智能座舱域控制器设计与展望

摘 要：随着自动驾驶技术的飞速发展，相关领域的研究与应用已取得了突破性进展，目前驾驶等级已由低级别的人类驾驶进入到高阶辅助驾驶，对各种软硬件的要求更高。传统的座舱只针对驾驶员而言，而无人驾驶系统的智能座舱面向所有车内人员，并集成了丰富的生态体验。国内智能座舱的技术研究，整体领先于国外发达国家，但在自主核心技术方面还存在一定差距。本文根据相关项目研发，首先提出一种基于高通SA8295的智能座舱域控制器系统的设计方法，在简要论述问题背景及行业特点的基础上，对该域控制器进行了系统设计和试验研究，最后对该行业未来发展前景进行了展望。

关键词：智能座舱域 高通SA8295 域控制器 无人驾驶

本文根据理论结合实际的思维，设计实现了一种基于高通SA8295的智能座舱域控制器系统。在简要提出问题背景和智能座舱域控制器行业现状进行分析的基础上，对SA8295的智能座舱域控制器系统进行了具体设计，并进行了相关试验研究，最后对相关领域发展前景进行了展望。

1 问题背景

随着自动驾驶技术的不断发展，座舱的应用场景不断拓展，除了用于导航、安全预警等传统驾驶以及交通安全相关的需求外，各种各样的人机交互及娱乐体验变得越来越突出，座舱的应用场景开始逐渐延伸到办公、生活、娱乐等场合中。应用场景不断地拓展，新的功能需求不断在衍生，从而对座舱算力提出增长需求。在当前广泛应用的无人驾驶领域中，智能座舱域控制器相当于整个系统的大脑，新技术如CPU、GPU、NPU、DSP、ASIC等模块的高度集成，加速了座舱智能化行业的生态应用和产品的快速迭代。

纵观国内外相关技术特点，智能座舱域控制器的研究多数集中在Soc芯片[1]从提升图像视频显示质量的角度，对于全面提升算力、智能化信息化水平的研究较少。因此迫切需要借鉴世界知名OEM、Tier1和科研院所的最新研究成果，将高科技元素更多地融入到智能座舱域的设计研究中去。

2 智能座舱域控制器行业分析

2.1 行业整体情况

车载信息系统是构成智能座舱域的主要部分，据统计在2019年占比达到50%。车载娱乐系统能够明显提升用户价值体验，因此率先取得突破并成长为最大的汽车座舱电子细分市场。其次是仪表盘和屏幕，分别占比为25%和14%[2]。智能座舱域控制器将不再局限于管理车内显示屏及信息排布展示的作用。而是通过液晶仪表盘、中控屏、HUD、流媒体后视镜等硬件实现功能融合，达到语音控制、视觉感知、生物识别、手势操作等智能化交互的目的。从实际新车型搭载情况来看，中控大屏、全液晶仪表和语音交互已经成为智能汽车的标配。

纵观智能座舱域控制器发展，整体上呈现出控制器供应商、主机厂以及芯片厂商紧密合作的趋势。海外的汽车电子巨头，主要包括韦世通、大陆、博世、安波福等。国内智能座舱域控制器市场零部件厂商相对分散，其中德赛西威居首位，还包括德镁佳科技、延锋、东软睿驰等。在2020年全球智能座舱主芯片领域中，NXP享有42%的市场占有率，瑞萨市场占有率达14%，英伟达、TI、英特尔场占有率均为10%。整体来看智能座舱域控制器行业壁垒深厚，国产企业有待发展。

2.2 基于高通SA8295的智能控制器研究领域

作为全球领先的半导体解决方案供应商，高通推出了第三代驾驶安全辅助系统和车载信息娱乐系统的汽车平台解决方案。其具备强大的CPU处理性能、图像识别处理功能，符合ISO 26262（ASIL-B）标准[3]，同时可提供SiP封装，支持多种汽车应用。

SA8295作为新一代汽车平台解决方案，具有其他系统以及之前的版本不具备的优势：其集成的新一代汽车处理平台能够满足多种应用处理要求，将应用领域拓展到更加宽广的范围；基于领先出货记录积累的丰富系统应用经验，系统性能大幅提高；提供SiP模块形式的封装，可大幅减少用户设计工作量，降低后期维护和再开发成本。

3 基于高通SA8295的智能座舱域控制器设计

基于高通SA8295的智能座舱域控制器设计，需要区分多个不同的系统，下面以其中最为重要的四个系统进行详细论述。

3.1 智能座舱域控硬件系统音频功放平台设计

在功放系统中，平台主要集成24通道功放平台进行设计。功放系统包括音响、麦克风、转换等模块。将全部线路进行内嵌，不占用座舱域空间，达到3D立体环绕效果，提升用户体验。

狭小密闭的车内座舱空间中，布置安装扬声器会有相当程度的回声存在，主要通过以下两个技术手段予以解决。

第一个是将一转二的音频头分别接到喇叭与回声消除系统里，通过喇叭接口的前端（也就是功放后端）差分线并联到回声消除系统里。具体实现原理如图１所示。

第二个是ANC主动降噪技术，对比上面技术介绍，更能够紧密结合用户体验，获得更加个性化的效果。用车内麦克风采集噪音样本，经系统分析处理之后，由车载音响的扬声器播放相反的音频，以抵消噪音波，营造更安静的车内氛围。其原理如图2所示。图中绿色曲线代表噪声；蓝色曲线为扬声器发出的反相声波，实现主动降噪。

3.2 智能座舱域控硬件系统显示功能模块设计

在智能座舱域显示系统中，主要核心技术包括语音交互、生物识别交互等技术，本控制器主要使用语音交互技术。

在屏幕显示系统中，进一步集成仪表、HUD、流媒体后视镜等系统，使得座舱从单一屏幕显示到支持多系统多屏显示。在具体实现形式上使用中控大屏的方式，并融合多屏、联屏、一体屏、曲面屏等多种形式。在系统架构上，显示系统分为导航模块、智能语音模块、仪表显示模块、Wifi模块等。具体实现形式如图3所示。

如图3所示，语音交互系统内嵌了实现不同功能的操作系统，并使用高频中频连接线与汽车电路进行连接。与传统显示方式相比，仪表显示模块更加突出叠加显示效果，使得用户像翻书一样迅速找到要显示的车辆和行驶数据，并支持语音识别、手势识别、触摸控制和生物识别功能。

在整车的装配应用中，已完成了相关实验，通过了可行性分析论证，目前达到了技术成熟、数据匹配、硬件配套的效果，产品已实现量产。

3.3 智能座舱域控硬件系统感知模块设计

将传统使用的DMS延伸发展到OMS，即将检测范围从驾驶员扩展到车内乘客。比如检测乘客是否系安全带、下车的时候是否把儿童遗忘在车内、是否有不利于交通安全的行为等应用场景。通过将DMS和OMS组合起来进行应用，获得更加综合的效果。将DMS/OMS功能融合到座舱，不仅是因为座舱芯片的性能能够覆盖到DMS/OMS ，也是因为把它们融合到座舱，可以更好地与座舱内的其它关联模块进行信息交互。

将TOF深度感知系统作为备份系统，对无标记自然环境进行信息采集，生成稠密点云地图，和移动机器人的实际位置联系起来实现定位导航。3D视觉导航定位稳定、受环境干扰小。经过算法优化，测量距离最远可达15m，视场角最大可达270°× 40°，集成智能避障算法，可识别的最小障碍物为地面以上3cm障碍物或低于地平面3cm凹坑。自动记录对象三维特征，提供3D图像，不仅显示对象的XY值，还可以提供场景或对象的深度值，再集成智能对接算法，使移动机器人自动调整位姿，准确对接目标。面对复杂多变生产场景、空旷无可靠参照物场景优势明显; 面对窗边阳光直射场景，金属拉丝反光等物体依然有较好的避障性能，并有突出的抗运动模糊功能。

3.4 智能座舱域控硬件系统泊车功能模块设计

座舱的整车泊车系统细分为摄像模块、感知模块、显示模块、计算模块、芯片系统等

摄像头模块中，将360环视和自动泊车辅助APA进行融合，再升级到融合泊车功能，使得控制器的性能再次升级。感知模块中，通过智能语音提示、自动报警、自动制动等方式，与驾乘人员形成良好的互动。在显示模块中，通过设置最高优先级的方式，使泊车能够在中控大屏和功放系统中优先显示。通过高CPU和NPU算力的高通SA8295芯片，将泊车功能融合到座舱中去，实现低阶智驾功能，以降低整车成本。

4 高通SA8295的智能座舱域控制器系统试验研究

根据1到3章节内容，高通SA8295智能座舱域控制器硬件系统平台在某车型上进行试验研究。试验采取百分制，客观、主观试验相统一的打分原则。权重比例分配为：客观部分占据70%，主观部分占据30%，最后按照加权的方式得到结果。

客观试验部分，对每个系统分别进行统计打分。功放系统试验中，主要试验功放音量、功放时间、立体声效果评价等。显示系统试验中，主要试验显示容量、显示切换速度、显示频率等。感知系统试验中，主要试验感知的准确度、灵敏度、感知时间、单次感知最大信息量等。泊车系统试验中，主要试验泊车的准确度、泊车速度、提示语音的反应时间等。所有客观试验得分及权重数据如表2所示。

整个客观部分的权重为0.75，主观部分的权重为0.25，通过主客观试验加权相加，本次试验最终得分为97.20，达到优秀标准，说明基于SA8295的智能座舱域控制器设计取得了预期好效果，具有良好的应用前景。

在主观试验部分，通过对100名不同年龄、性别、职业、学历层次人员操作车辆的主观评价，进行打分。试验在互不干扰互不影响的情况下进行，通过设置不同类别调查问卷的形式开展。具体如表3所示。

5 技术展望

在HUD技术应用上，从竞争格局上来看，目前依然是W-HUD为主，但已经出现了明显的向AR-HUD转移的趋势。根据高工智能研究院对2020年新车上险量的统计，HUD在国内市场的份额排名依次为精机、电装、大陆等。其中参与者仍以传统的汽车电子国际巨头为主，尽管在技术实现层面上仍需解决眩晕，环境融合等难题，但产品趋势确定性较高，目前华为，舜宇光学等积极在布局。

在通信技术的应用上，主要以全球领先的V2X技术为主，具体分为专用短程通讯和基于蜂窝网络的车辆对外通信两类。前者以美国，日本为主，中国和欧盟则更青睐于后者。当前，涌现了国内很多主导4G/5G通信技术的汽车器件和模组厂商，对V2X零部件的落地起到关键作用。

目前在智能座舱域控制器研究领域，相比西方发达国家，我国整体上起步较晚，发展水平差距较大，但相当数量的大学、科研院所和企业已经采取多种措施，加快了追赶步伐。预计到2030年全国对外出口的汽车智能座舱的市场规模将达到681亿美元，国内市场规模将超过1600亿美元。中国在全球市场的份额将从23%上升到37%，成为全球最主要的智能座舱市场。

6 结论

本文对基于SA8295的智能座舱域控制器进行了具体设计研究，通过相关测评表明，该控制器实用性强，具有良好的应用前景，对无人驾驶领域的交通安全具有重要的作用。但同时应该看到，该方法并不是唯一通用的。在实践中应针对不同应用需求，按照其自身特点选用合适的设计方法，不断提升智能座舱域控制器的智能化信息化水平，提升用户体验舒适度，更好的为自动驾驶技术的发展做出应有的贡献。

参考文献：

[1]徐磊.一种车载智能座舱域控制器系统设计[J]. 时代汽车， 2023（09）： 114-116.

[2]吕钢. 智能座舱域控制器的软件架构设计与开发[D].济南：山东大学，2022.

[3]回姝，郑红丽，顾莹.汽车智能座舱发展趋势下的机遇和挑战[J].汽车文摘，2022，556（05）：7-11.