2020年07月28日 | 全球最优秀人机交互？路虎座舱电子系统剖析

2020-07-28 来源：佐思产研

路虎新一代座舱电子于 2016 年开始设计，2017 年首次用于路虎星脉 Velar 上，未来将用于路虎和捷豹全系列。虽然路虎捷豹是二线品牌，并且座舱系统是在 2016 年设计，但即便是今天，路虎这套系统，依然可以说是全球最优秀的人机交互，不次于其他任何品牌。设计师下了很多功夫，路虎捷豹也在这套系统上下了血本。路虎的品牌难以和 BBA 抗衡，不过这套系统非常值得分析。

路虎新一代座舱电子系统包括激光 AR-HUD，12.3 英寸全液晶仪表，10.3 英寸导航与多媒体屏，10.3 英寸车内信息屏，后排双 10 寸显示屏，带两块触控屏的方向盘。两块 10 英寸大屏是核心，即 Incontrol Touch Pro Duo 系统，多媒体操作和导航信息会在进入工作状态同时自动向驾乘者倾斜，科技感十足。

车顶有手势识别摄像头，为驾驶者行为监控和驾驶者视线追踪提供了物理基础。未来，路虎将根据人眼视线自动调整上方 10 寸屏的倾斜角度。路虎星脉的车门则是自动感应弹出式，非常具有特色。仪表和后排显示系统由伟世通提供，Touch Pro Duo 系统由博世提供，博世同时还提供路虎全套双目辅助驾驶系统。手势控制系统由 Microchip 提供。

下方的车内信息屏值得特别说明，长期以来人们争论是实体按键、旋钮还是触摸屏的 HMI 方式更好，路虎将这三者统一了，并且特别说明这种方式至少可以达到 ASIL-B 级以上。

激光抬头显示的原理是使用具有较高功率的红、绿、蓝单色激光器为光源，通过三原色光源混合成全彩色，当扫描速度高于所成像的临界闪烁频率，就可以满足人眼“视觉残留”的要求，人眼就可清晰观察。与现有的抬头显示器应用的显示技术相比，激光技术所显示出来的数据会更加的清晰，对比度是所有 HUD 显示技术中最高，即使在光线比较强的夏天中午也还是可以看清楚显示信息。此外，ADAS 功能也有显示，如 AEB 时，会显示红色提醒信号，能够显示道路限速，也能够显示简单的导航。HUD 系统可能由日本精机提供。

上图是路虎星脉下方车内信息屏的旋钮介绍，那实际是旋钮上的触摸显示，背后是 Microchip 的 maxTouch 技术。实际它是 Atmel 的技术，2016 年 1 月，Microchip 以 35.6 亿美元收购了 Atmel，Atmel 是全球最大的车载触控 IC 厂家，市场占有率超过 65%。它使用互电容搭配 Differential 取样技术来测量多指讯号，可以识别所有触摸动作，并避免误触摸检测。它们还利用 Microchip 新的信号整形专利技术，显著降低信号发射，帮助使用 maXTouch 控制器的大尺寸屏幕满足 CISPR-25 5 级汽车电磁干扰要求。

这个检测技术带来了更好的信噪比（SNR），有效地消除 LCM 噪声干扰，且可支持 10mm 厚度的玻璃盖板。三倍输入电压的驱动面板能力，足以用来驱动大尺寸触控面板的能力。具备输出讯号的跳频和波形整形技术以及自互容和 Differential、Single-Ended ADC 取样技术，只要在芯片内储存一个配置设定，不需要用户手动切换模式，便能支持不同厚度手套与被动笔的应用、动态侦测防水算法等的多种外在环境干扰，以通过各种严格的使用者体验和电磁干扰测试。Microchip 提供采用 maXTouch 触摸屏控制器的印刷电路板（PCB）、安装在透明玻璃盖板上的触摸传感器、连接传感器显示屏所需的平面印刷电路（FPC）方案。

Microchip 的手势识别不同于传统的图形手势识别，它没有摄像头，而是采用了一种近电势场的技术。

上图为近电势场的理论示意图，它不会受到光线和声音的影响，它的载波频率很低，分别为 42、43、44、45 和 100KHz，不会冲击任何频谱管制。

上图为 MGC3140 的内部框架图，采用类似毫米波雷达的设计，5 发 5 收，感知与计算都在一片芯片内部完成，而像宝马之类的手势控制至少需要两颗芯片，一颗是 CMOS 图像传感器，另一颗是图像处理系统，还有可能需要一个 MCU，此外，红外补光 LED 也不可缺少，而 MGC3140 一颗就足以完成全部功能，系统简洁且成本低。

上图为 Touch Pro Duo 系统主机，由博世设计，设计相当先进。从外形可以看出，这是一块底板或者叫母板，多块子板构成。

上图为母板，IHS 提供图片

上表为主要元件及价格（价格仅供参考）

上图为本人推测的路虎星脉 Infotainment 的网络架构，欢迎高手指出错误。首先是 CPU，这是英特尔早期产品，没有以太网 MAC 和 CAN 接口，主要接口是 USB、SATA 和 PCIe。一路通过 CPLD 将 USB 转 CAN 网络，用了两片 CPLD。另一路通过 WGI210CS PCIe 转以太网。手势识别与主 MCU 连在 CAN 网络上。以太网方面，T-BOX 一路负责 4G、WLAN、BT、GPS/SDRAS 和 OTA 升级，以太网接入或直接输入 E3845。也有可能 T-BOX 4G 通讯信号进入车身网关，再通过车身网关进入以太交换机。再一路是 360 环视接入。

如果是采用解串行的方式处理 360 环视，那么 360 环视视频可以直接进入 E3845，但是这样就找不到 FPGA 的用武之地了，考虑到博世为宝马做的 360 环视是车载以太网，推测路虎也是如此。再一路是车身网关，也有可能还有一路音频以太输出。一路 FPGA 将以太网信号转换为 HDMI 信号，再通过 APIX 解串行输出到屏幕，也输送给后排娱乐显示系统，后排的娱乐显示系统也可以显示导航信息包括路径规划，整体路况和到达目的地时间等。一路以太网连接仪表，可以把导航地图推送到仪表显示。ADAS ECU 与仪表通过以太网连接，将 ADAS 信息推送给仪表，仪表再通过 APIX 解串行与 HUD 的屏幕连接。E3845 也有视频输入通道，可以接一个传统意义的后视摄像头。

上图为路虎用的以太网交换机 BCM89501 内部框架图，其内部集成了 5 个 BroadR-Reach PHY，有两个上传通道。支持 IEEE1588 和 IEEE802.1AS。内部包含一个 ARM Cortex R4 实时处理器内核。

上图为 E3845 内部框架图，这是 E3800 系列的最顶级产品，是 E3800 系列唯一 4 核的产品，路虎星脉是在 2016 年设计的，2016 年的下半年英特尔就推出了 E3900 系列，车载产品则是 A3900 系列，相信下一代产品，路虎会换用 A3900 系列。

Touch Pro Duo 系统下方屏幕集成的功能则更为丰富，除了电话、音乐等常规功能外，用户还可以在该屏幕上完成一些车辆控制功能。此外，在有特殊路况模式需求下，用户也可以在该屏幕上选择越野模式，并在屏幕上看到虚拟的车辆形式状态。物理旋钮和屏幕的原生结合，对用户体验的提升也显而易见。

以最常用的空调温度调节功能为例，此前的路虎车型上，用户通过旋钮调节温度时只能看见旋钮上方的温度数字显示，而在和液晶屏的 UI 设计结合后，用户在旋转旋钮的过程中，红蓝（热冷）两色会在液晶显示屏内的虚拟车辆上完成转换。路虎官方透露，揽胜星脉的 InControl Touch Pro Duo 系统除了可得见的进化外，还增加了学习功能，可以通过记录车主的日常操作来学习车主的使用习惯，通过数据判断车主的需求，随时为车主提供所需的服务。

反观国内，HMI 或者说车机领域老是跟手机较劲，试图把手机放进车内，用户已经习惯用手机了，但不会习惯把车机当手机用，车机必须有车机的特点，像路虎这样精心考虑用户需求而不是追求一些华而不实的类手机功能，这种 HMI 非常值得学习。

路虎座舱电子系统双目辅助驾驶系统激光抬头显示 HUD系统

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