汽車數(shù)字座艙的 9個(gè)創(chuàng)新機(jī)會和 1個(gè)融合趨勢

數(shù)字座艙是近幾年來的熱門話題。本文作者為興民智通COO兼智能網(wǎng)聯(lián)汽車事業(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)話題。前半段，他介紹了更適合創(chuàng)業(yè)公司的細(xì)小切口，提到了9個(gè)數(shù)字座艙的。后半段，他從更大的軟硬件架構(gòu)和數(shù)據(jù)平臺兩個(gè)方面，介紹了數(shù)字座艙會和車聯(lián)網(wǎng)如何建立關(guān)聯(lián)。

為了改變?nèi)藗兊鸟{乘體驗(yàn)，汽車內(nèi)部空間開始被重新定義。某種程度上，人們對智能化的理解，是因?yàn)閿?shù)字座艙的到來而變得更加直觀的。

在討論數(shù)字座艙為我們帶來更好用戶體驗(yàn)的同時(shí)，我們不僅要了解哪些新技術(shù)將被廣泛應(yīng)用到汽車內(nèi)部，更重要的是清楚數(shù)字座艙的硬件和軟件體系架構(gòu)該如何演化，并且隨著智能化技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字座艙和車內(nèi)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(shù)字座艙的9個(gè)創(chuàng)新機(jī)會

DLP駕駛安全認(rèn)證。通過DLP技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)駕駛?cè)藛T的面部3D掃描和授權(quán)使用。面部3D掃描通過采集、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(quán)提供了精確的信息保障?；贒LP技術(shù)，一方面可以監(jiān)視駕駛?cè)藛T是否處于疲勞駕駛狀態(tài)等，另一方面可以對車的駕駛使用做授權(quán)認(rèn)證。隨著共享出行變得越來越普及，DLP駕駛安全認(rèn)證技術(shù)將成為數(shù)字座艙的標(biāo)準(zhǔn)配置之一。

指紋識別。做為比DLP 3D掃描更加簡單和易于實(shí)施的技術(shù)，指紋識別將在數(shù)字座艙中有廣泛應(yīng)用的機(jī)會。通過指紋識別的方式，實(shí)現(xiàn)對車各種操作的授權(quán)使用，可以增強(qiáng)系統(tǒng)使用的安全性。

無線充電和智能安全同步。手機(jī)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(shù)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(xiàn)在的競爭是時(shí)間的競爭，當(dāng)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(jī)會就會大大降低。如何提高數(shù)字座艙的使用頻度，就是我們需要研究的方向。手機(jī)已經(jīng)成為信息的中心、娛樂的中心和計(jì)算的中心。隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，我們基本上可以用手機(jī)完成生活中的絕大多數(shù)事務(wù)，這也是為什么我們?nèi)菀缀雎云嚿系钠聊?。?shù)字座艙要想提高被使用的頻率，需要能夠幫助手機(jī)在功能上擴(kuò)展，而不是與手機(jī)直接競爭。相比傳統(tǒng)的USB充電方式，無線充電會給車主帶來更大的便捷性。

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(jī)的內(nèi)容無縫地?cái)U(kuò)展到數(shù)字座艙中。現(xiàn)在的一些手機(jī)投射技術(shù)已經(jīng)部分地實(shí)現(xiàn)了這項(xiàng)功能，比如Apple的CarPlay、Google的Android Auto以及Miracast等。相對于汽車本身，手機(jī)系統(tǒng)更加脆弱，如果手機(jī)應(yīng)用特別是車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用被惡意攻擊，黑客可以通過破解通信過程去攻擊汽車，從而控制轉(zhuǎn)向、剎車等操作，產(chǎn)生無法想象的災(zāi)難性后后果，因此手機(jī)同步過程中的安全性非常關(guān)鍵。

智能感知和檢測通知。盡管數(shù)字座艙的體系架構(gòu)正在向多個(gè)域的方式演變，ECU的管理結(jié)構(gòu)上會有一些變化，但不會改變ECU本身對組件的控制和讀寫。數(shù)字座艙通過MCU與ECU進(jìn)行通信，獲取汽車各個(gè)關(guān)鍵組件的實(shí)時(shí)信息，并通過人機(jī)交互以更直觀的方式通告給駕乘人員。隨著大數(shù)據(jù)分析和人工智能技術(shù)的應(yīng)用，數(shù)字座艙能提供的信息和反饋將越來越實(shí)時(shí)和高效。

AR HUD。AR HUD通過內(nèi)部特殊設(shè)計(jì)的光學(xué)系統(tǒng)將圖像信息精確地結(jié)合于實(shí)際交通路況中,從而擴(kuò)展或者增強(qiáng)駕駛?cè)藛T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(jié)合等。

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

DLP雨滴反射消除技術(shù)。在無人駕駛成為現(xiàn)實(shí)之前，對于自然環(huán)境的變化我們一定要有相應(yīng)的措施，比如在下雨或者下雪的環(huán)境中，各種光的反射、折射會影響我們的視線，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(yīng)用到數(shù)字座艙的新技術(shù)，它使用攝像頭追蹤雨滴或雪花的運(yùn)動，并通過應(yīng)用算法來預(yù)測雨滴或雪花粒子在幾毫秒之后的位置，進(jìn)而調(diào)整投射光束，自動照亮系統(tǒng)預(yù)測位置上的粒子來提高能見度。

這樣的技術(shù)既可以通過配置專用DLP投射裝置來實(shí)現(xiàn)，也可以通過改造車燈LED光源來實(shí)現(xiàn)。比如卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的研究人員通過將LED光源與單個(gè)芯片上的圖像傳感器結(jié)合，根據(jù)LED矩陣來確定雨滴的位置，開啟或者關(guān)閉某個(gè)或多個(gè)照明單元。這樣的智能車燈系統(tǒng)不會徹底消除在駕駛員視線中的雨雪，但是能夠大幅減少將水產(chǎn)生的反射和扭曲，可以顯著改善能見度，減少對司機(jī)注意力的分散。另外可以第一時(shí)間檢測出對面來車，并且將光線自動從對方的視線中移開，防止光線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VR技術(shù)的發(fā)展，我們可以把虛擬游戲和教育放進(jìn)數(shù)字座艙。車內(nèi)交互式的三維動態(tài)虛擬游戲或教育環(huán)境，要比手機(jī)帶來的體驗(yàn)效果更佳，而這類技術(shù)一定會成為數(shù)字座艙發(fā)展的熱點(diǎn)。

高級電池管理和監(jiān)視。未來的車更多的是新能源車，而無論是應(yīng)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(jié)合的高級電池管理和監(jiān)視技術(shù)。通過高級電池管理和監(jiān)視，可有效地保護(hù)和監(jiān)測電池的使用，并通過數(shù)字座艙的人機(jī)交互實(shí)時(shí)通告車內(nèi)人員，從而保障駕乘的安全性。

二、數(shù)字座艙和智能網(wǎng)聯(lián)的融合

智能汽車有三大發(fā)展方向：數(shù)字座艙，車聯(lián)網(wǎng)和無人駕駛，這三個(gè)領(lǐng)域正隨著各項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展相互融合、相互滲透、互為補(bǔ)充。下一代數(shù)字座艙的軟硬件架構(gòu)正往一體化聚合的方向發(fā)展，與車聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系也變得更加緊密;只有讓數(shù)字座艙的人機(jī)交互與云端的車聯(lián)網(wǎng)服務(wù)結(jié)合起來，才能帶來更好的用戶體驗(yàn)。

先談?wù)勏乱淮鷶?shù)字座艙軟硬件一體化聚合的趨勢。

隨著車載芯片處理計(jì)算能力的不斷增強(qiáng)，我們的汽車將會有具備超級計(jì)算能力的“大腦”，概念類似通信領(lǐng)域常見的19英寸機(jī)架式設(shè)備，由CPU主線卡和各類IO線卡、計(jì)算處理子線卡組成。

我們的汽車“大腦”也可以由類似的結(jié)構(gòu)組成，包括一塊支持各種車內(nèi)總線架構(gòu)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(dá)、激光雷達(dá)等傳感器的IO卡，專門用于各種場景人工智能機(jī)器學(xué)習(xí)的計(jì)算板卡。這樣的模塊化架構(gòu)讓各個(gè)部分的升級和維護(hù)變得非常簡單，考慮到一輛車近20年的工作生命周期，必須采用與手機(jī)等消費(fèi)電子設(shè)備不同的可升級硬件架構(gòu)。

當(dāng)前數(shù)字座艙的購成

目前我們的數(shù)字座艙由分離的虛擬儀表、中控娛樂信息系統(tǒng)、T-box、HUD等設(shè)備組成，相互之間通信開銷較大，而且由于每個(gè)設(shè)備有單獨(dú)的硬件，總體成本較高。

而在聚合的一體化車載硬件上，我們不需要每個(gè)功能實(shí)體由真實(shí)的硬件承載，只需要在車載主芯片上進(jìn)行虛擬化的軟件配置，形成多個(gè)虛擬機(jī)，在每個(gè)虛擬機(jī)上運(yùn)行相應(yīng)的軟件實(shí)例，即可實(shí)現(xiàn)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(xiàn)了軟件定義汽車。

這樣的硬件聚合加軟件虛擬化的架構(gòu)可以大大降低汽車零配件供應(yīng)廠商協(xié)同設(shè)計(jì)的成本，也會減少各個(gè)設(shè)備之間相互通信的開銷。軟硬件的一體化聚合已經(jīng)成為下一代數(shù)字座艙的發(fā)展趨勢。

下一代數(shù)字座艙的軟硬件一體化聚合

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

除了車端軟硬件的重新定義，云端數(shù)據(jù)平臺建設(shè)也是數(shù)字座艙的基礎(chǔ)。

目前在很多場合，車廠不愿意直接跟互聯(lián)網(wǎng)廠商合作開放自己的數(shù)據(jù)。因?yàn)橐坏╅_放，互聯(lián)網(wǎng)廠商就會把傳統(tǒng)車廠變成類似富士康的代工廠。

一種數(shù)據(jù)平臺架構(gòu)

對于車聯(lián)網(wǎng)來說，最關(guān)鍵的內(nèi)容就是數(shù)據(jù)平臺，而數(shù)據(jù)平臺的核心就是與車相關(guān)的數(shù)據(jù)，既包括位置信息、從車內(nèi)各個(gè)ECU獲取的數(shù)據(jù)，也包括類似車與車、車與基礎(chǔ)設(shè)施等通信的數(shù)據(jù)。有了數(shù)據(jù)平臺，通過標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)服務(wù)接口，就可以被各種應(yīng)用調(diào)用，比如，微信的服務(wù)號、UBI保險(xiǎn)、分時(shí)租賃、互聯(lián)網(wǎng)金融等。

一種OTA方案

有了車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的支持，數(shù)字座艙的人機(jī)交互就增加了有實(shí)際使用價(jià)值的線上線下服務(wù)。

談完了基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，就要談?wù)凮TA(Over-th

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

OTA分為兩類，第一類是像T-BOX映像和ECU固件的刷寫，我們稱之為FOTA，比如可以通過對發(fā)動機(jī)ECU的刷寫進(jìn)行參數(shù)的調(diào)校，從而改變發(fā)動機(jī)的性能。過去這類的操作需要到4S店由專業(yè)服務(wù)人員連接專用的刷寫工具完成，而今后將可以在電腦客戶端甚至手機(jī)上直接完成。

為防止ECU等的固件被非授權(quán)修改，OTA過程必須要有相應(yīng)的加密和鑒權(quán)機(jī)制，才能保證無論是客戶自己升級還是廠家遠(yuǎn)端推送升級，OTA使用的映像都是安全可靠的。

第二類是像中控、虛擬儀表和HUD這類映像占用空間較大的系統(tǒng)升級，通常稱為SOTA，由于升級涉及的內(nèi)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(nèi)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(yīng)的鑒權(quán)機(jī)制也是需要考慮的核心要素。

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

第一，現(xiàn)有的數(shù)字座艙與手機(jī)的互聯(lián)模式是否真的解決了我們的問題?如果一種模式只把某個(gè)廠家的軟件和應(yīng)用生態(tài)連接到車?yán)锸怯芯窒扌缘?，互?lián)模式的接口和通信標(biāo)準(zhǔn)必須是開放的，不能依附某個(gè)廠商，才能有效地將手機(jī)內(nèi)容和服務(wù)擴(kuò)展到數(shù)字座艙中去。

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

第三，數(shù)字座艙中的語音服務(wù)應(yīng)該如何發(fā)展?未來，啟發(fā)式的主動車聯(lián)網(wǎng)語音服務(wù)會成為發(fā)展方向。

目前的車聯(lián)網(wǎng)語音服務(wù)都是被動式的，比如需要喚醒詞激活，缺乏活躍的交互式體驗(yàn)，因此必須在模式上有所改變。比如，當(dāng)我們啟動車輛時(shí)，啟發(fā)式的主動車聯(lián)網(wǎng)服務(wù)就會詢問車主想去哪兒，在得到車主信息反饋后自動規(guī)劃路線，并且在行駛的過程中實(shí)時(shí)監(jiān)控車的行駛狀態(tài)，如果發(fā)現(xiàn)剎車片磨損嚴(yán)重，就會主動提醒駕駛?cè)藛T去附近的4S店進(jìn)行配件更換。

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

車云小結(jié)

和自動駕駛相比，數(shù)字座艙的相關(guān)技術(shù)距離落地要更近一些，并且因?yàn)楦拷脩舳梭w驗(yàn)，成為了智能汽車的發(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(yàn)背后，掌握現(xiàn)有最新技術(shù)并不是占領(lǐng)這塊高地的全部，面向未來的架構(gòu)設(shè)計(jì)，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。