【導(dǎo)讀】汽車行業(yè)正在因客戶需求的不斷變化而發(fā)生重大變革。受智能手機(jī)以及其他智能設(shè)備使用習(xí)慣的影響，消費(fèi)者對(duì)汽車的要求不再僅僅是一個(gè)交通工具，而是開始在汽車中尋找一種可隨時(shí)與其數(shù)字生活相鏈接的智能駕乘體驗(yàn)。傳統(tǒng)的駕駛艙正在演變成一種類似于智能設(shè)備的數(shù)字產(chǎn)品，數(shù)字座艙也因此應(yīng)運(yùn)而生。
汽車行業(yè)正在因客戶需求的不斷變化而發(fā)生重大變革。受智能手機(jī)以及其他智能設(shè)備使用習(xí)慣的影響，消費(fèi)者對(duì)汽車的要求不再僅僅是一個(gè)交通工具，而是開始在汽車中尋找一種可隨時(shí)與其數(shù)字生活相鏈接的智能駕乘體驗(yàn)。傳統(tǒng)的駕駛艙正在演變成一種類似于智能設(shè)備的數(shù)字產(chǎn)品，數(shù)字座艙也因此應(yīng)運(yùn)而生。
數(shù)字座艙市場(chǎng)展望
數(shù)字座艙是車輛中一系列顯示技術(shù)的集成，主要包括信息娛樂(lè)系統(tǒng)、駕駛艙儀表板（儀表盤）、抬頭顯示器（HUD）和其他數(shù)據(jù)輸出（如時(shí)鐘或溫度）顯示器等。
在數(shù)字座艙出現(xiàn)之前，車輛內(nèi)不同的數(shù)據(jù)讀數(shù)在本質(zhì)上是相互獨(dú)立的且功能固定。而數(shù)字座艙則可以將多個(gè)顯示器連接在一起——比如衛(wèi)星導(dǎo)航和娛樂(lè)系統(tǒng)信息可以投射到儀表板或HUD，行程或汽車狀態(tài)信息可以顯示在信息娛樂(lè)屏幕上。由于每個(gè)顯示器都可以訪問(wèn)來(lái)自中央源的數(shù)據(jù)，同步問(wèn)題也得到了解決。實(shí)際上，數(shù)字座艙的一個(gè)非常關(guān)鍵的好處是可重新配置，這意味著駕駛員可以根據(jù)需要選擇顯示哪些信息以及在哪個(gè)顯示器上顯示。以電動(dòng)汽車（EV）為例，可以選擇將剩余里程顯示在中央信息娛樂(lè)屏的導(dǎo)航顯示旁邊，以利于駕駛員選擇適合的停車位置充電。
無(wú)論汽車的價(jià)位如何，消費(fèi)者都希望在車內(nèi)獲得更多的數(shù)字體驗(yàn)。隨著汽車制造和銷售量的不斷上升，對(duì)集成數(shù)字座艙電子設(shè)備的需求也在增加。
早些時(shí)候，制造駕駛艙的成本約為車輛總成本的2%至3%。為了獲得豪華、舒適、安全和先進(jìn)的信息娛樂(lè)體驗(yàn)，HUD、手勢(shì)控制、語(yǔ)音控制、中央控制器、遠(yuǎn)程信息處理和轉(zhuǎn)向控制等技術(shù)被大規(guī)模用于乘用車的數(shù)字駕駛艙中。據(jù)估算，數(shù)字座艙的成本約占到車輛總成本的11%至12%。
目前，駕駛艙儀表板（儀表盤）和信息娛樂(lè)系統(tǒng)這兩個(gè)產(chǎn)品類別需求非常旺盛，約占數(shù)字座艙市場(chǎng)的三分之二。根據(jù)Grand View Research的分析和預(yù)測(cè)，2020年，全球汽車數(shù)字座艙市場(chǎng)規(guī)模為198億美元，預(yù)計(jì)2021年至2028年將以8.8%的復(fù)合年增長(zhǎng)率實(shí)現(xiàn)增長(zhǎng)。
駕駛監(jiān)控系統(tǒng)是一種信息娛樂(lè)系統(tǒng)，可提供一系列互動(dòng)功能，如娛樂(lè)、導(dǎo)航、座艙氣候控制以及許多安全和安保功能，如高級(jí)駕駛員輔助系統(tǒng)（ADAS）。在2020年，駕駛監(jiān)控系統(tǒng)細(xì)分市場(chǎng)主導(dǎo)了整個(gè)汽車數(shù)字座艙市場(chǎng)，占據(jù)了48.3%的份額。
隨著技術(shù)的進(jìn)步，蘋果CarPlay和谷歌Android Auto標(biāo)準(zhǔn)的使用和市場(chǎng)接受度不斷提高，這一趨勢(shì)預(yù)計(jì)將持續(xù)下去。全球主要的汽車制造商也正積極推出功能更強(qiáng)大、技術(shù)更復(fù)雜的數(shù)字座艙解決方案。大眾汽車集團(tuán)和奧迪為奧迪TT、奧迪A6、RS 6 Avant、RS Q8和蘭博基尼Huracan等車型提供虛擬駕駛艙，寶馬為其客戶提供了數(shù)字直播系統(tǒng)。另有一些汽車制造商的目標(biāo)則是在經(jīng)濟(jì)型和中端車型中提供先進(jìn)的駕駛監(jiān)控系統(tǒng)解決方案。
哪些關(guān)鍵技術(shù)在支撐著數(shù)字座艙？
汽車儀表盤和顯示器在過(guò)去十年中經(jīng)歷了重大變革，新的數(shù)字座艙可以在一塊大屏上顯示所有信息，并配有人性化的HMI（人機(jī)界面），用戶更容易控制車輛。
數(shù)字座艙操作的核心是汽車系統(tǒng)之間的集成，實(shí)現(xiàn)方法因車輛制造商的不同而有所差異。有些采用了一個(gè)強(qiáng)大的中央計(jì)算系統(tǒng)，作為集線器驅(qū)動(dòng)不同的顯示器和控制單元，同時(shí)這臺(tái)中央計(jì)算機(jī)還需負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)外圍嵌入式系統(tǒng)。其他制造商可能配有更強(qiáng)大的外圍系統(tǒng)，因而較少?gòu)?qiáng)調(diào)中央計(jì)算系統(tǒng)。
無(wú)論哪種方式，各種類型的車輛網(wǎng)絡(luò)，如CAN、LIN、FlexRay和以太網(wǎng)，最終都會(huì)將來(lái)自車輛中不同ECU和傳感器的數(shù)據(jù)引入到數(shù)字座艙。為了獲得更舒適的用戶體驗(yàn)，車輛制造商還可以將第三方提供的異構(gòu)系統(tǒng)集成到數(shù)字座艙中，這些系統(tǒng)可在虛擬化后通過(guò)汽車管理程序運(yùn)行。目前，市場(chǎng)上主流的數(shù)字座艙大多包含下述關(guān)鍵技術(shù)和組件：
抬頭顯示
抬頭顯示（HUD）最初在戰(zhàn)斗機(jī)中使用，現(xiàn)在也開始用于汽車行業(yè)。HUD是一種透明顯示器，它可以將車速、導(dǎo)航數(shù)據(jù)、障礙物數(shù)據(jù)等信息直接投射到駕駛員的視線中，而不會(huì)對(duì)駕駛造成任何干擾。當(dāng)然，出于成本的考慮，HUD目前主要用于豪華汽車。隨著客戶需求的增加，一級(jí)供應(yīng)商（Tier1）已經(jīng)計(jì)劃在商用車和乘用車上部署HUD。
汽車中目前主要使用了三種技術(shù)類型的HUD，即：C-HUD（Combiner HUD）、W-HUD（Windshield HUD）和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）HUD。長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，HUD的未來(lái)將朝著3D HUD、聲控HUD和激光HUD方向發(fā)展。圖3描述了AR HUD如何利用投影透鏡使得駕駛員能夠自然、快速、方便地使用駕駛員輔助數(shù)據(jù)。由于這些創(chuàng)新，汽車制造商可以直接在駕駛員的視線中定位相關(guān)和重要的信息，并擴(kuò)大他們的視野。
圖3：AR HUD大幅擴(kuò)展了駕駛員的視野，縮減了駕駛盲區(qū)范圍（圖源：Texas Instruments）
信息娛樂(lè)系統(tǒng)
顧名思義，信息娛樂(lè)系統(tǒng)是信息和娛樂(lè)的結(jié)合?；旧希畔蕵?lè)系統(tǒng)是車輛中提供音頻和視頻娛樂(lè)/信息的一組硬件和軟件。信息娛樂(lè)系統(tǒng)在使駕駛旅途愉快和安全方面發(fā)揮著重要作用。汽車行業(yè)的持續(xù)發(fā)展使得老式的信息娛樂(lè)系統(tǒng)逐漸被具有高清屏幕和采用新型連接（如Wi-Fi、藍(lán)牙和USB）的先進(jìn)系統(tǒng)所取代。高清觸摸屏通常內(nèi)置在汽車儀表板上，供駕駛員使用或安裝在乘客可以使用的后座上。數(shù)字座艙中的信息娛樂(lè)系統(tǒng)允許駕駛員根據(jù)其重要性和實(shí)用性重新配置各種類型的信息。
導(dǎo)航系統(tǒng)
汽車導(dǎo)航系統(tǒng)使用導(dǎo)航衛(wèi)星或通過(guò)手機(jī)確定特定地點(diǎn)/人員的位置。這些系統(tǒng)不限于指示一個(gè)地方或個(gè)人的位置，它們還能提供附近酒店、餐館、醫(yī)院、加油站、交通擁堵、優(yōu)先路線等類似信息，并使用各種機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）算法進(jìn)行分析和優(yōu)化。在數(shù)字座艙中，導(dǎo)航信息可以顯示在HUD或車輛其他顯示音/視頻信息的屏幕上。無(wú)論何種方案，這些信息都應(yīng)非常靠近駕駛員的視線，以便在車輛駕駛時(shí)輕松獲取。
智能暖通空調(diào)（HVAC）控制器
如今，每輛車都預(yù)裝了暖氣、通風(fēng)和空調(diào)系統(tǒng)。以前，溫度的調(diào)節(jié)大多通過(guò)旋鈕來(lái)完成?，F(xiàn)在，這一功能被安裝在車內(nèi)的由熱傳感器組成的自動(dòng)溫度控制器所取代。熱傳感器在檢測(cè)到車外溫度后，將數(shù)據(jù)發(fā)送到可編程控制器，然后由可編程控制器根據(jù)算法調(diào)整車內(nèi)溫度。數(shù)字座艙集成了HVAC的控制功能，駕乘人員可通過(guò)語(yǔ)音控制輕松實(shí)現(xiàn)駕駛艙的溫度調(diào)節(jié)。
智能語(yǔ)音助手
從控制音頻/視頻信息到管理汽車的多項(xiàng)功能，智能語(yǔ)音助手允許駕駛員和乘客免提執(zhí)行多項(xiàng)控制任務(wù)。在美國(guó)，汽車語(yǔ)音輔助的使用比智能手機(jī)更受歡迎。嵌入式語(yǔ)音輔助系統(tǒng)的使用將把車輛的駕乘體驗(yàn)提升到一個(gè)全新的水平。
借助深度學(xué)習(xí)算法，汽車駕駛艙的自然語(yǔ)音處理和指揮控制已不再是虛構(gòu)的，基于人工智能（AI）的智能語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)有了實(shí)質(zhì)性的應(yīng)用。比如，蘋果和谷歌等公司開發(fā)的聯(lián)網(wǎng)汽車操作系統(tǒng)擴(kuò)展/應(yīng)用程序，可以通過(guò)USB或藍(lán)牙/WiFi連接到儀表板顯示屏。其中，蘋果的CarPlay和谷歌的Android Auto是專門為操作汽車互聯(lián)系統(tǒng)而開發(fā)的兩款應(yīng)用程序。據(jù)悉，超過(guò)70家汽車制造商正在使用Android Auto，超過(guò)50家汽車制造商使用CarPlay作為智能語(yǔ)音助手系統(tǒng)。
數(shù)字儀表盤
數(shù)字儀表盤為駕駛員提供各種動(dòng)態(tài)駕駛信息，包括傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)速表顯示、功能顯示、路線規(guī)劃圖或顯示后視攝像頭的視頻等，以便駕駛員能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)視汽車的多項(xiàng)性能指標(biāo)，降低事故風(fēng)險(xiǎn)。在數(shù)字座艙中，駕駛員可以根據(jù)自己的喜好自定義數(shù)字儀表盤中每個(gè)顯示器顯示的信息。
數(shù)字座艙旨在將聯(lián)網(wǎng)汽車中的整個(gè)駕駛艙數(shù)字化，下一代汽車顯示器將以觸摸屏為主。人工智能技術(shù)的進(jìn)步極大地拓展了數(shù)字座艙的控制方式，手勢(shì)和語(yǔ)音控制就是首選。這些技術(shù)的集成實(shí)現(xiàn)了駕駛員和汽車之間的無(wú)縫互動(dòng)，駕駛員的眼睛可一直集中在道路上，在獲得全新的用戶體驗(yàn)的同時(shí)，大幅提高了車輛駕駛的安全性。
數(shù)字座艙發(fā)展的“芯”動(dòng)力
上述數(shù)字座艙關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展和商用，離不開底層半導(dǎo)體技術(shù)的賦能，這一領(lǐng)域也成了各大汽車電子芯片廠商角逐的主賽場(chǎng)。
Texas Instruments（TI）公司的AWR1443器件可將手勢(shì)識(shí)別輕松集成到數(shù)字座艙中。
AWR1443是一款件能夠在76至81GHz頻帶中運(yùn)行的集成式單芯片F(xiàn)MCW 雷達(dá)傳感器，集成了PLL、發(fā)送器、接收器、基帶和ADC，具有4GHz的可用帶寬，四個(gè)接收通道以及三個(gè)發(fā)送通道（可以同時(shí)使用兩個(gè)通道）。
AWR1443擁有一個(gè)集成式 Arm Cortex-R4F 處理器和一個(gè)硬件加速器，用于進(jìn)行雷達(dá)數(shù)據(jù)處理?；贏rm Cortex-R4F的無(wú)線電控制系統(tǒng)還可針對(duì)工藝和溫度進(jìn)行自校準(zhǔn)。
為了提供更高的準(zhǔn)確度，TI的3D ToF（飛行時(shí)間）技術(shù)還對(duì)手勢(shì)識(shí)別方案進(jìn)行了補(bǔ)充，可根據(jù)實(shí)際需要實(shí)現(xiàn)基于精細(xì)至粗糙的多種手勢(shì)識(shí)別，如地圖縮放、溫度控制、音頻控制等。TI的OPT8320 3D ToF傳感器是TI 3D ToF圖像傳感器系列的一部分，是一種用于陣列深度傳感的高性能、高度集成、完整的片上系統(tǒng)（SoC）。
圖5：可用于手勢(shì)識(shí)別、泊車輔助等汽車應(yīng)用的自主雷達(dá)傳感器AWR1443應(yīng)用框圖（圖源：Texas Instruments）
為了支持包括數(shù)字座艙在內(nèi)的功能豐富的輸出通道，車載數(shù)據(jù)消耗和數(shù)據(jù)流大幅增加。從理論上講，應(yīng)該需要安裝更多的處理器和數(shù)據(jù)傳輸鏈路，這會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)架構(gòu)更加昂貴和復(fù)雜，并有失敗的風(fēng)險(xiǎn)。為了避免這些問(wèn)題的出現(xiàn)，OEM常常選擇改造硬件基礎(chǔ)設(shè)施，以支持集中的車載信息娛樂(lè)平臺(tái)，極大限度地降低與系統(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)的成本和復(fù)雜性。平臺(tái)的集中化更是大大減少了連接每個(gè)輸入源和每個(gè)輸出通道所需的中間組件的數(shù)量，其中就需要提高每個(gè)鏈路和處理器的數(shù)據(jù)處理能力，從而形成新的車載信息娛樂(lè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。先進(jìn)的半導(dǎo)體芯片在這一過(guò)程中發(fā)揮了重要作用。其中，TI公司提供Jacinto處理器就屬于這一類產(chǎn)品。
TI Jacinto處理器是專為汽車、工業(yè)和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備提供高效邊緣計(jì)算性能的基于Arm架構(gòu)的應(yīng)用處理器組合，采用片上系統(tǒng)（SoC）架構(gòu)。以其中的AM62Ax為例，它屬于TI Sitara汽車級(jí)異構(gòu)Arm處理器家族，具有嵌入式深度學(xué)習(xí)（DL）、視頻和視覺(jué)處理加速、顯示接口以及廣泛的汽車外圍設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)選項(xiàng)，適用于一系列成本敏感的汽車應(yīng)用，包括駕駛員和車內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)、下一代eMirror系統(tǒng)等。
AM62Ax包含四個(gè)64位Arm Cortex-A53內(nèi)核、一個(gè)帶圖像信號(hào)處理器（ISP）和多個(gè)視覺(jué)輔助加速器的視覺(jué)處理加速器（VPAC）、深度學(xué)習(xí)和視頻加速器、一個(gè)Cortex-R5F MCU通道內(nèi)核和一個(gè)Cortex-R5F設(shè)備管理內(nèi)核。Cortex-A53提供了Linux應(yīng)用程序所需的強(qiáng)大計(jì)算能力以及基于視覺(jué)計(jì)算的傳統(tǒng)算法（如駕駛員監(jiān)控）的實(shí)現(xiàn)。成本優(yōu)化的AM62Ax以領(lǐng)先的功率/性能比為傳統(tǒng)和深度學(xué)習(xí)算法提供高性能計(jì)算，為支持獨(dú)立電子控制單元（ECU）中的多傳感器模式的先進(jìn)汽車平臺(tái)提供可擴(kuò)展性和更低的成本。
圖6：AM62Ax Sitara處理器內(nèi)部系統(tǒng)框圖（圖源：Texas Instruments）
汽車行業(yè)的未來(lái)將由具有可擴(kuò)展和完全集成的數(shù)字駕駛艙系統(tǒng)的自動(dòng)化和互聯(lián)汽車組成。SBD Automotive的分析師預(yù)計(jì)，到2025年，歐洲和美國(guó)90%的汽車將實(shí)現(xiàn)嵌入式連接。一方面，OEM正在努力滿足客戶對(duì)車輛的安全性、便利性和成本效益的要求。另一方面，OEM完全自主開發(fā)整個(gè)系統(tǒng)并不容易，他們需要專門從事特定技術(shù)的不同汽車服務(wù)提供商的幫助。
TomTom數(shù)字座艙是業(yè)界首個(gè)為汽車制造商設(shè)計(jì)的開放式數(shù)字駕駛艙軟件平臺(tái)，它將用戶的數(shù)字生活和汽車功能融入行車體驗(yàn)。該平臺(tái)統(tǒng)一了乘客和駕駛員的顯示器，通過(guò)語(yǔ)音和觸摸提供對(duì)氣候控制、音頻系統(tǒng)、車輛系統(tǒng)設(shè)置以及新的應(yīng)用程序和服務(wù)的訪問(wèn)。
在CES 2024上展示的Twine4Car汽車信息娛樂(lè)（IVI）平臺(tái)及其以汽車為中心的應(yīng)用商店是ACCESS和TomTom多年合作的成果。Twine4Car使汽車OEM和Tier1能夠提供靈活的娛樂(lè)服務(wù)，包括車載主機(jī)、后排娛樂(lè)（RSE）以及視頻、音頻和游戲等。
圖7：在CES 2024上展示的Twine4Car汽車信息娛樂(lè)平臺(tái)（圖源：Access）
結(jié)語(yǔ)
今天的汽車與20年、10年甚至5年前的汽車大不相同。駕駛員們希望上車后，在他們的信息娛樂(lè)屏幕上彈出手機(jī)音樂(lè)應(yīng)用程序上播放的內(nèi)容，他們還希望這些屏幕是高清的，并且有一個(gè)漂亮的界面?，F(xiàn)在，駕駛員更希望他們的數(shù)字生活也能夠無(wú)縫地融入到車輛中。10年前，也許這是一個(gè)夢(mèng)想。很快，這些功能將成為每個(gè)汽車制造商展現(xiàn)產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的重要體現(xiàn)。
數(shù)字座艙的目標(biāo)是將聯(lián)網(wǎng)汽車的駕駛艙數(shù)字化，未來(lái)的數(shù)字座艙將更加直觀、易用和美觀，并提供與移動(dòng)應(yīng)用程序的無(wú)縫集成。對(duì)于汽車制造商和OEM來(lái)說(shuō)，數(shù)字座艙的未來(lái)將實(shí)現(xiàn)更多的定制，并將ADAS和電動(dòng)汽車功能與導(dǎo)航深度集成。數(shù)字座艙進(jìn)一步推動(dòng)了車內(nèi)顯示的數(shù)字化和多樣化，以及嵌入其中的個(gè)性化和互動(dòng)性，使駕駛員專注于道路。同時(shí)，數(shù)字座艙也改變了我們對(duì)汽車的感知方式，未來(lái)的駕駛艙將在汽車邁向智能化、個(gè)性化的車內(nèi)體驗(yàn)方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。
（文章來(lái)源：貿(mào)澤電子）
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