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全球最優(yōu)秀人機交互?路虎座艙電子系統(tǒng)剖析

2020/07/28
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路虎新一代座艙電子于 2016 年開始設(shè)計,2017 年首次用于路虎星脈 Velar 上,未來將用于路虎和捷豹全系列。雖然路虎捷豹是二線品牌,并且座艙系統(tǒng)是在 2016 年設(shè)計,但即便是今天,路虎這套系統(tǒng),依然可以說是全球最優(yōu)秀的人機交互,不次于其他任何品牌。設(shè)計師下了很多功夫,路虎捷豹也在這套系統(tǒng)上下了血本。路虎的品牌難以和 BBA 抗衡,不過這套系統(tǒng)非常值得分析。
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路虎新一代座艙電子系統(tǒng)包括激光 AR-HUD,12.3 英寸全液晶儀表,10.3 英寸導(dǎo)航與多媒體屏,10.3 英寸車內(nèi)信息屏,后排雙 10 寸顯示屏,帶兩塊觸控屏的方向盤。兩塊 10 英寸大屏是核心,即 Incontrol Touch Pro Duo 系統(tǒng),多媒體操作和導(dǎo)航信息會在進入工作狀態(tài)同時自動向駕乘者傾斜,科技感十足。

車頂有手勢識別攝像頭,為駕駛者行為監(jiān)控和駕駛者視線追蹤提供了物理基礎(chǔ)。未來,路虎將根據(jù)人眼視線自動調(diào)整上方 10 寸屏的傾斜角度。路虎星脈的車門則是自動感應(yīng)彈出式,非常具有特色。儀表和后排顯示系統(tǒng)由偉世通提供,Touch Pro Duo 系統(tǒng)由博世提供,博世同時還提供路虎全套雙目輔助駕駛系統(tǒng)。手勢控制系統(tǒng)由 Microchip 提供。

下方的車內(nèi)信息屏值得特別說明,長期以來人們爭論是實體按鍵、旋鈕還是觸摸屏的 HMI 方式更好,路虎將這三者統(tǒng)一了,并且特別說明這種方式至少可以達到 ASIL-B 級以上。
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激光抬頭顯示的原理是使用具有較高功率的紅、綠、藍單色激光器為光源,通過三原色光源混合成全彩色,當掃描速度高于所成像的臨界閃爍頻率,就可以滿足人眼“視覺殘留”的要求,人眼就可清晰觀察。與現(xiàn)有的抬頭顯示器應(yīng)用的顯示技術(shù)相比,激光技術(shù)所顯示出來的數(shù)據(jù)會更加的清晰,對比度是所有 HUD 顯示技術(shù)中最高,即使在光線比較強的夏天中午也還是可以看清楚顯示信息。此外,ADAS 功能也有顯示,如 AEB 時,會顯示紅色提醒信號,能夠顯示道路限速,也能夠顯示簡單的導(dǎo)航。HUD 系統(tǒng)可能由日本精機提供。
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上圖是路虎星脈下方車內(nèi)信息屏的旋鈕介紹,那實際是旋鈕上的觸摸顯示,背后是 Microchip 的 maxTouch 技術(shù)。實際它是 Atmel 的技術(shù),2016 年 1 月,Microchip 以 35.6 億美元收購了 Atmel,Atmel 是全球最大的車載觸控 IC 廠家,市場占有率超過 65%。它使用互電容搭配 Differential 取樣技術(shù)來測量多指訊號,可以識別所有觸摸動作,并避免誤觸摸檢測。它們還利用 Microchip 新的信號整形專利技術(shù),顯著降低信號發(fā)射,幫助使用 maXTouch 控制器的大尺寸屏幕滿足 CISPR-25 5 級汽車電磁干擾要求。

這個檢測技術(shù)帶來了更好的信噪比(SNR),有效地消除 LCM 噪聲干擾,且可支持 10mm 厚度的玻璃蓋板。三倍輸入電壓的驅(qū)動面板能力,足以用來驅(qū)動大尺寸觸控面板的能力。具備輸出訊號的跳頻和波形整形技術(shù)以及自互容和 Differential、Single-Ended ADC 取樣技術(shù),只要在芯片內(nèi)儲存一個配置設(shè)定,不需要用戶手動切換模式,便能支持不同厚度手套與被動筆的應(yīng)用、動態(tài)偵測防水算法等的多種外在環(huán)境干擾,以通過各種嚴格的使用者體驗和電磁干擾測試。Microchip 提供采用 maXTouch 觸摸屏控制器印刷電路板PCB)、安裝在透明玻璃蓋板上的觸摸傳感器、連接傳感器顯示屏所需的平面印刷電路(FPC)方案。

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Microchip 的手勢識別不同于傳統(tǒng)的圖形手勢識別,它沒有攝像頭,而是采用了一種近電勢場的技術(shù)。
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上圖為近電勢場的理論示意圖,它不會受到光線和聲音的影響,它的載波頻率很低,分別為 42、43、44、45 和 100KHz,不會沖擊任何頻譜管制。
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上圖為 MGC3140 的內(nèi)部框架圖,采用類似毫米波雷達的設(shè)計,5 發(fā) 5 收,感知與計算都在一片芯片內(nèi)部完成,而像寶馬之類的手勢控制至少需要兩顆芯片,一顆是 CMOS 圖像傳感器,另一顆是圖像處理系統(tǒng),還有可能需要一個 MCU,此外,紅外補光 LED 也不可缺少,而 MGC3140 一顆就足以完成全部功能,系統(tǒng)簡潔且成本低。
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上圖為 Touch Pro Duo 系統(tǒng)主機,由博世設(shè)計,設(shè)計相當先進。從外形可以看出,這是一塊底板或者叫母板,多塊子板構(gòu)成。
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上圖為母板,IHS 提供圖片

上表為主要元件及價格(價格僅供參考)

上圖為本人推測的路虎星脈 Infotainment 的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),歡迎高手指出錯誤。首先是 CPU,這是英特爾早期產(chǎn)品,沒有以太網(wǎng) MAC 和 CAN 接口,主要接口是 USB、SATA 和 PCIe。一路通過 CPLD 將 USB 轉(zhuǎn) CAN 網(wǎng)絡(luò),用了兩片 CPLD。另一路通過 WGI210CS PCIe 轉(zhuǎn)以太網(wǎng)。手勢識別與主 MCU 連在 CAN 網(wǎng)絡(luò)上。以太網(wǎng)方面,T-BOX 一路負責 4G、WLAN、BT、GPS/SDRAS 和 OTA 升級,以太網(wǎng)接入或直接輸入 E3845。也有可能 T-BOX 4G 通訊信號進入車身網(wǎng)關(guān),再通過車身網(wǎng)關(guān)進入以太交換機。再一路是 360 環(huán)視接入。

如果是采用解串行的方式處理 360 環(huán)視,那么 360 環(huán)視視頻可以直接進入 E3845,但是這樣就找不到 FPGA 的用武之地了,考慮到博世為寶馬做的 360 環(huán)視是車載以太網(wǎng),推測路虎也是如此。再一路是車身網(wǎng)關(guān),也有可能還有一路音頻以太輸出。一路 FPGA 將以太網(wǎng)信號轉(zhuǎn)換為 HDMI 信號,再通過 APIX 解串行輸出到屏幕,也輸送給后排娛樂顯示系統(tǒng),后排的娛樂顯示系統(tǒng)也可以顯示導(dǎo)航信息包括路徑規(guī)劃,整體路況和到達目的地時間等。一路以太網(wǎng)連接儀表,可以把導(dǎo)航地圖推送到儀表顯示。ADAS ECU 與儀表通過以太網(wǎng)連接,將 ADAS 信息推送給儀表,儀表再通過 APIX 解串行與 HUD 的屏幕連接。E3845 也有視頻輸入通道,可以接一個傳統(tǒng)意義的后視攝像頭。

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上圖為路虎用的以太網(wǎng)交換機 BCM89501 內(nèi)部框架圖,其內(nèi)部集成了 5 個 BroadR-Reach PHY,有兩個上傳通道。支持 IEEE1588 和 IEEE802.1AS。內(nèi)部包含一個 ARM Cortex R4 實時處理器內(nèi)核。
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上圖為 E3845 內(nèi)部框架圖,這是 E3800 系列的最頂級產(chǎn)品,是 E3800 系列唯一 4 核的產(chǎn)品,路虎星脈是在 2016 年設(shè)計的,2016 年的下半年英特爾就推出了 E3900 系列,車載產(chǎn)品則是 A3900 系列,相信下一代產(chǎn)品,路虎會換用 A3900 系列。

Touch Pro Duo 系統(tǒng)下方屏幕集成的功能則更為豐富,除了電話、音樂等常規(guī)功能外,用戶還可以在該屏幕上完成一些車輛控制功能。此外,在有特殊路況模式需求下,用戶也可以在該屏幕上選擇越野模式,并在屏幕上看到虛擬的車輛形式狀態(tài)。物理旋鈕和屏幕的原生結(jié)合,對用戶體驗的提升也顯而易見。

以最常用的空調(diào)溫度調(diào)節(jié)功能為例,此前的路虎車型上,用戶通過旋鈕調(diào)節(jié)溫度時只能看見旋鈕上方的溫度數(shù)字顯示,而在和液晶屏的 UI 設(shè)計結(jié)合后,用戶在旋轉(zhuǎn)旋鈕的過程中,紅藍(熱冷)兩色會在液晶顯示屏內(nèi)的虛擬車輛上完成轉(zhuǎn)換。路虎官方透露,攬勝星脈的 InControl Touch Pro Duo 系統(tǒng)除了可得見的進化外,還增加了學(xué)習(xí)功能,可以通過記錄車主的日常操作來學(xué)習(xí)車主的使用習(xí)慣,通過數(shù)據(jù)判斷車主的需求,隨時為車主提供所需的服務(wù)。

反觀國內(nèi),HMI 或者說車機領(lǐng)域老是跟手機較勁,試圖把手機放進車內(nèi),用戶已經(jīng)習(xí)慣用手機了,但不會習(xí)慣把車機當手機用,車機必須有車機的特點,像路虎這樣精心考慮用戶需求而不是追求一些華而不實的類手機功能,這種 HMI 非常值得學(xué)習(xí)。

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