当前,汽车座舱正由传统驾驶舱朝着智能化、数字化方向发展,未来将演变为“第三生活空间”的最终形态。从演进趋势来看,总体上可以划分为电子座舱、智能助理、人机共驾及智能移动空间四个发展阶段,而当前正处于由“智能助理”向“人机共驾”阶段发展。
预计到2030年,全球汽车智能座舱的市场规模将达到681亿美元,届时国内的市场规模也将超过1600亿元;中国在全球市场的份额也将从当前的23%上升到37%左右,是全球最主要的智能座舱市场。
向“第三生活空间”迈进
中电金信软件有限公司座舱总监程浩日前在参加第四届中国国际汽车电子高峰论坛“智能座舱与车身电子”分论坛时表示,以高级辅助驾驶系统(ADAS)、驾驶员监测系统(DMS)、自编排场景引擎等典型功能为代表的“智能助理”阶段,是指实现ADAS,利用各类传感器,通过感知环境、收集数据、处理数据增强车辆能力,“加入生物识别技术,根据不同场景提供车对人的主动交互”是该阶段主要特点。
中电金信软件有限公司座舱总监程浩
当进入到“人机共驾”阶段后,多模交互、多屏联动、AI场景引擎、高级辅助驾驶系统将能够更精准地提供场景服务,实现机器自主/半自主决策,驾驶员在特定场景下可以解放双手。同时,ECU逐渐向DCU架构过渡,更加丰富的ADAS功能与逐步成熟的AI引擎组合,让语音控制和手势控制技术得到突破,车内软硬件一体化聚合趋势更加明显,实现更高层次的车辆感知精细化。
在上述趋势引领下,智能座舱作为车辆信息化的关键载体,电子电器架构将由功能模块化的分布式架构,向以大算力低功耗芯片和高带宽低延时通信为基石的中央集中式架构加速演进。简单而言,就是从过去以仪表为中心的车辆行驶数据单一展示,演进为当下以多屏为载体的驾乘舒适性调控,娱乐互动,周边感知的单车智能,以及未来的车车-车路-车云一体。
对产业链上下游而言,硬件的集约实质上减少了连接线缆,降低了集成复杂度,系统的可靠性得到提高的同时,降低了硬件成本。而对软件开发而言,其逐渐通用化、平台化的特质,使开发人员能够完全独立于底层硬件进行上层软件的开发,软硬件解耦范围进一步扩大,并主要体现在以下四个方面:
- 模块化设计:整个系统划分为多个功能模块,每个模块负责不同的任务和功能,实现软硬解耦、软软解耦设计。
- 跨域数据共享与通信:实现高效的系统性能和响应速度,合理分配算力资源。
- 有效算力分配:针对功能实时性、功能优先级、可扩展性等因素做好车载算力的有效分配。
- 车、云、端一体化服务:数据同步、数据安全、通信协议安全、监测诊断、多端算力共享服务
数据安全,高于一切
所谓“数据安全”,是指通过采取必要措施,确保数据处于有效保护和合法利用的状态,以及具备保障持续安全状态的能力。上海机动车检测认证技术研究中心有限公司数据分析应用与安全测评实验室主任滕添益表示,建立数据安全管理体系能让企业汽车数据处理活动更加规范,能更从容应对监管及检查,并确保数据收集、传输等过程可溯源可监管,保障汽车企业后续对数据的合法使用。
他在演讲中援引GB/T-41871《信息安全技术 汽车数据处理安全要求》标准指出,国家鼓励汽车数据依法合理有效利用,倡导汽车数据处理者在开展汽车数据处理活动中坚持:
- 车内处理原则,除非确有必要不向车外提供。企业为实现个人用户使用云存储、远程监控车内情况、语音识别控制指令功能,需向车外提供座舱数据的,应当征得个人用户同意,并采取必要安全措施,确保数据安全。
- 默认不收集原则,除非驾驶人自主设定,每次驾驶时默认设定为不收集状态。包括不打开车内的摄像头、传声器、红外传感器和指纹传感器等部件,当驾驶人通过实体按键或触摸按键等方式主动选择后才能开始收集,汽车可根据驾驶人设定,保持驾驶人选择的状态或恢复默认状态。
上海机动车检测认证技术研究中心有限公司数据分析应用与安全测评实验室主任滕添益
MCU+方案助力智能座舱品质升级
作为一家为客户提供智能终端感知和计算控制类芯片和解决方案的公司,成立于2018年的曦华科技重点关注汽车智能座舱、新能源系统、自动和辅助驾驶系统等应用,公司产品包括高性能车规MCU、人车交互传感器、屏幕显示驱动和桥接芯片等。
在曦华科技汽车MCU事业部FAE总监王乐展示的产品路线图上,我们看到了曦华车规级MCU产品系列包括已量产的40nm 32位单核MCU CVM01、即将于2024 Q2量产的32位单核MCU边缘节点Sensor/Driver“MCU+”、以及产品路线图中的40nm 32位多核MCU CVM02、28nm 32位多核MCU CVM03和16nm 32位多核MCU/SoC CVM05。
深圳曦华科技有限公司汽车MCU事业部FAE总监王乐
其中,蓝鲸CVM01x系列又由应用于BMS/车身控制/自动空调/智能座舱的CVM014x、应用于电动尾门/后视镜/胎压监测/电动天窗的CVM011x、以及应用于车门把手、中控面板/阅读灯/方向盘按键的CVM012x+CapSensor组成。
CVM012x系列电容触控型产品是王乐介绍的重点,因为当前座舱域控制器、中控娱乐、HUD等交互方式中的触控按键、手势识别逐渐呈现出生物识别的智能化趋势十分明显,市场潜力巨大。据介绍,这是CVM01平台中一款基于ARM Cortex-M0+内核的32位通用车规级MCU,集成了大容量的Flash存储器、SRAM存储器和丰富的外设资源,集成高达30通道的自电容检测,且支持15*15通道互电容检测,具有卓越的性能和性价比。
技术支持方面,曦华拥有自主CVACapSensor算法,支持隔空手势/滑条/滚轮/长按/短按等操作模式,软件适配灵活可靠。同时,为便于开发者使用,公司还提供包括文档、SDK和开发工具在内的完整的开发套件,以及涵盖“方案导入~原理图~PCB ~SW ~EMC~量产”的全链条完整方案服务。
智能座舱存储市场潜力无限
随着智能汽车全球加速普及,电动化、智能化和网联化为汽车存储带来了广阔市场,单台汽车生成的数据有望在未来2-3年达到TB级别,ADAS、车载娱乐系统、电子仪表盘等终端设备对存储器的安全性、可靠性、稳定性也将随之增加,这给存储产品带来了无限商机。
根据江波龙工业存储事业部销售总监高东子的分享,全球汽车存储市场规模有望从2022年的32亿美元增长到20230年的226亿美元,按应用领域来看,IVI(车载信息娱乐系统)、T-BOX、DVR(行车记录仪)、DI、ADAS(高级辅助驾驶)和HUD(抬头显示)分列市场前六位。与之相对应的是,智能汽车存储应用趋势已经从eMMC、UFS到SSD快速发展,接口速率和带宽逐步变大,支持容量也逐渐增加,并面临着电磁干扰、高低电压、机械应力、极端温差、长期稳定运行、强震动、高冲击的挑战。
江波龙工业存储事业部销售总监高东子
数据类型不同、恶劣的工作环境、实时处理与分析和隐私与安全,被高东子视作智能座舱存储产品的四大主要特点。为此,江波龙在车规级eMMC、车规级UFS、视频记录仪SATA SSD、车载数据备份盘、工业级宽温SD/microSD等领域展开了完整布局,不但拥有本地化服务和交付能力、8年以上稳定供应能力和24小时即时On-site support服务,还稳定量产服务超20家中外品牌汽车客户,超10种车载应用(包括DVR、ADAS、座舱、IVI、仪表、T-box等)通过20款以上SOC主控平台测试。
以2022年发布的FORESEE车规级UFS为例,该产品是中国大陆存储企业首颗车规级UFS,具有业内领先地位。该产品容量最大可达256GB,写性能比eMMC高出1.5倍,读性能高出2.5倍,3.1版本读性能相比eMMC更是提高了6倍以上,可很好地满足智能驾驶系统、智能座舱等高阶汽车应用。
汽车,触觉应用新热点
通过类似于3D touch这样的压力触控/触觉反馈技术消除物理按键,为用户提供一个额外维度的人机交互界面,正成为现在消费类电子产品新的、重要的设计趋势。考虑到自动驾驶时代,人们会更加在意如何使用汽车以及如何与汽车互动,更加注重舒适性、内部设计和使用体验,所有这些需求都将成为未来工业设计的驱动力,而力度感测则是一个关键的促成因素。
Qorvo高级客户经理雷益民表示,在过往的汽车设计中,无论是出于安全还是保守的缘故,大多数汽车内部的控制功能几乎都由机械按键加以完成。但随着智能汽车的兴起,中控屏、智能后视镜、多功能方向盘、座椅控制,包括压力传感器(force sensor)、电容触控、振动反馈、更大的显示屏、各种新材料在内的智能表面产品,被越来越多的引入汽车内部。
Qorvo高级客户经理雷益民
例如方向盘的按键就可以从“物理”按键变成“虚拟”按键;同时,许多研究表明,有了触觉反馈,可以减少驾驶员眼睛在触摸屏上的停留时间,减少事故发生的次数,极大提升驾驶的安全性。
为此,Qorvo也推出了包括传感器和模拟前端的车规级解决方案:“Force sensor only”能支持更多样化的表面材料(包括金属),厚手套以及有水环境的操作;“Force sensor+电容触控”方案则可以解决单一电容触控技术易被干扰而导致误触发的问题。
如今,这两种实现方式在方向盘、门开关和中央控制台中均有所运用,但不会针对应用本身设定特定的实现方式,更多的是要考虑价格范围、机械结构、以及如何用最简的设计实现最优的体验等。为此,Qorvo也将自己的MEMS传感器、ASIC和MCU产品整合在一起,形成完整的解决方案,方便用户基于实际需求灵活选用。
智能座舱域控制器中的被动元件
随着汽车EE架构正从功能域控架构向着中央计算架构演进,座舱域控市场规模也将由2021年的39亿元增长至2025年的208亿元,渗透率将从6%增加至25%,预计2025年域控制器出货量可达1300万套。
顺络电子厦门分公司总经理吴少龙认为,智能座舱域控制器应用的基础,一是在于其整合了仪表、娱乐、中控等原来相互独立的系统,一芯多屏,解决了系统间的通信及成本问题,易于软硬件和通信架构的升级。
二是新能源汽车以及动力电池技术发展迅猛,为智能座舱各功提供能量基础。例如芯片的运算能力呈指数级提升,可以满足一些域控制器的基本硬件条件;云计算和5G的铺设速度加快,云平台的计算、存储能力和5G的传输速度为智能座舱的域控制器的大数据量、低延迟需求提供了保障。
顺络电子厦门分公司总经理吴少龙
一体成型功率电感AMP系列是顺络电子的代表性产品之一,采用铁合金材料,具备高饱和电流、低损耗、漏磁干扰小等特点,在LED 车灯/DC-DC/娱乐影音/ADAS/T-box等领域有着广泛用途;涂覆型功率电感AMWPH和ASWPA系列结构简单,满足AEC-Q200D标准,电流叠加性能优良,最高工作温度可达125℃;顺络车规磁珠从材料设计及工艺上做了一系列升级,例如材料纳米化、高可靠层间膜设计和高可靠镀层设计,使产品完全满足AEC-Q200可靠性要求。
“智能座舱域控制器中集成多个座舱功能,但是其所需电感种类仍为传统被动电子元器件,如功率电感、共模、磁珠等。”吴少龙以磁性器件的应用趋势为例进行了进一步阐述,包括:产品小型化(功率电感,共模的尺寸逐渐偏小,向4mm/2mm发展);以太网共模会逐渐增多,以百兆和千兆以太网共模需求增大;PoC产品用量增大。
智能座舱生态发展的基本演绎法
长城汽车产品专家黎霄用“开放 · 融合 · 安全”来描述长城汽车对于智能座舱生态发展的态度。他指出,长城汽车咖啡智能(COFFEE·AI)的价值主张,就是坚持“用户主义”,以用户需求为出发点,以用户体验为落脚点,着力打造更安全、更实用、更具性价比的智能化出行体验。因此,无论是Coffee OS咖啡智能座舱系统、Coffee Pilot咖啡智能驾驶系统,还是Coffee AI Cloud咖啡智能云、Coffee EEA咖啡电子架构,都强调安全稳定、高效务实、开放包容的技术理念。
长城汽车产品专家黎霄
他将汽车生态开放演进的过程分为四个阶段:数据互联的1.0阶段,消费者通过Bluetooth/WiFi/充电实现互联;通过DLNA和投屏实现内容互联的2.0阶段;通过App和IoT实现的生态互联3.0;以及以交互、感知、生态和算力为代表的跨界互联4.0阶段。
目前,GWM咖啡智能座舱的身影不但出现在在HUAWEI HiCar 4.0中,也在不少海外的Carplay & Android Auto中陆续落地。黎霄强调称,汽车-智能终端-互联网正在形成稳固的三角形架构——产业链上下游企业根据软硬件能力,在软件数据、生态、硬件感知、算力等方面实现互通、共享;而连贯的产品体验及交互形式,为运营、商业提供创新的模式和思考。同时,在产业共享的前提现实现开发模式、运营方式的跨端一体化、模块化、平台化。
“手机支架消失的方式只有一种,放下手机。车是‘第三空间’的理由只有一个,万物互联。”黎霄强调称。