汽車儀表
——從全液晶虛擬儀表到智能座艙域

汽車儀表作為汽車的信息中心，是人車交互的主要窗口，也是最重要的安全配置，其重要性不言而喻，隨著汽車行業的高速發展而不斷的推陳出新，目前正在從數字儀表向全液晶式虛擬儀表、智能座艙發展。在不同的階段，汽車儀表提供的功能也是逐步發展，從最基本的簡單信息顯示，到目前的整車狀態全方位智能化實時監控顯示，界面風格靈活多變，凸顯了客戶對汽車儀表需求的日益劇增。并且通過調查近十年的汽車銷售數據結果顯示，從2010 年開始，前五年的平均年銷量約為2152 萬輛，后五年的平均年銷量約為2716萬輛，同比增長25%以上，說明汽車行業的規模還在持續增大。尤其近些年國家推出各類支持新能源汽車發展的政策，不斷促進著汽車行業的發展。而對于汽車儀表來說，如何在新時代大背景下，滿足井噴式的需求增長，是各個廠商都在思考的一個問題。

北京車展展出的紅旗智能座艙概念模型

根據行業數據分析，2020 年，全球汽車儀表市場規模在98億美元左右，中國汽車市場規模占比約為38 億美元，其中乘用車28 億美元，商用車10 億美元。

從實現方式上，汽車儀表可以分為斷碼屏加實體指針式儀表、液晶屏加實體指針式儀表和全液晶式虛擬指針儀表，以其成本的不同，適配于低、中、高端的不同車型。對比于實體指針式儀表，虛擬指針式儀表具有更高的靈活性與可靠性，使傳統的實體指針虛擬化，其顯示風格與占用空間也可以隨時調整，更加適應多變的市場環境與客戶需求。而全液晶式儀表從顯示效果上又可分為2D 儀表、2.5D 儀表和3D 儀表，2D 儀表顯示效果為純平面效果，其展示方式與視覺感都比較單一；2.5D 儀表兼顧成本與用戶體驗，在部分效果上可達到3D 立體式，而比較3D 儀表，其硬件資源的需求也相對較少，適用于中端車型；3D 儀表實現全3D 顯示效果，實現裸眼 3D 的立體感，使信息顯示更加直觀，交互性水平更高，在消耗硬件資源的同時，給予客戶最極致的視覺感官。全液晶儀表從實現的技術角度上，主要采用KANZI 或CGI。KANZI 是一個3D 的UI 引擎，對模型的支持非常好，并且支持從3DMAX 中導入動畫，設計師可以在上面做出非常炫酷的動畫效果；CGI 在UI 設計功能上與KANZI 不相上下，并且是開源的，程序員可以自己編程修改程序，利于二次開發，使用者能夠設計出更加個性化的UI 效果。從操作系統的層面上劃分，目前主流的底層車載操作系統共有四種：QNX、Linux、Android 以及WinCE，其中Android 是基于Linux 系統的內核開發而來的，從市場份額來看，目前QNX 占據60%市場份額，據估計到2022 年QNX 將與Linux（含Android）平分市場份額，WinCE 基本退出競爭。由于Android 無法適配汽車儀表的高安全要求，所以目前在汽車儀表中多使用QNX、Linux 或一些實時性的操作系統。從核心芯片上來看，主要汽車市場份額被國外大廠占據，2015 年以瑞薩、NXP 為首的國外廠商占據整個汽車芯片市場六成以上份額，并且從2015 年開始，一系列消費級芯片巨頭和傳統汽車芯片生產商重組并購，使得這一壟斷格局持續至今。雖然短期內國外大廠仍占據優勢，但是國內需求強勁、成本低、宏觀驅動等因素使得國內芯片企業蓬勃發展，有機會加速縮短與國外廠商的差距。

隨著時代的發展、科技的進步，我們已經進入大數據時代，各行各業都在圍繞著數據進行技術創新，尤其是在通信行業進入5G 時代以后，為各行各業的數據傳輸提供了有力支持。車聯網概念的提出順應了時代的發展要求，但是作為汽車內部通信架構，汽車儀表上使用的CAN/LIN 網絡架構的數據容量已接近飽和，無法支撐大量增長的信息進行實時傳輸。隨著智能駕駛輔助系統功能的不斷完善，對于汽車儀表的實時視頻顯示功能的需求也在不斷增加。另外，對于新能源汽車的發展，汽車儀表需要監控的信息類別也在不斷變更與增長。目前，儀表與中控互聯的功能也逐漸被各個開發商重視起來。可見，為了滿足行業發展的需求，汽車儀表勢必也會迎來一場技術變革。傳統儀表即本身帶有輸入輸出的能力，儀表上有按鈕、旋鈕、標度尺、圖形等功能。在儀器內部包含有數模/模數轉換器、微處理器、存儲器、總線等，所有的電路都是固定的。儀器把信號輸入后，通過內部的處理，得出結構，供技術人員參考。而虛擬儀表則是以計算機為核心，充分利用計算機強大的顯示、處理、存儲能力來模擬物理儀表的處理過程。宏景電子最近推出了一款儀表與中控融合的一拖二主機，應該是智能座艙的過渡產品。據了解，該方案采用先進的HLC（Hypervisor-less One Chip）技術，通過采用硬件資源隔離的方案，從根本上保證了儀表與中控功能的互不干擾，2個Cortex-A72 的內核用于儀表功能的開發，4 個Cortex-A53的內核用于中控功能的開發，充分發揮了芯片的性能。同時，采用一個Cortex-R5 內核對功能模塊進行實時監控，從多個角度提高了產品的可靠性及穩定性。內核間采用IPC 通信的方式進行儀表與中控的互聯功能，提高了通信速率，也大大降低了外部器件的成本。

安徽蕪湖是一個與汽車很有淵源的城市，是汽車儀表的發源地之一，最早的蕪湖儀表廠是國家級汽車儀表檢測中心和汽車儀表標準歸口管理單位，目前蕪湖已發展有奇瑞汽車及多家汽車零部件企業。蕪湖宏景電子股份有限公司（以下簡稱宏景電子）是其中大具潛力的汽車儀表研發制造公司，成立于2003 年12 月，屬于高新技術企業。據悉主要產品有車載多媒體導航、 數字儀表、T-BOX、 智能座艙、 新能源電池管理系統BMS、 生活電器、顯示屏導光板等。 汽車儀表作為公司的主營業務之一，針對不同的客戶需求，可以提供最優解決方案。其特色的全屏一體黑炫彩段碼液晶屏儀表、全屏一體黑幻彩膜片液晶屏儀表，在節省成本的同時，達到了全液晶顯示效果；其超薄的懸浮屏設計，有效提升車內空間的利用率；其翻轉屏獨特的設計，從多個角度增加了用戶的使用體驗；與中控互聯的雙聯屏產品包含了多個系列，適應不同尺寸屏幕的需求。憑借多層次的不斷創新與研發，獲得了多項設計專利，其研發上的資金投入近幾年不斷加大。

隨著汽車行業的發展趨勢，儀表與中控主機的聯系將會越來越密切，其功能的劃分也將不再那么明確，相互融合的效應將會越來越明顯。座艙電子在提升智能化和安全化的交互體驗的同時，也是智能駕駛、全車娛樂和人工智能的關鍵接口。隨著新能源汽車和 ADAS 的滲透率逐漸提升，新能源汽車電量顯示、續航里程、電池狀態信息以及 ADAS 狀態信息使得傳統儀表難以應對，無法實現有效的人機交互。隨著整體架構體系的的變革，不只限于儀表與中控主機，可能還包括T-Box、后枕屏、空調屏、座艙控制器及各類傳感器等，共同形成智能座艙控制域，形成以一個功能強大的座艙域控制器為主體，進行整個域下面各個器件的協同管理。隨著數據量的快速增長，車載以太網技術也在日漸成熟，各大車廠已經開始進行布局與規劃。 鑒于對未來發展趨勢的研判，宏景電子加大了各個階段的產品規劃與研發投入，近期推出了用于儀表與中控融合的一拖二主機，同時展開了車載以太網儀表和座艙域控制器的規劃與研發，預計2022 年將有樣機進行測試。

根據偉世通數據，2018 年智能座艙主要產品（中控顯示屏、信息娛樂解決方案、儀表盤、HUD）全球市場規模約為 329 億美元。隨著 5G 時代的到來，用戶對安全和娛樂功能需求升級，產品滲透率有望持續提升，促使成本價格進一步下探， 2020年市場規模約為 396 億美元，至 2022 年可達 461 億美元，2018-2022 年市場規模 復合增長率約為 8.8%。