智能座艙域控制器設計與展望

摘 要：隨著自動駕駛技術的飛速發展，相關領域的研究與應用已取得了突破性進展，目前駕駛等級已由低級別的人類駕駛進入到高階輔助駕駛，對各種軟硬件的要求更高。傳統的座艙只針對駕駛員而言，而無人駕駛系統的智能座艙面向所有車內人員，并集成了豐富的生態體驗。國內智能座艙的技術研究，整體領先于國外發達國家，但在自主核心技術方面還存在一定差距。本文根據相關項目研發，首先提出一種基于高通SA8295的智能座艙域控制器系統的設計方法，在簡要論述問題背景及行業特點的基礎上，對該域控制器進行了系統設計和試驗研究，最后對該行業未來發展前景進行了展望。

關鍵詞：智能座艙域 高通SA8295 域控制器 無人駕駛

本文根據理論結合實際的思維，設計實現了一種基于高通SA8295的智能座艙域控制器系統。在簡要提出問題背景和智能座艙域控制器行業現狀進行分析的基礎上，對SA8295的智能座艙域控制器系統進行了具體設計，并進行了相關試驗研究，最后對相關領域發展前景進行了展望。

1 問題背景

隨著自動駕駛技術的不斷發展，座艙的應用場景不斷拓展，除了用于導航、安全預警等傳統駕駛以及交通安全相關的需求外，各種各樣的人機交互及娛樂體驗變得越來越突出，座艙的應用場景開始逐漸延伸到辦公、生活、娛樂等場合中。應用場景不斷地拓展，新的功能需求不斷在衍生，從而對座艙算力提出增長需求。在當前廣泛應用的無人駕駛領域中，智能座艙域控制器相當于整個系統的大腦，新技術如CPU、GPU、NPU、DSP、ASIC等模塊的高度集成，加速了座艙智能化行業的生態應用和產品的快速迭代。

縱觀國內外相關技術特點，智能座艙域控制器的研究多數集中在Soc芯片[1]從提升圖像視頻顯示質量的角度，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計研究中去。

2 智能座艙域控制器行業分析

2.1 行業整體情況

車載信息系統是構成智能座艙域的主要部分，據統計在2019年占比達到50%。車載娛樂系統能夠明顯提升用戶價值體驗，因此率先取得突破并成長為最大的汽車座艙電子細分市場。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現功能融合，達到語音控制、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成為智能汽車的標配。

縱觀智能座艙域控制器發展，整體上呈現出控制器供應商、主機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域中，NXP享有42%的市場占有率，瑞薩市場占有率達14%，英偉達、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壁壘深厚，國產企業有待發展。

2.2 基于高通SA8295的智能控制器研究領域

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

SA8295作為新一代汽車平臺解決方案，具有其他系統以及之前的版本不具備的優勢：其集成的新一代汽車處理平臺能夠滿足多種應用處理要求，將應用領域拓展到更加寬廣的范圍；基于領先出貨記錄積累的豐富系統應用經驗，系統性能大幅提高；提供SiP模塊形式的封裝，可大幅減少用戶設計工作量，降低后期維護和再開發成本。

3 基于高通SA8295的智能座艙域控制器設計

基于高通SA8295的智能座艙域控制器設計，需要區分多個不同的系統，下面以其中最為重要的四個系統進行詳細論述。

3.1 智能座艙域控硬件系統音頻功放平臺設計

在功放系統中，平臺主要集成24通道功放平臺進行設計。功放系統包括音響、麥克風、轉換等模塊。將全部線路進行內嵌，不占用座艙域空間，達到3D立體環繞效果，提升用戶體驗。

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

第一個是將一轉二的音頻頭分別接到喇叭與回聲消除系統里，通過喇叭接口的前端（也就是功放后端）差分線并聯到回聲消除系統里。具體實現原理如圖１所示。

第二個是ANC主動降噪技術，對比上面技術介紹，更能夠緊密結合用戶體驗，獲得更加個性化的效果。用車內麥克風采集噪音樣本，經系統分析處理之后，由車載音響的揚聲器播放相反的音頻，以抵消噪音波，營造更安靜的車內氛圍。其原理如圖2所示。圖中綠色曲線代表噪聲；藍色曲線為揚聲器發出的反相聲波，實現主動降噪。

3.2 智能座艙域控硬件系統顯示功能模塊設計

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

在屏幕顯示系統中，進一步集成儀表、HUD、流媒體后視鏡等系統，使得座艙從單一屏幕顯示到支持多系統多屏顯示。在具體實現形式上使用中控大屏的方式，并融合多屏、聯屏、一體屏、曲面屏等多種形式。在系統架構上，顯示系統分為導航模塊、智能語音模塊、儀表顯示模塊、Wifi模塊等。具體實現形式如圖3所示。

如圖3所示，語音交互系統內嵌了實現不同功能的操作系統，并使用高頻中頻連接線與汽車電路進行連接。與傳統顯示方式相比，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據，并支持語音識別、手勢識別、觸摸控制和生物識別功能。

在整車的裝配應用中，已完成了相關實驗，通過了可行性分析論證，目前達到了技術成熟、數據匹配、硬件配套的效果，產品已實現量產。

3.3 智能座艙域控硬件系統感知模塊設計

將傳統使用的DMS延伸發展到OMS，即將檢測范圍從駕駛員擴展到車內乘客。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、是否有不利于交通安全的行為等應用場景。通過將DMS和OMS組合起來進行應用，獲得更加綜合的效果。將DMS/OMS功能融合到座艙，不僅是因為座艙芯片的性能能夠覆蓋到DMS/OMS ，也是因為把它們融合到座艙，可以更好地與座艙內的其它關聯模塊進行信息交互。

將TOF深度感知系統作為備份系統，對無標記自然環境進行信息采集，生成稠密點云地圖，和移動機器人的實際位置聯系起來實現定位導航。3D視覺導航定位穩定、受環境干擾小。經過算法優化，測量距離最遠可達15m，視場角最大可達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，還可以提供場景或對象的深度值，再集成智能對接算法，使移動機器人自動調整位姿，準確對接目標。面對復雜多變生產場景、空曠無可靠參照物場景優勢明顯; 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，并有突出的抗運動模糊功能。

3.4 智能座艙域控硬件系統泊車功能模塊設計

座艙的整車泊車系統細分為攝像模塊、感知模塊、顯示模塊、計算模塊、芯片系統等

攝像頭模塊中，將360環視和自動泊車輔助APA進行融合，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，通過設置最高優先級的方式，使泊車能夠在中控大屏和功放系統中優先顯示。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，實現低階智駕功能，以降低整車成本。

4 高通SA8295的智能座艙域控制器系統試驗研究

根據1到3章節內容，高通SA8295智能座艙域控制器硬件系統平臺在某車型上進行試驗研究。試驗采取百分制，客觀、主觀試驗相統一的打分原則。權重比例分配為：客觀部分占據70%，主觀部分占據30%，最后按照加權的方式得到結果。

客觀試驗部分，對每個系統分別進行統計打分。功放系統試驗中，主要試驗功放音量、功放時間、立體聲效果評價等。顯示系統試驗中，主要試驗顯示容量、顯示切換速度、顯示頻率等。感知系統試驗中，主要試驗感知的準確度、靈敏度、感知時間、單次感知最大信息量等。泊車系統試驗中，主要試驗泊車的準確度、泊車速度、提示語音的反應時間等。所有客觀試驗得分及權重數據如表2所示。

整個客觀部分的權重為0.75，主觀部分的權重為0.25，通過主客觀試驗加權相加，本次試驗最終得分為97.20，達到優秀標準，說明基于SA8295的智能座艙域控制器設計取得了預期好效果，具有良好的應用前景。

在主觀試驗部分，通過對100名不同年齡、性別、職業、學歷層次人員操作車輛的主觀評價，進行打分。試驗在互不干擾互不影響的情況下進行，通過設置不同類別調查問卷的形式開展。具體如表3所示。

5 技術展望

在HUD技術應用上，從競爭格局上來看，目前依然是W-HUD為主，但已經出現了明顯的向AR-HUD轉移的趨勢。根據高工智能研究院對2020年新車上險量的統計，HUD在國內市場的份額排名依次為精機、電裝、大陸等。其中參與者仍以傳統的汽車電子國際巨頭為主，盡管在技術實現層面上仍需解決眩暈，環境融合等難題，但產品趨勢確定性較高，目前華為，舜宇光學等積極在布局。

在通信技術的應用上，主要以全球領先的V2X技術為主，具體分為專用短程通訊和基于蜂窩網絡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。當前，涌現了國內很多主導4G/5G通信技術的汽車器件和模組廠商，對V2X零部件的落地起到關鍵作用。

目前在智能座艙域控制器研究領域，相比西方發達國家，我國整體上起步較晚，發展水平差距較大，但相當數量的大學、科研院所和企業已經采取多種措施，加快了追趕步伐。預計到2030年全國對外出口的汽車智能座艙的市場規模將達到681億美元，國內市場規模將超過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 結論

本文對基于SA8295的智能座艙域控制器進行了具體設計研究，通過相關測評表明，該控制器實用性強，具有良好的應用前景，對無人駕駛領域的交通安全具有重要的作用。但同時應該看到，該方法并不是唯一通用的。在實踐中應針對不同應用需求，按照其自身特點選用合適的設計方法，不斷提升智能座艙域控制器的智能化信息化水平，提升用戶體驗舒適度，更好的為自動駕駛技術的發展做出應有的貢獻。

參考文獻：

[1]徐磊.一種車載智能座艙域控制器系統設計[J]. 時代汽車， 2023（09）： 114-116.

[2]呂鋼. 智能座艙域控制器的軟件架構設計與開發[D].濟南：山東大學，2022.

[3]回姝，鄭紅麗，顧瑩.汽車智能座艙發展趨勢下的機遇和挑戰[J].汽車文摘，2022，556（05）：7-11.