JIC投资观察原创文章
中国建投成员企业建投华科
作者：杨婷婷
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2023年9月，新能源汽车渗透率达到40.44%。也就是说，在中国每卖出10辆车，其中有4辆是新能源汽车。同时，根据起点研究院数据显示，2022年全球新能源汽车销量1148万辆，其中中国新能源汽车销量688.7万台，连续8年保持全球第一。随着新能源汽车行业的快速发展，一系列新的问题也逐渐凸显。
2009年，我国提出节能减排和环保政策目标。2010年，出台《新能源汽车产业发展规划》，中国的电动车发展就此拉开序幕。经历了十年的发展，2019、2020、2021年中国新能源电动车销量分别为120.6万辆、136.7万辆、352.1万辆。即便是在受到疫情、原材料等多方影响的2022年，我国全年新能源汽车销量也达到688.7万辆，超过全球总交付量一半。新能源汽车销量连续4年持续增长，对比2019年，增长了近5倍。
2019-2022年新能源汽车销量
资料来源：汽车工业协会，建投华科整理
随着新能源汽车的蓬勃发展，新能源汽车发展中出现的一系列新安全问题，亟待解决。
01
问题逐渐凸显
电池安全风险
随着新能源汽车数量的持续增长，关于新能源汽车的自燃案件数量也逐渐增多。仅2022年一季度新能源汽车火灾案件就超过600起，对比2021年同期增长了32%。由于燃料电池与传统油管的工作原理不同，新能源汽车着火概率显著高于传统汽车，其中电池过热造成的热失控是新能源汽车电池起火的主要原因，而碰撞、使用不当、外部环境温度过高等都是引发热失控的导火索。
根据杭州公安通报，2023年6月，一辆新能源汽车在高速驶出沪杭高速杭州收费站时，与收费站设施碰撞后起火，造成4人死亡。汽车受到强烈的外界碰撞后起火的可能原因主要有两种：一种是汽车碰撞后电池出现变形、破损，电池中的易燃电解质外泄；另一种是汽车被碰撞后穿刺插入电池本体，电池正负极直接短路造成电池热失控，进而引发起火。
2022年6月，广州河源市，两辆新能源汽车在充电过程自燃，其中一辆汽车被烧成“骨架”。庆幸的是，并未造成人员伤亡。这起事故显示电动汽车充电过度、放电过度也会造成电池热失控。电池就像人的消化系统一样，吃的太多或者饿的太久都会对人体造成伤害。简单理解，过度充电会使电池持续、过量摄入锂，导致电池组内压力过大，随后发生氧化反应引起电池燃烧。
此外，容易诱发电池安全隐患的因素还包括，长期停放在高温外部环境中，热管理系统失效、电动汽车空调系统失灵、电池附近的散热系统被破环，造成电池短路等。
人机交互设备的增多加大智能驾驶的安全风险
新能源汽车产品大大加强了人机交互的能力和体验，是新能源汽车区别于传统汽车产品的重要卖点。根据亿欧智库2021年的调查显示，近600款新车中，智能语音系统的渗透率达到了86%。如今的新能源汽车普遍做到了使用手机软件、数字钥匙、语音控制等工具对汽车门、车窗、空调、地图等软硬件设备实现控制，这为车主带来创新体验的同时，也潜藏了新的危险与隐患。
2021年12月有博主测试了多辆知名品牌汽车的声控系统，在通电且锁车状态下，车外人员可通过语音控制车窗，大大增加了非法人员潜入车内的便捷性。特斯拉为方便用户出行，可以设置通过手机软件进行解锁，很多车主将实体钥匙束之高阁，但是当手机软件系统出现问题时，车主无法正常开启车辆，往往几小时后系统才能恢复正常工作。
另一方面，汽车车机屏幕变大成为新的趋势，汽车的车机系统搭载如辅助驾驶、车内智能、娱乐功能等多个功能。曾有报道过某品牌汽车在高速公路行驶过程中，显示车辆行驶信息的屏幕突然黑屏，无法显示车速等重要驾驶参数，严重影响了汽车驾驶安全。
驾驶数据安全
新能源汽车产品的另一大特点，在于其集成了智能（辅助）驾驶系统，能为消费者提供更加智能化的驾乘体验。智能驾驶的工作原理是通过其搭载的各类传感器（包括摄像头、激光雷达、毫米波雷达等）进行数据搜集，然后将搜集来的数据进行标注、再通过算法进行深度学习，预判路面上其他行为体的运动轨迹，形成自动驾驶策略，做出驾驶指令来指导车辆自主（辅助）驾驶。在这个过程中会存在个人信息被采集和使用的安全隐患。
智能驾驶最基础的是要使用车主的定位，例如车主的住址信息、出行信息都将会被采集。智能驾驶车辆在无时无刻的采集路面、路人信息，以确保让智能驾驶系统可以通过路面的行驶环境进行深度学习。为进一步提升智能驾驶的安全，部分车企已采用智能座仓检测服务，此项服务不仅仅关注全车人的安全，通过驾驶员的头部姿态、面部表情、车内乘客是否有争吵等关键信息分析驾驶员的疲惫状态、是否存在易于分心事件等，进而侦测是否存在危险驾驶行为。
特斯拉曾向用户保证其隐私的安全性。2023年4月路透社报道，2019年至2022年期间，特斯拉员工私下传播车载摄像头记录的相关音视频内容，并做成表情包。目前全球各家车企对消费者的这类数据的收集、加工、存储方法不一，用户数据使用的合规性也有待商榷，而新能源汽车能够采集的数据边界也尚需行业各方共同厘清。
自动驾驶算法安全
2004年热映的电影《我和机器人》中有一个经典桥段，正坐在自动驾驶汽车里的主角（威尔·史密斯）被两辆同样处于自动驾驶状态的大货车前后拦截在高速公路隧道里，机器人利用自动驾驶技术，试图引发故障造成交通事故来谋害主角。随着智能驾驶技术的不断深入，L3/L4级别的自动驾驶技术逐渐成熟，20年前电影中的场景可能很快就能照进现实。
在各家新能源汽车厂商努力推出更加智能的自动驾驶系统时，已有研究机构开始关注自动驾驶系统安全。
早在2017年华盛顿大学安全研究人员针对智能驾驶的传感器技术和算法进行了攻击行为的研究，通过对马路上停车标识的部分位置进行涂改，其涂改后肉眼依旧可以辨别，而智能驾驶汽车错误的将信息识别为限速45英尺。
2021年由美国和加拿大4所顶尖大学的学者发表的论文《Can We Use Arbitrary Objects to Attack LiDAR Perception in Autonomous Driving?》中指出，通过放置干扰物破坏激光雷达点云的几何特征，让算法失效，即可轻松导致后车无法识别前车，引发辆车相撞。比如，可以让无人机悬停在自动驾驶汽车前方的特定位置来干扰汽车的雷达，攻击结束后即刻将无人机操控飞走，便很难发现凶手。
无人机如何对自动驾驶车辆进行攻击
资料来源：Can We Use Arbitrary Objects to Attack LiDAR Perception in Autonomous Driving?
曾经特斯拉被报道过在自动驾驶时，把前面箱体为白色的大货车误识别为天空，导致车辆并未进行减速，直接撞上前车造成人员伤亡。
同时，在车辆驾驶的过程中也有极端案例（Corner Case）发生，比如大型车祸、极端天气等。而对于智能驾驶算法而言，Corner Case可进行学习的案例太少，就会导致系统做出对人员具有伤害性的决策，也就是说，现有的自动驾驶算法对现实生活中的复杂场景考虑还不够周全，依旧存在算法漏洞。这些伴随着自动驾驶技术而出现的新型安全问题，也亟待科学家、行业从业者、以及政府等各个有关方合作解决。
02
新能源汽车安全问题的解决路径
汽车电池的安全解决路径
在电池安全性方面，目前市场上主要以三元锂电池和磷酸铁锂电池为主。各大电池厂商也在通过各类解决方案提升电池性能，比如宁德时代麒麟电池，从电池结构进行创新使得电池实现了充电时间缩短、续航能力更强、更安全的热管理能力。由于产品成本较高，所以目前仅中高端车型进行了配置。
未来电池性能在各个方向取得更好的提升，低可燃性和低挥发性的固态电池成为最好的选择。固态电池可以分为全固态与半固态，全固态电池完全使用电解质替代电解液，半固态电池中通常还留存5-10%的电解液。2023年三季度蔚来交付了150kWh半固态电池，其制造成本与蔚来汽车ET5（33万）价格基本持平。同期，中国科学技术大学教授马骋开发了一种新型固态电解质，不仅性能提升且成本更低、更适合产业化应用，加速了固态电池的进一步发展。固态电池的产业化应用将更好的解决传统电池因电解液所产生的自燃安全隐患问题。
汽车人机交互设备的安全路径
针对新能源汽车出现的人机交互设备安全隐患，各家汽车厂商都采取了针对性的修复措施，例如小鹏汽车，通过配置双层隔离玻璃来提升车辆的隔音效果，使得关闭车窗后车外无法通过语音打开车窗。同时，也有厂商尝试推出私人定制的语音唤醒功能，比如蔚来汽车可以将语音助手唤醒名称NOMI改为车主自定义昵称，也能更好的对车辆安全起到保护。针对手机软件数字钥匙与驾驶系统中的崩溃，在手机软件层面将数字钥匙模块与其他模块进行分离，不论其他模块需要升级还是出现系统问题都将不会影响车主对数字钥匙的使用。
目前大部分厂商已将汽车的控制系统分为多个，车机与动力驱动系统分别独立。极氪汽车车主就曾表示车载黑屏事件已发生多次，但是并不影响驾驶体验，只要重启车机即可。动力系统与车机系统的分离让汽车有多个“大脑”同时运行，即便遇到突发状况也可以减少危害。
汽车智能驾驶数据安全路径
“智能驾驶不烧油也不烧电，烧的是数据，所以未来汽车的数据安全是重中之重。”这是来自360董事长周鸿祎对自动驾驶汽车的评价。
面对方兴未艾的自动驾驶数据安全问题，我们国家也在积极布局。2021年，我国颁布了《个人信息安全规范》、《数据安全法》。两套法律对自动驾驶场景下的数据合规有了明确的规定：商家应展示个人信息（隐私）保活政策或cookie政策，用户勾选同意后，才可进行收集。信息收集和处理的规则应征得用户同意。以国内自动驾驶领跑者-百度Apollo为例，根据法律法规Apollo出行平台对其信息进行高等级保密存储，通过原数据不出车、测绘数据不出云、测绘成果不关联的手段，保护数据不被他用。同时，加强行业协会的力量，在新能源汽车行业内部做到数据安全的行业自律，也是一个重要的途径。例如在金融领域，有多个行业从业自律协会以及从业自律协会，其权威性不容置疑，一旦从业人员或金融机构违反职业道德和准则，就可能面临着严重的处罚，甚至永不能从事金融工作的行业自律处罚。
未来，如果数据安全的管理也能形成类似的行业自律规则，对规范新能源汽车的数据采集和使用有着重要意义，既能为整个行业树立起更具信义的金字招牌，对保护社会和消费者个人数据安全做到更好的保护。
新能源汽车智能算法安全路径
一个新技术的产生，必定会催生想利用这项技术做违法行为的可能性。为避免未来新能源汽车的自动驾驶算法遭受攻击，防患于未然是不可避免的，车企需要提前预见到可能被攻击的风险，并投入力量提前防范。
像前文中提到的研究主要针对激光雷达的算法漏洞与劣势进行攻击，试图寻找自动驾驶盲点。一种可行的解决方案是为自动驾驶汽车添加多种不同的传感器，用收集来的多元化数据来交叉验证结果，降低算法出现误判的概率。
目前市场上绝大多数中高端车辆已配置多传感器解决方案，比如极狐阿尔法S华为HI版，共搭载34个传感器，其中包括3个激光雷达、6个毫米波雷达、12个超声波雷达、9个ADS摄像头、4个环视摄像头。通过多传感器的结合与算法迭代，智能视觉与感知更加全面，更好的避免视觉死角。当然过多的传感器也会造成数据的冗余，进而增加处理器的处理效率，不同类型的数据进行交叉验证时也增大了电动汽车整体车载的功耗，如何在自动驾驶安全和效率间达到平衡，这还需要行业相关从业者以及政府监管部门共同努力思考和研究。
03
总结
电动汽车行业在我国的发展，不仅壮大了汽车制造业行业，而且也带动了一系列行业和产业的发展，包括动力电池、车机系统集成商、智能驾驶算法、网络与数据安全提供商等，他们共同构成了一整套生态链和产业体系，是我国从低端制造业迈向高端制造业大国、经济从高速增长走上质量增长道路上的重要引擎，相关的领域投资潜力巨大，未来可期。
参考文献：
Yi Zhu, Chenglin Miao, Tianhang Zheng, Foad Hajiaghajani, Lu Su, Chunming Qiao, Can We Use Arbitrary Objects to Attack LiDAR Perception in Autonomous Driving? (2021) , 1-3.
亿欧智库：《2021中国汽车座舱智能化发展市场需求研究报告》，2021年
澎湃新闻：《半固态电池：并不意味着固态电池走了一半》，2023年
王源：《2020版，个人信息安全规范如何应用于自动驾驶场景下的数据安全体系建设》，2020
图片来源：unsplash.com/pexels.com
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