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全球最優(yōu)秀人機(jī)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(jì),2017 年首次用于路虎星脈 Velar 上,未來(lái)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(jì),但即便是今天,路虎這套系統(tǒng),依然可以說(shuō)是全球最優(yōu)秀的人機(jī)交互,不次于其他任何品牌。設(shè)計(jì)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(guò)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(huì)在進(jìn)入工作狀態(tài)同時(shí)自動(dòng)向駕乘者傾斜,科技感十足。

車頂有手勢(shì)識(shí)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(lái),路虎將根據(jù)人眼視線自動(dòng)調(diào)整上方 10 寸屏的傾斜角度。路虎星脈的車門則是自動(dòng)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(shí)還提供路虎全套雙目輔助駕駛系統(tǒng)。手勢(shì)控制系統(tǒng)由 Microchip 提供。

下方的車內(nèi)信息屏值得特別說(shuō)明,長(zhǎng)期以來(lái)人們爭(zhēng)論是實(shí)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(shuō)明這種方式至少可以達(dá)到 ASIL-B 級(jí)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(lán)單色激光器為光源,通過(guò)三原色光源混合成全彩色,當(dāng)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(lái)的數(shù)據(jù)會(huì)更加的清晰,對(duì)比度是所有 HUD 顯示技術(shù)中最高,即使在光線比較強(qiáng)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(shí),會(huì)顯示紅色提醒信號(hào),能夠顯示道路限速,也能夠顯示簡(jiǎn)單的導(dǎo)航。HUD 系統(tǒng)可能由日本精機(jī)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(shí)際是旋鈕上的觸摸顯示,背后是 Microchip 的 maxTouch 技術(shù)。實(shí)際它是 Atmel 的技術(shù),2016 年 1 月,Microchip 以 35.6 億美元收購(gòu)了 Atmel,Atmel 是全球最大的車載觸控 IC 廠家,市場(chǎng)占有率超過(guò) 65%。它使用互電容搭配 Differential 取樣技術(shù)來(lái)測(cè)量多指訊號(hào),可以識(shí)別所有觸摸動(dòng)作,并避免誤觸摸檢測(cè)。它們還利用 Microchip 新的信號(hào)整形專利技術(shù),顯著降低信號(hào)發(fā)射,幫助使用 maXTouch 控制器的大尺寸屏幕滿足 CISPR-25 5 級(jí)汽車電磁干擾要求。

這個(gè)檢測(cè)技術(shù)帶來(lái)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(dòng)面板能力,足以用來(lái)驅(qū)動(dòng)大尺寸觸控面板的能力。具備輸出訊號(hào)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(chǔ)存一個(gè)配置設(shè)定,不需要用戶手動(dòng)切換模式,便能支持不同厚度手套與被動(dòng)筆的應(yīng)用、動(dòng)態(tài)偵測(cè)防水算法等的多種外在環(huán)境干擾,以通過(guò)各種嚴(yán)格的使用者體驗(yàn)和電磁干擾測(cè)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(shì)識(shí)別不同于傳統(tǒng)的圖形手勢(shì)識(shí)別,它沒有攝像頭,而是采用了一種近電勢(shì)場(chǎng)的技術(shù)。
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上圖為近電勢(shì)場(chǎng)的理論示意圖,它不會(huì)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(huì)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(dá)的設(shè)計(jì),5 發(fā) 5 收,感知與計(jì)算都在一片芯片內(nèi)部完成,而像寶馬之類的手勢(shì)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(gè) MCU,此外,紅外補(bǔ)光 LED 也不可缺少,而 MGC3140 一顆就足以完成全部功能,系統(tǒng)簡(jiǎn)潔且成本低。
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上圖為 Touch Pro Duo 系統(tǒng)主機(jī),由博世設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)相當(dāng)先進(jìn)。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(jià)格(價(jià)格僅供參考)

上圖為本人推測(cè)的路虎星脈 Infotainment 的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),歡迎高手指出錯(cuò)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(guò) CPLD 將 USB 轉(zhuǎn) CAN 網(wǎng)絡(luò),用了兩片 CPLD。另一路通過(guò) WGI210CS PCIe 轉(zhuǎn)以太網(wǎng)。手勢(shì)識(shí)別與主 MCU 連在 CAN 網(wǎng)絡(luò)上。以太網(wǎng)方面,T-BOX 一路負(fù)責(zé) 4G、WLAN、BT、GPS/SDRAS 和 OTA 升級(jí),以太網(wǎng)接入或直接輸入 E3845。也有可能 T-BOX 4G 通訊信號(hào)進(jìn)入車身網(wǎng)關(guān),再通過(guò)車身網(wǎng)關(guān)進(jìn)入以太交換機(jī)。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(jìn)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(cè)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(hào)轉(zhuǎn)換為 HDMI 信號(hào),再通過(guò) APIX 解串行輸出到屏幕,也輸送給后排娛樂(lè)顯示系統(tǒng),后排的娛樂(lè)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(dá)目的地時(shí)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(guò)以太網(wǎng)連接,將 ADAS 信息推送給儀表,儀表再通過(guò) 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(gè)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(jī) BCM89501 內(nèi)部框架圖,其內(nèi)部集成了 5 個(gè) BroadR-Reach PHY,有兩個(gè)上傳通道。支持 IEEE1588 和 IEEE802.1AS。內(nèi)部包含一個(gè) ARM Cortex R4 實(shí)時(shí)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(jí)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(jì)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(huì)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(lè)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(duì)用戶體驗(yàn)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(guò)旋鈕調(diào)節(jié)溫度時(shí)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(jì)結(jié)合后,用戶在旋轉(zhuǎn)旋鈕的過(guò)程中,紅藍(lán)(熱冷)兩色會(huì)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(jìn)化外,還增加了學(xué)習(xí)功能,可以通過(guò)記錄車主的日常操作來(lái)學(xué)習(xí)車主的使用習(xí)慣,通過(guò)數(shù)據(jù)判斷車主的需求,隨時(shí)為車主提供所需的服務(wù)。

反觀國(guó)內(nèi),HMI 或者說(shuō)車機(jī)領(lǐng)域老是跟手機(jī)較勁,試圖把手機(jī)放進(jìn)車內(nèi),用戶已經(jīng)習(xí)慣用手機(jī)了,但不會(huì)習(xí)慣把車機(jī)當(dāng)手機(jī)用,車機(jī)必須有車機(jī)的特點(diǎn),像路虎這樣精心考慮用戶需求而不是追求一些華而不實(shí)的類手機(jī)功能,這種 HMI 非常值得學(xué)習(xí)。

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