汽車智能座艙多屏互動方案

王慧 蔡曉勇 張澤瑩 莫秀豪

【摘? 要】一機多屏設計已逐漸成為智能虛擬座艙系統的重要組成部分，同時也是科技感和優質體驗的一種外在表現形式。近年來車內屏幕類型越來越多，而車內多屏交互設計也成為未來汽車設計的一種趨勢。本文首先介紹常見的多屏互動場景，然后深入探討娛樂交互系統軟件架構，最后提出多屏互動實現方案。

【關鍵詞】多屏互動；軟件架構；CBN路由；CBS

中圖分類號：U463.6? ? 文獻標志碼：A? ? 文章編號：1003-8639（ 2023 ）04-0006-02

【Abstract】The design of one machine with multiple screens has gradually become an important part of the intelligent virtual cockpit system. At the same time，it is also an external manifestation of the sense of technology and high-quality experience. In recent years，there are more and more types of screens in the car，and the multi-screen interactive design in the car has become a trend in the future automotive design. This paper first introduces the common multi-screen interaction scenarios，then goes deep into the software architecture of entertainment interaction system，and finally puts forward the implementation scheme of multi screen interaction.

【Key words】multi-screen interaction；software architecture；CBN router；CBS

隨著汽車行業的高速發展，許多新型汽車都配備了多屏設計，包括儀表屏+娛樂信息屏+抬頭顯示屏+車輛控制屏+區域顯示屏+后排屏幕設計等[1]。一機多屏的設計承載了不同的信息分布：儀表+抬頭顯示屏+車輛控制屏偏向駕駛員一側，方便駕駛員實時觀看諸如ADAS、導航、電話、倒車影像等信息；娛樂信息屏+后排屏則為乘客提供了娛樂和周邊信息等功能，滿足了不同乘客的乘車需求，也大大提升了整車的科技感[2]。隨著多屏設計的發展，乘客對于屏幕之間的交互性逐漸增強：開關機、導航的多屏聯動，不同位置乘客顯示屏之間實時切換，視頻、歌曲、圖片等娛樂信息在多屏之間的共享等，多屏交互正逐漸成為一種趨勢。

1? 多屏互動場景（圖1）

1）多媒體：多媒體ID3信息可以在整車各個區域屏幕共享，支持的媒體源有藍牙、USB、Carplay、網絡應用、FM/AM等。用戶可以通過硬按鍵、虛擬按鍵操作多媒體，并且一處操作多屏同步。

2）導航：自動根據各屏尺寸等比例保持地圖顯示。儀表屏和娛樂信息屏之間支持飛屏操作。用戶正向飛屏儀表進入地圖視圖，用戶反向飛屏儀表退出地圖視圖。

3）車輛控制：娛樂信息屏和后排顯示屏都需要支持對車輛ECU的信息顯示和控制，包括燈光、座椅、空調等。

4）駕駛行為分析：根據車輛硬件和軟件模塊提供的源信息進行行為分析，得出駕駛評分、駕駛時長、駕駛里程、平均速度、平均油耗等信息，并在儀表屏和娛樂信息屏同步展示。

2? 虛擬座艙系統軟件架構

上述復雜多樣的多屏交互場景，虛擬座艙系統成為分配和管理硬件資源、調配軟件運行的關鍵核心部分，因此，需要深入虛擬座艙系統的軟件架構來提出合理的多屏交互方案。目前行業內主流的虛擬座艙系統由多操作系統構成：實時操作系統+分時操作系統。實時操作系統可以滿足需要及時響應的用戶場景，同時兼備高穩定性。分時操作系統可以滿足多元化的用戶需求，提高用戶化驗。常用的實時操作系統有Linux、QNX，分時操作系統有Android、IOS等[2]。以典型的QNX+Android組合方式為例。

圖2為虛擬座艙系統軟件架構。對于實時性有要求的HMI場景需要通過RTOS APPS來實現，比如儀表顯示、抬頭顯示、后排顯示。Android操作系統是運行在QNX系統里面的一個子進程，通過Hypervisor來管理兩套操作系統，實現系統資源（內存、CPU、麥克風、揚聲器等）的合理分配。Android系統可以實現豐富多元化的交互場景，用于實現娛樂信息屏的顯示與交互。Vehicle Interface Processor（簡稱VIP）用于與車輛各個ECU模塊對接[3]。

從上述軟件架構，可以總結出3類消息通道，如圖3所示。

1）VIP與RTOS APPS：數據源來自VIP端，可實現TT、Alert、ADAS、V2X等相關顯示。

2）VIP與Android APPS：數據源來自VIP端，實現空調、座椅、燈光等組件的顯示與控制。

3）RTOS APPS與Android APPS：數據源來自Android端，多媒體、導航、通話等功能同步。

3? 多屏互動方案

雖然多屏交互場景復雜，但根據上述的數據源來看，只需要提供兩種交互方案即可滿足所有場景。

3.1? CBN路由方案

數據源來自VIP端，多屏信息可以由VIP端來實現同步。System On Chip（簡稱SOC）端與VIP端通過SPI接口規范使用統一的通信渠道進行通信交互。如果把VIP和SOC看成整個座艙系統的子節點，那么節點間通信（Communication Between Nodes，CBN）需要由統一的消息路由管理，而CBN路由負責在RTOS應用程序和IVI軟件組件之間分發消息，其還緩存用于IVI軟件的消息，直到IVI軟件出現。虛擬座艙INC消息扭轉如圖4所示。

CBN路由的具體作用有以下幾點。

1）維護一個靜態路由表，該表根據消息的來源、通道ID、消息ID和有效負載確定消息的目標應用程序。RTOS CBN路由可以根據上述一個或多個標準選擇發送消息。

2）對于來自VIP的上游消息，可以將消息并發路由到單個RTOS應用程序和單個IVI TCP/IP端口。

3）通過RTOS CBN TP資源管理器從VIP讀取消息，通過QNX消息框架從RTOS應用程序讀取消息，通過TCP套接字從IVI軟件讀取消息。

4）根據通道優先級將消息發送到各自的目標（VIP、IVI應用程序或RTOS應用程序）。

對于車輛信息和車控相關的多屏同步可以采用CBN路由方案來實現。以空調功能為例，用戶在娛樂信息屏調節空調溫度，通過CBN路由向VIP發送溫度調節請求，硬件空調溫度調節之后通過VIP上報到CBN路由，CBN路由把調節之后的溫度上報給后排顯示屏上。

3.2? CBS方案

數據源來自娛樂信息系統，此種場景下并沒有涉及到與VIP端的通信，需要在IVI和RTOS系統之間建立一條額外的通信通道來實現交互。系統間通信（Communication Between Systems，簡稱CBS）是一套基于Socket的系統間通信機制。虛擬座艙CBS通信構架如圖5所示。

CBS實現了連接管理、心跳監測、消息校驗、組包拆包、序列化支持、會話管理、事件/屬性訂閱、監聽回調等通信機制。CBS屬于典型的C/S模式，服務提供者稱之為服務端，服務消費者稱之為客戶端。CBS方案的實現能夠讓應用更專注在業務邏輯的實現上，更好地滿足跨系統間的通信需求。通常情況下，娛樂信息屏會有多媒體、通話、導航等功能，當儀表屏或者后排屏也需要獲取、控制這些信息時，就可以通過CBS的方式來進行跨屏交互。

4? 結語

本文分類總結了多屏交互場景，結合主流的虛擬座艙系統軟件架構，梳理出系統的數據流向和通道，并根據數據流向提出適配的跨屏、跨系統交互方案。

參考文獻：

[1] 杜曾宇，黃曉延，蒙錦珊，等. 智能座艙的關鍵技術[J]. 時代汽車，2021（5）：143-144.

[2] 邊旭東，張亦弛，謝卉瑜，等. 淺談智能座艙的“一芯多屏”[J]. 時代汽車，2021（6）：12-14.

[3] 馮遠洋，孫銳，王洪艷，等. 汽車智能座艙發展現狀及未來趨勢[J]. 汽車實用技術，2021，46（17）：201-206.

（編輯? 凌? 波）