本次智驾电动车技术研讨会在国际汽车零配件与车用电子展召开得恰逢其时。会议汇聚了业内顶尖的专家学者,围绕智慧电动车的技术前沿、产业趋势、安全挑战等热点议题展开了深入研讨,揭露全球电动车市场与技术发展趋势。
2024年智驾电动车技术与商机研讨会与会贵宾 / 摄影:林宗辉
以智慧电动车为代表的新能源汽车产业正迎来前所未有的发展机遇。而随着人工智能、车联网、新材料等前沿技术与汽车工业的不断融合,智慧电动车也从单一的交通工具,加速进化为集智能驾驶、信息服务、娱乐社交等多功能于一体的新型移动空间,引领着未来出行模式的变革。但除了好处以外,电动车产业也正面临着各种挑战。汽车的智慧化、连网化虽然带来了诸多便利,但也极大拓展了其网络攻击面,黑客可以入侵汽车系统窃取隐私数据,甚至操控汽车,危及用户生命财产安全。因此网络安全已经成为制约智慧电动车发展的关键瓶颈,亟需产学研各界协同攻关,探索安全与智慧并重的创新之路。
电动车产业趋势
全球电动车市场正在加速成长,这股浪潮源于多方面的技术进步与政策支持。电池技术的突破,使得当前主流的锂离子电池能量密度超过 250Wh/kg,续航里程达到 400-600km,未来固态电池有望将能量密度提升至 500Wh/kg 以上,实现 1000km 的超长续航。电机技术方面,永磁同步电机凭借高效率、高功率密度等优势广受青睐,但在高速运行时易产生转矩脉动,通过优化转子结构和控制算法,可以有效抑制这一问题,提升 NVH 性能。
在政策扶持方面,欧美发达国家对于电动车的发展可谓不遗余力。从研发补贴、购置税减免,到充电基础设施建设,再到碳排放信用交易,一系列政策红利大大降低了电动车的使用门坎,极大地刺激了市场需求。根据 IEA 的统计,2020 年全球电动车销量已达到 300 万辆,同比增长 43%,其中欧洲市场增速最为亮眼,首次超越中国成为全球最大的电动车市场。
展望未来,在双碳目标的引领下,电动车有望迎来更大规模的发展。预计到 2025 年,全球电动车销量将突破 1000 万辆,渗透率将超过 10%;到 2030 年,全球电动车保有量将达到 1.45 亿辆,年销量将达到 3000 万辆,届时电动车将占据整体汽车市场份额的 30% 以上。
而随着全球电动车产业的蓬勃发展,台湾在电动车供应链中可望扮演举足轻重的角色。凭借多年来在ICT产业积累的技术优势和完善的供应链体系,台湾有望成为全球电动车产业的关键零组件供应基地。
台湾厂商在电动车三电系统、车载电子、关键零部件等领域已经做好准备,迎接电动车产业的浪潮。例如,在电池领域,台湾厂商可提供电芯、电池模块、电池管理系统等关键组件;在电控领域,台湾的电动马达、电控系统已经进入国际整车厂的供应链;在车载电子方面,更是有许多优秀的IC设计公司,可提供各类车规级芯片。同时,在关键零部件如热管理系统、轻量化材料等方面,台湾也有诸多实力厂商,已经切入国际大厂的供应体系。未来随着电动车渗透率的不断提升,台湾厂商将迎来更大的市场机遇,在电动车供应链中发挥更加重要的作用。
车用 AI 技术
人工智能技术的发展,正在强化智慧电动车的感知、决策和控制。感知层作为智慧电动车的「五感」,主要借助机器视觉、多传感器融合等技术,对复杂行驶环境进行全方位感知。以视觉感知为例,当前业界主流是基于深度学习的 CNN 模型,可以实现车辆、行人、道路标识等关键目标的实时检测与分割。同时,通过将视觉、激光雷达、毫米波雷达等异构传感器数据进行时空配准与语义融合,可以生成统一的三维环境模型,克服单一传感器的缺陷,实现全天候、全方位的环境感知。
在决策层,智慧电动车需要根据感知信息,对行驶场景进行语义理解,预测其他交通参与者的行为意图,并在考虑交通规则约束的前提下,规划出安全、平稳、高效的行驶路径。其中,基于贝叶斯网络、马尔可夫模型等方法的行为预测和交互理解模型,可以推断其他车辆和行人的运动趋势,提前做出规避决策。在路径规划方面,则需要综合考虑全局路网拓扑和局部路况信息约束智慧电动车做出合适的行为决策。
在环境感知方面,机器视觉是车用AI的核心技术之一。通过深度学习算法,智慧汽车可以从摄像头获取的图像数据中准确检测和识别车辆、行人、道路标识等关键目标,并对其进行像素级别的语义分割。同时,激光雷达、毫米波雷达等传感器可以为智慧汽车提供精准的距离和速度信息。通过多传感器融合,智慧汽车可以在复杂环境中实现全方位、无死角的感知。值得一提的是,半监督学习、无监督学习等新范式的引入,将进一步提升感知算法的鲁棒性和泛化能力,使得智慧汽车能够应对恶劣天气、极端光照等挑战场景。
其次,在乘客体验方面,AI技术的应用让汽车更懂人心。基于机器视觉的驾驶员监测系统(DMS),可以实时跟踪驾驶员的头部姿态、眼球运动等信息,判断其疲劳和注意力分散状态,及时发出预警提示。同时,基于自然语言处理和语音识别技术的智能语音助手,可以通过车载麦克风接收驾乘人员的语音指令,并给出准确回应,实现导航、媒体控制、车辆调校等多种功能。随着情感计算技术的发展,智慧汽车还将能够感知乘客的情绪状态,并相应地调节车内环境,提供更加个性化、人性化的出行体验。
此外,AI还为车载信息娱乐系统(IVI)插上了智能的翅膀。基于推荐系统算法,IVI可以根据驾乘人员的历史喜好,精准推荐音乐、电台等车载媒体内容,提供沉浸式娱乐体验。同时,基于增强现实(AR)技术的抬头显示系统(HUD),可以在前挡风玻璃上投影导航、车速等关键驾驶信息,减少驾驶员的视线分散,提升行车安全性。
5G/V2X 通讯技术
随着智慧电动车的发展,仅仅依靠单车智慧已经无法满足未来自动驾驶等场景的需求。V2X 通信技术应运而生,其中 V2V、V2I、V2P、V2N 分别代表了车车、车路、车人、车网通信,旨在实现车、路、人、云之间的信息互联互通,构建起万物互联的智能交通体系。当前 V2X 通信主要有两大技术路线:DSRC 和 C-V2X。DSRC 全称专用短程通信,是基于 802.11p 标准的车联网无线通信技术。
通过部署 V2X 通信系统,智能电动车可以感知更广区域的交通信息,实现多车协同,提高整体交通效率与安全性。例如,车车通信可以让前后车分享位置、速度等行驶信息,在双盲区、交叉路口等场景下预警碰撞风险。车路协同可以让智能电动车接收信号灯、限速标志等路侧设施的实时信息,根据路况调整行驶策略。
车人通信则可以探测行人的位置,特别是在弯道、树木遮挡等视线盲区,预警潜在碰撞风险。而车云通信则可以实现车辆与交通管理中心、互联网平台的资料交互,支持实时路况推送、远程诊断、自动停车等功能。此外,V2X 技术还可以赋能自动驾驶。多车通过共享感知信息,可以极大拓展单车的感知范围,基于边缘计算实现协同决策,从而应对更加复杂的交通场景。V2X+5G 还为远程驾驶、车队编队等创新应用提供了可能。
至于在相关发展进度方面,美国是最早开始V2X研究的国家之一,其依托DSRC技术开展了大规模的车路协同试点项目。虽然NHTSA曾提出在新车中强制安装DSRC设备的计划,但该提案于2017年搁浅。目前,FCC已经批准开放5.9GHz频段,允许C-V2X与DSRC并存。预计未来几年内将实现C-V2X的规模部署。
欧洲各国在V2X方面处于全球领先地位。欧盟提出到2030年实现车路协同的战略目标,倾向于采用ITS-G5标准,但同时也为LTE-V2X预留了应用场景。德法奥等国计划在高速公路和主要干道上铺设路侧设施,英国则计划在主要城市和高速公路部署RSU。北欧国家也启动了跨国的C-ITS corridor服务。
日本计划在2025年实现V2I的全国普及,采用与欧洲接近的ARIB STD-T109标准。日系车厂均已量产搭载DSRC功能的车型,同时日本也在积极开展LTE-V2X的先导应用。
中国是V2X商业化部署进展最快的国家。工信部已经为LTE-V2X分配了专用频段,并发布了十五年发展规划。在标准和产业布局上,中国都走在了世界前列。截至2022年底,全国已经开展40余个V2X示范项目,预计到2025年将初步建成全国范围的V2X网络。
韩国计划到2020年在主要城市实现DSRC路侧设施的全面部署,现代、起亚等车厂也在积极开展V2X量产车型研发。新加坡作为智慧城市典范,已经启动了智能交通系统试点,并计划实现L4级自动驾驶商业化。
智慧电动车的资安防护
电动车的智慧化、连网化在带来便利出行体验的同时,也扩大了其网络攻击面,给车辆和乘客安全带来新的挑战。智慧电动车往往配备多个通信接口和开放式软件平台,使得黑客可以通过多种途径入侵车载系统,窃取隐私数据、篡改通信报文、发起拒绝服务攻击,甚至远程控制车辆,引发安全事故。
从攻击面来看,智慧电动车主要面临几类安全风险:一是车载网络安全,如 CAN、LIN、FlexRay 等传统总线,由于缺乏相应的安全机制,容易遭受数据窥探、数据篡改、节点伪造等网络攻击。二是无线通信安全,包括蜂窝网络(4G/5G)、Wi-Fi、蓝牙等车外无线通道,面临窃听、中间人攻击、假基地台欺骗等风险。三是感知系统安全,如激光雷达、摄像头、超声波雷达等传感器,黑客可以通过雷达欺骗或图像对抗等手段,误导感知模型做出错误判断。四是储存安全,车载信息娱乐系统往往搭载开放的操作系统和第三方应用,可能存在代码漏洞被利用,导致敏感数据泄露。最后是 OTA 空中升级的安全性,如果缺乏完善的软件完整性校验和授权机制,黑客可能通过伪造升级包的方式,获取车辆控制权。
这些威胁不是理论上的猜想,而是确有发生的真实案例。2015 年「Jeep 切诺基事件」中,研究人员通过蜂窝网络远程入侵了车载信息娱乐系统,并进一步控制了剎车等汽车关键系统。2016 年特斯拉被黑客利用中控台浏览器漏洞,远程打开车门、操纵方向盘。2020 年一款知名品牌的智慧门锁,被发现存在 APP 端解锁漏洞,黑客利用这一漏洞成功盗窃了车辆。由此可见,保障智能电动车的网络安全,已经刻不容缓。
那么,如何构建智慧电动车的安全防护体系呢?首先要做好整车架构安全设计,如采用域控制器隔离车载网、引入 TPM 硬件安全模块、部署 IDS 和防火墙等。在芯片和操作系统层面,要选择安全等级更高的汽车级芯片和客制化车载操作系统。软件开发要遵循安全规范,并经过严格的程序代码审核和渗透测试。数据要全程加密储存和访问控制,敏感数据应使用白盒加密保护。通信协议要采用安全信道和双向认证机制,对关键消息应使用数字签名和时间戳防止篡改和重放。在 OTA 升级方面,要对升级包进行完整性校验,并通过安全密钥对升级指令进行授权。
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作者: |
林宗辉 |
现任: |
北美智权报资深编辑 |
学历: |
台湾大叶大学 |
经历: |
电子时报半导体资深分析师
MIT Techreview中文版研究经理
财讯双周刊撰述委员
美国波士顿Arthur wood投资顾问公司分析师 |
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