基于4S融合的新一代智能汽车创新发展战略

【精彩观点】

“新一代智能汽车有别于传统汽车，也有别于通常意义上自身具有一定智能化能力的汽车，而是与智能交通、智慧城市、智慧能源互联互通，实现‘人、车、路、云’协同感知、决策与控制，并连接丰富外部服务生态的全新汽车产品。新一代智能汽车是对智能汽车的认识升级、产品升级、技术升级。”

“现阶段基于4S融合的车路协同路径全力发展新一代智能汽车，将为中国抢占汽车及相关产业的全球战略制高点、实现智能社会运行范式的引领创新，提供重要的战略机遇。”

“从4S融合发展的视角出发，明确和细化了智能汽车、智能交通、智慧城市、智慧能源的发展目标。在此基础上，构建了新一代智能汽车的三维技术体系：第一个维度是4S，分别对应SV、ST、SC、SE的发展需求；第二个维度是自动化，基于感知、决策与控制展开；第三个维度是网联化，基于云、管、端展开。”

“新一代智能汽车的共性基础关键技术主要包括移动互联技术（5G通信、物联网）、云平台、大数据、人工智能、芯片、信息安全、数字孪生及高精度定位等。而新一代智能汽车的个性关键技术则主要包括整车系统平台与架构设计技术、自动驾驶技术（感知、决策、控制）和智能座舱技术等。”

【编者按】

在完成中国工程院课题“中国新一代智能网联汽车技术创新战略研究”的过程中，赵福全教授带领团队进行了深入探索，得到了一系列创新性的重要成果，主要包括：在3S（智能汽车、智能交通、智慧城市）协同的基础上，进一步完整阐释了4S（智能汽车、智能交通、智慧城市和智慧能源）融合的思想及模式；给出了新一代智能汽车的定义和认识，全面论证了其远超传统汽车和自身智能化汽车的丰富内涵和战略价值；对比分析了单车智能与车路协同两大技术路线的差异，明确指出中国未来必须选择基于4S融合的车路协同技术路径，这不仅能够有效解决智能汽车快速普及应用的技术、成本与安全难题，更能充分发挥智能汽车作为移动空间、互联节点、数据终端、智能载体和储能单元的关键作用，从而创造空前巨大的综合社会效益；从把握战略机遇、实现创新引领出发，以4S需求、自动化、网联化三个维度，系统梳理并描绘了新一代智能汽车的总体及细分技术体系，并识别了其中涉及的共性基础技术和个性关键技术；最后，提出了基于4S融合的新一代智能汽车创新发展战略，涵盖了具体的发展阶段、实施策略与保障措施等。本研究的相关成果为中国智能汽车产业长远发展，提供了有益的理论指引和决策参考。

以互联网、大数据、云计算、人工智能、5G通信等为代表的新一轮科技革命，正在驱动汽车产业发生深刻变革。在此背景下，融合诸多高新技术的智能汽车（SV，也称智能网联汽车），可以提供更加安全、便捷、低碳的出行综合解决方案，实现“车”与“人、路、云”等多智能主体的信息交互，将成为未来汽车的必然形态。展望未来，智能汽车（SV）将与智能交通（ST）、智慧城市（SC）、智慧能源（SE）4S融合发展，不仅可以解决智能汽车自身面临的产业化普及难题，而且可以助力智能交通、智慧能源的加速落地，并共同形成智慧城市的全新运转模式，进而产生万亿元级别的综合效益。

然而，此前有关智能汽车的发展更多着眼于车辆本身，即追求单车智能化水平的不断提升，完全没有体现出智能汽车远超传统汽车的重要战略价值。同时，学界和业界对于智能汽车及智能交通、智慧城市、智慧能源都有研究和实践，但真正从4S融合协同的角度出发，对智能汽车开展的系统研究还较为缺乏。

有鉴于此，笔者提出了基于4S深度融合的新一代智能汽车的概念，即新一代智能汽车有别于传统汽车，也有别于通常意义上自身具有一定智能化能力的汽车，而是与智能交通、智慧城市、智慧能源互联互通，实现“人、车、路、云”协同感知、决策与控制，并连接丰富外部服务生态的全新汽车产品。由此出发，笔者对4S融合下新一代智能汽车的技术创新发展战略进行了系统研究和全面阐释。

一 新一代智能汽车的战略定位

1.新一代智能汽车是对智能汽车的认识升级

新一代智能汽车的出现，意味着汽车产品的本质与内涵发生了深刻的变化。一方面，汽车先后经历了机械产品、机电一体化产品和智能网联产品的发展，后续将进一步演进成为社会和产业协同化的产品，即新一代智能汽车，从而推动人类社会和诸多相关产业智能化水平的全面升级。另一方面，新一代智能汽车将在4S融合发展中发挥核心枢纽的重要作用，真正打通智慧城市、智能交通、智慧能源，从而实现人流、物流、能源流、信息流以及资金流的顺畅流动。

因此，笔者认为，新一代智能汽车不能只作为一种产品来认识，也不能简单视为一个产业，而是多个产业相互融合催生出的新物种。这个新物种不仅可以有效解决交通拥堵、交通事故、环境污染、能源消耗等诸多社会问题，实现城市的可持续发展，还可以凭借其丰富的产业生态、创新的商业模式，支撑并引领城市中产业、经济、工作、生活的重新布局和转型发展。以新一代智能汽车为中心，多个行业、不同主体共同参与汽车、交通、能源乃至整个城市的再建设、再升级和再创造，有望引发人类社会生产模式和生活方式的重大改变。

2.新一代智能汽车是对智能汽车的产品升级

智能汽车与智能交通、智慧城市、智慧能源的深度融合，将使汽车产品具有新的功能及服务，从而实现智能汽车产品的全面升级。

第一，未来交通基础设施将实现信息化升级，配置众多的先进传感器，并具备人工智能能力，与智能汽车互联互通来进行车路协同的感知、决策与控制。智能汽车通过ST系统提供的实时路况信息，可以更合理地规划行驶路径，减少行程时间，同时获得更为高效的基于位置的服务。

第二，智能汽车通过物联网与未来城市中的其他智能终端互联互通并相互赋能，构建丰富的网联生态系统，将提升城市智能治理能力。智能汽车作为解决“最后一公里”出行问题的不可替代且灵活高效的运载工具，将有力支持城内、城际的客运与货运需求。同时，未来基于高度智能化的汽车共享出行模式，有望大幅提升汽车的使用效率，缓解城市交通压力，节约社会运行成本。

第三，电动汽车是智能汽车的最佳产品平台，智能电动汽车作为可移动的储能供能单元，将成为分布式智慧能源网的重要组成部分。通过V2G（车辆与电网互动）技术，智能电动汽车与电网实现高效互动，不仅可以发挥“削峰填谷”的电网平衡作用，还将促进清洁能源消纳，从而推动能源结构的低碳化转型。

3.新一代智能汽车是对智能汽车的技术升级

打造基于4S融合的新一代智能汽车，仅仅依靠汽车自身的智能化技术是远远不够的，还必须依靠诸多领域相关技术的有力支撑，特别是汽车与信息、通信等技术的紧密融合，以产生“1+1＞2”的协同效应。

在车辆智能化方面，单车型智能汽车需要搭载高性能传感器、高算力计算平台、快速响应高精度控制器，以实现自动驾驶和打造智能座舱；而融合型智能汽车则注重运用大数据、云计算、人工智能等技术，通过“人、车、路、云”的协同感知、决策与控制，以实现自动驾驶，同时打通车辆外部生态与内部控制，在更高层面上打造智能座舱。

在车辆网联化方面，单车型智能汽车的联网水平不高，网联应用集中在资讯、娱乐信息获取方面；而融合型智能汽车则利用5G通信技术进行“人、车、路、云”的实时信息交互，借助云平台实现云端计算、实时地图更新等功能，从而基于多元数据融合应用，形成多样化的服务能力。

在外部生态支撑方面，单车型智能汽车缺乏外部网联服务生态，仅有非常有限的功能开发者，即供应商合作伙伴提供支持；而融合型智能汽车同时具备丰富的应用服务生态和功能开发者生态，可以充分满足用户的个性化需求，从而实现“千车千面”和“千人千面”。

二 新一代智能汽车的技术发展路径

1.智能汽车技术发展路径的对比

目前，各国智能汽车技术的发展路径主要有两条：一是以单车智能为主，二是基于车路协同。以单车智能为主的技术发展路径难以实现智能汽车的大规模产业化，其主要问题有：1）技术存在瓶颈。仅靠车载传感器很难确保在复杂环境中实现精准感知，加之受体积和功耗限制，车载计算平台也很难满足需求。2）安全难以保障。没有外部支持，冗余度不足，车端系统和技术一旦出现问题，很容易导致交通事故。3）成本居高不下。具有高级自动驾驶能力的单车智能系统必须搭载高性能的传感器和计算平台，价格高昂；同时，为了确保行车安全，需要对感知、决策和各环节都设置冗余，将进一步加重车辆成本负担，导致商业化落地难度增加。4）社会效益偏低。一方面，前述三点原因将严重使智能汽车的普及速度放缓，而智能汽车的外部效益在很大程度上与其渗透率息息相关；另一方面，单车智能与周边环境没有充分互联互通，无法进行车辆、交通、城市、能源等的全局优化并产生相应的巨大社会价值。

相比之下，基于车路协同的技术路径具有明显优势，这将是未来发展智能汽车的必由之路。第一，基于路端基础设施及相关技术，可支持车辆实现更精准的感知、决策与控制。第二，借助路端智能，可为车辆提供独立于车端系统以外的安全冗余保障。第三，可将部分车端技术成本转移至路端，有望显著提高智能汽车商业化普及的速度。第四，从车路协同出发可向4S融合拓展，打通汽车与交通、城市、能源的联系，提供全局的最优实施方案，从而在更高维度上创造更大的社会效益。

当然，较之以单车智能为主的路径，基于车路协同的智能汽车技术发展路径涉及要素更多、主体关系更复杂、部署难度更大。但这一路径不仅是智能汽车快速普及的必然选择，还将引领整个汽车出行先进科技集群的创新发展，拉动汽车及相关产业的转型升级。因此，笔者认为，中国必须基于4S融合的车路协同模式发展新一代智能汽车技术。

2.中国智能汽车技术发展路径分析

从全球发展态势来看，美日欧等汽车强国/地区作为先发国家/地区，早期多采用以单车智能为主的路径，此后随着单车智能逐渐遭遇发展瓶颈，又相继提出了各自的车路协同发展规划，开始进行技术路径的变轨。不过，这些国家的车路协同主要指向，通过路端提供相应的支持来实现高等级的汽车自动驾驶，较少涉及汽车与交通、城市和能源系统的全面连接、立体交互与总体优化，这也和这些国家政府的资源调配能力有限有一定关系。

而中国较早提出了车路协同的发展方向，并逐渐在业界凝聚起越来越高的共识。事实上，中国目前在4S方面均有各自的具体规划与布局，为新一代智能汽车的发展奠定了良好的基础。笔者认为，现阶段基于4S融合的车路协同路径全力发展新一代智能汽车，将为中国抢占汽车及相关产业的全球战略制高点、实现智能社会运行范式的创新引领，提供重要的战略机遇。其理由如图1.11所示。

第一，面向车路协同的技术发展路径，中国在体制机制、基建能力、信息通信产业以及汽车市场等方面具有优势。第二，中国直接选择车路协同的发展路径，可以形成一定的后发优势，而先发国家不得不面对技术变轨所需的时间成本，并可能影响其发展新一代智能汽车所能达到的最终水平。第三，基于4S融合的车路协同并不只是汽车与道路设施的互动，这其中的“路”端是一个广义的概念，包含交通、城市和能源等多元主体。唯有以此理念和布局同步推进，才能真正打造出新一代智能汽车，进而实现相关产业生态、各类企业以及科技集群的转型升级和全球发展范式的创新引领。

不过我们也要清醒地认识到，中国在新一代智能汽车核心技术方面还存在部分瓶颈和短板，主要涉及以下四个领域：一是专业芯片设计、制造能力不足，难以满足高性能车载计算平台的研发生产需求；二是操作系统研发能力薄弱，特别是缺少底层操作系统的开发生态，现有操作系统多为国外巨头企业掌控；三是高性能传感器技术相对落后，高分辨率摄像头、高性能激光雷达等关键传感器多依赖国外企业提供；四是车用信息技术能力欠缺，车用人工智能算法、信息安全核心技术储备不足。

显然，上述技术瓶颈严重制约了中国推进基于4S融合的车路协同发展，为此，亟须系统梳理新一代智能汽车的相关技术体系，明确关键技术的发展目标和攻关重点，逐步构建起自主可控的智能汽车科技基础。

三 新一代智能汽车的技术体系

1.新一代智能汽车的总体技术体系

笔者以4S深度融合的总体和分解目标为导向，系统梳理和描绘出新一代智能汽车的三维技术体系。其中，将新一代智能汽车技术体系的总体目标设定为，打造更高性价比的智能汽车，推动其快速落地应用；以智能汽车为核心，带动4S融合发展，并支撑制造强国、科技强国建设以及环境保护事业发展。

从4S融合发展的视角出发，明确和细化了SV、ST、SC、SE的发展目标。在此基础上，构建了新一代智能汽车的三维技术体系：第一个维度是4S，分别对应SV、ST、SC、SE的发展需求；第二个维度是自动化，基于感知、决策与控制展开；第三个维度是网联化，基于云-管-边-端展开。而智能化水平取决于自动化、网联化两方面的能力，为此从自动化、网联化的技术体系角度入手，论证形成了基于4S深度融合的新一代智能汽车总体技术体系，具体如图1.12所示。

2.新一代智能汽车的自动化技术体系

在新一代智能汽车的自动化技术体系中，智能汽车与智能交通、智慧城市融为一体，实现协同感知、决策与控制；智慧能源则在三者协同过程中提供能源支撑，具体如图1.13所示。

其要点主要包括以下三点。第一，多源协同感知与多源感知融合。车载传感器、路侧传感器、各类云端设备向智能汽车提供满足行驶需求的环境信息，经由人工智能算法进行多源感知融合，提升感知精度和速度。第二，基于人工智能、大数据、云平台的协同决策。在硬件层面，智能汽车基于车载计算平台，智能交通、智慧城市基于边缘云平台和“中央城市大脑”，通过高速率、低时延、大带宽的新一代通信技术实现信息共享，共同处理多源协同感知获得的庞大数据，为车端、路侧基础设施及智慧城市参与者提供决策支撑。在软件层面，车、路、云系统均有标准接口以支持4S系统连通，车端自动驾驶算法与路端车路协同算法、信号优化算法不断协同优化，共同提升车辆乃至4S的自动化水平。第三，车、路、云协同控制。为实现控制集中化、软硬件解耦化，新一代智能汽车将搭载可充分扩展、可灵活配置的整车级模块化控制架构。智能交通的边缘云控中心将根据实时路况，对车辆行驶路线、信号配时、车道功能等进行优化调整；同时，车辆行驶状态及路况信息上传至智慧城市的云控平台，为城市综合治理及相关服务提供支撑。

3.新一代智能汽车的网联化技术体系

在新一代智能汽车的网联化技术体系中，基于“信息管道”，多智能终端与云平台将实现充分打通，具体如图1.14所示。

其要点主要包括：一方面，通过物联网“信息管道”，为4S智能终端的协同交互提供可靠的通信支撑；另一方面，智能终端与云平台连通，由智能汽车、智能交通基础设施、智慧城市智能终端、智慧能源设施等产生或采集的数据，通过“信息管道”上传至云端。

4.新一代智能汽车的关键技术

在上述新一代智能汽车的智能化和网联化技术体系的基础上，笔者对相关核心技术进行梳理，识别提炼出在4S中均有涉及与应用的共性基础技术和在4S之一中发挥重要作用的个性关键技术。

其中，新一代智能汽车的共性基础关键技术主要包括移动互联技术（5G通信、物联网）、云平台、大数据、人工智能、芯片、信息安全、数字孪生及高精度定位等。而新一代智能汽车的个性关键技术则主要包括整车系统平台与架构设计技术、自动驾驶技术（感知、决策、控制）和智能座舱技术等。

四 基于4S融合的新一代智能汽车创新发展战略

1.新一代智能汽车的技术发展路线

笔者认为，自动化与网联化水平必须协同进步，才能实现智能汽车智能化水平的显著提升。如果只在自动化方面寻求突破，将使新一代智能汽车退化到单车智能的层次，既无法取得4S融合的预期效果，也无法实现更高程度的智能化；而如果只在网联化方面提供了相应的服务，却不具备高等级的自动驾驶能力，这样的汽车显然也不能称为智能汽车。为此，笔者将自动化、网联化分别定义为三个阶段（初级、中级、高级），经交叉组合后获得新一代智能汽车的三个发展阶段以及各阶段的目标，从而得到基于4S深度融合的新一代智能汽车的智能化技术体系，也即中国新一代智能汽车的技术发展路线图。具体如图1.15所示。

依据对中国不同等级智能汽车市场渗透率的预测，笔者将未来基于4S融合的新一代智能汽车的发展阶段进行了划分，并有针对性提出了各阶段的实施策略，具体见表1.1。

2.新一代智能汽车创新发展战略的保障措施

为确保上述目标的实现，笔者特提出以下保障措施。

第一，加强政策引领，完善顶层设计。建议将新一代智能汽车创新发展战略明确为国家战略，结合实际进展持续完善政策组合体系，充分发挥政府在跨行业发展统筹方面的主导作用；发挥“新型举国体制”的优势，建立跨机构的分工协作机制，通过“政、产、学、研、用”高效协同和深入合作，推动以智能汽车为核心的4S融合发展。

第二，激励全面创新，构建创新体系。贯彻落实创新驱动发展战略，制定创新激励政策，合理保持公共资源投入力度；加强产业人才培育和知识工程建设，以重点成果示范应用带动“政、产、学、研、用”协同创新环境建设与完善。

第三，整合优势资源，推进产业融合。建议着力推动相关技术、服务产业与汽车、交通、能源、城市建设的深度融合，以市场机制促进各领域优势资源的高效利用，突出跨产业、跨领域协同发展，实现“1+1＞2”的综合效益。

第四，建立科创体系，夯实技术支撑。新一代智能汽车具有系统工程特征，需要政府、企业、学术界各方共同参与，构建涵盖AI、通信、信息、网络安全等在内的新一代智能汽车科技研发体系。加快人工智能落地应用，全面提升车规级芯片的设计、制造、定制化水平；突破网络切片、自主进化网络等核心技术，尽快规划并制定相关行业标准，固化商业模式，解决成本与能耗问题；完善信息安全认证机制，构建系统安全架构，维护智能终端、网络、云端的数据安全。

第五，完善设施建设，保障技术落地。建议按照稳妥推进、适度超前的原则，推进5G通信基站、卫星地面定位基站、智能交通基础设施、智慧电网等4S相关基础设施建设，促进技术应用与迭代，保障新一代智能汽车的运营需求和产业成长空间。

第六，开展示范应用，优化商业模式。加快新一代智能汽车示范区建设，推进自动驾驶、车路协同、云平台等各项新技术的测试验证。建议在国家、地方协同推进不同层次的智能交通、智慧城市平台建设，解决差异化的交通运输需求；整合智能交通、智慧城市相关的共性与个性资源，开放并共享道路、交通、车辆、用户、商业服务等数据，打通各类交通工具，构建一体化出行服务平台；完善V2X运营，实现人、车、服务实时在线，提供主动式、智能化、规模化的网联服务。

（本文根据学术论文《基于4S融合的新一代智能汽车创新发展战略研究》精编整理；原论文发表于《中国工程科学》2021第3期，署名作者：刘宗巍、宋昊坤、郝瀚、赵福全[通讯作者]） 3YEzTXKAaLSvr+nta2QCQp8ZRIzGsq/Hk0FyDR2ptLDmMv4kuNURtJ86ZkUQcIz/