智能座舱需要怎样的技术和芯片？

文︱立厷

图︱网络

12月10日，号称中国第一颗7nm制程车规级智能座舱SoC芯片“龍鹰一号”正式面世，自研者是吉利旗下的芯擎科技。连造车的都在研发智能座舱芯片，其热度可见一斑。以智能座舱打造消费体验已是兵家必争之地。

在汽车“新四化”——电动化、网联化、智能化、共享化进程中，最直接的消费体验莫过于智能化，实现的技术也是五花八门。现代汽车座舱的形态、功能日新月异，人机交互方式变化多端，成为汽车应用创新的一个重要方向，更是实现差异化，改善用户体验的主要手段，其中车载人机交互技术是最活跃的创新领域，除了传统按键、触控外，手势、语音等自然交互方式开始进入量产车市场，多种人机交互方式融合有望不断提升座舱驾乘体验。

市场趋势日渐清晰

传统汽车座舱只能够用来指示各种行车工况，而智能座舱是将车内改造成一个数字化平台，其主要的特点就体现在智能两个字上。

智能座舱的兴起将融合人工智能（AI）、自动驾驶、AR等新技术，实现中控、液晶仪表、抬头显示显示（HUD）、后座娱乐等多屏融合交互体验，利用语音识别、手势控制等更智能的交互方式，重新定义汽车人机交互模式和内容。

在自动驾驶引领下，汽车功能越来越多，使乘员和车辆之间的互动更加直观，经典仪表板将被其他用户界面和通信选项所取代。仪表板是驾驶员随时关注的重要焦点，也是智能座舱人机交互的关键入口之一。经历了数字化革新，仪表板正在从传统机械指针、电子数字显示升级到液晶仪表（虚拟仪表），且应用日渐成熟。

中控屏的趋势是大、多、强。屏幕尺寸越来越大，从早期的4英寸、6英寸、8英寸到现在主流的10－15英寸，一些中控屏甚至向下延伸到中央扶手，整体尺寸达到19英寸。横向中控屏也是越来越大，居然是49英寸（长125厘米、高25厘米）巨屏横贯左右。另外，分屏式设计也值得关注，可以让驾驶员和副驾驶座上的乘客根据需求浏览不同内容。

中控屏集成的功能也越来越多，包括信息、娱乐、导航、空调开关、车辆信息显示等。更多的期待则是中控屏与车辆的深度融合，以越来越少的手动控制实现各种控制功能：开关天窗、控制车灯、倒车影像、全景影像、ADAS功能开闭等。

另外，伴随多屏化，中控屏与座舱内其他屏幕的互动性加强。多屏合理融合、功能分区也是一种新的探索，因为涉及行车安全因素、法规和可靠性要求，驾驶信息及专门针对驾驶员的个性化选择在液晶仪表板上显示更为合理，而中控屏则以显示娱乐和其他驾乘人员的舒适信息为主。

HUD映射在风挡玻璃上，可以让驾驶员不必低头就可看清重要信息。它有助于促进便捷的人机交互，克服现有人机交互需求的瓶颈，将车况信息、ADAS、车联网等多项信息呈现于HUD界面，高效、直观、便捷。

虽然HUD当前仍属小众，但其推广应用具备必然性：行车安全性、交互便捷性、行车智能性。HUD的整体结构主要包括主控PCB板、LED光源、投影显示及反射镜，其实质是光学器件。其技术壁垒主要是PGU（图像生成单元）以及属于材料学范畴的自由曲面反射镜和挡风玻璃。

还有一个重要的趋势是交互技术融合。除仪表板、中控和HUD外，语音识别和手势控制等交互技术是车载屏幕HMI（人机界面）的重要接口。在驾驶过程中，语音识别和手势控制可以避免驾驶员分散注意力，更有利于行车安全。

作为一种新的交互方式，手势交互已在一些车辆中逐渐应用。相比传统物理操作方式，光学手势传感是一种成熟的先进技术，能简化人机交互，减少驾驶员的视觉分心和认知负担，提升安全性。例如，驾驶员可以用规定手势控制系统，如调整音响音量、接听或拒接来电、开始／结束导航、控制天窗、舱内照明、收音机和声音设置等。

ADAS和以前为移动设备设计的技术，如面部识别、眼睛跟踪或手势控制，正越来越多地融入汽车；可定制照明解决方案也正在创造一种感觉良好的环境氛围。

半导体解决方案助推智能座舱落地

智能座舱需要的半导体器件包罗万象，而创新的智能解决方案是为智能座舱量身打造的，对提升IVE的作用不可小觑。

恩智浦信息娱乐系统与驾驶体验解决方案

车载信息娱乐系统的复杂度与日俱增，需要以实用方式处理和显示的信息量也在不断增加，这就需要强大而灵活的硬件解决方案，配以高性能图形功能和丰富接口。恩智浦的方案主要是从整个系统考虑，提供汽车专用微处理器、软件定义无线电（SDR）解决方案和音频放大器，满足所有OEM的要求和规范。

恩智浦完整的车载信息娱乐系统解决方案具有无缝访问数字内容及创建并操作内容的能力。这个智能学习环境可根据用户偏好进行调整，用HMI支持语音命令、手势、增强现实和高级个性化设置，实现丰富的用户体验。

该方案采用经过验证的器件，可缩短产品上市时间，满足设计快速变化的需求。例如，恩智浦的仪表板组合旨在以程式化而简单的方式，利用具有逼真视觉效果的高分辨率彩色显示器向驾驶员传达复杂的信息。仪表板组合包括通过2D和3D混合显示器呈现的入门级高性价比解决方案。每个解决方案都结合了一整套软硬件工具，并辅以恩智浦广泛的生态体系开发工具。可重新配置的3D显示器是高端仪表板组合，包括以下一些器件：

①i．MX应用处理器：可选i．MX6DP、i．MX6DL、i．MX6D和i．MX6S双核或单核，支持（高级）3D图形、HD视频、（高级）多媒体等功能

②微控制器（MCU）：MPC5xxx微控制器是基于Power Architecture?的可扩展、高度集成MCU，专注于卓越品质和长期可靠性，适用于ASIL D动力、传动和控制应用。

③信号调适：CD1020低成本22通道多开关检测接口。

④CAN收发器：广泛的CAN和CAN FD产品组合涵盖所有CAN功能和电源模式，适用于更灵活、更安全的汽车网络。

⑤汽车LIN解决方案：完整的多功能LIN汽车产品包括单频、双频和四频LIN收发器和LIN迷你系统基础芯片。

⑥电源管理IC：可选PF8100－PF8200、VR5500、PF8101－PF8201、PF7100、PF5020、PF5024等，4通道至12通道电源管理IC，面向高性能处理应用，符合ASIL B安全等级。

⑦传感器：实现了智能集成、逻辑和可定制平台软件的理想平衡，支持更智能、更独特的应用。汽车级品质传感器从环境中学习，有助于汽车安全驾驶。

⑧i．MX软件和开发工具：专业支持处理器和微控制器应用。

⑨工程服务：商业支持和工程服务。

恩智浦可重新配置3D显示器框图

恩智浦广泛的MCU、处理器、传感器和工具组合使HMI选项能够用于语音识别、视频和图形、触摸和手势控制、视觉和图像分析以及深度机器学习神经网络，确保各种GUI控制、语音激活和触摸应用的卓越性能。

瑞萨高端座舱和信息娱乐解决方案

8月底，瑞萨宣布完成收购Dialog，两家公司的产品已经整合在一起，高端座舱和信息娱乐解决方案就是这样的组合。同样，这是一种系统层面的方案，搭载R－Car H3、M3和M3N片上系统（SoC）、Dialog电源管理芯片（PMIC）和可编程时钟发生器，以及多路视频输出和多种存储器接口。

其灵活的时钟发生器能够产生1MHz到350MHz时钟频率，用单个器件代替多个分立式时钟电路，从而节省工程物料清单（EBOM）成本并减小PCB面积。灵活的PMIC系统可为多个多核SoC供电，并集成具有多种睡眠模式的全电源轨管理系统，优化了系统解决方案；经验证的PMIC可以降低成本并缩短开发时间。

高端座舱和信息娱乐解决方案

瑞萨还有一款带触控功能的汽车座舱解决方案，采用下一代触控式HMI，以提供全面的座舱体验。低延迟直接驱动器实现触控，通过多个不同输入触发不同的触控效果，无需唤醒应用处理器。

其中的iW7038 LED驱动器内置BroadLED? 背光照明驱动技术，可提供出色的LED电流匹配能力以及极佳的效率。PMIC的功能与上面的解决方案相同。

触控功能汽车座舱解决方案

瑞萨为上述系统提供参考板，有助于工程师快速、轻松地开发应用。

艾迈斯欧司朗智能座舱传感和照明技术

艾迈斯欧司朗的方案主要体现的是这家在汽车行业积累了深厚技术的“百年老店”的特色器件。艾迈斯欧司朗的合并让创新传感和照明技术的结合如虎添翼，服务于手势控制、驾驶员状态监控、增强现实型HUB等应用。

在智能座舱应用中，艾迈斯欧司朗的三大光源解决方案包括：用于DMS（驾驶员状态监测）、IMS（智能座舱监测系统）的VCSEL（垂直腔面发射激光器）、IRED（红外发光二极管）、2D／3D方案、手势识别方案、HoD（方向盘离手检测）、HUD抬头显示以及环境光等光传感器等。

未来的汽车将配备越来越多的功能，使乘员和车辆之间的互动更加直观。手势控制将是这一趋势的主要部分。如今，驾驶员可以使用语音助手，并通过手势控制不同功能。根据系统不同，艾迈斯欧司朗可通过以下方式实现：

基于IC的系统带有分立式发射器和探测器，用于解释简单手势（左右和上下移动）；基于三维相机和快速（复杂手势）调制红外光源的先进系统用于ToF测量。手势识别系统可以实现娱乐系统中控的人机互动、调整门窗、内饰灯控制等。除了在主驾驶位使用，在副驾驶甚至是后排也可以安装手势识别，方便人机互动。

紧凑型红外LED（IRED）Oslon Piccolo在一个小封装中集成了极大的功率，使其成为客户的理想选择。驾驶员可以使用语音助手进行导航，并通过手势控制简单的功能。

通常，用于操作显示的不同菜单项都在图像的边缘，需要手动操作，而利用手势识别，导航到目的地时即可显示有相应路线的地图；同时减少了菜单项占用的地图空间。

Oslon Piccolo的尺寸仅为1．6mm×1．6mm，封装高度仅为0．81mm，与车内显示器结合可以轻松地安装在小空间内。1．15W的1A DC电源和10ns快速开关时间，适合作为恒定光源用于基于摄像头的应用，以及使用调制或快速脉冲光的3D图像采集。汽车认证（AEC－Q102）器件有两种波长：850nm（SFH 4170S A01）和940nm（SFH 4180S A01）。

Oslon Piccolo将极其紧凑的尺寸与卓越的亮度值相结合，扩展了汽车内饰应用的红外电源发射器组合。

汽车投影是一种更“宏观”的交互方式，包括HUD、窗口和徽标投影、牌照、静态水坑灯等。这是一个即将到来的、快速增长的市场。特别是智能投影将成为未来汽车内饰不可或缺的一部分。特殊投影能够与外部环境融合，无缝地融入驾驶员视野，在各种情况下为驾驶员提供帮助。未来应用还将包括增强／混合现实HUD、汽车表面或窗户投影广告等。这种所谓的车窗和徽标投影将把汽车变成一个延伸的表面，显示相关信息或视觉效果。

另一款紧凑型LED产品是SYNIOS? P2720，采用与同系列产品相同的焊盘设计，极易进行平台化使用，提供卓越的照明质量。其应用包括HUD、窗口和徽标投影、牌照、静态水坑灯等。

TOPLED?反向鸥翼透镜SFH 4246R则是一款高效红外LED，切换时间短，质心波长为940nm，适用于视觉控制手势识别、机器控制、红外线光电保护等。超紧凑红外LED可在汽车内部实现手势控制和直观互动。

变革方兴未艾

目前，汽车座舱及其人机交互设计正在经历一场根本性的变革。主机厂也已意识到，消费者关注的重点已从实际驾乘体验转向基于个人品味、娱乐和工作效率的体验，各种座舱功能需求将不断增加车内体验的持续创新，也为涉足汽车领域的供应链厂商带来了大把的机会。