这是目前最安全的生物特征身份验证形式。

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图 | Gentex 基于虹膜的驾驶员识别技术(来源:CNET)

Aerendir 提出了一套更加新颖的身份验证系统——“神经纹(Neuroprint)”,该系统使用人类神经系统作为身份验证方法,通过测量用户手部肌肉的细微颤动模式可以检测出大脑的独一无二的神经传导信号。Aerendir 表示,该种方法比传统的生物认证方法更安全。

在共享、自动驾驶世界中的生物识别技术

随着共享出行服务的兴起,Uber、Lyft 和滴滴出行等主流网约车平台都发生了个别驾驶员行为恶劣和攻击乘客的事件,身份验证也变得越来越重要。

基于生物识别的身份验证技术就可以用来检测驾驶员和乘客的身份。

2019 年 6 月完成绿地控股的 1.56 亿元级战略投资的瑞为技术(Reconova)是业界领先的图像感知产品及解决方案提供商、中国人脸识别头部企业。瑞为技术所提供的基于人脸识别技术的全流程刷脸登机解决方案,已经运用到了在 2019 年正式投运的大兴国际机场中。同时瑞为也将这一技术应用到了智能车载领域并将继续深耕。

由中国三大汽车制造商(一汽集团,东风汽车和长安汽车)创办的网约车公司“T3 出行”将自己定位为更安全的选择。据了解,T3 出行是首家深度搭建车联网架构的出行平台,首创 VDR(VDR,Vehicle-Driver-Road)安全防护系统以保障出行安全。面部识别是 T3 出行安全保障的核心技术。据该公司首席执行官崔大勇表示,通过智能***将驾驶员和乘客连接起来的方式很难监管。该公司的解决方案是使用安装在车辆中的摄像头和计算机视觉软件取代***进行面部识别,匹配和内置车机接单系统,确保人、车、单一一对应。

不只是安全:生物特征识别技术在健康检测及个性化体验中的应用

生物特征识别技术除了保障安全性外,还在汽车领域其他方面中崭露头角。

某些初创公司利用该技术读取人体的心电图(ECG / EKG),以提供车上驾驶员和乘客的实时健康信息,从而识别并发现潜在的健康问题。

例如,英国的生物技术公司 B-Secur 开发了一种基于生物特征的认证技术—— HeartKey,该技术通过分析用户的心跳来识别用户。

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图 | B-Secur 的 HeartKey 测量一个人的生命体征(来源:B-Secur)

HeartKey 通过嵌入车辆方向盘,可以监测心率和心跳节律、压力水平、疲劳程度、呼吸和心房颤动等。这些指标可以为驾驶员和乘客提供有关其健康状况的实时反馈。HeartKey 还可以与驾驶员监控系统配合使用,以在驾驶员疲劳或生病时进行检测和干预。

戴姆勒(Daimler)、福特(Ford)和本田(Honda)等汽车制造商也正在开发车载心脏监测技术,但是他们认为这种技术尚不成熟,无法整合到量产车中。

除了健康监控之外,包括拜腾(Byton)在内的许多汽车制造商都在采用生物识别技术增强个性化的车载体验。例如,车辆可以根据已有的生物特征指标检测到是哪个用户正在进入车内,然后根据用户的个人喜好调整舒适度。

二、车载语音助手(The in-vehicle voice assistant)

随着汽车越来越类似于联网设备,汽车制造商和科技巨头开始把语音技术集成到汽车中。但车载语音早已不满足于语音拨打***、发信息、路面导航、播放音乐这些基础功能了,汽车赋予了语音识别技术更多的可能性。

随着 AI 技术的迅速发展、产业链资源的整合意愿增强、用户行为习惯的逐步养成,车载语音交互系统正在进入快车道。

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(来源:Vox)

科技巨头希望利用汽车语音市场获利

2019 年 4 月,JD Power(君迪)发布了研究报告称,76% 的车主倾向于在下一辆车中使用同品牌的家庭语音助手,以保证家庭与汽车之间的一致性。

亚马逊 Alexa Auto 部门副总裁 Ned Curic 说:“你想把手放在方向盘上,眼睛看着前方,那么用你的语音来控制就可以做到。”据了解,像谷歌、苹果和亚马逊等科技巨头都已将其语音助手集成到汽车中。相比那些试图从零开始研发车载语音助手的汽车制造商和初创公司而言,这些科技巨头具有明显的先发优势。

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(来源:CB Insights)

三家科技巨头都已经竞相将自己的数字系统集成到了消费者的网联设备中,以增加平台使用粘性。然而尽管亚马逊的 Alexa 目前在智能音箱市场上占据主导地位,但在联网汽车市场,该公司面临着来自谷歌和苹果的竞争压力。这主要是因为亚马逊正在进入的这个市场已经被谷歌和苹果抢占先机,大多数汽车都已经搭载了 Android 系统(谷歌)和 Carplay(苹果)。

因此,亚马逊正在与宝马、丰田和福特等主流汽车制造商合作,将 Alexa 嵌入到他们的车载娱乐信息系统中。亚马逊最近还推出了售后设备 Echo Auto,以便开发人员在车载娱乐系统中不断增加 Alexa 集成。

中国的科技公司也紧随其后。阿里巴巴在 2019 年 6 月宣布,其联网汽车的语音助手天猫精灵与本田、奥迪、雷诺三家车企达成战略合作,三家车企将在量产汽车中接入天猫精灵车载语音助手。同年 11 月,阿里巴巴与宝马合作的 BMW 车载天猫精灵正式在中国市场推出,宝马也是首家将天猫精灵智能语音助手整合到车内并推向市场的豪华汽车制造商。在与车企的合作过程中,天猫精灵主要提供在线语音识别、自然语言处理等 AI 技术,实现车主与车辆的智能交互、车到家&家到车双向控制以及车主与阿里巴巴服务生态的连接。

百度研发的对话 AI 平台的汽车版 DuerOS 也已经集成到福特、现代、起亚等汽车制造商的汽车中。

汽车制造商和初创公司仍在研发自己的技术

虽然科技巨头在应用程序一致性和产品普及化等方面具有竞争优势,但是这并不能阻止部分汽车制造商开发自己的车载语音助手。汽车制造商对车辆的工作原理有更深刻的了解,这对于设计针对驾驶员的辅助语音助手尤其重要。

2018 年 9 月,宝马公司推出了自有的语音助手“宝马智能个人助手”。几周后,宝马又宣布将亚马逊的 Alexa 集成到某些宝马车型和迷你车型上。不过宝马公司解释说,这两种语音技术将会是相互补充而不是相互竞争的关系。因为不同的语音助手将侧重不同的领域,比如车主如果希望在车内进行语音购物,亚马逊 Alexa 是最好的选择,而宝马公司的语音助手则完全聚焦车辆和驾驶,例如在天黑时提前打开前大灯。

除了研发自有的语音助手,很多汽车制造商选择了与自然语言处理初创公司合作。 戴姆勒、现代和大众分别投资了 SoundHound,Saltlux 和 Mobvoi,合作研发车载语音助手。

考虑到智能音箱的隐私问题,许多初创公司推出了保护用户使用数据隐私的车载语音助手,此类语音助手在本地而不是在云端运行命令。致力于这项技术的公司包括 Mycroft AI 和 Snips。

汽车语音技术的前景

尽管大多数汽车驾驶员都希望在车内搭载语音助手,但由于语音助手的 AI 技术尚不成熟,在识别率、识别速度、语音理解能力的处理能力上尚有欠缺,所以目前绝大部分车主使用语音助手的频率都很低。科技公司、汽车制造商和初创公司都在寻求增强车载语音助手的命令识别功能的技术,还有初创公司憧憬对话界面或聊天机器人可以提供更多功能,如锁车门或打开后备箱等。

一些科技公司还希望开发其他汽车专用功能,例如汽车机油检测及线上换油保养预约,或者作为用户使用“语音“手册来回答车主的问题。

如果车载语音高度集成到车辆控制中,可以使用户在部分驾驶场景下真正做到集中注意力,那么语音操作与驾驶的结合将注定是未来驾驶的一个趋势。随着 5G 时代的到来,智能***语音助手和车载语音又会碰撞出怎样的火花,我们十分期待。

三、支持AR的平视显示器(AR-enabled heads-up displays)

随着车联网的深入,OEM 厂商正在对驾驶舱进行革新,以更好保证驾驶员的安全,同时保持乘客的娱乐性。

平视显示器是未来驾驶舱的一个趋势

平视显示器(heads-up displays),顾名思义,就是使驾驶员不必低头就能看清显示器上重要的信息。HUD 是一款透明显示屏,可以把重要的信息映射在挡风玻璃上,信息都会展示在驾驶员的视线范围内,驾驶员不需要低头就能够看到他需要的重要资讯(如限速、时间和温度),以便于驾驶员把注意力集中在道路上。全息显示屏还能够为电视和电影提供增强型视觉效果,也就是说,HUD 还可以为乘客提供沉浸式娱乐体验。

尽管目前许多豪华汽车配备平视显示器,以将诸如车速和转弯方向等信息投射到挡风玻璃上,但所有这些显示器都是二维的,这意味着他们无法提供更深一层的信息,例如准确的转弯时间等。针对这一问题,汽车制造商和初创公司正在寻求弥补当前平视显示技术不足的方法,以便为驾驶员提供更多有价值的信息。

更先进的支持 AR 的显示器除了可以显示导航指令外,还可以整合道路信息并在显示屏上进行危险提示,这两种方法都可以在各种具有挑战性的驾驶环境中提高汽车驾驶的安全性。

HUD 设备制造商 WayRay 在保时捷和现代汽车的支持下,凭借产品 Navion 成为 HUD 领域中 AR 技术应用的领航者。Navion 提供了一个内置高清摄像头,该摄像头可以连续绘制驾驶员的驾驶环境,将转弯方向投影到仪表板上,并发出危险提示。

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图 | WayRay 的全息导航系统(来源:TechCrunch)

目前中国的 HUD 厂商,几乎都在布局 AR-HUD 产品,但能做到产品落地的寥寥无几。大部分厂商只能提供产品展示,实车测试效果普遍较差,难以满足车厂量产的需求。2019 年 9 月,四维智联联合疆程、京东方,发挥各家在技术方面的优势,顺利实现了 AR-HUD 产品落地,完备对接车厂前装量产的条件。

汽车制造商和汽车供应商也在自主研发 HUD 技术。例如,捷豹路虎已开始着手研发沉浸式 HUD 的研究工作。该公司宣布与剑桥大学先进光学电子中心合作开发新一代 3D HUD 显示技术。立体 3D 显示屏能够更真实地反映道路情况,缩短司机看到危险和提示后的反应时间。与平面地图相比,AR 影像还能增强驾驶员对于道路信息的深度感知。该种 HUD 屏幕还可以缓解在不良天气或光线条件差的环境中能见度低的问题。同时,无需佩戴设备,乘客即可在车厢内观看 3D 影片。

AR-HUD 的落地商业化困难重重

目前,AR 技术仍处于萌芽阶段,在高安全标准要求的汽车应用领域中,该技术可能需要一段时间才能达到商业规模。

此外,高昂的价格也是 HUD 落地困难的因素之一。Waymo 等公司看到了利用广告补贴显示器昂贵成本的机会,比如导航路线上的停靠点处可以安置虚拟广告牌,或者在游戏或流媒体播放期间插播广告。

四、基于视觉的驾驶员监控(Vision-based driver monitoring)

交通事故中,由于人为失误导致的事故占到了 95% 左右。完全实现自动驾驶的时间还不确定,因此汽车制造商都在积极寻找其他方法,以最大程度地降低人为失误造成的交通事故概率。

降低人为事故发生率的技术之一就是驾驶员监控系统,该技术可以跟踪驾驶员的行为,能够探测到驾驶员是否困倦、是否在分心驾驶,并在事故发生之前进行干预。

驾驶员监控系统通过车内传感器来捕捉车内的状况。将计算机视觉和面部识别应用于此传感器数据,可使该系统跟踪和处理驾驶员的面部表情、眼球移动和头部位置,识别驾驶员是否有分心或疲劳的迹象。一旦系统检测到潜在的问题,就可以向驾驶员发送警报;在功能更高级的车辆中,该系统甚至可以自动停靠。

驾驶员监控的需求正在上升

CB Insights 的数据显示,近年来的公司财报***会议上,“驾驶员监控技术”被提及的次数正在增多,这也反映出随着自动驾驶汽车实现时间表的不断推迟,人们对驾驶员安全技术的重视程度日益提高。

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(来源:CB Insights)

最关注驾驶员监控技术的公司包括一级汽车供应商,如伟世通(Visteon)和奥托立夫(Autoliv),二者都在为汽车 OEM 开发驾驶员监视系统。开发用于监控系统的传感器的美国安霸(Ambarella)和迈来芯(Melexis)等半导体公司,也注意到了对驾驶员监控技术的强烈需求。

Ambarella 的首席执行官 Fermi Wang 在公司 2019 年 1 季度的财报会议中对此表示:“在 ADAS (高级驾驶辅助系统)出现计算机视觉浪潮之前,还有另一波浪潮,即 DMS(驾驶员监视系统)。我们看到这个市场背后的巨大动力在继续。”

自动驾驶被定义为五个级别—— L0 至 L5, L3 实际上就是 Level 3,属于中等水平。L3 自动驾驶级别是指汽车自动系统既能完成某些驾驶任务,也能在某些情况下监控驾驶环境,但驾驶员必须准备好重新取得驾驶控制权。大众、戴姆勒、福特、吉利、沃尔沃等一线 OEM 都开始把驾驶员监控系统加入到未来 3 年的配置清单中。不难看出,驾驶员监控系统除了在 L3+ 高等级自动驾驶中