汽车仪表——从全液晶虚拟仪表到智能座舱域

汽车仪表作为汽车的信息中心，是人车交互的主要窗口，也是最重要的安全配置，其重要性不言而喻，随着汽车行业的高速发展而不断的推陈出新，目前正在从数字仪表向全液晶式虚拟仪表、智能座舱发展。在不同的阶段，汽车仪表提供的功能也是逐步发展，从最基本的简单信息显示，到目前的整车状态全方位智能化实时监控显示，界面风格灵活多变，凸显了客户对汽车仪表需求的日益剧增。并且通过调查近十年的汽车销售数据结果显示，从2010 年开始，前五年的平均年销量约为2152 万辆，后五年的平均年销量约为2716万辆，同比增长25%以上，说明汽车行业的规模还在持续增大。尤其近些年国家推出各类支持新能源汽车发展的政策，不断促进着汽车行业的发展。而对于汽车仪表来说，如何在新时代大背景下，满足井喷式的需求增长，是各个厂商都在思考的一个问题。

北京车展展出的红旗智能座舱概念模型

根据行业数据分析，2020 年，全球汽车仪表市场规模在98亿美元左右，中国汽车市场规模占比约为38 亿美元，其中乘用车28 亿美元，商用车10 亿美元。

从实现方式上，汽车仪表可以分为断码屏加实体指针式仪表、液晶屏加实体指针式仪表和全液晶式虚拟指针仪表，以其成本的不同，适配于低、中、高端的不同车型。对比于实体指针式仪表，虚拟指针式仪表具有更高的灵活性与可靠性，使传统的实体指针虚拟化，其显示风格与占用空间也可以随时调整，更加适应多变的市场环境与客户需求。而全液晶式仪表从显示效果上又可分为2D 仪表、2.5D 仪表和3D 仪表，2D 仪表显示效果为纯平面效果，其展示方式与视觉感都比较单一；2.5D 仪表兼顾成本与用户体验，在部分效果上可达到3D 立体式，而比较3D 仪表，其硬件资源的需求也相对较少，适用于中端车型；3D 仪表实现全3D 显示效果，实现裸眼 3D 的立体感，使信息显示更加直观，交互性水平更高，在消耗硬件资源的同时，给予客户最极致的视觉感官。全液晶仪表从实现的技术角度上，主要采用KANZI 或CGI。KANZI 是一个3D 的UI 引擎，对模型的支持非常好，并且支持从3DMAX 中导入动画，设计师可以在上面做出非常炫酷的动画效果；CGI 在UI 设计功能上与KANZI 不相上下，并且是开源的，程序员可以自己编程修改程序，利于二次开发，使用者能够设计出更加个性化的UI 效果。从操作系统的层面上划分，目前主流的底层车载操作系统共有四种：QNX、Linux、Android 以及WinCE，其中Android 是基于Linux 系统的内核开发而来的，从市场份额来看，目前QNX 占据60%市场份额，据估计到2022 年QNX 将与Linux（含Android）平分市场份额，WinCE 基本退出竞争。由于Android 无法适配汽车仪表的高安全要求，所以目前在汽车仪表中多使用QNX、Linux 或一些实时性的操作系统。从核心芯片上来看，主要汽车市场份额被国外大厂占据，2015 年以瑞萨、NXP 为首的国外厂商占据整个汽车芯片市场六成以上份额，并且从2015 年开始，一系列消费级芯片巨头和传统汽车芯片生产商重组并购，使得这一垄断格局持续至今。虽然短期内国外大厂仍占据优势，但是国内需求强劲、成本低、宏观驱动等因素使得国内芯片企业蓬勃发展，有机会加速缩短与国外厂商的差距。

随着时代的发展、科技的进步，我们已经进入大数据时代，各行各业都在围绕着数据进行技术创新，尤其是在通信行业进入5G 时代以后，为各行各业的数据传输提供了有力支持。车联网概念的提出顺应了时代的发展要求，但是作为汽车内部通信架构，汽车仪表上使用的CAN/LIN 网络架构的数据容量已接近饱和，无法支撑大量增长的信息进行实时传输。随着智能驾驶辅助系统功能的不断完善，对于汽车仪表的实时视频显示功能的需求也在不断增加。另外，对于新能源汽车的发展，汽车仪表需要监控的信息类别也在不断变更与增长。目前，仪表与中控互联的功能也逐渐被各个开发商重视起来。可见，为了满足行业发展的需求，汽车仪表势必也会迎来一场技术变革。传统仪表即本身带有输入输出的能力，仪表上有按钮、旋钮、标度尺、图形等功能。在仪器内部包含有数模/模数转换器、微处理器、存储器、总线等，所有的电路都是固定的。仪器把信号输入后，通过内部的处理，得出结构，供技术人员参考。而虚拟仪表则是以计算机为核心，充分利用计算机强大的显示、处理、存储能力来模拟物理仪表的处理过程。宏景电子最近推出了一款仪表与中控融合的一拖二主机，应该是智能座舱的过渡产品。据了解，该方案采用先进的HLC（Hypervisor-less One Chip）技术，通过采用硬件资源隔离的方案，从根本上保证了仪表与中控功能的互不干扰，2个Cortex-A72 的内核用于仪表功能的开发，4 个Cortex-A53的内核用于中控功能的开发，充分发挥了芯片的性能。同时，采用一个Cortex-R5 内核对功能模块进行实时监控，从多个角度提高了产品的可靠性及稳定性。内核间采用IPC 通信的方式进行仪表与中控的互联功能，提高了通信速率，也大大降低了外部器件的成本。

安徽芜湖是一个与汽车很有渊源的城市，是汽车仪表的发源地之一，最早的芜湖仪表厂是国家级汽车仪表检测中心和汽车仪表标准归口管理单位，目前芜湖已发展有奇瑞汽车及多家汽车零部件企业。芜湖宏景电子股份有限公司（以下简称宏景电子）是其中大具潜力的汽车仪表研发制造公司，成立于2003 年12 月，属于高新技术企业。据悉主要产品有车载多媒体导航、 数字仪表、T-BOX、 智能座舱、 新能源电池管理系统BMS、 生活电器、显示屏导光板等。 汽车仪表作为公司的主营业务之一，针对不同的客户需求，可以提供最优解决方案。其特色的全屏一体黑炫彩段码液晶屏仪表、全屏一体黑幻彩膜片液晶屏仪表，在节省成本的同时，达到了全液晶显示效果；其超薄的悬浮屏设计，有效提升车内空间的利用率；其翻转屏独特的设计，从多个角度增加了用户的使用体验；与中控互联的双联屏产品包含了多个系列，适应不同尺寸屏幕的需求。凭借多层次的不断创新与研发，获得了多项设计专利，其研发上的资金投入近几年不断加大。

随着汽车行业的发展趋势，仪表与中控主机的联系将会越来越密切，其功能的划分也将不再那么明确，相互融合的效应将会越来越明显。座舱电子在提升智能化和安全化的交互体验的同时，也是智能驾驶、全车娱乐和人工智能的关键接口。随着新能源汽车和 ADAS 的渗透率逐渐提升，新能源汽车电量显示、续航里程、电池状态信息以及 ADAS 状态信息使得传统仪表难以应对，无法实现有效的人机交互。随着整体架构体系的的变革，不只限于仪表与中控主机，可能还包括T-Box、后枕屏、空调屏、座舱控制器及各类传感器等，共同形成智能座舱控制域，形成以一个功能强大的座舱域控制器为主体，进行整个域下面各个器件的协同管理。随着数据量的快速增长，车载以太网技术也在日渐成熟，各大车厂已经开始进行布局与规划。 鉴于对未来发展趋势的研判，宏景电子加大了各个阶段的产品规划与研发投入，近期推出了用于仪表与中控融合的一拖二主机，同时展开了车载以太网仪表和座舱域控制器的规划与研发，预计2022 年将有样机进行测试。

根据伟世通数据，2018 年智能座舱主要产品（中控显示屏、信息娱乐解决方案、仪表盘、HUD）全球市场规模约为 329 亿美元。随着 5G 时代的到来，用户对安全和娱乐功能需求升级，产品渗透率有望持续提升，促使成本价格进一步下探， 2020年市场规模约为 396 亿美元，至 2022 年可达 461 亿美元，2018-2022 年市场规模 复合增长率约为 8.8%。