即将到来的汽车技术变革及其重大影响

汽车行业三大趋势——电气化、联网化、自动化——有一个共同之处，就是软件。

作者：Thomas Gage
首席执行官兼常务董事
Marconi Pacific 
tgage@marconipacific.com

Jonathan Morris
高级经理
Marconi Pacific 
jmorris@marconipacific.com

我们正处在汽车技术巨变的大门口。这次不是自动化变革，虽然自动化变革旋即到来。但这次变革是由现有的且快速发展的自动化底层技术推动。即高级驾驶员辅助系统（简称 ADAS）实现的防碰撞技术。

ADAS 具有安全和市场双重意义。不管是戴姆勒、丰田、福特、尼桑、通用汽车还是其他汽车 OEM 厂商，抑或是谷歌，没有一家在信任这项技术的工作性能之前，会让全自动转向、制动或加速的汽车上路。ADAS 有望首先减少事故发生，并以“副驾驶”的身份协助驾驶员，最终完全取代驾驶员，以“自动驾驶”的身份掌控整个旅程。

至于多快就能感受到这 项技术带来的影响，任何新技术的采用过程似乎都极为相似。例如第一个商用移动电话网络是 1983 年在美国巴尔的摩-华盛顿都市区率先投入使用。那时电话的成本大约为 3,000 美元，用户稀少。即使在数年之后，该商用移动电话网络除了在人口稠密的市区外，大部分地区尚未覆盖。今天美国的移动电话用户数已超过美国人口总数，有超过 30 万个移动电话塔连接着整个国家。低端智能电话成本约 150 美元。

汽车技术也以类似的步伐向前发展。而且由于交通运输对我们的生活有如此根本性的意义，这种颠覆性的影响可能会令人瞠目结舌。

当今的 ADAS 系统以及未来的自动驾驶系统都将依赖软件来分析利用来自传感器、摄像头、互联网、基础设施及其它车辆的大量数据。

三类车辆，一场革命 

率 先颠覆汽车行业现状的并非是自动化和 ADAS 这一发展趋势的出现。国际竞争和贸易自由化永久性地改变了汽车 OEM 市场格局，让美国三大汽车巨头的国内市场份额在过去 20 年里从 72% 锐降至 45%。虽然汽车技术已取得巨大进步，但驾驶基础技术在过去四十年里没有太大变化。

现在在加州南湾每天都可以看到三辆代表全球汽车行业 变化趋势的汽车：一辆时尚的特斯拉 S 型静静地驶过；一辆后窗上有“U”（Uber首字母）标识的新型轿车正在揽客；一辆车顶安有旋转定位雷达的大动作改装的雷克萨斯 SUV 正沿街行驶，车上的谷歌员工正在采集数据（或是一位来自汽车 OEM 厂商的员工乘坐在用世界其他地方的部件组装的汽车中）。这些日常情景代表着正在同时到来的三大技术变革趋势：电气化、联网化和自动化，它们将彻底颠覆汽车 行业的现状。虽然每个趋势的发展步伐有所不同，但所有三大趋势有一个共同点：那就是软件为王！

软件：塑造今天，变革未来  

自 2004 年以来，平均每辆汽车中电子设备的成本占比已从 20% 翻倍到 40%。目前的一辆豪华汽车通常装有 100 个微处理器，运行 10,000 万行软件代码，控制着从发动机正时到信息娱乐系统的各个方面。我们正处在软件、传感器和处理器正在带来全新车辆功能，而不仅仅是把常规功能从机械控制变为电子控制的转折点。当今的 ADAS 系统和未来的无人驾驶系统将完全依赖软件来分析利用来自传感器、摄像头、互联网、基础设施及其它车辆的大量数据。

车辆日趋复杂，已改变了汽车价值链。电气化、联网化和自动化趋势只会让价值加快向开发电子装置和软件的企业倾斜，疏离那些不能创新的 OEM 厂商。

这 一变化会带来两重影响。首先软件会成为关键的市场差异化因素，迫使 OEM 厂商缩短产品周期，为传统系统提供支持与更新。为满足消费者对时兴技术的需求，OEM 厂商现在不得不每隔三到四年就大幅修改或推出新的车型，而以往的产品周期平均为五到八年。这给 OEM 厂商带来了重重挑战，包括创新速度快、质量检测复杂、开发成本上扬、研发成本分摊期限缩短、需要新的销售和车辆保有量权模式。

其次，向软件转型使行业新秀能够在这个以高准入门槛著称的行业实现创新。在行业巨头占据这个行业数十年后，谷歌、苹果、特斯拉和 Uber 都跃跃欲试，准备通过软件重塑汽车行业格局。这个想法即便在五年前也似乎是天方夜谭。

在典型的配备 ADAS 的车辆中（图 1），前向防撞 (FCA) 等应用通过一组传感器实现的。这些传感器能向电子控制单元 (ECU) 提供有关外部驾驶环境的数据。该单元然后利用软件判断是否存在威胁，并运行制动执行器（或其他可能应对措施）来减轻该威胁。

新技术系统


图 1 - 基本的 ADAS 架构最初由一套传感器组成，可为 ECU 提供有关驾驶状况的数据。

目前用于驾驶员辅助应用的传感器就是无人驾驶车辆的硬件基础。但未来的传感器一定会更小、更快、更廉价。例如大陆集团 (Continental AG) 的传感器和处理器能每隔10到60毫秒发送和重新计算理解驾驶环境所需的算法，而人脑从感觉神经元向运动神经元传递消息仅需数毫秒。

在复杂环境中要让车辆自动驾驶比驾驶员驾驶更安全、更高效的软件算法仍然是最严峻的挑战。

 不过当今的ADAS系统和未来的全无人驾驶系统之间的真正差别在于软件。不管处理输入的速度有多快，在复杂环境中要让车辆比驾驶员更高效安全地驾驶的软件算法仍然是最严峻的挑战。复杂性同时包括驾驶员在不同路况下遇到的威胁数量、威胁类型（例如行人、横向行驶的车辆、自行车）以及车辆行驶的速度（见图 2）。

驾驶环境复杂性

图 2 - ADAS 软件算法必须考虑道路类型、速度和威胁复杂性。

随汽车 OEM 厂商竞相改进自己的软件，他们正在以三种截然不同的途径向市场推出自己的技术。宝马、戴姆勒和尼桑等 OEM 厂商已经开始销售设计用于在简单驾驶环境中（如洲际公路上）行驶的中等功能 ADAS 系统。 无需考虑交通信号灯、转弯或多向车流，这些车辆能使用“交通阻塞辅助”等系统在低速情况下自动转向、制动和提速（图 3 中的蓝线代表其行驶轨迹）。最终系统将能够在较快速度下工作或是在较复杂的都市环境中工作，并提供更丰富的功能，例如并线、变道或过十字路口。沃尔沃和福 特等部分 OEM 厂商则正在为特定地理区域（圈定区域）推出中等功能系统，比如为两个城市间的洲际公路特定延长线，以充分利用激光扫描测绘数据的作用。随着时间推移，系统 功能将增强，系统适用的地理区域数量及复杂性也将增加（见图 3 的绿线）。最后，谷歌的方案是全新开发一种高功能全无人驾驶车辆（用于圈定区域、城市低速或园区驾驶），然后测试并优化其在日趋复杂环境中的功能（见图 3 中的橙色线）。

消费者采用及推广 

虽然 OEM 正选用不同策略将 ADAS 和车辆自动功能推向市场，自 2010 年以来几乎每年都会推出功能不断增强的配备 ADAS 的汽车，而且每年都在不断推出。2013年，29%的乘用车型提供可选的前向碰撞预警功能，而且在此类车型中，有12%具备自动制动功能。今年的梅赛德斯 入门级高档CLA轿车已将前向防撞系统作为标配，沃尔沃也已自 2010 年起把自己的“城市安全 (City Safety)”制动系统作为 XC60 型车的标配。现在该技术的早期几代已经面市，但消费者采用速度如何呢？

图 3 - 像“交通拥塞辅助”等较为简单的系统将率先推出，后续将推出能够操作车辆的系统。

要 了解配备 ADAS 功能的车辆和无人驾驶车辆的推广情况，可以参照其他技术的采用速度。就总体趋势来说，像手机、互联网和PC等现代技术的采用速度明显快于 VCR 或 TV 等较古老的技术。汽车通常属于采用速度较慢的技术之列。这主要是因为与消费类电子相比，它们的=成本相对较高，而且需求修建道路。相比之下，智能手机被认 为是历史上采用速度最快的技术，仅用十年就达到饱和状态。移动电话（也就是今天我们主要说的“功能电话”）仅20年时间就达到了饱和状态，而传统有线电话 用了一个世纪（主要是因为需要建设有线网络）。

由于车辆成本所限，配备 ADAS 的车辆和自动驾驶车辆很有可能推广速度会慢于其他现代技术，但他们仍然会以比传统汽车更快的速度推广。随着其他新技术的推开，我们预计一波尝鲜者和早期试 用者将推动配备 ADAS 的车辆的早期销售，后续一旦安全优势得到证明，大多数消费者会逐步采用（见图 4）。重要的是目前添加一套典型 ADAS 设备只需增加大约 3,000 美元成本（且每年还在以大约 7%-9% 的幅度下降），仅相当于在美国销售的普通汽车价格 33,560 美元的 10% 左右。豪华车型中 ADAS 设备成本仅占车辆平均售价的 2%-3%。

按技术等级划分新车销售年度增长率

图 4 - 一旦消费者领略了安全和便利优势，ADAS 和无人驾驶车辆 (AV) 技术的销售就会进一步提速。

技术推出线路

Marconi Pacific 对 ADAS 和自动化的研究显示，最初吸引消费者的是该技术的安全性和便利性。安全性对家庭来说是主要刺激因素，因为他们开始听说装备 ADAS 的汽车能避免本来会让汽车乘客受伤或死亡的碰撞事故。不过更大的推动因素是节省时间。能够在高速公路（很快可以在其他类型的道路上）行驶，而且只用少量精 力关注路况，这将成为需求的重大推动因素。

Marconi Pacific已经构建了一个推广模型，用于更好地掌握这项技术的推出步伐和消费者的采用情况。该模型以场景为基础，有大量输入。部分关键因素有年度汽车 销售量、ADAS 技术发布日期和汽车销量预测。结果令人震惊。根据模型运行结果，预测到 2035 年 ADAS/AV 的车辆销售和新车销售将占各个细分市场总销量的 50% 和 85% 以上（见图 5）。当然不同的 ADAS 水平和自动化水平会给社会造成不同的影响，包括不同的总年度碰撞减少程度、不同的对交通拥塞的影响以及不同的对类似 Uber 的车辆共享服务的影响。

按技术等级划分新车销售累计比例

图 5 - 根据模型预测，ADAS/AV车辆的累计销量到 2035 年将接近汽车销售总量的 85%。

汽车生态系统影响 

汽车行业及相关行业构成一个庞大的生态系统，对全球经济的产生巨大影响。在美国，交通运输占美国 GDP 近 10%。随着电气化、联网化和自动化的革命性创新打破行业现状，OEM 厂商以及之前围绕传统私人汽车发展的众多其他行业和企业都会深受影响。

随 着竞相交付高级功能步伐的加速，汽车制造商拥有大量商机。这些包括更奢华的汽车及功能，更多车载资讯系统/信息娱乐系统和更新颖的“驾驶”体验。但在上市 时间竞争、技术功能（软硬件）、复杂的采购、经销商的技术销售能力和品牌差异化方面仍存在风险。由于他们的技术要对更多驾驶体验直接负责，因此汽车 OEM厂商、组件和零部件市场供应商也很有可能承担更高的产品责任风险。

汽车零部件和组件供应商以及相邻行业也有自己的责任和风险。芯片制造商和担保公司由此有实现和保障这一新功能的重大机遇。车载资讯系统内容和平台提供商以及电信网络运营商有机会在映射、车辆共享、泊车应用、信息娱乐、车辆对任意通信和车辆与Web集成方面拥有大量商机。

驾驶员辅助系统和无人驾驶车辆对生态系统的影响

行业领域 行业	机遇	风险	行动 行业领域 范围
• 车辆 OEM厂商 • 传统 OEM 提供商 • 技术 OEM 提供商 • 汽车保险承保人 • 电信运营商 • 电信平台提供商 • 安全解决方案 • 交通运输部门 • 汽车 – 修理/车体整修/汽油 • 汽车经销 • 大数据分析	高 中 高 低 中 高 高 中 低 中 高	高 中 低 高 低 中 低 高 高 高 低	立即 立即 立即 立即 立即 立即 立即 很快 较迟 立即 立即

图 6 - ADAS 和无人驾驶车辆将给汽车行业外的许多辅助产业造成重大影响。

由于价值向软件和信息娱乐转移，传统车辆硬件提 供商很有可能遭遇压价。随着碰撞的频率和严重性下降以及由此造成的保费降低，汽车保险公司需要开发新的业务模式。房地产开发商、汽车修理厂、交通工程和建 筑公司、公交公司（等行业）必须考虑随着车辆安全性提高，由私人家庭拥有的车辆数减少和最终实现的无人驾驶车辆，交通运输将发生怎样的变化。

将极大颠覆汽车行业现状的三大同步到来的技术发展趋势——电气化、联网化和自动化，今天都已实现。能够迅速采取行动把握机遇的企业将成为市场上的赢家。而止步不前者，他们的命运在历史上一再重演。 

参考资料 
1.    Wards Auto，《按企业划分的美国汽车销售总量市场份额，1961年到2014年》
2.    Gapper，John，《软件正在引领汽车行业》，《金融时报》，2015年2月18日
3.    Kuchinskas，Susan，《速成课：训练无人驾驶汽车的大脑》，《美国科学》，2013年4月11日。
4.    高速公路安全保险协会 (IIHS) 状态报告，第48卷第3号，2013年4月25日

赛灵思All Programmable器件：ADAS及后续升级的事实标准平台

作者：Mike Santarini
Xcell杂志发行人
赛灵思公司
mike.santarini@xilinx.com

赛 灵思公司在汽车市场上立足已有相当长的历史，但在过去四年里，加上 2011 年 Zynq®-7000 All Programmable SoC开始商业应用，赛灵思迅速成长为高级驾驶员辅助系统 (ADAS) 新兴市场的优选平台提供商。梅赛德斯奔驰、宝马、尼桑、大众、本田、福特、克莱斯勒、丰田、马自达、阿库拉、斯巴鲁和奥迪等众多 OEM 厂商将赛灵思FPGA和ZynqSoC作为其最先进 ADAS 系统的核心组件。并且借助最新推出的Zynq UltraScale+™ SoC，赛灵思可确保自身在下列后续汽车电子产品创新阶段发挥着领导作用：无人驾驶、车辆对车辆通信和车辆对基础设施通信。

ADAS 技术的基本目标是提高驾驶员对自身环境的感知能力，这样他们在享受驾驶体验的同时可以安全地驾驶。大约十年以前，豪华车 OEM 厂商开始以辅助雷达/激光雷达传感器产品的形式提供最早的 ADAS 系统。这些产品一旦检测到车后的物体就会发出蜂鸣报警。随着时间推移，这些系统发展为集雷达、摄像头乃至激光雷达为一体的多传感器系统，不仅能让驾驶员看到车后的物体，还能检测到来自车身侧面的物体。

在 后续数年里，ADAS 传感器阵列从用于车后执行单项任务的应用发展成为能够 360 度环视车外甚至车内的联网传感器阵列，而且每个传感器都能完成一定数量的任务。今天的高端汽车采用的 ADAS 产品不仅拥有极为先进的后视摄像头系统，还具备能同时执行多项任务的融合传感器系统，例如盲点和车道偏离告警、行人与路牌检测、自动巡航控制、前向碰撞告 警乃至疲劳驾驶检测和告警等。融合传感器系统能够监测驾驶员的眼睛，检测眼图，观察驾驶员在驾车时是否打瞌睡，确定是否需要发出声音警告，甚至吹出嗅盐予 以唤醒。

此外，在过去五年里，曾经只属于高档车型专享的功能越来越多地迅速成为经济车型的标配。简言之，OEM 厂商正在把 ADAS 系统当作自己车辆的竞争卖点。

今 天 OEM 厂商正在超越 ADAS 的告警功能，开始让 ADAS 与车辆的控制功能联网，以主动并即时掌控车辆。自适应巡航控制、智能速度控制、车道保持辅助、防撞甚至自动泊车功能均已在多款车型上提供。所有这些优异的 技术都是汽车行业竞相向消费者提供全无人驾驶、无人驾驶车辆，把驾驶员变成副驾驶的征程中迈出第一步。此外，这些技术还将被大力用于推动车对车和车对基础 设施 (V2X) 通信发展，以支持政府建设智能基础设施（街道、交通信号灯等），实时疏散交通流量，提高交通运输安全性、效率和经济性，进一步改善行车环境。 

赛灵思 All Programmable 器件，尤其是屡获殊荣的 Zynq SoC，如今已成为大部分先进 ADAS 系统的 核心，并且在迅速取代多用性较差的 ASSP。Zynq SoC 在单个器件上完美集成了 ARM ®处理器和 FPGA 逻辑，让 OEM 厂商能够构建极为先进的 All Programmable ADAS 平台。该平台不仅能随汽车产品线的发展而扩展，而且还能通过新增增强特性不断升级,满足客户严苛且不断提高需求。

汽车 OEM 厂商在多种平台配置中采用 Zynq SoC该器件可用作多用传感器、多功能驾驶辅助平台、高分辨率视频和图形平台、车辆网络和连接平台以及图像处理与识别平台。在这些应用中，客户把用于自己 设计中最复杂且计算强度最大的功能的算法实现在 Zynq SoC 的逻辑部分，把串行处理功能实现在板载 ARM 处理系统中。客户可使用 Zynq SoC的高速 I/O来连接传感器并建立到车载网络的高可靠连接。客户还可综合利用赛灵思及赛灵思联盟计划成员提供的 IP 核、赛灵思 Vivado® Design Suite 和最新推出的 SDSoC™ 开发环境，迅速开发 ADAS 系统。

赛 灵思最新推出的 Zynq Ultrascale+ SoC旨在帮助这些 OEM 厂商将无人驾驶汽车投向大众市场。Zynq UltraScale+ SoC在单个器件完美集成了 64 位应用处理器、实时处理器、片上存储器和 FPGA 逻辑，让 OEM 厂商能够使用其他半导体架构不可比拟的可编程平台开发出更加先进的融合系统。