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(jī)多屏設(shè)計(jì)已逐漸成為智能虛擬座艙系統(tǒng)的重要組成部分，同時(shí)也是科技感和優(yōu)質(zhì)體驗(yàn)的一種外在表現(xiàn)形式。近年來車內(nèi)屏幕類型越來越多，而車內(nèi)多屏交互設(shè)計(jì)也成為未來汽車設(shè)計(jì)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(tǒng)軟件架構(gòu)，最后提出多屏互動實(shí)現(xiàn)方案。

【關(guān)鍵詞】多屏互動；軟件架構(gòu)；CBN路由；CBS

中圖分類號：U463.6? ? 文獻(xiàn)標(biāo)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(yè)的高速發(fā)展，許多新型汽車都配備了多屏設(shè)計(jì)，包括儀表屏+娛樂信息屏+抬頭顯示屏+車輛控制屏+區(qū)域顯示屏+后排屏幕設(shè)計(jì)等[1]。一機(jī)多屏的設(shè)計(jì)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(cè)，方便駕駛員實(shí)時(shí)觀看諸如ADAS、導(dǎo)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(shè)計(jì)的發(fā)展，乘客對于屏幕之間的交互性逐漸增強(qiáng)：開關(guān)機(jī)、導(dǎo)航的多屏聯(lián)動，不同位置乘客顯示屏之間實(shí)時(shí)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(gè)區(qū)域屏幕共享，支持的媒體源有藍(lán)牙、USB、Carplay、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)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(dǎo)航：自動根據(jù)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(jìn)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(diào)等。

4）駕駛行為分析：根據(jù)車輛硬件和軟件模塊提供的源信息進(jìn)行行為分析，得出駕駛評分、駕駛時(shí)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(tǒng)軟件架構(gòu)

上述復(fù)雜多樣的多屏交互場景，虛擬座艙系統(tǒng)成為分配和管理硬件資源、調(diào)配軟件運(yùn)行的關(guān)鍵核心部分，因此，需要深入虛擬座艙系統(tǒng)的軟件架構(gòu)來提出合理的多屏交互方案。目前行業(yè)內(nèi)主流的虛擬座艙系統(tǒng)由多操作系統(tǒng)構(gòu)成：實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)+分時(shí)操作系統(tǒng)。實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)可以滿足需要及時(shí)響應(yīng)的用戶場景，同時(shí)兼?zhèn)涓叻€(wěn)定性。分時(shí)操作系統(tǒng)可以滿足多元化的用戶需求，提高用戶化驗(yàn)。常用的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)有Linux、QNX，分時(shí)操作系統(tǒng)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(tǒng)軟件架構(gòu)。對于實(shí)時(shí)性有要求的HMI場景需要通過RTOS APPS來實(shí)現(xiàn)，比如儀表顯示、抬頭顯示、后排顯示。Android操作系統(tǒng)是運(yùn)行在QNX系統(tǒng)里面的一個(gè)子進(jìn)程，通過Hypervisor來管理兩套操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)資源（內(nèi)存、CPU、麥克風(fēng)、揚(yáng)聲器等）的合理分配。Android系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)豐富多元化的交互場景，用于實(shí)現(xiàn)娛樂信息屏的顯示與交互。Vehicle Interface Processor（簡稱VIP）用于與車輛各個(gè)ECU模塊對接[3]。

從上述軟件架構(gòu)，可以總結(jié)出3類消息通道，如圖3所示。

1）VIP與RTOS APPS：數(shù)據(jù)源來自VIP端，可實(shí)現(xiàn)TT、Alert、ADAS、V2X等相關(guān)顯示。

2）VIP與Android APPS：數(shù)據(jù)源來自VIP端，實(shí)現(xiàn)空調(diào)、座椅、燈光等組件的顯示與控制。

3）RTOS APPS與Android APPS：數(shù)據(jù)源來自Android端，多媒體、導(dǎo)航、通話等功能同步。

3? 多屏互動方案

雖然多屏交互場景復(fù)雜，但根據(jù)上述的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)源來自VIP端，多屏信息可以由VIP端來實(shí)現(xiàn)同步。System On Chip（簡稱SOC）端與VIP端通過SPI接口規(guī)范使用統(tǒng)一的通信渠道進(jìn)行通信交互。如果把VIP和SOC看成整個(gè)座艙系統(tǒng)的子節(jié)點(diǎn)，那么節(jié)點(diǎn)間通信（Communication Between Nodes，CBN）需要由統(tǒng)一的消息路由管理，而CBN路由負(fù)責(zé)在RTOS應(yīng)用程序和IVI軟件組件之間分發(fā)消息，其還緩存用于IVI軟件的消息，直到IVI軟件出現(xiàn)。虛擬座艙INC消息扭轉(zhuǎn)如圖4所示。

CBN路由的具體作用有以下幾點(diǎn)。

1）維護(hù)一個(gè)靜態(tài)路由表，該表根據(jù)消息的來源、通道ID、消息ID和有效負(fù)載確定消息的目標(biāo)應(yīng)用程序。RTOS CBN路由可以根據(jù)上述一個(gè)或多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)選擇發(fā)送消息。

2）對于來自VIP的上游消息，可以將消息并發(fā)路由到單個(gè)RTOS應(yīng)用程序和單個(gè)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(yīng)用程序讀取消息，通過TCP套接字從IVI軟件讀取消息。

4）根據(jù)通道優(yōu)先級將消息發(fā)送到各自的目標(biāo)（VIP、IVI應(yīng)用程序或RTOS應(yīng)用程序）。

對于車輛信息和車控相關(guān)的多屏同步可以采用CBN路由方案來實(shí)現(xiàn)。以空調(diào)功能為例，用戶在娛樂信息屏調(diào)節(jié)空調(diào)溫度，通過CBN路由向VIP發(fā)送溫度調(diào)節(jié)請求，硬件空調(diào)溫度調(diào)節(jié)之后通過VIP上報(bào)到CBN路由，CBN路由把調(diào)節(jié)之后的溫度上報(bào)給后排顯示屏上。

3.2? CBS方案

數(shù)據(jù)源來自娛樂信息系統(tǒng)，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(tǒng)之間建立一條額外的通信通道來實(shí)現(xiàn)交互。系統(tǒng)間通信（Communication Between Systems，簡稱CBS）是一套基于Socket的系統(tǒng)間通信機(jī)制。虛擬座艙CBS通信構(gòu)架如圖5所示。

CBS實(shí)現(xiàn)了連接管理、心跳監(jiān)測、消息校驗(yàn)、組包拆包、序列化支持、會話管理、事件/屬性訂閱、監(jiān)聽回調(diào)等通信機(jī)制。CBS屬于典型的C/S模式，服務(wù)提供者稱之為服務(wù)端，服務(wù)消費(fèi)者稱之為客戶端。CBS方案的實(shí)現(xiàn)能夠讓應(yīng)用更專注在業(yè)務(wù)邏輯的實(shí)現(xiàn)上，更好地滿足跨系統(tǒng)間的通信需求。通常情況下，娛樂信息屏?xí)卸嗝襟w、通話、導(dǎo)航等功能，當(dāng)儀表屏或者后排屏也需要獲取、控制這些信息時(shí)，就可以通過CBS的方式來進(jìn)行跨屏交互。

4? 結(jié)語

本文分類總結(jié)了多屏交互場景，結(jié)合主流的虛擬座艙系統(tǒng)軟件架構(gòu)，梳理出系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流向和通道，并根據(jù)數(shù)據(jù)流向提出適配的跨屏、跨系統(tǒng)交互方案。

參考文獻(xiàn)：

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

[3] 馮遠(yuǎn)洋，孫銳，王洪艷，等. 汽車智能座艙發(fā)展現(xiàn)狀及未來趨勢[J]. 汽車實(shí)用技術(shù)，2021，46（17）：201-206.

（編輯? 凌? 波）