摘 要：隨著自動駕駛技術(shù)的飛速發(fā)展，相關(guān)領(lǐng)域的研究與應(yīng)用已取得了突破性進(jìn)展，目前駕駛等級已由低級別的人類駕駛進(jìn)入到高階輔助駕駛，對各種軟硬件的要求更高。傳統(tǒng)的座艙只針對駕駛員而言，而無人駕駛系統(tǒng)的智能座艙面向所有車內(nèi)人員，并集成了豐富的生態(tài)體驗(yàn)。國內(nèi)智能座艙的技術(shù)研究，整體領(lǐng)先于國外發(fā)達(dá)國家，但在自主核心技術(shù)方面還存在一定差距。本文根據(jù)相關(guān)項(xiàng)目研發(fā)，首先提出一種基于高通SA8295的智能座艙域控制器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，在簡要論述問題背景及行業(yè)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，對該域控制器進(jìn)行了系統(tǒng)設(shè)計(jì)和試驗(yàn)研究，最后對該行業(yè)未來發(fā)展前景進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：智能座艙域 高通SA8295 域控制器 無人駕駛

本文根據(jù)理論結(jié)合實(shí)際的思維，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一種基于高通SA8295的智能座艙域控制器系統(tǒng)。在簡要提出問題背景和智能座艙域控制器行業(yè)現(xiàn)狀進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，對SA8295的智能座艙域控制器系統(tǒng)進(jìn)行了具體設(shè)計(jì)，并進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)研究，最后對相關(guān)領(lǐng)域發(fā)展前景進(jìn)行了展望。

1 問題背景

隨著自動駕駛技術(shù)的不斷發(fā)展，座艙的應(yīng)用場景不斷拓展，除了用于導(dǎo)航、安全預(yù)警等傳統(tǒng)駕駛以及交通安全相關(guān)的需求外，各種各樣的人機(jī)交互及娛樂體驗(yàn)變得越來越突出，座艙的應(yīng)用場景開始逐漸延伸到辦公、生活、娛樂等場合中。應(yīng)用場景不斷地拓展，新的功能需求不斷在衍生，從而對座艙算力提出增長需求。在當(dāng)前廣泛應(yīng)用的無人駕駛領(lǐng)域中，智能座艙域控制器相當(dāng)于整個系統(tǒng)的大腦，新技術(shù)如CPU、GPU、NPU、DSP、ASIC等模塊的高度集成，加速了座艙智能化行業(yè)的生態(tài)應(yīng)用和產(chǎn)品的快速迭代。

縱觀國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)特點(diǎn)，智能座艙域控制器的研究多數(shù)集中在Soc芯片[1]從提升圖像視頻顯示質(zhì)量的角度，對于全面提升算力、智能化信息化水平的研究較少。因此迫切需要借鑒世界知名OEM、Tier1和科研院所的最新研究成果，將高科技元素更多地融入到智能座艙域的設(shè)計(jì)研究中去。

2 智能座艙域控制器行業(yè)分析

2.1 行業(yè)整體情況

車載信息系統(tǒng)是構(gòu)成智能座艙域的主要部分，據(jù)統(tǒng)計(jì)在2019年占比達(dá)到50%。車載娛樂系統(tǒng)能夠明顯提升用戶價值體驗(yàn)，因此率先取得突破并成長為最大的汽車座艙電子細(xì)分市場。其次是儀表盤和屏幕，分別占比為25%和14%[2]。智能座艙域控制器將不再局限于管理車內(nèi)顯示屏及信息排布展示的作用。而是通過液晶儀表盤、中控屏、HUD、流媒體后視鏡等硬件實(shí)現(xiàn)功能融合，達(dá)到語音控制、視覺感知、生物識別、手勢操作等智能化交互的目的。從實(shí)際新車型搭載情況來看，中控大屏、全液晶儀表和語音交互已經(jīng)成為智能汽車的標(biāo)配。

縱觀智能座艙域控制器發(fā)展，整體上呈現(xiàn)出控制器供應(yīng)商、主機(jī)廠以及芯片廠商緊密合作的趨勢。海外的汽車電子巨頭，主要包括韋世通、大陸、博世、安波福等。國內(nèi)智能座艙域控制器市場零部件廠商相對分散，其中德賽西威居首位，還包括德鎂佳科技、延鋒、東軟睿馳等。在2020年全球智能座艙主芯片領(lǐng)域中，NXP享有42%的市場占有率，瑞薩市場占有率達(dá)14%，英偉達(dá)、TI、英特爾場占有率均為10%。整體來看智能座艙域控制器行業(yè)壁壘深厚，國產(chǎn)企業(yè)有待發(fā)展。

2.2 基于高通SA8295的智能控制器研究領(lǐng)域

作為全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體解決方案供應(yīng)商，高通推出了第三代駕駛安全輔助系統(tǒng)和車載信息娛樂系統(tǒng)的汽車平臺解決方案。其具備強(qiáng)大的CPU處理性能、圖像識別處理功能，符合ISO 26262（ASIL-B）標(biāo)準(zhǔn)[3]，同時可提供SiP封裝，支持多種汽車應(yīng)用。

SA8295作為新一代汽車平臺解決方案，具有其他系統(tǒng)以及之前的版本不具備的優(yōu)勢：其集成的新一代汽車處理平臺能夠滿足多種應(yīng)用處理要求，將應(yīng)用領(lǐng)域拓展到更加寬廣的范圍；基于領(lǐng)先出貨記錄積累的豐富系統(tǒng)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，系統(tǒng)性能大幅提高；提供SiP模塊形式的封裝，可大幅減少用戶設(shè)計(jì)工作量，降低后期維護(hù)和再開發(fā)成本。

3 基于高通SA8295的智能座艙域控制器設(shè)計(jì)

基于高通SA8295的智能座艙域控制器設(shè)計(jì)，需要區(qū)分多個不同的系統(tǒng)，下面以其中最為重要的四個系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)論述。

3.1 智能座艙域控硬件系統(tǒng)音頻功放平臺設(shè)計(jì)

在功放系統(tǒng)中，平臺主要集成24通道功放平臺進(jìn)行設(shè)計(jì)。功放系統(tǒng)包括音響、麥克風(fēng)、轉(zhuǎn)換等模塊。將全部線路進(jìn)行內(nèi)嵌，不占用座艙域空間，達(dá)到3D立體環(huán)繞效果，提升用戶體驗(yàn)。

狹小密閉的車內(nèi)座艙空間中，布置安裝揚(yáng)聲器會有相當(dāng)程度的回聲存在，主要通過以下兩個技術(shù)手段予以解決。

第一個是將一轉(zhuǎn)二的音頻頭分別接到喇叭與回聲消除系統(tǒng)里，通過喇叭接口的前端（也就是功放后端）差分線并聯(lián)到回聲消除系統(tǒng)里。具體實(shí)現(xiàn)原理如圖１所示。

第二個是ANC主動降噪技術(shù)，對比上面技術(shù)介紹，更能夠緊密結(jié)合用戶體驗(yàn)，獲得更加個性化的效果。用車內(nèi)麥克風(fēng)采集噪音樣本，經(jīng)系統(tǒng)分析處理之后，由車載音響的揚(yáng)聲器播放相反的音頻，以抵消噪音波，營造更安靜的車內(nèi)氛圍。其原理如圖2所示。圖中綠色曲線代表噪聲；藍(lán)色曲線為揚(yáng)聲器發(fā)出的反相聲波，實(shí)現(xiàn)主動降噪。

3.2 智能座艙域控硬件系統(tǒng)顯示功能模塊設(shè)計(jì)

在智能座艙域顯示系統(tǒng)中，主要核心技術(shù)包括語音交互、生物識別交互等技術(shù)，本控制器主要使用語音交互技術(shù)。

在屏幕顯示系統(tǒng)中，進(jìn)一步集成儀表、HUD、流媒體后視鏡等系統(tǒng)，使得座艙從單一屏幕顯示到支持多系統(tǒng)多屏顯示。在具體實(shí)現(xiàn)形式上使用中控大屏的方式，并融合多屏、聯(lián)屏、一體屏、曲面屏等多種形式。在系統(tǒng)架構(gòu)上，顯示系統(tǒng)分為導(dǎo)航模塊、智能語音模塊、儀表顯示模塊、Wifi模塊等。具體實(shí)現(xiàn)形式如圖3所示。

如圖3所示，語音交互系統(tǒng)內(nèi)嵌了實(shí)現(xiàn)不同功能的操作系統(tǒng)，并使用高頻中頻連接線與汽車電路進(jìn)行連接。與傳統(tǒng)顯示方式相比，儀表顯示模塊更加突出疊加顯示效果，使得用戶像翻書一樣迅速找到要顯示的車輛和行駛數(shù)據(jù)，并支持語音識別、手勢識別、觸摸控制和生物識別功能。

在整車的裝配應(yīng)用中，已完成了相關(guān)實(shí)驗(yàn)，通過了可行性分析論證，目前達(dá)到了技術(shù)成熟、數(shù)據(jù)匹配、硬件配套的效果，產(chǎn)品已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

3.3 智能座艙域控硬件系統(tǒng)感知模塊設(shè)計(jì)

將傳統(tǒng)使用的DMS延伸發(fā)展到OMS，即將檢測范圍從駕駛員擴(kuò)展到車內(nèi)乘客。比如檢測乘客是否系安全帶、下車的時候是否把兒童遺忘在車內(nèi)、是否有不利于交通安全的行為等應(yīng)用場景。通過將DMS和OMS組合起來進(jìn)行應(yīng)用，獲得更加綜合的效果。將DMS/OMS功能融合到座艙，不僅是因?yàn)樽撔酒男阅苣軌蚋采w到DMS/OMS ，也是因?yàn)榘阉鼈內(nèi)诤系阶摚梢愿玫嘏c座艙內(nèi)的其它關(guān)聯(lián)模塊進(jìn)行信息交互。

將TOF深度感知系統(tǒng)作為備份系統(tǒng)，對無標(biāo)記自然環(huán)境進(jìn)行信息采集，生成稠密點(diǎn)云地圖，和移動機(jī)器人的實(shí)際位置聯(lián)系起來實(shí)現(xiàn)定位導(dǎo)航。3D視覺導(dǎo)航定位穩(wěn)定、受環(huán)境干擾小。經(jīng)過算法優(yōu)化，測量距離最遠(yuǎn)可達(dá)15m，視場角最大可達(dá)270°× 40°，集成智能避障算法，可識別的最小障礙物為地面以上3cm障礙物或低于地平面3cm凹坑。自動記錄對象三維特征，提供3D圖像，不僅顯示對象的XY值，還可以提供場景或?qū)ο蟮纳疃戎?，再集成智能對接算法，使移動機(jī)器人自動調(diào)整位姿，準(zhǔn)確對接目標(biāo)。面對復(fù)雜多變生產(chǎn)場景、空曠無可靠參照物場景優(yōu)勢明顯; 面對窗邊陽光直射場景，金屬拉絲反光等物體依然有較好的避障性能，并有突出的抗運(yùn)動模糊功能。

3.4 智能座艙域控硬件系統(tǒng)泊車功能模塊設(shè)計(jì)

座艙的整車泊車系統(tǒng)細(xì)分為攝像模塊、感知模塊、顯示模塊、計(jì)算模塊、芯片系統(tǒng)等

攝像頭模塊中，將360環(huán)視和自動泊車輔助APA進(jìn)行融合，再升級到融合泊車功能，使得控制器的性能再次升級。感知模塊中，通過智能語音提示、自動報警、自動制動等方式，與駕乘人員形成良好的互動。在顯示模塊中，通過設(shè)置最高優(yōu)先級的方式，使泊車能夠在中控大屏和功放系統(tǒng)中優(yōu)先顯示。通過高CPU和NPU算力的高通SA8295芯片，將泊車功能融合到座艙中去，實(shí)現(xiàn)低階智駕功能，以降低整車成本。

4 高通SA8295的智能座艙域控制器系統(tǒng)試驗(yàn)研究

根據(jù)1到3章節(jié)內(nèi)容，高通SA8295智能座艙域控制器硬件系統(tǒng)平臺在某車型上進(jìn)行試驗(yàn)研究。試驗(yàn)采取百分制，客觀、主觀試驗(yàn)相統(tǒng)一的打分原則。權(quán)重比例分配為：客觀部分占據(jù)70%，主觀部分占據(jù)30%，最后按照加權(quán)的方式得到結(jié)果。

客觀試驗(yàn)部分，對每個系統(tǒng)分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)打分。功放系統(tǒng)試驗(yàn)中，主要試驗(yàn)功放音量、功放時間、立體聲效果評價等。顯示系統(tǒng)試驗(yàn)中，主要試驗(yàn)顯示容量、顯示切換速度、顯示頻率等。感知系統(tǒng)試驗(yàn)中，主要試驗(yàn)感知的準(zhǔn)確度、靈敏度、感知時間、單次感知最大信息量等。泊車系統(tǒng)試驗(yàn)中，主要試驗(yàn)泊車的準(zhǔn)確度、泊車速度、提示語音的反應(yīng)時間等。所有客觀試驗(yàn)得分及權(quán)重數(shù)據(jù)如表2所示。

整個客觀部分的權(quán)重為0.75，主觀部分的權(quán)重為0.25，通過主客觀試驗(yàn)加權(quán)相加，本次試驗(yàn)最終得分為97.20，達(dá)到優(yōu)秀標(biāo)準(zhǔn)，說明基于SA8295的智能座艙域控制器設(shè)計(jì)取得了預(yù)期好效果，具有良好的應(yīng)用前景。

在主觀試驗(yàn)部分，通過對100名不同年齡、性別、職業(yè)、學(xué)歷層次人員操作車輛的主觀評價，進(jìn)行打分。試驗(yàn)在互不干擾互不影響的情況下進(jìn)行，通過設(shè)置不同類別調(diào)查問卷的形式開展。具體如表3所示。

5 技術(shù)展望

在HUD技術(shù)應(yīng)用上，從競爭格局上來看，目前依然是W-HUD為主，但已經(jīng)出現(xiàn)了明顯的向AR-HUD轉(zhuǎn)移的趨勢。根據(jù)高工智能研究院對2020年新車上險量的統(tǒng)計(jì)，HUD在國內(nèi)市場的份額排名依次為精機(jī)、電裝、大陸等。其中參與者仍以傳統(tǒng)的汽車電子國際巨頭為主，盡管在技術(shù)實(shí)現(xiàn)層面上仍需解決眩暈，環(huán)境融合等難題，但產(chǎn)品趨勢確定性較高，目前華為，舜宇光學(xué)等積極在布局。

在通信技術(shù)的應(yīng)用上，主要以全球領(lǐng)先的V2X技術(shù)為主，具體分為專用短程通訊和基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)的車輛對外通信兩類。前者以美國，日本為主，中國和歐盟則更青睞于后者。當(dāng)前，涌現(xiàn)了國內(nèi)很多主導(dǎo)4G/5G通信技術(shù)的汽車器件和模組廠商，對V2X零部件的落地起到關(guān)鍵作用。

目前在智能座艙域控制器研究領(lǐng)域，相比西方發(fā)達(dá)國家，我國整體上起步較晚，發(fā)展水平差距較大，但相當(dāng)數(shù)量的大學(xué)、科研院所和企業(yè)已經(jīng)采取多種措施，加快了追趕步伐。預(yù)計(jì)到2030年全國對外出口的汽車智能座艙的市場規(guī)模將達(dá)到681億美元，國內(nèi)市場規(guī)模將超過1600億美元。中國在全球市場的份額將從23%上升到37%，成為全球最主要的智能座艙市場。

6 結(jié)論

本文對基于SA8295的智能座艙域控制器進(jìn)行了具體設(shè)計(jì)研究，通過相關(guān)測評表明，該控制器實(shí)用性強(qiáng)，具有良好的應(yīng)用前景，對無人駕駛領(lǐng)域的交通安全具有重要的作用。但同時應(yīng)該看到，該方法并不是唯一通用的。在實(shí)踐中應(yīng)針對不同應(yīng)用需求，按照其自身特點(diǎn)選用合適的設(shè)計(jì)方法，不斷提升智能座艙域控制器的智能化信息化水平，提升用戶體驗(yàn)舒適度，更好的為自動駕駛技術(shù)的發(fā)展做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

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