汽车信息娱乐系统发展综述

彭岳华，朱德康，方 楠

（上汽集团乘用车股份有限公司，上海 201804）

在汽车产业快速发展的今天，互联网属性正在逐渐使得传统汽车提升为移动的智能座舱，并与用户建立了更多的互动和情感交流，为用户构建了一种全新的用车方式，它从交通工具演变成连接家和目的地的娱乐系统、智能驾驶工具和信息共享系统，完成座舱内全场域一体化的互联效果。

1 汽车信息娱乐系统发展历史

汽车经历了一百多年的发展，从一辆低速、简单、粗糙的三轮汽车，发展成为一辆能高速行驶、由集成化程度越来越高的域控制器作为“大脑”，安全且舒适的交通工具和生活方式。在电子电器技术、互联网技术和5G信息技术快速发展的今天，软件定义汽车成为可能，车载信息娱乐系统也成为了主机厂出奇制胜的法宝。下面我们来回顾一下车载信息娱乐系统的发展历史。

1884年，德国工程师卡尔·本茨发明了第1辆三轮汽车，这台汽车不过是在3个自行车充气车轮上安装了一个马车车座和一台两行程单缸0.9马力的汽油机。它不过是一台更换了动力的马车，没有任何可以称得上舒适性功能的设备，比如空调、收音机，有的只是满足汽车行进和停止最基本的功能。当然这显然不能满足人们对美好生活的向往，以及在旅途中遇到的各种问题。1902年，工程师奥托·舒尔茨（Otto Schulze）发明了史上首个车用的磁化机械式车速表，能够同时显示汽车车速和总行驶里程。此后又出现了转速表、机油压力表、水温表、燃油表、充电表等各种仪表。1910年瑞典工程师爱立信发明了车载电话。1922年雪佛兰车型装配了美国西屋制造的收音机，提供了收音机频道服务，以及交通和天气预报等信息。1930年美国人发明了一款名为Iter Avto的导航系统。1963年荷兰飞利浦公司发明了盒式磁带，并将它普及到家庭和汽车上。1985年第1辆配备有CD主机的车型诞生。1989年博世推出了自家首款量产导航-TravelPilot IDS。

进入21世纪，车载信息娱乐系统开始向着智能化、数字化方向发展。汽车厂商联手苹果公司在汽车上集成了一套完整的iPod系统，车主就可以方便地使用自己的账号通过ipod收听音乐、并且方便地获取自己收藏过的专辑和歌曲。近几年，汽车中控屏幕的演变对内饰造型的改变及用户体验的提升起了至关重要的作用，从小尺寸彩屏收音机显示器到特斯拉17寸巨型触摸屏。造型的改变只是冰山一角，带来的是功能和用户体验上质的飞跃。换句话说，只有你想不到的功能，没有做不到的。随着车机大屏的普及，物理按键逐渐“灭绝”，屏内可以操作的功能越来越多，科技进步的速度着实令人惊叹。

2 汽车信息娱乐系统构成

随着汽车娱乐系统发展的成熟，汽车信息娱乐系统也逐渐完备起来，他们具备各自的功能，但是又完美的集成在一起。进入2020年——所谓出生就泡在电子产品里的时代，随着电器架构和互联网技术的飞速发展，汽车娱乐系统的内容和功能也有了进一步的发展。

2.1 系统构成

通常，汽车信息娱乐系统包括以下几个部分。

1）车辆感知部分。为了满足智能娱乐、智能驾驶和智能座舱的要求，车辆需要感知车辆外部的环境、车辆和行人等复杂信息，因此必须配备一系列的感知设备，如摄像头、传感器和雷达等硬件，监控车辆周边环境。

2）车辆信息输入部分。除了感知部分的自动输入以外，还有驾驶员和乘客在座舱中的人机操作，比如空调操作面板、娱乐主机控制面板、智驾控制面板、图像和视频输入USB接口、麦克风等。这些硬件负责将乘客的要求和指令，采用标准化的信号输入给信息处理器。

3）信息处理部分。它是我们常说的中央处理器，负责接受外部感知信息和用户输入以及来自交互硬件的信号进行处理，并将信号输出。它通常包括娱乐主机、仪表主机、娱乐仪表一体机、车载网联终端等各种处理器，有时还有图像拼接处理器（AVM）、智驾处理器（ADAS）和行车记录仪（DVR）、抬头显示处理器（HUD）和音响功放等。

4）信息输出部分。它是经过信息处理器处理后呈现在乘客面前的信息，如组合仪表和娱乐显示屏、扬声器、报警器等。

2.2 电器架构

在娱乐系统高度发展和集成的当今，信息娱乐系统集成度越来越高，虽然娱乐屏的数量在增加，但是控制器的数量却在由多变少。如图1所示，娱乐主机作为连接输入硬件和输出硬件的中央处理器的同时，还肩负着和其他控制器进行工作交互的任务，它内置有性能强大的座舱芯片、4G模块、蓝牙模块、Wifi、USB接口和内存等关键模块，通过3个可编程的并行I/O接口与交互硬件，输出硬件和输入硬件进行交互，完成系统赋予的功能。

图1 车载信息娱乐系统电器架构

输入硬件，是人机交互的接口，也是对外部感知的源头。系统集成深度决定了交互硬件的数量，娱乐主机集成度越高，交互硬件就越少，功能集成在娱乐主机中；否则，需要多个功能模块的控制器与主机进行交互完成。输出硬件包括视频和音频输出，具体表现为屏幕和扬声器等硬件。

2.3 功能框架

信息娱乐系统通过软硬件，可以实现图2的系统功能。可以看出，从信息的类别上，他们分为信息系统和娱乐系统两大种。前者又分为安全信息、外部信息和车辆信息3种；后者分为多媒体（本地娱乐）和互联网两种。而在设置和调整这些功能时，他们并没有明确的分类，因为可以通过娱乐主机进行手动设置，也可以通过语音输入进行控制。显示形式就更灵活了，可以分屏显示在仪表和娱乐屏内，也可以显示在单屏的不同区域内（类似于特斯拉的中控屏）。

图2 车载信息娱乐系统功能框架

3 信息娱乐系统发展趋势

随着电子电器技术、互联网技术、4G和5G技术、智能驾驶技术的发展，车载信息娱乐系统呈现以下集成化、智能化和车联网等几个发展趋势。

3.1 信息娱乐系统的集成化

和传统汽车不同，车内的信息娱乐系统不再是孤立的仪表或信息，而是娱乐仪表融合式、有交互的场景化展现形式。比如空调控制原本有自己的显示屏，导航和娱乐也有自己的显示屏，现在他们已经完美地整合在一个大屏中。组合仪表也不再是单纯的组合仪表，它既可以显示车辆相关的设置和信息，也可以显示导航和娱乐的一部分，而且也可以将智驾的虚拟现实的路况信息展现在同一个屏幕中。组合仪表显示屏可以和娱乐屏集成在一起，还可以和娱乐屏进行互动和共享，不同的使用场景中实现信息的切换和分区显示。

与此同时，娱乐主机里不仅仅支持导航地图和本地娱乐功能（USB图片和视频），还有在线音乐、在线短视频、甚至于拥有和手机一样更丰富的在线生态等功能。车辆的设置也可以通过中控屏幕进行设置，比如屏幕和背景灯光的亮度、智能大灯的控制、天窗和车门玻璃的关闭、转向系统的手感等。

随着越来越多的功能被娱乐主机集成，在驾舱内能看到的物理控件就越来越少了，仪表板和中控台区域显得也越来越干净和简洁。屏幕尺寸也升级很快，从最早的小尺寸，升级为8寸，10寸，12.3寸，到后来的15寸和17寸，这种尺寸的升级和演进，对整个内饰的造型也产生了较大的影响，如图3所示。

图3 特斯拉Model 3简洁驾舱

3.2 智能化

信息娱乐系统的智能化首先体现在用户需求的变化上。传统汽车从很少的功能，到越来越丰富的产品，表现为越来越多的控制面板：如空调控制面板、娱乐控制面板等。机械时代用户需求主要以按键、旋钮为主。随着手机等触屏的发展，用户的操作使用习惯发生改变，车内触屏操作成为主流的交互方式。因此控件也得到精简，主要保留方向盘上的部分按键和滚轮交互。随着语音识别技术的发展，未来语音交互将被广泛应用。它将成为最重要的入口，在安全性、便捷性甚至是用户与驾舱的情感交流上有很大的提升，语音几乎可以控制车辆的所有功能。当然，目前语音交互还存在一些问题，但是随着人工智能水平的提升，该问题会得到有效的解决。此外，手势、面部识别也逐渐被尝试。手势控制的规范性和识别度比较低，应用场景有限，可能会作为一种补充的交互方式。面部识别可以识别用户身份、情绪、疲劳程度、车内乘客数量，因此可以针对驾驶员和其他乘客提供个性化服务。虽然面部识别短期内以身份识别为主，但它具有更多的应用价值和更广的前景，能体现真正的智能化的服务。

智能驾驶系统能为用户提供全方位的车辆信息，帮助用户降低驾驶劳动强度，提供安全保障。如360环视系统能为用户提供低速时车辆周边的视觉信息，为用户停车入库、倒车和在狭窄环境提供安全可靠的驾驶环境信息。高级驾驶辅助系统ADAS，无论是在低速还是高速驾驶，通过雷达和摄像头识别车辆在横向和纵向的周边对象，既可以在组合仪表上显示实时街景和融合的驾驶信息，也可以直接投影在前风挡上，为用户提供安全驾驶的辅助信息，甚至能短暂或长时间代替驾驶员接管车辆的行驶，如图4为上汽荣威电动车Marvel X的组合仪表，它提供了集街景和驾驶信息的融合画面。随着人工智能技术的提升，智驾等级会进一步提升，实现全自动驾驶也是可以期待的。

图4 具有AR虚拟现实仪表的荣威Marvel X

3.3 万物互联的车联网

随着4G的广泛应用和5G技术的发展，我们进入了一个万物互联的时代，车辆不再是简单和孤立的交通工具，而是将家和外界紧密地联系在一起的纽带。V2X（vehicle to everything）实现车与车、车与路、车与人和车与家的协同，将车主家的世界更广地拓展。

车联网是指通过无线通信、卫星定位、计算机网络及地理信息系统（GIS）等技术将车辆联接在一起的网络系统。网络通过对入网的所有车辆实时地掌控车辆基本信息和运动状况，实现对车辆的管理和监控，并提供相应的服务。目前国内车厂主导的车联网平台，合资品牌车厂有通用的On－Star、丰田的G-Book以及日产的CarWings+智行；自主品牌车厂有上汽荣威的InKaNet、一汽奔腾的D-Partner、长安汽车的InCall、吉利的G-NetLink。合资品牌的车联网平台发展速度较快，尤其是OnStar，其用户规模已超过20万。

借助车载信息系统，车联网可以实现以下几个方面的功能。

1）移动通信技术。4G/5G等安全、高速的移动通信技术，是汽车得以接入互联网的有效途径，也是车联网最基本的搭建要求。通过车联网，可以上传和下载有关车辆运行的状态，比如交通导航、拥堵路况信息、车辆位置信息、气象信息等数据，从而形成海量的车联网应用场景。

2）在线导航功能。车辆安装GPS全球定位系统之后，基于车联网的移动通信技术，能够实现实时定位跟踪。车主可以在线查询目的地，规划最合适的出行路线，享受快捷方便的出行体验。

3）智能车载系统。通过车况自动检测、远程人工服务、语音识别、手势控制、远程控制等更加个性化和人性化的功能服务，达到更高层次的人车交互体验，让智能化车载应用融入大众生活。

4）车载自动诊断。它负责监控和诊断车辆运行状态，搭配智能车载系统，可以实现智能泊车、自适应巡航、主动式碰撞预防系统等功能，还可将车辆的各项数据通过无线网络存储到云端，便于车主随时通过手机查看。

基于车联网的庞大应用场景，车主得以通过智能系统平台，延伸社交的边界。例如使用蓝牙钥匙功能，与家人、朋友共享车辆钥匙；在车友板块，与志趣相投的人互加好友，交流用车、路况信息，或是组团出行游，在线上轻松分享驾驶经验与车主生活。

4 总结

汽车工业经过了一百多年的发展，汽车功能不断地得到丰富和发展，伴随着电子电器技术的发展，信息娱乐系统得到广泛的应用。特别是随着互联网技术、GPS/GIS和通信技术的发展，汽车信息娱乐系统的发展呈现出集成化、智能化和车联网化等特点，为车主提供越来越多的娱乐享受和信息辅助安全信息，将车辆的功能和范围拓展得更为广阔，让车主驾乘体验得以扩展到生活的方方面面。在万物互联的今天，汽车也变得更加智能、更加安全。