中控與儀表盤的數(shù)字化與大屏化，對汽車用戶與開發(fā)者而言帶來了哪些變化

對于埃隆·馬斯克將大屏植入到特斯拉的中控區(qū)，消費者抱有截然不同的兩種態(tài)度。認同的人覺得這樣才夠酷，才是高科技汽車該有的樣子；不認同的人覺得這塊豎起的大屏太突兀了，破壞了汽車內(nèi)飾原有的穩(wěn)重大氣。

時至今日，這樣的爭論仍然持續(xù)著。不過，當我們將目光投向車市，不難發(fā)現(xiàn)大屏在汽車中的占比越來越高，尤其是主打智能化的新能源汽車。根據(jù)CINNO Research的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2021年前三季度中國市場新能源乘用車中控顯示屏總銷量中，12寸以上占比達到48%，8寸-10寸占比為20%。同時段內(nèi)，中國傳統(tǒng)的燃油車也有25%是搭載12寸以上中控屏幕的。

細想也能夠理解，汽車數(shù)字化意味著功能更多，原來巴掌大小的屏幕雖能承載，但是操作流程就要復雜許多，且科技感明顯不足?；叵胫悄苁謾C的發(fā)展，汽車選擇大屏也是數(shù)字化時代的大勢所趨。

與此同時，大屏作為汽車數(shù)字化的典型特征之一，也就意味著所搭載的中控屏或者儀表盤不僅尺寸要大，還要具有更好的交互性，更好的顯示功能，以及更穩(wěn)定的產(chǎn)品性能。今天，我們就來聊聊數(shù)字化和大屏給汽車帶來的變化，以及隨之而來的相關(guān)挑戰(zhàn)，并從貿(mào)澤電子上的相關(guān)器件中挑選幾款推薦給大家，幫助大家實現(xiàn)更好的汽車數(shù)字化方案。

車載大屏是數(shù)字座艙的表象

自2010年前后特斯拉開始討論將大屏帶入到汽車駕駛艙，目前大屏在車載方面已經(jīng)發(fā)展成兩大流派：特斯拉以及蔚來等品牌選擇了豎版的大屏中控，然后選擇性地搭配數(shù)字儀表盤；小鵬、威馬和奔馳等品牌則是用上了貫穿屏幕，儀表盤和中控合二為一。雖然屏幕外觀不同，但兩者背后都是汽車數(shù)字化和智能化在推動。

圖1：車載大屏

（圖源：蔚來汽車官網(wǎng)）

大屏和汽車數(shù)字化是相輔相成的，這也帶動了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。根據(jù)Omdia的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2020年全球汽車顯示屏出貨量達1.27億片，其中大多數(shù)為中控顯示屏，出貨7,380萬片；電子儀表盤占比第二，出貨4,680萬片。按照Omdia的預計，到2030年車載顯示屏的出貨量將達到2.38億片。

基于大屏實現(xiàn)汽車數(shù)字化功能的好處是顯而易見的。首先是信息獲取效率高，隨著汽車功能越來越豐富，傳統(tǒng)操作桿/按鈕+表盤/單色液晶屏的方式，已經(jīng)無法很好地支持全部功能，數(shù)字化+大屏成為優(yōu)質(zhì)的替代方案，這套組合在信息傳達方面更直接，支持多任務(wù)執(zhí)行和系統(tǒng)扁平化，減少了駕駛?cè)藛T的視線轉(zhuǎn)移。

其次，數(shù)字化+大屏使得汽車智能化上限更高，不僅能夠作為自動駕駛、車家互聯(lián)等功能的窗口，并且能夠增加更加人性化的交互功能，比如手勢控制、眼球捕捉、系統(tǒng)風格自定義等，給駕乘人員帶來更好的體驗。

此外，數(shù)字化+大屏也為汽車功能部署贏得了更多的物理空間。

面向未來，數(shù)字化+大屏對于未來汽車創(chuàng)新有著重要的意義。從觀感來看，這樣的實現(xiàn)方式讓汽車更具科技感；從用戶體驗來看，數(shù)字化+大屏能夠更好地滿足普通消費者對于娛樂的需求，同時也是商務(wù)人士的“移動辦公室”；從人車交互來看，數(shù)字化+大屏讓汽車能夠更好地做到信息場景化、交互自然化和可視安全性，是主要的人車交互入口。

當然，要兌現(xiàn)數(shù)字化+大屏在汽車產(chǎn)業(yè)的巨大潛力，單單只有一塊或者幾塊屏幕是不夠的，還需要功能強大且極具智能化的中控系統(tǒng)。作為系統(tǒng)核心，主控芯片要有強大的功能，以支持各種程序和功能的運轉(zhuǎn)，同時也要做好對全車信息的掌控，成為車載信息的匯集點，通過各種類型汽車總線與ECU或域控制器實時通信，提供信息娛樂、車輛控制和信息安全保護等功能。

此外，包括屏幕在內(nèi)的整個中控系統(tǒng)都安裝在汽車復雜的電子環(huán)境中，需要滿足汽車對可靠性的高要求。相較于智能手機或者平板電腦的使用場景，車載設(shè)備所處的環(huán)境更加復雜、惡劣，不僅有溫度、灰塵、震動等干擾，電磁輻射也是一個大麻煩。在這些嚴峻的考驗下，黑屏、死機等問題是不被允許的，同時設(shè)備損壞的更換成本也很高昂，非常影響消費者對于品牌的忠誠度和信任度。在這方面，高可靠性驅(qū)動芯片是必不可少的，它為車載屏幕更好地運行提供了一份保障。此外，車聯(lián)網(wǎng)相關(guān)器件以及傳感器等同樣需要滿足這些高要求。

因此，實際上車載大屏只是表象，背后是傳統(tǒng)汽車座艙向數(shù)字座艙進化的大趨勢。對于開發(fā)者而言，車載大屏并不是簡單地把屏幕尺寸換成大的，背后需要性能更強的軟硬件系統(tǒng)，以實現(xiàn)穩(wěn)定可靠的數(shù)字化功能，開發(fā)者需要重新構(gòu)思系統(tǒng)設(shè)計，將更多先進的科學技術(shù)帶入到汽車領(lǐng)域，比如人工智能、機器學習等。

下面，我們就從貿(mào)澤電子豐富的元器件產(chǎn)品中選擇幾款推薦給大家，這些器件不僅能幫助廣大工程師朋友實現(xiàn)車載大屏的高性能，同時也能夠應對汽車內(nèi)復雜嚴苛的應用環(huán)境。

輕松實現(xiàn)系統(tǒng)多合一的MPU

在實現(xiàn)數(shù)字化+大屏的過程中，主控芯片是系統(tǒng)的靈魂?；谝豢畛錾腗PU，設(shè)計者可以更好地實現(xiàn)貫穿屏設(shè)計或者一芯多屏設(shè)計，可以支持更加智能的算法，實現(xiàn)更好的交互功能。并且，一款強大的MPU還擁有豐富的外設(shè)接口，讓車載通信和多功能融合都不在話下。我們今天要推薦的第一款器件便是這般強大的MPU，來自制造商NXP Semiconductors，貿(mào)澤電子上的制造商編號為MIMX8QM6AVUFFAB，大家可以搜索此編號快速找到這款器件。

圖2：NXP i.MX 8處理器

（圖源：NXP）

我們都知道，i.MX 8系列應用處理器擁有多個系列，提供基于Cortex-A72 + Cortex-A53、Cortex-A35、Cortex-M4和Cortex M7組合的解決方案，并且彼此之間具有很好的兼容特性，工程師朋友可以通過一款PCB方案體驗不同的i.MX 8系列應用處理器。

我們今天介紹的MIMX8QM6AVUFFAB屬于i.MX 8QuadMax系列，該系列應用處理器搭載八個內(nèi)核（兩個Arm? Cortex?-A72、四個Arm? Cortex?-A53和兩個Arm? Cortex?-M4F）、雙32位GPU子系統(tǒng)、支持4K H.265的VPU，為多任務(wù)運算、系統(tǒng)控制和圖形顯示等汽車數(shù)字化以及大屏需要的核心功能提供強力支撐。

通過豐富的內(nèi)核配置，i.MX 8QuadMax系列應用處理器可以幫助開發(fā)者將娛樂系統(tǒng)無縫地遷移到汽車上，并允許不斷完善該系統(tǒng)，包括提供用戶的自主定制化選項，以及視覺輔助、視覺跟蹤和對象檢測等基于視覺的高級HMI系統(tǒng)。

在方案設(shè)計上，i.MX 8QuadMax系列應用處理器為數(shù)字汽車座艙帶來了前所未有的冗余度，可以支持各種不同的方案設(shè)計，包括獨立的多合一中控大屏設(shè)計，抬頭顯示、數(shù)字儀表、中控等一芯多屏設(shè)計。出色的圖形化能力讓沉浸式座艙體驗成為可能。

i.MX 8QuadMax系列應用處理器豐富的硬件配置支持車載信息娛樂和輔助駕駛功能相融合，利用多攝像機輸入、數(shù)字拼接和VX視覺擴展，能夠為駕駛者提供360°擴展視野。并且，器件內(nèi)部提供16個獨立的運行時可編程硬件防火墻域，可以在沒有管理程序的情況下運行多個操作系統(tǒng)，確保關(guān)鍵顯示信息的穩(wěn)定運行。同時，還需要特別指出的是，該系列應用處理器滿足SafeAssure? ASIL-B標準，具有針對任何顯示器的故障轉(zhuǎn)移功能，進一步確保了重要信息正常、穩(wěn)定的顯示。

圖3：i.MX 8QuadMax系列應用處理器系統(tǒng)框圖

（圖源：NXP）

此外，i.MX 8QuadMax系列應用處理器集成了高級安全技術(shù)和標準，包括加密引導、橢圓曲線加密和安全密鑰存儲，支持AES、SHE及其他汽車安全標準，為系統(tǒng)運行、網(wǎng)絡(luò)連接和OTA升級提供必要的安全保護。同時，該系列處理器利用FDSOI提高系統(tǒng)可靠性，改善MTBF（平均故障間隔時間）并降低軟錯誤率。

更高精度的汽車監(jiān)控電路

雖然本文已經(jīng)多次提及，但是我們還是要再一次強調(diào)車載功能器件的特殊性，那就是對穩(wěn)定性有非常嚴苛的要求，而除了主控芯片本身具有的穩(wěn)定機制，外圍的輔助電路同樣也有著重要作用。

我們都知道，屏幕、控制芯片等都是對電壓要求較高的精密器件，一款高性能的穩(wěn)壓器能夠以更高精準度自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)電壓，將波動較大或者達不到器件要求的電源電壓調(diào)整到設(shè)定范圍內(nèi)，保障器件安全穩(wěn)定地工作。下面我們?yōu)榇蠹彝扑]貿(mào)澤電子上銷售的一款帶有電壓檢測器的超低靜態(tài)電流穩(wěn)壓器，來自制造商Nisshinbo，其1.2V電壓輸出版本貿(mào)澤電子上的制造商編號為R5112S121B-E2-KE。

圖4：R5112系列電壓穩(wěn)壓器

（圖源：Nisshinbo）

R5112系列電壓穩(wěn)壓器具有200mA輸出電流和42V輸入電壓，輸出電壓可以在1.8V、2.5V、2.8V、3.0V、3.3V、3.4V或5.0V中任意選擇并內(nèi)部固定，輸出電壓精度以及電壓檢測器的閾值檢測器精度均為±0.6%，具備高精度電壓檢測特性。除了作為基本的穩(wěn)壓器，R5112系列產(chǎn)品還包括一個輸出短路保護電路、一個過流保護電路和一個熱關(guān)斷電路。

圖5：R5112系列電壓穩(wěn)壓器系統(tǒng)框圖（1）

（圖源：Nisshinbo）

圖6：R5112系列電壓穩(wěn)壓器系統(tǒng)框圖（2）

（圖源：Nisshinbo）

下圖7是R5112系列電壓穩(wěn)壓器的典型應用電路，能夠看到VOUT引腳和GND之間連接有一個肖特基二極管（D1），這是非常有必要的。在實際應用中，器件可能面臨短路電流沖擊，在VOUT引腳和GND之間涉及輸出電容（C2）和短路電感的電路可能產(chǎn)生負電壓，這可能對負載設(shè)備造成損害，肖特基二極管（D1）的存在避免了這種潛在危害。

圖7：R5112系列電壓穩(wěn)壓器的典型應用電路

（圖源：Nisshinbo）

此外，還需要向大家說明的是，R5112系列電壓穩(wěn)壓器是Nisshinbo汽車監(jiān)控電路產(chǎn)品組合的一部分。除了電壓檢測相關(guān)產(chǎn)品，該產(chǎn)品組合還包括看門狗定時器，當設(shè)備因為系統(tǒng)噪聲、誤差等原因進入死機狀態(tài)時，看門狗定時器能夠產(chǎn)生一個復位信號或請求中斷服務(wù)，讓系統(tǒng)自動恢復重新運行，不會影響系統(tǒng)整體的進程。對于數(shù)字化汽車而言，看門狗定時器這一功能特性是非常重要且必要的。

同時，Nisshinbo汽車監(jiān)控電路產(chǎn)品組合都具有附加功能，比如手動復位引腳、SENSE引腳、上電復位、過壓和欠壓檢測等，可用于增強系統(tǒng)功能安全。

讓車聯(lián)網(wǎng)更穩(wěn)定的汽車開關(guān)

在實現(xiàn)數(shù)字化+大屏的過程中，車聯(lián)網(wǎng)是底層技術(shù)，增強了汽車信息共享能力和協(xié)作能力，進一步提升了車內(nèi)用戶的使用體驗。為了確保在惡劣環(huán)境下提供穩(wěn)定的聯(lián)網(wǎng)功能，汽車電子委員會（AEC）Q100曾專門制定了開關(guān)和PA等有源元件的測試標準，通過這些嚴苛測試的器件能為汽車帶來更穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)傳輸。

當然，一款性能出色的汽車RF開關(guān)，不僅是讓網(wǎng)絡(luò)傳輸更穩(wěn)定，還能夠增加車聯(lián)網(wǎng)的設(shè)計冗余度，讓汽車網(wǎng)絡(luò)更加多元化。下面我們?yōu)榇蠹彝扑]的器件同樣來自制造商Nisshinbo，是一款汽車單刀雙擲開關(guān)，可用于Wi-Fi?、BLUETOOTH? 和UWB應用，貿(mào)澤電子上的制造商編號為NJG1801BKGC-A-TE3。

圖8：NJG1801BKGC-A汽車級SPDT開關(guān)

（圖源：Nisshinbo）

對于NJG1801BKGC-A而言，其第一個顯著的產(chǎn)品優(yōu)勢就是通過了AEC-Q100 1級標準測試，工作溫度在-40 ~ +125℃，為車載RF應用提供穩(wěn)定可靠的產(chǎn)品性能。該產(chǎn)品具有超寬帶屬性，能夠在Sub-GHz到8.5GHz之間提供更低的插入損耗（0.35 ~ 0.6dB）和更高的隔離度（18 ~ 28dB），ESON6-GC封裝符合自動光學檢測（AOI）標準，不僅能夠用于遙控車門開關(guān)（RKE）系統(tǒng)，對于2.4GHz頻段和5GHz頻段的WiFi應用，以及UWB應用同樣提供很好的支持。

圖9：NJG1801BKGC-A功耗-溫度特性

（圖源：Nisshinbo）

總體而言，穩(wěn)定可靠的NJG1801BKGC-A能夠應對汽車惡劣的應用環(huán)境，并通過高隔離特性減少路徑傳輸?shù)母蓴_，為高性能車聯(lián)網(wǎng)賦能。

在更嚴苛的條件下實現(xiàn)數(shù)字化

以大屏為表象的汽車數(shù)字化實現(xiàn)了各種各樣的車載智能應用，其中包括智能座艙、智能后視鏡等等，而實現(xiàn)這些的前提是要滿足汽車嚴苛的元器件測試標準，需要有更穩(wěn)定可靠的性能表現(xiàn)。大屏和數(shù)字化對于用戶而言意味著更舒適便捷的乘車體驗，對開發(fā)者來說則是人工智能、車聯(lián)網(wǎng)等先進技術(shù)和汽車的有機結(jié)合，而貿(mào)澤電子上銷售的車規(guī)級元器件是將其串聯(lián)在一起的橋梁，幫助大家在更嚴苛的條件下實現(xiàn)汽車數(shù)字化。