汽车智能座舱多屏互动方案

王慧 蔡晓勇 张泽莹 莫秀豪

【摘  要】一机多屏设计已逐渐成为智能虚拟座舱系统的重要组成部分，同时也是科技感和优质体验的一种外在表现形式。近年来车内屏幕类型越来越多，而车内多屏交互设计也成为未来汽车设计的一种趋势。本文首先介绍常见的多屏互动场景，然后深入探讨娱乐交互系统软件架构，最后提出多屏互动实现方案。

【关键词】多屏互动；软件架构；CBN路由；CBS

中图分类号：U463.6    文献标志码：A    文章编号：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

隨着汽车行业的高速发展，许多新型汽车都配备了多屏设计，包括仪表屏+娱乐信息屏+抬头显示屏+车辆控制屏+区域显示屏+后排屏幕设计等[1]。一机多屏的设计承载了不同的信息分布：仪表+抬头显示屏+车辆控制屏偏向驾驶员一侧，方便驾驶员实时观看诸如ADAS、导航、电话、倒车影像等信息；娱乐信息屏+后排屏则为乘客提供了娱乐和周边信息等功能，满足了不同乘客的乘车需求，也大大提升了整车的科技感[2]。随着多屏设计的发展，乘客对于屏幕之间的交互性逐渐增强：开关机、导航的多屏联动，不同位置乘客显示屏之间实时切换，视频、歌曲、图片等娱乐信息在多屏之间的共享等，多屏交互正逐渐成为一种趋势。

1  多屏互动场景（图1）

1）多媒体：多媒体ID3信息可以在整车各个区域屏幕共享，支持的媒体源有蓝牙、USB、Carplay、网络应用、FM/AM等。用户可以通过硬按键、虚拟按键操作多媒体，并且一处操作多屏同步。

2）导航：自动根据各屏尺寸等比例保持地图显示。仪表屏和娱乐信息屏之间支持飞屏操作。用户正向飞屏仪表进入地图视图，用户反向飞屏仪表退出地图视图。

3）车辆控制：娱乐信息屏和后排显示屏都需要支持对车辆ECU的信息显示和控制，包括灯光、座椅、空调等。

4）驾驶行为分析：根据车辆硬件和软件模块提供的源信息进行行为分析，得出驾驶评分、驾驶时长、驾驶里程、平均速度、平均油耗等信息，并在仪表屏和娱乐信息屏同步展示。

2  虚拟座舱系统软件架构

上述复杂多样的多屏交互场景，虚拟座舱系统成为分配和管理硬件资源、调配软件运行的关键核心部分，因此，需要深入虚拟座舱系统的软件架构来提出合理的多屏交互方案。目前行业内主流的虚拟座舱系统由多操作系统构成：实时操作系统+分时操作系统。实时操作系统可以满足需要及时响应的用户场景，同时兼备高稳定性。分时操作系统可以满足多元化的用户需求，提高用户化验。常用的实时操作系统有Linux、QNX，分时操作系统有Android、IOS等[2]。以典型的QNX+Android组合方式为例。

图2为虚拟座舱系统软件架构。对于实时性有要求的HMI场景需要通过RTOS APPS来实现，比如仪表显示、抬头显示、后排显示。Android操作系统是运行在QNX系统里面的一个子进程，通过Hypervisor来管理两套操作系统，实现系统资源（内存、CPU、麦克风、扬声器等）的合理分配。Android系统可以实现丰富多元化的交互场景，用于实现娱乐信息屏的显示与交互。Vehicle Interface Processor（简称VIP）用于与车辆各个ECU模块对接[3]。

从上述软件架构，可以总结出3类消息通道，如图3所示。

1）VIP与RTOS APPS：数据源来自VIP端，可实现TT、Alert、ADAS、V2X等相关显示。

2）VIP与Android APPS：数据源来自VIP端，实现空调、座椅、灯光等组件的显示与控制。

3）RTOS APPS与Android APPS：数据源来自Android端，多媒体、导航、通话等功能同步。

3  多屏互动方案

虽然多屏交互场景复杂，但根据上述的数据源来看，只需要提供两种交互方案即可满足所有场景。

3.1  CBN路由方案

数据源来自VIP端，多屏信息可以由VIP端来实现同步。System On Chip（简称SOC）端与VIP端通過SPI接口规范使用统一的通信渠道进行通信交互。如果把VIP和SOC看成整个座舱系统的子节点，那么节点间通信（Communication Between Nodes，CBN）需要由统一的消息路由管理，而CBN路由负责在RTOS应用程序和IVI软件组件之间分发消息，其还缓存用于IVI软件的消息，直到IVI软件出现。虚拟座舱INC消息扭转如图4所示。

CBN路由的具体作用有以下几点。

1）维护一个静态路由表，该表根据消息的来源、通道ID、消息ID和有效负载确定消息的目标应用程序。RTOS CBN路由可以根据上述一个或多个标准选择发送消息。

2）对于来自VIP的上游消息，可以将消息并发路由到单个RTOS应用程序和单个IVI TCP/IP端口。

3）通过RTOS CBN TP资源管理器从VIP读取消息，通过QNX消息框架从RTOS应用程序读取消息，通过TCP套接字从IVI软件读取消息。

4）根据通道优先级将消息发送到各自的目标（VIP、IVI应用程序或RTOS应用程序）。

对于车辆信息和车控相关的多屏同步可以采用CBN路由方案来实现。以空调功能为例，用户在娱乐信息屏调节空调温度，通过CBN路由向VIP发送温度调节请求，硬件空调温度调节之后通过VIP上报到CBN路由，CBN路由把调节之后的温度上报给后排显示屏上。

3.2  CBS方案

数据源来自娱乐信息系统，此种场景下并没有涉及到与VIP端的通信，需要在IVI和RTOS系统之间建立一条额外的通信通道来实现交互。系统间通信（Communication Between Systems，简称CBS）是一套基于Socket的系统间通信机制。虚拟座舱CBS通信构架如图5所示。

CBS实现了连接管理、心跳监测、消息校验、组包拆包、序列化支持、会话管理、事件/属性订阅、监听回调等通信机制。CBS属于典型的C/S模式，服务提供者称之为服务端，服务消费者称之为客户端。CBS方案的实现能够让应用更专注在业务逻辑的实现上，更好地满足跨系统间的通信需求。通常情况下，娱乐信息屏会有多媒体、通话、导航等功能，当仪表屏或者后排屏也需要获取、控制这些信息时，就可以通过CBS的方式来进行跨屏交互。

4  结语

本文分类总结了多屏交互场景，结合主流的虚拟座舱系统软件架构，梳理出系统的数据流向和通道，并根据数据流向提出适配的跨屏、跨系统交互方案。

参考文献：

[1] 杜曾宇，黄晓延，蒙锦珊，等. 智能座舱的关键技术[J]. 时代汽车，2021（5）：143-144.

[2] 边旭东，张亦弛，谢卉瑜，等. 浅谈智能座舱的“一芯多屏”[J]. 时代汽车，2021（6）：12-14.

[3] 冯远洋，孙锐，王洪艳，等. 汽车智能座舱发展现状及未来趋势[J]. 汽车实用技术，2021，46（17）：201-206.

（编辑  凌  波）