中控與儀表盤的數(shù)字化與大屏化，對(duì)汽車用戶與開發(fā)者而言帶來了哪些變化

對(duì)于埃隆·馬斯克將大屏植入到特斯拉的中控區(qū)，消費(fèi)者抱有截然不同的兩種態(tài)度。認(rèn)同的人覺得這樣才夠酷，才是高科技汽車該有的樣子；不認(rèn)同的人覺得這塊豎起的大屏太突兀了，破壞了汽車內(nèi)飾原有的穩(wěn)重大氣。

時(shí)至今日，這樣的爭論仍然持續(xù)著。不過，當(dāng)我們將目光投向車市，不難發(fā)現(xiàn)大屏在汽車中的占比越來越高，尤其是主打智能化的新能源汽車。根據(jù)CINNO Research的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2021年前三季度中國市場新能源乘用車中控顯示屏總銷量中，12寸以上占比達(dá)到48%，8寸-10寸占比為20%。同時(shí)段內(nèi)，中國傳統(tǒng)的燃油車也有25%是搭載12寸以上中控屏幕的。

細(xì)想也能夠理解，汽車數(shù)字化意味著功能更多，原來巴掌大小的屏幕雖能承載，但是操作流程就要復(fù)雜許多，且科技感明顯不足。回想智能手機(jī)的發(fā)展，汽車選擇大屏也是數(shù)字化時(shí)代的大勢所趨。

與此同時(shí)，大屏作為汽車數(shù)字化的典型特征之一，也就意味著所搭載的中控屏或者儀表盤不僅尺寸要大，還要具有更好的交互性，更好的顯示功能，以及更穩(wěn)定的產(chǎn)品性能。今天，我們就來聊聊數(shù)字化和大屏給汽車帶來的變化，以及隨之而來的相關(guān)挑戰(zhàn)，并從貿(mào)澤電子上的相關(guān)器件中挑選幾款推薦給大家，幫助大家實(shí)現(xiàn)更好的汽車數(shù)字化方案。

車載大屏是數(shù)字座艙的表象

自2010年前后特斯拉開始討論將大屏帶入到汽車駕駛艙，目前大屏在車載方面已經(jīng)發(fā)展成兩大流派：特斯拉以及蔚來等品牌選擇了豎版的大屏中控，然后選擇性地搭配數(shù)字儀表盤；小鵬、威馬和奔馳等品牌則是用上了貫穿屏幕，儀表盤和中控合二為一。雖然屏幕外觀不同，但兩者背后都是汽車數(shù)字化和智能化在推動(dòng)。

圖1：車載大屏

（圖源：蔚來汽車官網(wǎng)）

大屏和汽車數(shù)字化是相輔相成的，這也帶動(dòng)了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。根據(jù)Omdia的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2020年全球汽車顯示屏出貨量達(dá)1.27億片，其中大多數(shù)為中控顯示屏，出貨7,380萬片；電子儀表盤占比第二，出貨4,680萬片。按照Omdia的預(yù)計(jì)，到2030年車載顯示屏的出貨量將達(dá)到2.38億片。

基于大屏實(shí)現(xiàn)汽車數(shù)字化功能的好處是顯而易見的。首先是信息獲取效率高，隨著汽車功能越來越豐富，傳統(tǒng)操作桿/按鈕+表盤/單色液晶屏的方式，已經(jīng)無法很好地支持全部功能，數(shù)字化+大屏成為優(yōu)質(zhì)的替代方案，這套組合在信息傳達(dá)方面更直接，支持多任務(wù)執(zhí)行和系統(tǒng)扁平化，減少了駕駛?cè)藛T的視線轉(zhuǎn)移。

其次，數(shù)字化+大屏使得汽車智能化上限更高，不僅能夠作為自動(dòng)駕駛、車家互聯(lián)等功能的窗口，并且能夠增加更加人性化的交互功能，比如手勢控制、眼球捕捉、系統(tǒng)風(fēng)格自定義等，給駕乘人員帶來更好的體驗(yàn)。

此外，數(shù)字化+大屏也為汽車功能部署贏得了更多的物理空間。

面向未來，數(shù)字化+大屏對(duì)于未來汽車創(chuàng)新有著重要的意義。從觀感來看，這樣的實(shí)現(xiàn)方式讓汽車更具科技感；從用戶體驗(yàn)來看，數(shù)字化+大屏能夠更好地滿足普通消費(fèi)者對(duì)于娛樂的需求，同時(shí)也是商務(wù)人士的“移動(dòng)辦公室”；從人車交互來看，數(shù)字化+大屏讓汽車能夠更好地做到信息場景化、交互自然化和可視安全性，是主要的人車交互入口。

當(dāng)然，要兌現(xiàn)數(shù)字化+大屏在汽車產(chǎn)業(yè)的巨大潛力，單單只有一塊或者幾塊屏幕是不夠的，還需要功能強(qiáng)大且極具智能化的中控系統(tǒng)。作為系統(tǒng)核心，主控芯片要有強(qiáng)大的功能，以支持各種程序和功能的運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)也要做好對(duì)全車信息的掌控，成為車載信息的匯集點(diǎn)，通過各種類型汽車總線與ECU或域控制器實(shí)時(shí)通信，提供信息娛樂、車輛控制和信息安全保護(hù)等功能。

此外，包括屏幕在內(nèi)的整個(gè)中控系統(tǒng)都安裝在汽車復(fù)雜的電子環(huán)境中，需要滿足汽車對(duì)可靠性的高要求。相較于智能手機(jī)或者平板電腦的使用場景，車載設(shè)備所處的環(huán)境更加復(fù)雜、惡劣，不僅有溫度、灰塵、震動(dòng)等干擾，電磁輻射也是一個(gè)大麻煩。在這些嚴(yán)峻的考驗(yàn)下，黑屏、死機(jī)等問題是不被允許的，同時(shí)設(shè)備損壞的更換成本也很高昂，非常影響消費(fèi)者對(duì)于品牌的忠誠度和信任度。在這方面，高可靠性驅(qū)動(dòng)芯片是必不可少的，它為車載屏幕更好地運(yùn)行提供了一份保障。此外，車聯(lián)網(wǎng)相關(guān)器件以及傳感器等同樣需要滿足這些高要求。

因此，實(shí)際上車載大屏只是表象，背后是傳統(tǒng)汽車座艙向數(shù)字座艙進(jìn)化的大趨勢。對(duì)于開發(fā)者而言，車載大屏并不是簡單地把屏幕尺寸換成大的，背后需要性能更強(qiáng)的軟硬件系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠的數(shù)字化功能，開發(fā)者需要重新構(gòu)思系統(tǒng)設(shè)計(jì)，將更多先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)帶入到汽車領(lǐng)域，比如人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)等。

下面，我們就從貿(mào)澤電子豐富的元器件產(chǎn)品中選擇幾款推薦給大家，這些器件不僅能幫助廣大工程師朋友實(shí)現(xiàn)車載大屏的高性能，同時(shí)也能夠應(yīng)對(duì)汽車內(nèi)復(fù)雜嚴(yán)苛的應(yīng)用環(huán)境。

輕松實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)多合一的MPU

在實(shí)現(xiàn)數(shù)字化+大屏的過程中，主控芯片是系統(tǒng)的靈魂?；谝豢畛錾腗PU，設(shè)計(jì)者可以更好地實(shí)現(xiàn)貫穿屏設(shè)計(jì)或者一芯多屏設(shè)計(jì)，可以支持更加智能的算法，實(shí)現(xiàn)更好的交互功能。并且，一款強(qiáng)大的MPU還擁有豐富的外設(shè)接口，讓車載通信和多功能融合都不在話下。我們今天要推薦的第一款器件便是這般強(qiáng)大的MPU，來自制造商N(yùn)XP Semiconductors，貿(mào)澤電子上的制造商編號(hào)為MIMX8QM6AVUFFAB，大家可以搜索此編號(hào)快速找到這款器件。

圖2：NXP i.MX 8處理器

（圖源：NXP）

我們都知道，i.MX 8系列應(yīng)用處理器擁有多個(gè)系列，提供基于Cortex-A72 + Cortex-A53、Cortex-A35、Cortex-M4和Cortex M7組合的解決方案，并且彼此之間具有很好的兼容特性，工程師朋友可以通過一款PCB方案體驗(yàn)不同的i.MX 8系列應(yīng)用處理器。

我們今天介紹的MIMX8QM6AVUFFAB屬于i.MX 8QuadMax系列，該系列應(yīng)用處理器搭載八個(gè)內(nèi)核（兩個(gè)Arm? Cortex?-A72、四個(gè)Arm? Cortex?-A53和兩個(gè)Arm? Cortex?-M4F）、雙32位GPU子系統(tǒng)、支持4K H.265的VPU，為多任務(wù)運(yùn)算、系統(tǒng)控制和圖形顯示等汽車數(shù)字化以及大屏需要的核心功能提供強(qiáng)力支撐。

通過豐富的內(nèi)核配置，i.MX 8QuadMax系列應(yīng)用處理器可以幫助開發(fā)者將娛樂系統(tǒng)無縫地遷移到汽車上，并允許不斷完善該系統(tǒng)，包括提供用戶的自主定制化選項(xiàng)，以及視覺輔助、視覺跟蹤和對(duì)象檢測等基于視覺的高級(jí)HMI系統(tǒng)。

在方案設(shè)計(jì)上，i.MX 8QuadMax系列應(yīng)用處理器為數(shù)字汽車座艙帶來了前所未有的冗余度，可以支持各種不同的方案設(shè)計(jì)，包括獨(dú)立的多合一中控大屏設(shè)計(jì)，抬頭顯示、數(shù)字儀表、中控等一芯多屏設(shè)計(jì)。出色的圖形化能力讓沉浸式座艙體驗(yàn)成為可能。

i.MX 8QuadMax系列應(yīng)用處理器豐富的硬件配置支持車載信息娛樂和輔助駕駛功能相融合，利用多攝像機(jī)輸入、數(shù)字拼接和VX視覺擴(kuò)展，能夠?yàn)轳{駛者提供360°擴(kuò)展視野。并且，器件內(nèi)部提供16個(gè)獨(dú)立的運(yùn)行時(shí)可編程硬件防火墻域，可以在沒有管理程序的情況下運(yùn)行多個(gè)操作系統(tǒng)，確保關(guān)鍵顯示信息的穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)，還需要特別指出的是，該系列應(yīng)用處理器滿足SafeAssure? ASIL-B標(biāo)準(zhǔn)，具有針對(duì)任何顯示器的故障轉(zhuǎn)移功能，進(jìn)一步確保了重要信息正常、穩(wěn)定的顯示。

圖3：i.MX 8QuadMax系列應(yīng)用處理器系統(tǒng)框圖

（圖源：NXP）

此外，i.MX 8QuadMax系列應(yīng)用處理器集成了高級(jí)安全技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)，包括加密引導(dǎo)、橢圓曲線加密和安全密鑰存儲(chǔ)，支持AES、SHE及其他汽車安全標(biāo)準(zhǔn)，為系統(tǒng)運(yùn)行、網(wǎng)絡(luò)連接和OTA升級(jí)提供必要的安全保護(hù)。同時(shí)，該系列處理器利用FDSOI提高系統(tǒng)可靠性，改善MTBF（平均故障間隔時(shí)間）并降低軟錯(cuò)誤率。

更高精度的汽車監(jiān)控電路

雖然本文已經(jīng)多次提及，但是我們還是要再一次強(qiáng)調(diào)車載功能器件的特殊性，那就是對(duì)穩(wěn)定性有非常嚴(yán)苛的要求，而除了主控芯片本身具有的穩(wěn)定機(jī)制，外圍的輔助電路同樣也有著重要作用。

我們都知道，屏幕、控制芯片等都是對(duì)電壓要求較高的精密器件，一款高性能的穩(wěn)壓器能夠以更高精準(zhǔn)度自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)電壓，將波動(dòng)較大或者達(dá)不到器件要求的電源電壓調(diào)整到設(shè)定范圍內(nèi)，保障器件安全穩(wěn)定地工作。下面我們?yōu)榇蠹彝扑]貿(mào)澤電子上銷售的一款帶有電壓檢測器的超低靜態(tài)電流穩(wěn)壓器，來自制造商N(yùn)isshinbo，其1.2V電壓輸出版本貿(mào)澤電子上的制造商編號(hào)為R5112S121B-E2-KE。

圖4：R5112系列電壓穩(wěn)壓器

（圖源：Nisshinbo）

R5112系列電壓穩(wěn)壓器具有200mA輸出電流和42V輸入電壓，輸出電壓可以在1.8V、2.5V、2.8V、3.0V、3.3V、3.4V或5.0V中任意選擇并內(nèi)部固定，輸出電壓精度以及電壓檢測器的閾值檢測器精度均為±0.6%，具備高精度電壓檢測特性。除了作為基本的穩(wěn)壓器，R5112系列產(chǎn)品還包括一個(gè)輸出短路保護(hù)電路、一個(gè)過流保護(hù)電路和一個(gè)熱關(guān)斷電路。

圖5：R5112系列電壓穩(wěn)壓器系統(tǒng)框圖（1）

（圖源：Nisshinbo）

圖6：R5112系列電壓穩(wěn)壓器系統(tǒng)框圖（2）

（圖源：Nisshinbo）

下圖7是R5112系列電壓穩(wěn)壓器的典型應(yīng)用電路，能夠看到VOUT引腳和GND之間連接有一個(gè)肖特基二極管（D1），這是非常有必要的。在實(shí)際應(yīng)用中，器件可能面臨短路電流沖擊，在VOUT引腳和GND之間涉及輸出電容（C2）和短路電感的電路可能產(chǎn)生負(fù)電壓，這可能對(duì)負(fù)載設(shè)備造成損害，肖特基二極管（D1）的存在避免了這種潛在危害。

圖7：R5112系列電壓穩(wěn)壓器的典型應(yīng)用電路

（圖源：Nisshinbo）

此外，還需要向大家說明的是，R5112系列電壓穩(wěn)壓器是Nisshinbo汽車監(jiān)控電路產(chǎn)品組合的一部分。除了電壓檢測相關(guān)產(chǎn)品，該產(chǎn)品組合還包括看門狗定時(shí)器，當(dāng)設(shè)備因?yàn)橄到y(tǒng)噪聲、誤差等原因進(jìn)入死機(jī)狀態(tài)時(shí)，看門狗定時(shí)器能夠產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位信號(hào)或請(qǐng)求中斷服務(wù)，讓系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)重新運(yùn)行，不會(huì)影響系統(tǒng)整體的進(jìn)程。對(duì)于數(shù)字化汽車而言，看門狗定時(shí)器這一功能特性是非常重要且必要的。

同時(shí)，Nisshinbo汽車監(jiān)控電路產(chǎn)品組合都具有附加功能，比如手動(dòng)復(fù)位引腳、SENSE引腳、上電復(fù)位、過壓和欠壓檢測等，可用于增強(qiáng)系統(tǒng)功能安全。

讓車聯(lián)網(wǎng)更穩(wěn)定的汽車開關(guān)

在實(shí)現(xiàn)數(shù)字化+大屏的過程中，車聯(lián)網(wǎng)是底層技術(shù)，增強(qiáng)了汽車信息共享能力和協(xié)作能力，進(jìn)一步提升了車內(nèi)用戶的使用體驗(yàn)。為了確保在惡劣環(huán)境下提供穩(wěn)定的聯(lián)網(wǎng)功能，汽車電子委員會(huì)（AEC）Q100曾專門制定了開關(guān)和PA等有源元件的測試標(biāo)準(zhǔn)，通過這些嚴(yán)苛測試的器件能為汽車帶來更穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)傳輸。

當(dāng)然，一款性能出色的汽車RF開關(guān)，不僅是讓網(wǎng)絡(luò)傳輸更穩(wěn)定，還能夠增加車聯(lián)網(wǎng)的設(shè)計(jì)冗余度，讓汽車網(wǎng)絡(luò)更加多元化。下面我們?yōu)榇蠹彝扑]的器件同樣來自制造商N(yùn)isshinbo，是一款汽車單刀雙擲開關(guān)，可用于Wi-Fi?、BLUETOOTH? 和UWB應(yīng)用，貿(mào)澤電子上的制造商編號(hào)為NJG1801BKGC-A-TE3。

圖8：NJG1801BKGC-A汽車級(jí)SPDT開關(guān)

（圖源：Nisshinbo）

對(duì)于NJG1801BKGC-A而言，其第一個(gè)顯著的產(chǎn)品優(yōu)勢就是通過了AEC-Q100 1級(jí)標(biāo)準(zhǔn)測試，工作溫度在-40 ~ +125℃，為車載RF應(yīng)用提供穩(wěn)定可靠的產(chǎn)品性能。該產(chǎn)品具有超寬帶屬性，能夠在Sub-GHz到8.5GHz之間提供更低的插入損耗（0.35 ~ 0.6dB）和更高的隔離度（18 ~ 28dB），ESON6-GC封裝符合自動(dòng)光學(xué)檢測（AOI）標(biāo)準(zhǔn)，不僅能夠用于遙控車門開關(guān)（RKE）系統(tǒng)，對(duì)于2.4GHz頻段和5GHz頻段的WiFi應(yīng)用，以及UWB應(yīng)用同樣提供很好的支持。

圖9：NJG1801BKGC-A功耗-溫度特性

（圖源：Nisshinbo）

總體而言，穩(wěn)定可靠的NJG1801BKGC-A能夠應(yīng)對(duì)汽車惡劣的應(yīng)用環(huán)境，并通過高隔離特性減少路徑傳輸?shù)母蓴_，為高性能車聯(lián)網(wǎng)賦能。

在更嚴(yán)苛的條件下實(shí)現(xiàn)數(shù)字化

以大屏為表象的汽車數(shù)字化實(shí)現(xiàn)了各種各樣的車載智能應(yīng)用，其中包括智能座艙、智能后視鏡等等，而實(shí)現(xiàn)這些的前提是要滿足汽車嚴(yán)苛的元器件測試標(biāo)準(zhǔn)，需要有更穩(wěn)定可靠的性能表現(xiàn)。大屏和數(shù)字化對(duì)于用戶而言意味著更舒適便捷的乘車體驗(yàn)，對(duì)開發(fā)者來說則是人工智能、車聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù)和汽車的有機(jī)結(jié)合，而貿(mào)澤電子上銷售的車規(guī)級(jí)元器件是將其串聯(lián)在一起的橋梁，幫助大家在更嚴(yán)苛的條件下實(shí)現(xiàn)汽車數(shù)字化。