汽車座艙的多屏設計的機遇與挑戰(zhàn)

如果你置身于特斯拉最新推出的Model 3的座艙中，即使車子還沒有發(fā)動行駛，你也一定會被牢牢占據(jù)座艙C位的那個15英寸的觸控屏所吸引。它取代了傳統(tǒng)座艙中的儀表盤和中控，取消了幾乎所有實體按鈕，讓整個座艙的設計極簡而又充滿了科技感。 觸控屏走進汽車座艙并不是新鮮事，但是像Model 3這樣將觸摸屏用得如此極致，還是很有顛覆性的，從中我們也可以洞察出一個大趨勢：觸控屏正在成為車載HMI的主旋律，未來將有更大、更多的屏幕出現(xiàn)在駕艙中。按照Strategy Analytics分析師的預測，今后在一些高檔汽車中，顯示屏的數(shù)量可能會多達甚至超過10塊。

圖1，Model 3的座艙中采用了15英寸的觸控屏作為HMI（圖源：網(wǎng)絡） 多屏設計的機遇與挑戰(zhàn) 推動這一多屏趨勢的動力，主要來自以下幾個方面： 首先，如今的汽車為了確保更安全更舒適的用戶體驗，需要處理大量的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)相關的信息也要和用戶進行更為高效的互動，而傳統(tǒng)的“儀表盤+中控”的車載HMI顯然無法滿足這種信息交互的要求，信息的展示方式也不夠友好，唯有更大、更多、更直觀的觸控屏方可應對這一快速增長的需求。 其次，今天的汽車已經(jīng)不是一個單純的交通工具，它承載了更多信息娛樂的功能，需要為座艙內(nèi)所有的用戶——包括駕駛員和乘客——提供個性化的服務，一塊中控屏顯然無法滿足多用戶個性化的需求，多屏配置勢在必行。

再有，汽車及汽車中用戶與外部世界的信息交互越來越多，交互場景也越來越多樣化，多屏聯(lián)動，各司其職，無疑提供了一種更具靈活性和擴展性的解決方案。 當然，任何一次功能的迭代，勢必帶來新的技術(shù)挑戰(zhàn)，屏幕數(shù)量的增加和功能的提升，與汽車有限的空間之間將是一對難于調(diào)和、又必須認真處理的矛盾，這也就促使屏幕背后的電子元器件必須在高集成、小型化方面來一次全面的升級。我們可以看到，這樣的變化已經(jīng)在發(fā)生。 一芯多屏的應用處理器 “壓縮”多屏幕背后的電子系統(tǒng)尺寸，可以從多個維度進行，而最關鍵的一點肯定要落在作為屏幕處理控制核心的應用處理器身上。傳統(tǒng)汽車系統(tǒng)中，操控每塊屏幕的處理/控制器都是獨立的，也就是說每增加一塊屏幕，也就需要增加一顆處理/控制器，成本和空間上的壓力也會隨之增加。解決這一難題，一個很自然的想法就是“能否用一顆處理器去支持多個屏幕？”恩智浦的i.MX 8QuadMax應用處理器就是沿著這一思路而設計的解決方案。 恩智浦提供的資料顯示，i.MX 8QuadMax集成了兩個Arm Cortex-A72內(nèi)核、四個Cortex-A53內(nèi)核、兩個Cortex-M4F內(nèi)核和兩個GC7000XS/VX GPU，同時包括HiFi 4 DSP，支持LPDDR4內(nèi)存以及帶音視頻橋接（AVB）功能的雙Gb以太網(wǎng)?？梢哉fi.MX 8QuadMax延續(xù)了i.MX 8應用處理器家族高性能的特點，其GPU、四個Arm內(nèi)核和IO選項，可以為用戶提供具有人工智能和機器學習所需的處理能力和靈活性。

而其最大的特色是，具有獨特的硬件分區(qū)架構(gòu)和功能，可以在沒有管理程序的情況下運行多個操作系統(tǒng)，在單個處理器上支持最多4個獨立的屏幕（分辨率可達4K），在提供足夠的處理性能的同時，各個屏幕之間的代碼是彼此“隔離”的，能夠很好地滿足每個屏幕獨特的可靠性和安全性的要求。 在年初的CES2020 上，恩智浦展示了基于雙i.MX 8QuadMax芯片實現(xiàn)的、支持多達11塊屏幕的多屏解決方案，這些顯示屏包括HUD、儀表盤、副駕顯示、中控、左右后視鏡顯示屏，以及內(nèi)后視鏡等，可以說覆蓋了目前可以想到的所有基于屏幕的汽車HMI應用的場景。 目前，i.MX 8QuadMax正在積極做好“上車”商用的準備，比如通過與全球高端車載信息娛樂系統(tǒng)供應商ART的合作，基于i.MX 8QuadMax的多屏顯示系統(tǒng)已經(jīng)進入了一些高端車型的2021年生產(chǎn)計劃。一經(jīng)市場驗證，未來這種“一芯多屏”的方案逐漸下探至中、低端車型市場，只是一個時間的問題。

圖2，基于恩智浦雙i.MX 8QuadMax芯片架構(gòu)的，支持多達11塊屏幕的汽車多屏HMI解決方案（圖源：NXP） 高集成的電源管理芯片 除了主控芯片，車載顯示器的其他外圍元器件也在為了迎接多屏時代的到來進行著升級。比如在汽車顯示屏的電源管理芯片領域，“新物種”已經(jīng)出現(xiàn)。 傳統(tǒng)的車載顯示屏電源設計，需要4-5顆分立的IC，通常包括：一顆高壓降壓轉(zhuǎn)換器提供3.3V電源軌；一顆高壓低IQ LDO負責MCU供電；一顆低壓LDO應對低噪聲應用；一顆低壓降壓轉(zhuǎn)換器提供解串器供電；一顆看門狗定時器支持MCU復位（如圖3）。當屏幕增多之后，這樣的架構(gòu)顯然會擠占有限的系統(tǒng)空間。

圖3，傳統(tǒng)的采用分立IC的車載顯示屏電源系統(tǒng)（圖源：美信） 為了簡化汽車顯示器電源系統(tǒng)，2020年初，Maxim Integrated推出高集成度汽車顯示屏PMIC MAX16923，它在單一芯片中集成5大功能，有效降低了設計復雜度和方案尺寸，配合 MAX20069 TFT偏置電源和LED驅(qū)動器，只用簡潔的雙芯片架構(gòu)，即可滿足12.3英寸及以下汽車顯示屏供電所需（如圖4）。

圖4，基于高集成度汽車顯示屏PMIC MAX16923的雙芯片車載顯示屏電源系統(tǒng)（圖源：美信） 從圖4中可以看到，MAX16923高集成電源管理功能包括：

一個高壓2.1A降壓轉(zhuǎn)換器(5V或3.3V)

一個高壓100mA低IQ LDO(3.3V)

一個低壓1.6A降壓轉(zhuǎn)換器(3.3V、1.8V、1.2V或1.1V)

一個低壓線性LDO(3.3V、1.8V、1.5V或1.0V)

看門狗定時器

采用這樣的方案，將系統(tǒng)方案的芯片數(shù)量從5片減少為1片，尺寸縮小50%，可以有效降低設計復雜度，縮小方案尺寸，優(yōu)化BOM成本。要知道這里省下的空間和成本，也就意味著汽車顯示系統(tǒng)更大的功能擴展空間、更優(yōu)的用戶體驗，由此帶來的附加值非常有意義。 總之，多屏時代的汽車座艙新體驗，讓人充滿了期待，也會讓越來越多的用戶為之心動。而作為開發(fā)者，如果你嗅到了其中的商機，也是時候?qū)ζ聊槐澈蟮男酒皠有┦帜_”，升級迭代，為未來的汽車多屏應用釋放更大的空間。