1.1 汽車行業變革

從產業變革角度縱觀汽車行業發展史，我們可以將其概括為三個主要階段。

1.第一階段：單一產業鏈模式

這一階段始于1886年，誕生了世界上第一輛汽車。這輛汽車采用內燃機作為動力來源，代替了傳統馬車，開啟了汽車行業的新紀元。在這個階段，汽車產業的創新往往是由個人、團隊或單個公司獨立完成的。

2.第二階段：健全產業鏈模式

隨著技術的發展和產業分工的細化，汽車行業逐步形成了一個線性產業鏈，包括元器件供應商、零部件供應商、整車制造廠和經銷商等環節。在這個階段，汽車產業鏈日趨成熟和體系化，形成了一種固定的格局：零部件供應商負責提供零件，整車廠負責將零件集成起來制造成完整的汽車，經銷商則負責將汽車銷售給消費者。

3.第三階段：多元產業生態圈模式

新技術的應用促進了汽車行業的變革，電子化、信息化、智能化的發展使得ICT、互聯網技術、大數據技術等高科技與汽車行業融合。這些數字化技術不僅滿足了用戶的個性化需求，還促成了一個跨界融合的立體生態圈。在這個生態圈中，職責分工和合作模式變得更加動態和多元化。整車制造商對于技術的自主性和可控性的需求愈發強烈，這種需求進一步推動了行業的變革和技術的創新。

1.1.1 汽車行業發展趨勢

“新四化”（包括電動化、智能化、網聯化和共享化）是汽車行業發展的新趨勢，這四個趨勢相互關聯、相互促進，共同推動著汽車行業的進步。

1.電動化

這是汽車行業的基本趨勢，主要體現在新能源動力系統的發展上。電動化的核心是電池、電機、電控“三電”技術，以電池作為驅動能源，用電機取代傳統內燃機，同時克服電控技術的限制。

2.智能化

智能化主要體現在自動駕駛技術的發展上，通過在汽車上安裝各種傳感器（如攝像頭、毫米波雷達、超聲波雷達、激光雷達等），結合復雜的算法進行感知、預測、規劃和控制，以實現高級自動駕駛輔助功能和自動駕駛功能。

3.網聯化

網聯化主要體現在車聯網的發展上，實現汽車與外部世界（包括其他汽車、人、道路、交通設施和云平臺）的信息互聯。網聯化與智能化結合，推動了智能網聯汽車的誕生，使汽車能夠全方位地與外界環境連接和交互，實現不同等級的自動駕駛和智能人機交互。

4.共享化

共享化主要體現在汽車共享和移動出行服務的發展上，實現了新型出行方式。這不僅為智能駕駛提供了實踐場景，也反映了人們對出行方式的新需求和期望。

這四個趨勢并行、融合、同步發展，它們之間既有關聯和依賴，也可以相互推動和制約。汽車“新四化”交互模式如圖1-1所示。電動化是基礎，為智能化和網聯化提供了條件；智能化和網聯化是核心，它們結合了人工智能、大數據、信息通信和云計算等多個領域的高新技術，使輔助駕駛、高級別輔助自動駕駛和自動駕駛從概念變為現實；共享化則是這些技術發展的結果和體現方式之一。在“新四化”發展趨勢下，智能網聯汽車正在進入快速發展的賽道，成為行業發展的主要趨勢。

智能網聯汽車（以下簡稱“智能汽車”）通過集成先進的車載傳感器、控制器、執行器等裝置，并融合現代通信與網絡技術，實現車與車、人、路、云之間的智能信息交換和共享。這些汽車具備復雜環境感知、智能決策和協同控制功能，旨在提供安全、舒適的行駛體驗，最終目標是完全取代人類駕駛員。

為了達到這一目標，智能汽車的智能駕駛系統需具備與經驗豐富的老司機相當的駕駛能力，這包括清晰的感知與認知能力、強大的處理與判斷能力以及快速果斷的執行與反饋能力，并確保行車安全。智能化和網聯化是支撐這些能力的關鍵。

在智能化方面，我們通常參考不同的分級標準來衡量智能汽車的發展水平。目前，智能化分級主要有兩種方式：美國汽車工程師學會（SAE）的自動駕駛分級和美國國家公路交通安全管理局（NHTSA）的自動駕駛分級。這兩種分級體系大體相似，但在細節描述上存在差異。2016年，美國交通部決定采用SAE J3016標準作為自動駕駛的分級依據。當前，大多數政府和企業采用SAE標準進行分級。我國在SAE J3016分級的基礎上，結合國內交通的特點和復雜性，制定了相應的中國智能網聯汽車自動化分級方案，分為0級到5級共6個等級。

美國汽車工程師學會（SAE）、美國國家公路交通安全管理局（NHTSA）和中國智能網聯汽車自動化分級方案的對應關系如表1-1所示。

從表1-1可以看出，盡管不同機構發布的智能化分級方案在細節上可能存在差異，但在自動駕駛等級劃分上已基本達成共識。各個級別針對自動駕駛功能的定義和要求大致相同，具體如下。

?L0級別：這是最基本的級別，駕駛員全權負責駕駛操作。車輛可能配備一些警告或保護系統來輔助駕駛，但不會干預控制。

?L1級別：在此級別，車輛能夠在駕駛環境中對橫向控制（例如：方向盤操作）或縱向控制（例如：加減速）中的一項提供輔助。這意味著其余的駕駛操作仍需由駕駛員來完成。

?L2級別：在此級別，車輛能同時對橫向和縱向控制提供多項駕駛輔助，但駕駛員仍需負責其他駕駛操作。

?L3級別：在此級別，車輛能夠完成所有駕駛操作。當系統發出請求時，駕駛員或接管用戶必須能夠進行相應的應答、處理和接管。

?L4級別：在此級別，車輛能夠完成所有駕駛操作。當系統發出請求時，駕駛員或接管用戶不用必須進行應答。這種級別的車輛通常只能在特定的運行環境和條件下完成操作。

?L5級別：這是最高級別的自動駕駛，車輛能在所有道路環境和條件下完成所有駕駛操作，無須人類干預。

隨著自動駕駛技術的發展，每個級別的車輛在駕駛特征、感知探測目標與響應、橫縱向持續控制、失效情況下的應對接管策略以及運行條件限制等方面的責任主體都有明顯區別，如表1-2所示。

從L0到L5的自動駕駛等級劃分，分工邊界如下。

?L0是無自動駕駛與有自動駕駛的分界點。L0無駕駛自動化，并不等同于完全無自動化的人工駕駛，而是具備自動感知報警的安全輔助駕駛功能，只是不具備持續控制功能。

?L1是系統執行持續駕駛控制操作的分水嶺，也就是從L1級別開始，系統能夠執行持續的橫向控制或縱向控制操作。

?L2與L1很相似，差別在于能同時持續進行橫向控制和縱向控制。L1在同一時間只能控制其中一個方向，而L2可以同時控制兩個方向上的運動。

?L3是輔助自動駕駛與真正自動駕駛的分水嶺，也就是從L3級別開始，駕駛員得以解放，標志著真正自動駕駛的開端。

?L4是動態駕駛任務由人接管與由系統接管的分水嶺，也就是從L4級別開始，動態駕駛任務由系統接管。

?L5是運行條件是否限制的分水嶺，也就是從L5級別開始，自動駕駛達到巔峰，系統能在任何條件下進行完全自動駕駛。

基于技術發展和市場需求，汽車行業的智能化業務主要圍繞L2級別的智能駕駛進行布局，逐步推進行泊一體化方案和自動輔助導航駕駛（NOA）功能的應用。未來，隨著技術升級和戰略發展，L3級及以上的自動駕駛將會逐步得到推進。

除了智能化要求外，有的智能汽車還需滿足網聯化要求。我國根據車聯網通信內容和參與協同控制的程度，將網聯化分為3個等級：網聯輔助信息交互、網聯協同感知以及網聯協同決策與控制。

?網聯輔助信息交互指的是車輛通過車路、車云通信獲取輔助信息，例如導航地圖、道路狀態、交通流量和交通標志，并上傳車輛行駛數據及駕駛員操作數據等。這個等級對信息傳輸的實時性和可靠性的要求相對較低，車輛控制主要依賴人。

?網聯協同感知指的是車輛通過車車、車路、車人、車云通信，實時獲取周圍交通環境的信息，如機動車輛、非機動車輛、行人等交通參與者的位置，信號燈相位、道路相關預警等。這些信息與車載傳感器的感知信息融合后，作為自車決策和控制系統的輸入。這個等級對信息傳輸的實時性和可靠性要求較高，車輛控制依賴人和自車的共同作用。

?網聯協同決策與控制涉及通過車車、車路、車人、車云通信實時獲取周圍的各種交通環境信息和車輛的決策信息。這些信息與車車、車路等交通參與者之間的信息進行融合，形成各交通參與者之間的協同決策與控制依據。這個等級對信息傳輸的實時性和可靠性的要求最高，車輛控制依賴人、自車、他車和云端的協同。

隨著汽車行業智能化和網聯化的發展，智能汽車被廣泛應用。對周圍環境目標和事件的探測與響應、駕駛方案的決策規劃、持續的橫縱向控制，乃至動態駕駛任務的接管，責任主體都逐步從駕駛員轉變為車輛系統。因此，智能汽車的安全性極為重要。一旦行駛中出現事故，對所有交通參與者的生命和財產安全都可能造成嚴重影響。智能汽車的行駛安全是首要任務，功能安全是其重要基礎和技術載體，成為汽車行業發展的核心競爭力。此外，軟件作為汽車“新四化”的核心推動因素，是智能汽車的靈魂。明確安全目標，重視軟件功能安全，并盡早進行規劃與布局，是汽車行業乃至智能汽車生態圈各行業的首要任務。

1.1.2 智能汽車總體發展趨勢

認識智能汽車的總體發展趨勢，首先要深刻理解它與傳統汽車的區別。智能汽車與傳統汽車在產品層面上有著本質的差異，如表1-3所示。

智能汽車打破了傳統汽車依賴機械、電子部件堆疊來實現產品差異化的靜態特性，通過軟件靈活定義產品的差異化，實現了多樣化、個性化的動態特性。得益于人工智能和車聯網技術的支持，數據作為信息的載體變得至關重要。智能汽車因此具備了與萬物互聯的能力。智能汽車的總體發展趨勢可以概括為“硬件趨同、軟件定義、數據驅動、車路云協同”。

1.硬件趨同

硬件趨同體現了技術發展的一個特征，指的是硬件的選型和設計逐漸趨于標準化，而非硬件設計完全一致。這種趨勢意味著硬件發展方向相同，也反映了產業集中化的特征。從芯片選型、硬件架構到商業模式和產業發展，都表現出趨同的趨勢。例如，硬件發展呈現出集中域控的趨勢，多個小型處理器集成為集中域控制器；域控硬件平臺的設計和芯片種類趨向標準化，片上系統（SoC）芯片得到廣泛應用。SoC芯片集成了圖形處理器（GPU）、中央處理器（CPU）和微控制器（MCU），不僅滿足人工智能的高算力需求，也兼顧了通用計算和安全處理需求；在硬件平臺架構上，呈現異構分布式，形成了多芯片、多板卡的布局。從商業模式和產業發展的角度看，隨著硬件頭部企業增加投資，市場占有率優勢明顯，它們在硬件標準化方面占有主導地位，這將推動硬件趨同的發展態勢。

對于智能汽車來說，硬件與軟件猶如人的肉體與思想。硬件作為軟件的載體，展現了標準化的框架和特征，是所有功能活動的基礎。硬件具有實體化的特征，可見可觸，會逐漸發展出類似人體的標準化組織結構，并具有一定的界限性。軟件則像思想，是無形的產品，具有內在性和超越性，沒有界限，能創造無限的多樣性。正如不同人的感知、認知和經驗會孕育不同的思想，影響一個人的精神高度一樣，軟件作為智能汽車的靈魂，定義并推動著智能汽車的發展程度。

2.軟件定義

軟件定義汽車已經成為智能汽車發展的共識，這表明軟件在智能汽車的產品功能和特性實現中起到了越來越重要的作用。根據中國汽車工業協會軟件分會發布的《軟件定義汽車產業生態創新白皮書》V1.0，軟件定義汽車是指軟件深入參與汽車的定義、架構、開發、驗證、銷售、服務等全生命周期過程，并不斷改變和優化這些環節，以實現駕乘體驗的持續優化和汽車價值的持續增長。

實質上，“軟件定義”是智能汽車功能設計和實現方法論的一種變化趨勢，表明智能汽車的復雜系統主要通過大規模復雜的軟件來實現。這種方法強調了軟件在智能汽車產品中的價值和優勢。通過軟件，開發人員可以根據智能汽車服務和場景需求進行快速的功能開發。強大的軟件架構能夠在不同應用場景下進行靈活的擴展和移植。此外，通過OTA（Over-The-Air）軟件升級方式，可以實現功能的快速迭代更新。軟件的靈活性使其能夠滿足多樣化的市場需求，為用戶提供豐富的體驗。

在智能汽車開發中，軟件所占的比重大幅增加，并承擔了大部分的安全責任，這就要求軟件必須具備高安全性和高可靠性。面對日益增長的大規模復雜軟件，我們必須依靠強大的架構和規范化的開發流程，這是實現軟件定義的基礎。在智能汽車的全生命周期內，軟件迭代可以持續進行，使智能汽車具有持續開發和更新的活力，直到最終報廢停止使用。

3.數據驅動

數據驅動在智能汽車領域具有雙重含義。首先，智能汽車的運作涉及海量數據的采集、大規模數據的計算與處理、高帶寬數據的傳輸與應用，數據驅動了智能汽車的輸入、處理、輸出整個鏈條。數據的流動是驅動智能汽車所有活動的核心動力。其次，智能汽車利用海量數據驅動產品設計的不斷完善，利用數據來驗證功能定義的完整性和性能的完備性，提高人工智能的準確性，使得測試更加全面，從而有效提升智能汽車產品的質量。

4.車路云協同

由于不同檔次的車型在硬件標準化配置上存在差異，以及傳感器等智能設備的局限性，智能汽車中的單車智能可能會有智能邊界和限制。因此，網聯化會成為一種趨勢，從單車智能發展到車路、車云、車路云的協同，旨在突破單車計算的物理邊界。這一過程中利用邊緣計算、云計算與車端共享計算資源和結果，推動智能汽車的發展。智能汽車不再局限于車端的單獨開發，而是向車路云協同的感知、決策和控制轉變。這種車路云協同的趨勢進一步強調了軟件在智能汽車領域的重要性，要求軟件具有高度的復用性、可擴展性和適配性，能夠適應X86環境以及不同的芯片內核環境。同時，部署在車端、路側和云端的軟件應能基于一套基礎軟件架構進行靈活的改造和升級。