汽車(chē)數字座艙的 9個(gè)創(chuàng )新機會(huì )和 1個(gè)融合趨勢

數字座艙是近幾年來(lái)的熱門(mén)話(huà)題。本文作者為興民智通COO兼智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)事業(yè)群總經(jīng)理張人杰，他從“小”和“大”兩個(gè)方面探討了這個(gè)話(huà)題。前半段，他介紹了更適合創(chuàng )業(yè)公司的細小切口，提到了9個(gè)數字座艙的。后半段，他從更大的軟硬件架構和數據平臺兩個(gè)方面，介紹了數字座艙會(huì )和車(chē)聯(lián)網(wǎng)如何建立關(guān)聯(lián)。

為了改變人們的駕乘體驗，汽車(chē)內部空間開(kāi)始被重新定義。某種程度上，人們對智能化的理解，是因為數字座艙的到來(lái)而變得更加直觀(guān)的。

在討論數字座艙為我們帶來(lái)更好用戶(hù)體驗的同時(shí)，我們不僅要了解哪些新技術(shù)將被廣泛應用到汽車(chē)內部，更重要的是清楚數字座艙的硬件和軟件體系架構該如何演化，并且隨著(zhù)智能化技術(shù)的發(fā)展，數字座艙和車(chē)內駕駛員、乘客的交互關(guān)系悄然改變，技術(shù)要找到更好的陪伴方式。

一、數字座艙的9個(gè)創(chuàng )新機會(huì )

DLP駕駛安全認證。通過(guò)DLP技術(shù)可以實(shí)現駕駛人員的面部3D掃描和授權使用。面部3D掃描通過(guò)采集、記錄、泛化、和優(yōu)化五個(gè)步驟完成，記錄的信息包括了空間位置、質(zhì)地、反射率、透射率和顏色等，為后期的授權提供了精確的信息保障?；贒LP技術(shù)，一方面可以監視駕駛人員是否處于疲勞駕駛狀態(tài)等，另一方面可以對車(chē)的駕駛使用做授權認證。隨著(zhù)共享出行變得越來(lái)越普及，DLP駕駛安全認證技術(shù)將成為數字座艙的標準配置之一。

指紋識別。做為比DLP 3D掃描更加簡(jiǎn)單和易于實(shí)施的技術(shù)，指紋識別將在數字座艙中有廣泛應用的機會(huì )。通過(guò)指紋識別的方式，實(shí)現對車(chē)各種操作的授權使用，可以增強系統使用的安全性。

無(wú)線(xiàn)充電和智能安全同步。手機是我們生活中的第一塊屏幕，筆記本、平板電腦是第二塊、第三塊屏幕。數字座艙，在某種意義上可以看作我們的第四塊屏幕。正如我們已經(jīng)意識到，現在的競爭是時(shí)間的競爭，當一件物品在我們生活中占有的使用時(shí)間較多的情況下，別的物品得到使用的機會(huì )就會(huì )大大降低。如何提高數字座艙的使用頻度，就是我們需要研究的方向。手機已經(jīng)成為信息的中心、娛樂(lè )的中心和計算的中心。隨著(zhù)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，我們基本上可以用手機完成生活中的絕大多數事務(wù)，這也是為什么我們容易忽略汽車(chē)上的屏幕。數字座艙要想提高被使用的頻率，需要能夠幫助手機在功能上擴展，而不是與手機直接競爭。相比傳統的USB充電方式，無(wú)線(xiàn)充電會(huì )給車(chē)主帶來(lái)更大的便捷性。

對于智能同步而言，同步需要同時(shí)考慮智能和安全，智能就是如何把手機的內容無(wú)縫地擴展到數字座艙中?，F在的一些手機投射技術(shù)已經(jīng)部分地實(shí)現了這項功能，比如Apple的CarPlay、Google的Android Auto以及Miracast等。相對于汽車(chē)本身，手機系統更加脆弱，如果手機應用特別是車(chē)聯(lián)網(wǎng)應用被惡意攻擊，黑客可以通過(guò)破解通信過(guò)程去攻擊汽車(chē)，從而控制轉向、剎車(chē)等操作，產(chǎn)生無(wú)法想象的災難性后后果，因此手機同步過(guò)程中的安全性非常關(guān)鍵。

智能感知和檢測通知。盡管數字座艙的體系架構正在向多個(gè)域的方式演變，ECU的管理結構上會(huì )有一些變化，但不會(huì )改變ECU本身對組件的控制和讀寫(xiě)。數字座艙通過(guò)MCU與ECU進(jìn)行通信，獲取汽車(chē)各個(gè)關(guān)鍵組件的實(shí)時(shí)信息，并通過(guò)人機交互以更直觀(guān)的方式通告給駕乘人員。隨著(zhù)大數據分析和人工智能技術(shù)的應用，數字座艙能提供的信息和反饋將越來(lái)越實(shí)時(shí)和高效。

AR HUD。AR HUD通過(guò)內部特殊設計的光學(xué)系統將圖像信息精確地結合于實(shí)際交通路況中,從而擴展或者增強駕駛人員對于實(shí)際駕駛環(huán)境的感知。AR HUD的本質(zhì)是實(shí)景和電腦顯示的智能融合，覆蓋的技術(shù)點(diǎn)包括投射、前擋特種玻璃(折射率、反射率的考慮)、高精度地圖、圖像渲染以及ADAS和智能駕駛信息的結合等。

360度全景。360度全景可被用于輔助或者全自動(dòng)泊車(chē)系統，它的原理是將前后左右四顆廣角攝像頭的視頻輸入，通過(guò)特定算法，計算產(chǎn)生俯視的視頻畫(huà)面，如何計算生成更精確、無(wú)畸變的視頻圖像，對攝像頭的位置調校和處理算法都有很高的要求。

DLP雨滴反射消除技術(shù)。在無(wú)人駕駛成為現實(shí)之前，對于自然環(huán)境的變化我們一定要有相應的措施，比如在下雨或者下雪的環(huán)境中，各種光的反射、折射會(huì )影響我們的視線(xiàn)，進(jìn)而降低駕駛的安全性。

DLP雨滴反射消除技術(shù)就是一種能夠應用到數字座艙的新技術(shù)，它使用攝像頭追蹤雨滴或雪花的運動(dòng)，并通過(guò)應用算法來(lái)預測雨滴或雪花粒子在幾毫秒之后的位置，進(jìn)而調整投射光束，自動(dòng)照亮系統預測位置上的粒子來(lái)提高能見(jiàn)度。

這樣的技術(shù)既可以通過(guò)配置專(zhuān)用DLP投射裝置來(lái)實(shí)現，也可以通過(guò)改造車(chē)燈LED光源來(lái)實(shí)現。比如卡內基梅隆大學(xué)的研究人員通過(guò)將LED光源與單個(gè)芯片上的圖像傳感器結合，根據LED矩陣來(lái)確定雨滴的位置，開(kāi)啟或者關(guān)閉某個(gè)或多個(gè)照明單元。這樣的智能車(chē)燈系統不會(huì )徹底消除在駕駛員視線(xiàn)中的雨雪，但是能夠大幅減少將水產(chǎn)生的反射和扭曲，可以顯著(zhù)改善能見(jiàn)度，減少對司機注意力的分散。另外可以第一時(shí)間檢測出對面來(lái)車(chē)，并且將光線(xiàn)自動(dòng)從對方的視線(xiàn)中移開(kāi)，防止光線(xiàn)直接照射到對方的臉上，保證彼此的安全。

虛擬游戲和教育。隨著(zhù)VR技術(shù)的發(fā)展，我們可以把虛擬游戲和教育放進(jìn)數字座艙。車(chē)內交互式的三維動(dòng)態(tài)虛擬游戲或教育環(huán)境，要比手機帶來(lái)的體驗效果更佳，而這類(lèi)技術(shù)一定會(huì )成為數字座艙發(fā)展的熱點(diǎn)。

高級電池管理和監視。未來(lái)的車(chē)更多的是新能源車(chē)，而無(wú)論是應用鋰電池或是氫電池，充電或者換電的商務(wù)模式，都需要有硬件和軟件結合的高級電池管理和監視技術(shù)。通過(guò)高級電池管理和監視，可有效地保護和監測電池的使用，并通過(guò)數字座艙的人機交互實(shí)時(shí)通告車(chē)內人員，從而保障駕乘的安全性。

二、數字座艙和智能網(wǎng)聯(lián)的融合

智能汽車(chē)有三大發(fā)展方向：數字座艙，車(chē)聯(lián)網(wǎng)和無(wú)人駕駛，這三個(gè)領(lǐng)域正隨著(zhù)各項技術(shù)的發(fā)展相互融合、相互滲透、互為補充。下一代數字座艙的軟硬件架構正往一體化聚合的方向發(fā)展，與車(chē)聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系也變得更加緊密;只有讓數字座艙的人機交互與云端的車(chē)聯(lián)網(wǎng)服務(wù)結合起來(lái)，才能帶來(lái)更好的用戶(hù)體驗。

先談?wù)勏乱淮鷶底肿撥浻布惑w化聚合的趨勢。

隨著(zhù)車(chē)載芯片處理計算能力的不斷增強，我們的汽車(chē)將會(huì )有具備超級計算能力的“大腦”，概念類(lèi)似通信領(lǐng)域常見(jiàn)的19英寸機架式設備，由CPU主線(xiàn)卡和各類(lèi)IO線(xiàn)卡、計算處理子線(xiàn)卡組成。

我們的汽車(chē)“大腦”也可以由類(lèi)似的結構組成，包括一塊支持各種車(chē)內總線(xiàn)架構的通用背板加上模塊化的主處理器卡，可以支持各種攝像頭、毫米波雷達、激光雷達等傳感器的IO卡，專(zhuān)門(mén)用于各種場(chǎng)景人工智能機器學(xué)習的計算板卡。這樣的模塊化架構讓各個(gè)部分的升級和維護變得非常簡(jiǎn)單，考慮到一輛車(chē)近20年的工作生命周期，必須采用與手機等消費電子設備不同的可升級硬件架構。

當前數字座艙的購成

目前我們的數字座艙由分離的虛擬儀表、中控娛樂(lè )信息系統、T-box、HUD等設備組成，相互之間通信開(kāi)銷(xiāo)較大，而且由于每個(gè)設備有單獨的硬件，總體成本較高。

而在聚合的一體化車(chē)載硬件上，我們不需要每個(gè)功能實(shí)體由真實(shí)的硬件承載，只需要在車(chē)載主芯片上進(jìn)行虛擬化的軟件配置，形成多個(gè)虛擬機，在每個(gè)虛擬機上運行相應的軟件實(shí)例，即可實(shí)現儀表、中控、T-Box、HUD等各種功能實(shí)體，從某種意義上就是實(shí)現了軟件定義汽車(chē)。

這樣的硬件聚合加軟件虛擬化的架構可以大大降低汽車(chē)零配件供應廠(chǎng)商協(xié)同設計的成本，也會(huì )減少各個(gè)設備之間相互通信的開(kāi)銷(xiāo)。軟硬件的一體化聚合已經(jīng)成為下一代數字座艙的發(fā)展趨勢。

下一代數字座艙的軟硬件一體化聚合

當然，在往一體化聚合硬件發(fā)展的道路上也會(huì )面臨一些問(wèn)題，比如目前智能網(wǎng)聯(lián)最重要的設備是T-box，由于通信的要求需要一直在線(xiàn)，因此必須保證持續供電。對于一體化的數字座艙，T-box變成了軟件功能實(shí)體，如何繼續保持單點(diǎn)供電?是我們設計時(shí)需要考慮的問(wèn)題。如果不能保證整體數字座艙的功耗，必須把類(lèi)似T-box這樣的功能變成子卡模式，有獨立的MCU和單獨供電模塊。

除了車(chē)端軟硬件的重新定義，云端數據平臺建設也是數字座艙的基礎。

目前在很多場(chǎng)合，車(chē)廠(chǎng)不愿意直接跟互聯(lián)網(wǎng)廠(chǎng)商合作開(kāi)放自己的數據。因為一旦開(kāi)放，互聯(lián)網(wǎng)廠(chǎng)商就會(huì )把傳統車(chē)廠(chǎng)變成類(lèi)似富士康的代工廠(chǎng)。

一種數據平臺架構

對于車(chē)聯(lián)網(wǎng)來(lái)說(shuō)，最關(guān)鍵的內容就是數據平臺，而數據平臺的核心就是與車(chē)相關(guān)的數據，既包括位置信息、從車(chē)內各個(gè)ECU獲取的數據，也包括類(lèi)似車(chē)與車(chē)、車(chē)與基礎設施等通信的數據。有了數據平臺，通過(guò)標準的數據服務(wù)接口，就可以被各種應用調用，比如，微信的服務(wù)號、UBI保險、分時(shí)租賃、互聯(lián)網(wǎng)金融等。

一種OTA方案

有了車(chē)聯(lián)網(wǎng)應用的支持，數字座艙的人機交互就增加了有實(shí)際使用價(jià)值的線(xiàn)上線(xiàn)下服務(wù)。

談完了基礎設施建設，就要談?wù)凮TA(Over-th

e-Air Technology，在線(xiàn)升級)。數字座艙的固件和軟件智能升級，通常需要OTA技術(shù)來(lái)實(shí)現。

OTA分為兩類(lèi)，第一類(lèi)是像T-BOX映像和ECU固件的刷寫(xiě)，我們稱(chēng)之為FOTA，比如可以通過(guò)對發(fā)動(dòng)機ECU的刷寫(xiě)進(jìn)行參數的調校，從而改變發(fā)動(dòng)機的性能。過(guò)去這類(lèi)的操作需要到4S店由專(zhuān)業(yè)服務(wù)人員連接專(zhuān)用的刷寫(xiě)工具完成，而今后將可以在電腦客戶(hù)端甚至手機上直接完成。

為防止ECU等的固件被非授權修改，OTA過(guò)程必須要有相應的加密和鑒權機制，才能保證無(wú)論是客戶(hù)自己升級還是廠(chǎng)家遠端推送升級，OTA使用的映像都是安全可靠的。

第二類(lèi)是像中控、虛擬儀表和HUD這類(lèi)映像占用空間較大的系統升級，通常稱(chēng)為SOTA，由于升級涉及的內容較多，差分升級變得非常關(guān)鍵。所謂差分升級就是只升級與原映像內容不同的部分，即生成差分包進(jìn)行升級。這里差分包生成的算法和相應的鑒權機制也是需要考慮的核心要素。

數字座艙與智能網(wǎng)聯(lián)的融合需要考慮以下幾個(gè)層面的問(wèn)題：

第一，現有的數字座艙與手機的互聯(lián)模式是否真的解決了我們的問(wèn)題?如果一種模式只把某個(gè)廠(chǎng)家的軟件和應用生態(tài)連接到車(chē)里是有局限性的，互聯(lián)模式的接口和通信標準必須是開(kāi)放的，不能依附某個(gè)廠(chǎng)商，才能有效地將手機內容和服務(wù)擴展到數字座艙中去。

第二，傳統的呼叫中心是否仍然有效?答案是肯定的。只有當人工智能發(fā)展到可以完全替代人類(lèi)進(jìn)行信息類(lèi)交互，才能放棄呼叫中心，因此在相當長(cháng)的時(shí)間內，數字座艙提供的車(chē)聯(lián)網(wǎng)服務(wù)仍然是由人工智能加傳統的呼叫中心服務(wù)組合而成。

第三，數字座艙中的語(yǔ)音服務(wù)應該如何發(fā)展?未來(lái)，啟發(fā)式的主動(dòng)車(chē)聯(lián)網(wǎng)語(yǔ)音服務(wù)會(huì )成為發(fā)展方向。

目前的車(chē)聯(lián)網(wǎng)語(yǔ)音服務(wù)都是被動(dòng)式的，比如需要喚醒詞激活，缺乏活躍的交互式體驗，因此必須在模式上有所改變。比如，當我們啟動(dòng)車(chē)輛時(shí)，啟發(fā)式的主動(dòng)車(chē)聯(lián)網(wǎng)服務(wù)就會(huì )詢(xún)問(wèn)車(chē)主想去哪兒，在得到車(chē)主信息反饋后自動(dòng)規劃路線(xiàn)，并且在行駛的過(guò)程中實(shí)時(shí)監控車(chē)的行駛狀態(tài)，如果發(fā)現剎車(chē)片磨損嚴重，就會(huì )主動(dòng)提醒駕駛人員去附近的4S店進(jìn)行配件更換。

另外，可以根據駕駛員的駕駛行為及場(chǎng)景的不同，提供各種啟發(fā)式的語(yǔ)音車(chē)聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。只有這樣融入了人工智能技術(shù)的車(chē)聯(lián)網(wǎng)服務(wù)才能真正把數字座艙變成我們的生活伴侶。

車(chē)云小結

和自動(dòng)駕駛相比，數字座艙的相關(guān)技術(shù)距離落地要更近一些，并且因為更靠近用戶(hù)端體驗，成為了智能汽車(chē)的發(fā)展進(jìn)程中備受關(guān)注的領(lǐng)域。但在耳目一新的交互體驗背后，掌握現有最新技術(shù)并不是占領(lǐng)這塊高地的全部，面向未來(lái)的架構設計，以及保證與時(shí)俱進(jìn)的更新方式，都將是每個(gè)玩家不可或缺的技能。