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| 本文作者： 小鵬汽車 | 2016-01-19 19:25 |
［編者按］本文為小鵬汽車工程師原創，如獲授權，請表明作者和出處。
汽車儀表隨著汽車行業的高速發展而不斷改革技術，經歷了幾次變革，不管是從形態還是功能，都發生了巨大的變化。它已不再僅僅是一個提供轉速、車速的簡單元件，它能展示更多重要的汽車信息，甚至發出警告。集成和數字控制技術的普及，讓汽車儀表的功能前所未有的豐富，并且視覺效果也更加賞心悅目。這個方寸之地不但體現出工程師設計的技術實力，更能夠展示設計師的審美視角，可以為汽車OEM廠商提供更高的電子產品附加價值，與車型進行更完美的個性匹配，為消費者提供更加多樣性的選擇和個性化的駕駛體驗。
早期常規儀表包含了車速里程表、轉速表、機油壓力表、水溫表、燃油表、充電表等，之后汽車儀表還需要裝置穩壓器，專門用來穩定儀表電源的電壓，抑制波動幅度，以保證汽車儀表的精確性。僅就小小的指示燈設計來說，之前的梅賽德斯-奔馳E級車，就有多達41個，而在沃爾沃的S40上只有21個，這是數字上的差異，也是不同品牌對于車輛安全理解的不同，道理很簡單，更多的指示燈確實可以更精準的提示。
▲ 早期儀表盤
▲ 早期儀表盤
這類儀表增加了不少功能，汽車信息反饋也更多更及時地在顯示技術上不斷迭代，從真空熒光顯示屏（VFD），發展到采用液晶顯示器（LCD），小尺寸薄膜晶體管顯示器（TFT）由于可以實現CAN總線信號輸入，驅動儀表顯示信息，再加上顯示屏顯示的信息越來越清晰、快捷。
目前從市場的保有量來看，比較合理的方案是采用機械儀表結合數字儀表的方式，例如車速、轉速信息采用指針，指示燈信息采用LED燈點亮形式，而其他信息則采用TFT屏。因為車內面臨的環境非常惡劣，例如，夏季受到太陽直射時溫度可能達到70℃，而一旦開啟空調會迅速降至20℃-30℃，冬天也會有劇烈的溫差變化，溫差則導致元器件膨脹/收縮，發生損壞。由于成本及市場對新科技穩定性的擔憂，目前電氣式儀表在市場上應用較廣泛。
▲ 電氣式儀表盤
▲ 電器式儀表盤
全數字儀表
全數字汽車儀表可謂是有了長足的進步與發展，它是一種網絡化、智能化的儀表，其功能更加強大，顯示內容更加豐富，線束鏈接更加簡單，更全面，更人性化地滿足了駕駛需求。
虛擬汽車儀表用屏幕取代了指針、數字等現有儀表盤上最具代表性的部分，其優點是可以由用戶自己定義儀器系統，以滿足不同的要求，功能更加強大、靈活，更容易同網絡、外設及其他應用相連接。虛擬汽車儀表得益于更強大的圖形處理和顯示效果，更多的指示燈被擬物化設計，從而有效降低用戶的接受過程；多媒體娛樂信息和車輛基本信息也可以更符合邏輯的顯示出來，集中顯示有助于提升駕駛安全，駕駛員的視距也不必在多個位置頻繁切換；另外，簡化的設計，也可以將更多空間留給乘坐區域或者是儲物等等。可以說虛擬儀表是目前為止最先進的汽車儀表，也是未來的發展方向與趨勢。
目前，市場幾款虛擬儀表在方案及儀表效果上走在前沿，其中包含德賽西威的R1平臺虛擬儀表，以奧迪TT為代表的虛擬儀表，特斯拉的虛擬儀表。
奧迪汽車配備在全新TT和Q7車型上的Virtual Cockpit，儀表有一塊高達12.3英寸的顯示屏幕，而最重要的處理芯片則來自于英偉達（NVIDIA ）的Tegra 3系列最新Tegra30處理器芯片，它負責所有虛擬圖像的生成和處理，運行速度可達80億次/秒，以60fps的速度刷新，所以儀表看起來非常流暢。
奧迪的Virtual Cockpit儀表屏幕分辨率達到1440x540。可以切換很多種顯示布局，一種側重娛樂信息；一種側重駕駛信息；一種突出轉速強調運動風格等等。在系統層面，奧迪的儀表采用的是QNX的Neutrino實時系統。從軟件層面，這套系統已經非常成熟。
▲ 全數字儀表盤
德賽西威的R1平臺采用飛思卡爾XHY MCU+IMAX6 雙核GDC系統架構，支持12.3吋 TFT(最大支持分辨率可達1920x720)，具有高響應度、高亮度、高對比度等優點；另一個亮點是采用非常穩定可靠不易死機的QNX操作系統，可實現卓越的2D/3D 圖形渲染能力，并根據駕駛情況動態顯示內容，酷炫的場景渲染，造就先進酷炫的用戶體驗；基于KANZI所見所得HMI開發理念，主題風格可靈活定制，彰顯個性與時尚。據了解到的信息，德賽西威T2平臺擁有強大的圖形處理能力和動畫效果，支持優美旋轉菜單與滾動條效果實現 ，還支持CAN總線、以太網。
▲ 德賽西威最新一代12.3吋TFT可配置虛擬儀表平臺R1外觀
特斯拉儀表采用LG 為其定制的液晶屏， 同樣也是12.3英寸，但分辨率僅為1280x480，這個儀表盤目前的顯示布局是固定的，只是特定模塊可以變換信息。特斯拉的儀表盤用的是Tegra 2處理器，用的是一個基于Linux底層的系統，據了解很可能就是Ubuntu。與QNX這樣的嵌入式系統不同，Ubuntu是個桌面系統，除PC外還廣泛應用于服務器。
抬頭顯示技術最早出現在飛機上，利用光學反射的原理，將重要的飛行相關資訊投射在一片玻璃上面。這片玻璃位于座艙前端，高度大致與飛行員的眼睛成水平，投射的文字和影像調整在焦距無限遠的距離上面，飛行員透過HUD往前方看的時候，能夠輕易的將外界的景象與HUD顯示的資料融合在一起。借助HUD投射原理，汽車裝配HUD后可以使駕駛員不必低頭，就可以看到信息，從而避免分散對前方道路的注意力；其次駕駛員不必在觀察遠方的道路和近處的儀表之間調節眼睛，能夠有效地避免眼睛的疲勞。
▲ HUD平視顯示有航空飛行設備改進而來
目前抬頭顯示只在小部分高端品牌車型上可以看到，其中包括寶馬5系Li/X5、標致3008/標致508、奧迪A6/奧迪A7、納智捷大7 SUV以及雷克薩斯GS。
寶馬X5的平視顯示屏HUD，能將重要的信息（如車輛速度、導航提醒等信息）投射到風窗玻璃上，通過風窗玻璃再將其反射給駕駛人，將有關信息顯示在前風窗玻璃的駕駛人平視范圍上，且顯示位置、顯示亮度可調，避免駕駛人低頭看儀表，從而縮短眼球對前方的視覺盲區時間，有助于交通安全性和駕駛舒適性。
HUD系統成像的關鍵是在光學和材料學方面，一種透明的高折射率鍍膜才是其真正的成像根基。
這種膜并非單獨存在，它是特殊前風窗玻璃的表層功能部分，這種汽車風窗玻璃的生產主要采用浸漬法和網印法等。
由于它含有氧化的Ti和Si，所以它的折射率介于1.8～2.2之間，大于普通前風窗玻璃1.52的折射率，所以表面的反射率就可以增大，再經過多次光干涉就可在遠處成像。
寶馬X5的HUD投影載體膜就增加了膜厚，能支持整個可見光區域反射，從而實現HUD的多色彩顯示和與角度無關的均勻外觀。為了針對不同的光線效果進行補償，HUD可根據晴雨／光照傳感器自動調節亮度。自動調節亮度不會出現HUD亮度躍變的情況，產生不同光線效果的原因如下：環境條件，例如白天、夜晚、陽光、烏云、雨、雪和霧等；建筑情況，例如隧道、地下車庫等；駕駛人可通過滾花輪調節儀表照明的亮度；自車燈亮起后，根據儀表照明亮度設置確定HUD亮度。其亮度取決于調光輪設置、亮度調節及晴雨／光照傳感器。
從行業趨勢看，高清、集成、智能是汽車儀表及顯示技術的三大發展方向。基于供應商的集成能力和未來科技的發展，儀表盤將能夠顯示更多的安全和娛樂信息，汽車儀表也會集成入更多的主動安全、ADAS信息，與網絡的互動也變得更頻繁，系統變得越來越開放。和中控娛樂信息系統一體化融合，集成手勢控制，語音控制等操作功能。優化HUD平視顯示技術，將安全信息與娛樂導航等信息更直觀安全傳遞給駕駛員。這是下一代智能數字座艙的發展趨勢，也將是我們（小鵬汽車）想給未來車主的驚喜。
編者注：聽說小鵬汽車最近在尋覓牛人，小編就順帶給經常提供科普分享的小鵬汽車團隊友情發個招聘廣告吧，也許正好我雷的讀者也需要呢：小鵬汽車車身電子控制系統責任工程師招聘中，歡迎一起切磋，詳細信息可以進入 http://xiaopeng.com/recruit.html 查看。
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