智能座艙需要什么樣的技術(shù)和芯片？

 文︱立厷

圖︱網(wǎng)絡(luò)

12月10日，號稱中國第一顆7nm制程車規(guī)級智能座艙SoC芯片“龍鷹一號”正式面世，自研者是吉利旗下的芯擎科技。連造車的都在研發(fā)智能座艙芯片，其熱度可見一斑。以智能座艙打造消費體驗已是兵家必爭之地。

在汽車“新四化”——電動化、網(wǎng)聯(lián)化、智能化、共享化進程中，最直接的消費體驗?zāi)^于智能化，實現(xiàn)的技術(shù)也是五花八門?，F(xiàn)代汽車座艙的形態(tài)、功能日新月異，人機交互方式變化多端，成為汽車應(yīng)用創(chuàng)新的一個重要方向，更是實現(xiàn)差異化，改善用戶體驗的主要手段，其中車載人機交互技術(shù)是最活躍的創(chuàng)新領(lǐng)域，除了傳統(tǒng)按鍵、觸控外，手勢、語音等自然交互方式開始進入量產(chǎn)車市場，多種人機交互方式融合有望不斷提升座艙駕乘體驗。

市場趨勢日漸清晰

傳統(tǒng)汽車座艙只能夠用來指示各種行車工況，而智能座艙是將車內(nèi)改造成一個數(shù)字化平臺，其主要的特點就體現(xiàn)在智能兩個字上。

智能座艙的興起將融合人工智能（AI）、自動駕駛、AR等新技術(shù)，實現(xiàn)中控、液晶儀表、抬頭顯示顯示（HUD）、后座娛樂等多屏融合交互體驗，利用語音識別、手勢控制等更智能的交互方式，重新定義汽車人機交互模式和內(nèi)容。

在自動駕駛引領(lǐng)下，汽車功能越來越多，使乘員和車輛之間的互動更加直觀，經(jīng)典儀表板將被其他用戶界面和通信選項所取代。儀表板是駕駛員隨時關(guān)注的重要焦點，也是智能座艙人機交互的關(guān)鍵入口之一。經(jīng)歷了數(shù)字化革新，儀表板正在從傳統(tǒng)機械指針、電子數(shù)字顯示升級到液晶儀表（虛擬儀表），且應(yīng)用日漸成熟。

中控屏的趨勢是大、多、強。屏幕尺寸越來越大，從早期的4英寸、6英寸、8英寸到現(xiàn)在主流的10-15英寸，一些中控屏甚至向下延伸到中央扶手，整體尺寸達到19英寸。橫向中控屏也是越來越大，居然是49英寸（長125厘米、高25厘米）巨屏橫貫左右。另外，分屏式設(shè)計也值得關(guān)注，可以讓駕駛員和副駕駛座上的乘客根據(jù)需求瀏覽不同內(nèi)容。

中控屏集成的功能也越來越多，包括信息、娛樂、導航、空調(diào)開關(guān)、車輛信息顯示等。更多的期待則是中控屏與車輛的深度融合，以越來越少的手動控制實現(xiàn)各種控制功能：開關(guān)天窗、控制車燈、倒車影像、全景影像、ADAS功能開閉等。

另外，伴隨多屏化，中控屏與座艙內(nèi)其他屏幕的互動性加強。多屏合理融合、功能分區(qū)也是一種新的探索，因為涉及行車安全因素、法規(guī)和可靠性要求，駕駛信息及專門針對駕駛員的個性化選擇在液晶儀表板上顯示更為合理，而中控屏則以顯示娛樂和其他駕乘人員的舒適信息為主。

HUD映射在風擋玻璃上，可以讓駕駛員不必低頭就可看清重要信息。它有助于促進便捷的人機交互，克服現(xiàn)有人機交互需求的瓶頸，將車況信息、ADAS、車聯(lián)網(wǎng)等多項信息呈現(xiàn)于HUD界面，高效、直觀、便捷。

雖然HUD當前仍屬小眾，但其推廣應(yīng)用具備必然性：行車安全性、交互便捷性、行車智能性。HUD的整體結(jié)構(gòu)主要包括主控PCB板、LED光源、投影顯示及反射鏡，其實質(zhì)是光學器件。其技術(shù)壁壘主要是PGU（圖像生成單元）以及屬于材料學范疇的自由曲面反射鏡和擋風玻璃。

還有一個重要的趨勢是交互技術(shù)融合。除儀表板、中控和HUD外，語音識別和手勢控制等交互技術(shù)是車載屏幕HMI（人機界面）的重要接口。在駕駛過程中，語音識別和手勢控制可以避免駕駛員分散注意力，更有利于行車安全。

作為一種新的交互方式，手勢交互已在一些車輛中逐漸應(yīng)用。相比傳統(tǒng)物理操作方式，光學手勢傳感是一種成熟的先進技術(shù)，能簡化人機交互，減少駕駛員的視覺分心和認知負擔，提升安全性。例如，駕駛員可以用規(guī)定手勢控制系統(tǒng)，如調(diào)整音響音量、接聽或拒接來電、開始/結(jié)束導航、控制天窗、艙內(nèi)照明、收音機和聲音設(shè)置等。

ADAS和以前為移動設(shè)備設(shè)計的技術(shù)，如面部識別、眼睛跟蹤或手勢控制，正越來越多地融入汽車；可定制照明解決方案也正在創(chuàng)造一種感覺良好的環(huán)境氛圍。

半導體解決方案助推智能座艙落地

智能座艙需要的半導體器件包羅萬象，而創(chuàng)新的智能解決方案是為智能座艙量身打造的，對提升IVE的作用不可小覷。

恩智浦信息娛樂系統(tǒng)與駕駛體驗解決方案

車載信息娛樂系統(tǒng)的復雜度與日俱增，需要以實用方式處理和顯示的信息量也在不斷增加，這就需要強大而靈活的硬件解決方案，配以高性能圖形功能和豐富接口。恩智浦的方案主要是從整個系統(tǒng)考慮，提供汽車專用微處理器、軟件定義無線電（SDR）解決方案和音頻放大器，滿足所有OEM的要求和規(guī)范。

恩智浦完整的車載信息娛樂系統(tǒng)解決方案具有無縫訪問數(shù)字內(nèi)容及創(chuàng)建并操作內(nèi)容的能力。這個智能學習環(huán)境可根據(jù)用戶偏好進行調(diào)整，用HMI支持語音命令、手勢、增強現(xiàn)實和高級個性化設(shè)置，實現(xiàn)豐富的用戶體驗。

該方案采用經(jīng)過驗證的器件，可縮短產(chǎn)品上市時間，滿足設(shè)計快速變化的需求。例如，恩智浦的儀表板組合旨在以程式化而簡單的方式，利用具有逼真視覺效果的高分辨率彩色顯示器向駕駛員傳達復雜的信息。儀表板組合包括通過2D和3D混合顯示器呈現(xiàn)的入門級高性價比解決方案。每個解決方案都結(jié)合了一整套軟硬件工具，并輔以恩智浦廣泛的生態(tài)體系開發(fā)工具?？芍匦屡渲玫?D顯示器是高端儀表板組合，包括以下一些器件：

①i.MX應(yīng)用處理器：可選i.MX6DP、i.MX6DL、i.MX6D和i.MX6S雙核或單核，支持（高級）3D圖形、HD視頻、（高級）多媒體等功能

②微控制器（MCU）：MPC5xxx微控制器是基于Power Architecture?的可擴展、高度集成MCU，專注于卓越品質(zhì)和長期可靠性，適用于ASIL D動力、傳動和控制應(yīng)用。

③信號調(diào)適：CD1020低成本22通道多開關(guān)檢測接口。

④CAN收發(fā)器：廣泛的CAN和CAN FD產(chǎn)品組合涵蓋所有CAN功能和電源模式，適用于更靈活、更安全的汽車網(wǎng)絡(luò)。

⑤汽車LIN解決方案：完整的多功能LIN汽車產(chǎn)品包括單頻、雙頻和四頻LIN收發(fā)器和LIN迷你系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片。

⑥電源管理IC：可選PF8100-PF8200、VR5500、PF8101-PF8201、PF7100、PF5020、PF5024等，4通道至12通道電源管理IC，面向高性能處理應(yīng)用，符合ASIL B安全等級。

⑦傳感器：實現(xiàn)了智能集成、邏輯和可定制平臺軟件的理想平衡，支持更智能、更獨特的應(yīng)用。汽車級品質(zhì)傳感器從環(huán)境中學習，有助于汽車安全駕駛。

⑧i.MX軟件和開發(fā)工具：專業(yè)支持處理器和微控制器應(yīng)用。

⑨工程服務(wù)：商業(yè)支持和工程服務(wù)。

恩智浦廣泛的MCU、處理器、傳感器和工具組合使HMI選項能夠用于語音識別、視頻和圖形、觸摸和手勢控制、視覺和圖像分析以及深度機器學習神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，確保各種GUI控制、語音激活和觸摸應(yīng)用的卓越性能。

瑞薩高端座艙和信息娛樂解決方案

8月底，瑞薩宣布完成收購Dialog，兩家公司的產(chǎn)品已經(jīng)整合在一起，高端座艙和信息娛樂解決方案就是這樣的組合。同樣，這是一種系統(tǒng)層面的方案，搭載R-Car H3、M3和M3N片上系統(tǒng)（SoC）、Dialog電源管理芯片（PMIC）和可編程時鐘發(fā)生器，以及多路視頻輸出和多種存儲器接口。

其靈活的時鐘發(fā)生器能夠產(chǎn)生1MHz到350MHz時鐘頻率，用單個器件代替多個分立式時鐘電路，從而節(jié)省工程物料清單（EBOM）成本并減小PCB面積。靈活的PMIC系統(tǒng)可為多個多核SoC供電，并集成具有多種睡眠模式的全電源軌管理系統(tǒng)，優(yōu)化了系統(tǒng)解決方案；經(jīng)驗證的PMIC可以降低成本并縮短開發(fā)時間。

高端座艙和信息娛樂解決方案

瑞薩還有一款

瑞薩為上述系統(tǒng)提供參考板，有助于工程師快速、輕松地開發(fā)應(yīng)用。

艾邁斯歐司朗智能座艙傳感和照明技術(shù)

艾邁斯歐司朗的方案主要體現(xiàn)的是這家在汽車行業(yè)積累了深厚技術(shù)的“百年老店”的特色器件。艾邁斯歐司朗的合并讓創(chuàng)新傳感和照明技術(shù)的結(jié)合如虎添翼，服務(wù)于手勢控制、駕駛員狀態(tài)監(jiān)控、增強現(xiàn)實型HUB等應(yīng)用。

在智能座艙應(yīng)用中，艾邁斯歐司朗的三大光源解決方案包括：用于DMS（駕駛員狀態(tài)監(jiān)測）、IMS（智能座艙監(jiān)測系統(tǒng)）的VCSEL（垂直腔面****激光器）、IRED（紅外發(fā)光二極管）、2D/3D方案、手勢識別方案、HoD（方向盤離手檢測）、HUD抬頭顯示以及環(huán)境光等光傳感器等。

未來的汽車將配備越來越多的功能，使乘員和車輛之間的互動更加直觀。手勢控制將是這一趨勢的主要部分。如今，駕駛員可以使用語音助手，并通過手勢控制不同功能。根據(jù)系統(tǒng)不同，艾邁斯歐司朗可通過以下方式實現(xiàn)：

基于IC的系統(tǒng)帶有分立式****和探測器，用于解釋簡單手勢（左右和上下移動）；基于三維相機和快速（復雜手勢）調(diào)制紅外光源的先進系統(tǒng)用于ToF測量。手勢識別系統(tǒng)可以實現(xiàn)娛樂系統(tǒng)中控的人機互動、調(diào)整門窗、內(nèi)飾燈控制等。除了在主駕駛位使用，在副駕駛甚至是后排也可以安裝手勢識別，方便人機互動。

緊湊型紅外LED（IRED）Oslon Piccolo在一個小封裝中集成了極大的功率，使其成為客戶的理想選擇。駕駛員可以使用語音助手進行導航，并通過手勢控制簡單的功能。

通常，用于操作顯示的不同菜單項都在圖像的邊緣，需要手動操作，而利用手勢識別，導航到目的地時即可顯示有相應(yīng)路線的地圖；同時減少了菜單項占用的地圖空間。

Oslon Piccolo的尺寸僅為1.6mm×1.6mm，封裝高度僅為0.81mm，與車內(nèi)顯示器結(jié)合可以輕松地安裝在小空間內(nèi)。1.15W的1A DC電源和10ns快速開關(guān)時間，適合作為恒定光源用于基于攝像頭的應(yīng)用，以及使用調(diào)制或快速脈沖光的3D圖像采集。汽車認證（AEC-Q102）器件有兩種波長：850nm（SFH 4170S A01）和940nm（SFH 4180S A01）。

Oslon Piccolo將極其緊湊的尺寸與卓越的亮度值相結(jié)合，擴展了汽車內(nèi)飾應(yīng)用的紅外電源****組合。

汽車投影是一種更“宏觀”的交互方式，包括HUD、窗口和徽標投影、牌照、靜態(tài)水坑燈等。這是一個即將到來的、快速增長的市場。特別是智能投影將成為未來汽車內(nèi)飾不可或缺的一部分。特殊投影能夠與外部環(huán)境融合，無縫地融入駕駛員視野，在各種情況下為駕駛員提供幫助。未來應(yīng)用還將包括增強/混合現(xiàn)實HUD、汽車表面或窗戶投影廣告等。這種所謂的車窗和徽標投影將把汽車變成一個延伸的表面，顯示相關(guān)信息或視覺效果。

另一款緊湊型LED產(chǎn)品是SYNIOS? P2720，采用與同系列產(chǎn)品相同的焊盤設(shè)計，極易進行平臺化使用，提供卓越的照明質(zhì)量。其應(yīng)用包括HUD、窗口和徽標投影、牌照、靜態(tài)水坑燈等。

TOPLED?反向鷗翼透鏡SFH 4246R則是一款高效紅外LED，切換時間短，質(zhì)心波長為940nm，適用于視覺控制手勢識別、機器控制、紅外線光電保護等。超緊湊紅外LED可在汽車內(nèi)部實現(xiàn)手勢控制和直觀互動。

變革方興未艾

目前，汽車座艙及其人機交互設(shè)計正在經(jīng)歷一場根本性的變革。主機廠也已意識到，消費者關(guān)注的重點已從實際駕乘體驗轉(zhuǎn)向基于個人品味、娛樂和工作效率的體驗，各種座艙功能需求將不斷增加車內(nèi)體驗的持續(xù)創(chuàng)新，也為涉足汽車領(lǐng)域的供應(yīng)鏈廠商帶來了大把的機會。 

來源：Techsuger