詳解汽車儀表盤的進(jìn)化史

前言

汽車儀表隨著汽車行業(yè)的高速發(fā)展而不斷改革技術(shù)，經(jīng)歷了幾次變革，不管是從形態(tài)還是功能，都發(fā)生了巨大的變化。它已不再僅僅是一個(gè)提供轉(zhuǎn)速、車速的簡單元件，它能展示更多重要的汽車信息，甚至發(fā)出警告。集成和數(shù)字控制技術(shù)的普及，讓汽車儀表的功能前所未有的豐富，并且視覺效果也更加賞心悅目。這個(gè)方寸之地不但體現(xiàn)出工程師設(shè)計(jì)的技術(shù)實(shí)力，更能夠展示設(shè)計(jì)師的審美視角，可以為汽車OEM廠商提供更高的電子產(chǎn)品附加價(jià)值，與車型進(jìn)行更完美的個(gè)性匹配，為消費(fèi)者提供更加多樣性的選擇和個(gè)性化的駕駛體驗(yàn)。

早期儀表

早期常規(guī)儀表包含了車速里程表、轉(zhuǎn)速表、機(jī)油壓力表、水溫表、燃油表、充電表等，之后汽車儀表還需要裝置穩(wěn)壓器，專門用來穩(wěn)定儀表電源的電壓，抑制波動(dòng)幅度，以保證汽車儀表的精確性。僅就小小的指示燈設(shè)計(jì)來說，之前的梅賽德斯-奔馳E級(jí)車，就有多達(dá)41個(gè)，而在沃爾沃的S40上只有21個(gè)，這是數(shù)字上的差異，也是不同品牌對于車輛安全理解的不同，道理很簡單，更多的指示燈確實(shí)可以更精準(zhǔn)的提示。

早期儀表盤

電氣式儀表

這類儀表增加了不少功能，汽車信息反饋也更多更及時(shí)地在顯示技術(shù)上不斷迭代，從真空熒光顯示屏（VFD），發(fā)展到采用液晶顯示器（LCD），小尺寸薄膜晶體管顯示器（TFT）由于可以實(shí)現(xiàn)CAN總線信號(hào)輸入，驅(qū)動(dòng)儀表顯示信息，再加上顯示屏顯示的信息越來越清晰、快捷。

目前從市場的保有量來看，比較合理的方案是采用機(jī)械儀表結(jié)合數(shù)字儀表的方式，例如車速、轉(zhuǎn)速信息采用指針，指示燈信息采用LED燈點(diǎn)亮形式，而其他信息則采用TFT屏。因?yàn)檐噧?nèi)面臨的環(huán)境非常惡劣，例如，夏季受到太陽直射時(shí)溫度可能達(dá)到70℃，而一旦開啟空調(diào)會(huì)迅速降至20℃-30℃，冬天也會(huì)有劇烈的溫差變化，溫差則導(dǎo)致元器件膨脹/收縮，發(fā)生損壞。由于成本及市場對新科技穩(wěn)定性的擔(dān)憂，目前電氣式儀表在市場上應(yīng)用較廣泛。

電器式儀表盤

全數(shù)字儀表

全數(shù)字汽車儀表可謂是有了長足的進(jìn)步與發(fā)展，它是一種網(wǎng)絡(luò)化、智能化的儀表，其功能更加強(qiáng)大，顯示內(nèi)容更加豐富，線束鏈接更加簡單，更全面，更人性化地滿足了駕駛需求。

虛擬汽車儀表用屏幕取代了指針、數(shù)字等現(xiàn)有儀表盤上最具代表性的部分，其優(yōu)點(diǎn)是可以由用戶自己定義儀器系統(tǒng)，以滿足不同的要求，功能更加強(qiáng)大、靈活，更容易同網(wǎng)絡(luò)、外設(shè)及其他應(yīng)用相連接。虛擬汽車儀表得益于更強(qiáng)大的圖形處理和顯示效果，更多的指示燈被擬物化設(shè)計(jì)，從而有效降低用戶的接受過程；多媒體娛樂信息和車輛基本信息也可以更符合邏輯的顯示出來，集中顯示有助于提升駕駛安全，駕駛員的視距也不必在多個(gè)位置頻繁切換；另外，簡化的設(shè)計(jì)，也可以將更多空間留給乘坐區(qū)域或者是儲(chǔ)物等等?？梢哉f虛擬儀表是目前為止最先進(jìn)的汽車儀表，也是未來的發(fā)展方向與趨勢。

目前，市場幾款虛擬儀表在方案及儀表效果上走在前沿，其中包含德賽西威的R1平臺(tái)虛擬儀表，以奧迪TT為代表的虛擬儀表，特斯拉的虛擬儀表。

奧迪汽車配備在全新TT和Q7車型上的Virtual Cockpit，儀表有一塊高達(dá)12.3英寸的顯示屏幕，而最重要的處理芯片則來自于英偉達(dá)（NVIDIA ）的Tegra 3系列最新Tegra30處理器芯片，它負(fù)責(zé)所有虛擬圖像的生成和處理，運(yùn)行速度可達(dá)80億次/秒，以60fps的速度刷新，所以儀表看起來非常流暢。

奧迪的Virtual Cockpit儀表屏幕分辨率達(dá)到1440x540?？梢郧袚Q很多種顯示布局，一種側(cè)重娛樂信息；一種側(cè)重駕駛信息；一種突出轉(zhuǎn)速強(qiáng)調(diào)運(yùn)動(dòng)風(fēng)格等等。在系統(tǒng)層面，奧迪的儀表采用的是QNX的Neutrino實(shí)時(shí)系統(tǒng)。從軟件層面，這套系統(tǒng)已經(jīng)非常成熟。

全數(shù)字儀表盤

德賽西威的R1平臺(tái)采用飛思卡爾XHY MCU+IMAX6 雙核GDC系統(tǒng)架構(gòu)，支持12.3吋 TFT(最大支持分辨率可達(dá)1920x720)，具有高響應(yīng)度、高亮度、高對比度等優(yōu)點(diǎn)；另一個(gè)亮點(diǎn)是采用非常穩(wěn)定可靠不易死機(jī)的QNX操作系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)卓越的2D/3D 圖形渲染能力，并根據(jù)駕駛情況動(dòng)態(tài)顯示內(nèi)容，酷炫的場景渲染，造就先進(jìn)酷炫的用戶體驗(yàn)；基于Kanzi?所見所得HMI開發(fā)理念，主題風(fēng)格可靈活定制，彰顯個(gè)性與時(shí)尚。據(jù)了解到的信息，德賽西威T2平臺(tái)擁有強(qiáng)大的圖形處理能力和動(dòng)畫效果，支持優(yōu)美旋轉(zhuǎn)菜單與滾動(dòng)條效果實(shí)現(xiàn) ，還支持CAN總線、以太網(wǎng)。

德賽西威最新一代12.3吋TFT可配置虛擬儀表平臺(tái)R1外觀

特斯拉儀表采用LG 為其定制的液晶屏， 同樣也是12.3英寸，但分辨率僅為1280x480，這個(gè)儀表盤目前的顯示布局是固定的，只是特定模塊可以變換信息。特斯拉的儀表盤用的是Tegra 2處理器，用的是一個(gè)基于Linux底層的系統(tǒng)，據(jù)了解很可能就是Ubuntu。與QNX這樣的嵌入式系統(tǒng)不同，Ubuntu是個(gè)桌面系統(tǒng)，除PC外還廣泛應(yīng)用于服務(wù)器。

抬頭顯示技術(shù)最早出現(xiàn)在飛機(jī)上，利用光學(xué)反射的原理，將重要的飛行相關(guān)資訊投射在一片玻璃上面。這片玻璃位于座艙前端，高度大致與飛行員的眼睛成水平，投射的文字和影像調(diào)整在焦距無限遠(yuǎn)的距離上面，飛行員透過HUD往前方看的時(shí)候，能夠輕易的將外界的景象與HUD顯示的資料融合在一起。借助HUD投射原理，汽車裝配HUD后可以使駕駛員不必低頭，就可以看到信息，從而避免分散對前方道路的注意力；其次駕駛員不必在觀察遠(yuǎn)方的道路和近處的儀表之間調(diào)節(jié)眼睛，能夠有效地避免眼睛的疲勞。

HUD平視顯示由航空飛行設(shè)備改進(jìn)而來

目前抬頭顯示只在小部分高端品牌車型上可以看到，其中包括寶馬5系Li/X5、標(biāo)致3008/標(biāo)致508、奧迪A6/奧迪A7、納智捷大7 SUV以及雷克薩斯GS。

寶馬X5的平視顯示屏HUD，能將重要的信息（如車輛速度、導(dǎo)航提醒等信息）投射到風(fēng)窗玻璃上，通過風(fēng)窗玻璃再將其反射給駕駛?cè)?，將有關(guān)信息顯示在前風(fēng)窗玻璃的駕駛?cè)似揭暦秶?，且顯示位置、顯示亮度可調(diào)，避免駕駛?cè)说皖^看儀表，從而縮短眼球?qū)η胺降囊曈X盲區(qū)時(shí)間，有助于交通安全性和駕駛舒適性。

HUD系統(tǒng)成像的關(guān)鍵是在光學(xué)和材料學(xué)方面，一種透明的高折射率鍍膜才是其真正的成像根基。這種膜并非單獨(dú)存在，它是特殊前風(fēng)窗玻璃的表層功能部分，這種汽車風(fēng)窗玻璃的生產(chǎn)主要采用浸漬法和網(wǎng)印法等。

由于它含有氧化的Ti和Si，所以它的折射率介于1.8～2.2之間，大于普通前風(fēng)窗玻璃1.52的折射率，所以表面的反射率就可以增大，再經(jīng)過多次光干涉就可在遠(yuǎn)處成像。

寶馬X5的HUD投影載體膜就增加了膜厚，能支持整個(gè)可見光區(qū)域反射，從而實(shí)現(xiàn)HUD的多色彩顯示和與角度無關(guān)的均勻外觀。為了針對不同的光線效果進(jìn)行補(bǔ)償，HUD可根據(jù)晴雨／光照傳感器自動(dòng)調(diào)節(jié)亮度。自動(dòng)調(diào)節(jié)亮度不會(huì)出現(xiàn)HUD亮度躍變的情況，產(chǎn)生不同光線效果的原因如下：環(huán)境條件，例如白天、夜晚、陽光、烏云、雨、雪和霧等；建筑情況，例如隧道、地下車庫等；駕駛?cè)丝赏ㄟ^滾花輪調(diào)節(jié)儀表照明的亮度；自車燈亮起后，根據(jù)儀表照明亮度設(shè)置確定HUD亮度。其亮度取決于調(diào)光輪設(shè)置、亮度調(diào)節(jié)及晴雨／光照傳感器。

從行業(yè)趨勢看，高清、集成、智能是汽車儀表及顯示技術(shù)的三大發(fā)展方向。基于供應(yīng)商的集成能力和未來科技的發(fā)展，儀表盤將能夠顯示更多的安全和娛樂信息，汽車儀表也會(huì)集成入更多的主動(dòng)安全、ADAS信息，與網(wǎng)絡(luò)的互動(dòng)也變得更頻繁，系統(tǒng)變得越來越開放。和中控娛樂信息系統(tǒng)一體化融合，集成手勢控制，語音控制等操作功能。優(yōu)化HUD平視顯示技術(shù)，將安全信息與娛樂導(dǎo)航等信息更直觀安全傳遞給駕駛員，這將是下一代智能數(shù)字座艙的發(fā)展趨勢。