全球最优秀的人机交互:路虎新一代座舱电子剖析

扫描图中二维码,进入参会通道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。

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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。