李立安 任廣樂 趙幗娟

（1.愛馳汽車（上海）有限公司，上海 200090；2.愛馳汽車有限公司，上饒 334000；3.上海海事大學(xué) 物流工程學(xué)院，上海 201306）

主題詞：組合儀表 液晶屏 信息顯示 三折屏

1 前言

汽車的組合儀表是駕駛員和汽車的主要交互界面，為駕駛員提供行車過程中所需的汽車運(yùn)行信息（車速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等）、車輛的狀態(tài)（燃油量信息、水溫信息等）、車輛行駛里程、車輛故障報(bào)警等信息，是每一輛汽車必不可少的部件。近年來，隨著屏幕顯示技術(shù)的發(fā)展及普及，汽車組合儀表的結(jié)構(gòu)形式也發(fā)生了很大的變化，主要經(jīng)歷了機(jī)械式組合儀表、內(nèi)置斷碼屏或點(diǎn)陣屏的組合儀表、內(nèi)置單色TFT屏幕的組合儀表、內(nèi)置彩色液晶屏的組合儀表、全液晶組合儀表等5種不同的結(jié)構(gòu)形態(tài)[1-2]。隨著組合儀表的結(jié)構(gòu)形式的變化，組合儀表上顯示的信息也越來越豐富，在傳統(tǒng)組合儀表顯示內(nèi)容的基礎(chǔ)上，增加了地圖導(dǎo)航信息、多媒體信息以及ADAS信息等。全液晶組合儀表的應(yīng)用，打破了傳統(tǒng)組合儀表結(jié)構(gòu)形式對(duì)儀表風(fēng)格的限制，通過設(shè)計(jì)多樣化的顯示界面，可以為駕駛員帶來更豐富的信息顯示、更炫酷的視覺效果、更多樣的變化風(fēng)格。近年來，各大主機(jī)廠推出的新車型也幾乎都會(huì)有全液晶組合儀表的配置，甚至有些車型全系配置全液晶組合儀表。不同的車型組合儀表在液晶屏的尺寸、形狀以及顯示界面都不完全相同，常見的全液晶組合儀表在設(shè)計(jì)過程中，通常對(duì)屏幕進(jìn)行分區(qū)，從視覺呈現(xiàn)上，為用戶在不同的區(qū)域顯示不同的信息[3-4]。為了能夠給用戶提供更多樣的信息顯示、更清晰的分區(qū)方式，本文創(chuàng)新性地提出一種三折屏組合儀表的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)方案，帶來一種全新的組合儀表顯示效果。

2 三折屏組合儀表的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為了能夠?qū)⒔M合儀表上顯示的信息更直觀、準(zhǔn)確的呈現(xiàn)給駕駛員，本文設(shè)計(jì)的三折屏組合儀表由3塊液晶屏組成，中間的液晶屏尺寸為178 mm（7寸），兩邊的液晶屏為2塊107 mm(4.2寸)液晶屏，2塊107 mm(4.2寸)的液晶屏與中間178 mm(7寸)的液晶屏呈現(xiàn)出153°的夾角，其設(shè)計(jì)3D數(shù)據(jù)如圖1所示。

圖1 三折屏組合儀表的設(shè)計(jì)3D數(shù)據(jù)

三折屏組合儀表的外表面使用鋁硅玻璃，經(jīng)熱彎工藝成型，通過高溫固化后形成所需要的形狀。在玻璃表面對(duì)其進(jìn)行AG/AR/AF鍍膜處理，使其具有防炫目、防反光、防指紋的表面效果。為保證三折屏組合儀表的一體性，應(yīng)用全貼合工藝，將3塊液晶屏與熱彎成型玻璃進(jìn)行貼合。在貼合過程中，采用點(diǎn)膠工藝來保證3塊屏幕與鋁硅玻璃貼合的完整性。三折屏組合儀表采用結(jié)構(gòu)和控制器一體式的設(shè)計(jì)方案，經(jīng)貼合后的屏幕與控制部分連接，形成三折屏組合儀表的總成。

3 三折屏組合儀表的功能及交互定義

三折屏組合儀表在物理上做了3塊液晶屏的分割，因此可以更好地對(duì)組合儀表的功能分區(qū)進(jìn)行定義，從而能夠更直觀地將信息進(jìn)行分類顯示。定義三折屏組合儀表的左側(cè)為行車電腦顯示屏，中間為行車信息顯示屏，右側(cè)為媒體信息顯示屏，如圖2所示。

三折屏組合儀表左側(cè)屏幕作為行車電腦顯示屏，主要顯示車輛的行駛狀態(tài)信息，包括行車電腦、瞬時(shí)電耗曲線、車輛狀態(tài)、胎壓信息以及歷史故障信息等。右側(cè)的屏幕作為媒體信息顯示屏，主要顯示多媒體信息，包括導(dǎo)航畫面投影、多媒體播放信息、藍(lán)牙電話信息、天氣信息等。中間屏幕作為行車信息顯示屏，主要顯示車速、檔位、電量、續(xù)駛里程、時(shí)間、駕駛模式、功率、ADAS駕駛輔助等車輛行駛過程中的關(guān)鍵信息。

三折屏組合儀表每一個(gè)屏幕的信息顯示畫面，可以通過方向盤上的控制按鍵進(jìn)行切換，用戶在實(shí)際使用過程中，可以根據(jù)自己的喜好，自由設(shè)置每一個(gè)屏幕顯示的內(nèi)容，從而最大程度地為用戶提供便利。

圖2 三折屏組合儀表的顯示內(nèi)容

4 三折屏組合儀表的硬件實(shí)現(xiàn)方案

為保證三折屏組合儀表流暢的運(yùn)行速度以及良好的圖形顯示，需要選擇一個(gè)具有較強(qiáng)圖形處理能力以及靈活接口的處理器。恩智浦(NXP)公司的i.MX 6系列應(yīng)用處理器是一個(gè)功能和性能可擴(kuò)展的多核平臺(tái)，廣泛應(yīng)用于消費(fèi)、工業(yè)和汽車領(lǐng)域，具有廣泛的集成度和節(jié)能處理能力，可勝任領(lǐng)先的3D和2D圖形及高分辨率視頻處理，從而提供一種全新水平的多媒體性能，以實(shí)現(xiàn)良好的用戶體驗(yàn)[5]。i.MX 6Dual系列具有一個(gè)雙核平臺(tái)，運(yùn)行頻率最高可達(dá)1.2 GHz，配備1 MB L2緩存、圖形硬件加速和64位DDR3或2通道、32位LPDDR2支持。i.MX 6Dual處理器具備強(qiáng)大的圖形加速能力以及靈活的接口，適用于組合儀表的設(shè)計(jì)，因此本文設(shè)計(jì)的三折屏組合儀表采用i.MX 6Dual作為核心處理單元，以達(dá)到高效的控制能力、強(qiáng)大的圖片處理能力與高清視頻呈現(xiàn)能力。

利用i.MX 6Dual實(shí)現(xiàn)的三折屏組合儀表的硬件方案架構(gòu)如圖3所示。i.MX 6Dual通過一路RGB信號(hào)驅(qū)動(dòng)中間178 mm（7寸）液晶屏，通過兩路LVDS信號(hào)驅(qū)動(dòng)兩側(cè)的107 mm(4.2寸)液晶屏。i.MX 6Dual外接一路LVDS視頻輸入，車機(jī)端的串行器將信號(hào)串行傳輸，并從儀表端的解串器轉(zhuǎn)化為LVDS信號(hào)，輸入至i.MX 6Dual中。同時(shí)采用IIC接口完成視頻控制信號(hào)的交互。通過i.MX 6Dual處理（裁剪、渲染等）之后，將RGB888格式的信號(hào)內(nèi)容傳至屏幕完成視頻或?qū)Ш酵队啊MMC用于存儲(chǔ)Linux操作系統(tǒng)的HMI APP程序；RAM為運(yùn)存，是與CPU直接交換數(shù)據(jù)的隨機(jī)存取存儲(chǔ)器。MCU作為儀表的控制系統(tǒng)用于讀取CAN數(shù)據(jù)、監(jiān)測電源信號(hào)以及其它車身信號(hào)，可做網(wǎng)絡(luò)管理、診斷、屏幕背光控制、揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)等控制功能，并將信號(hào)處理轉(zhuǎn)發(fā)或產(chǎn)生新的控制信號(hào)發(fā)送至i.MX 6Dual，以供i.MX 6Dual做出相應(yīng)的HMI響應(yīng)。其外設(shè)芯片EEPROM可存儲(chǔ)診斷、ODO、車身配置等信息，EE?PROM掉電不丟失數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)壽命長，可保證重要數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠的存儲(chǔ)。Power Module電源模塊由單片機(jī)供電并控制，作為電源管理芯片為其它的單元（顯示屏、i.MX 6Dual、各種存儲(chǔ)芯片等）分別供電，以達(dá)到如果部分單元出現(xiàn)問題，組合儀表的關(guān)鍵部分仍然能夠運(yùn)行，并且能根據(jù)反饋的故障信號(hào)進(jìn)行報(bào)警等。

圖3 三折屏組合儀表的硬件架構(gòu)

5 折屏組合儀表的軟件實(shí)現(xiàn)方案

三折屏組合儀表有2個(gè)處理器單元，分別為：MCU和i.MX 6Dual。其中MCU單元內(nèi)運(yùn)行RTOS實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，同時(shí)i.MX 6Dual內(nèi)運(yùn)行Linux系統(tǒng)，2個(gè)單元和系統(tǒng)之間，通過SPI進(jìn)行通信，各司其職，其框架如圖4所示。其中，MCU運(yùn)行的RTOS系統(tǒng)因其高穩(wěn)定、低延時(shí)、啟動(dòng)快等特點(diǎn)，負(fù)責(zé)整機(jī)的電源管理、整車網(wǎng)絡(luò)通訊、診斷、儀表指示燈點(diǎn)亮邏輯、聲音報(bào)警邏輯、行車電腦計(jì)算等主要功能。i.MX 6Dual內(nèi)運(yùn)行的Linux系統(tǒng)，通過SPI實(shí)時(shí)與MCU RTOS系統(tǒng)進(jìn)行通訊，拿到指令后，實(shí)時(shí)進(jìn)行上層UI/UE的繪制，并進(jìn)行顯示。Linux系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際功能使用進(jìn)行裁剪，保證系統(tǒng)性能穩(wěn)定、高效、可靠，使3塊液晶屏都可以實(shí)現(xiàn)60 Hz的刷新率，保證流暢的體驗(yàn)。整機(jī)搭載的內(nèi)置揚(yáng)聲器由Linux系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，可以最大程度地保證儀表報(bào)警聲音與圖標(biāo)閃爍的一致性。

三折屏組合儀表設(shè)計(jì)開發(fā)軟件采用看門狗機(jī)制，MCU系統(tǒng)可實(shí)時(shí)對(duì)Linux系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。滿足一定條件后，如Linux系統(tǒng)超時(shí)沒有給MCU系統(tǒng)回應(yīng)，即可對(duì)Linux系統(tǒng)進(jìn)行重啟操作，保證儀表系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行及自我恢復(fù)。

在三折屏組合儀表清晰的物理顯示分區(qū)的基礎(chǔ)上，Linux系統(tǒng)通過LVDS解串，從IVI的安卓系統(tǒng)獲取輔助顯示畫面，在右側(cè)屏幕上進(jìn)行實(shí)時(shí)投屏顯示，既提升了儀表內(nèi)容的豐富性，又因畫面描繪工作均由IVI進(jìn)行，不會(huì)浪費(fèi)儀表硬件資源，保證系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。

圖4 三折屏組合儀表的框架

OTA為當(dāng)代智能汽車的明顯標(biāo)志，三折屏組合儀表同樣具備該屬性。通過與IVI連接的LVDS線束，利用TI FPD-Link技術(shù)協(xié)議中的SPI通道，三折屏組合儀表可從IVI內(nèi)的OTA控制中心獲取升級(jí)包，i.MX 6Du?al完成自身升級(jí)的同時(shí)，從整包升級(jí)包中拆分出MCU的升級(jí)包，通過SPI傳輸至MCU系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)。

6 三折屏組合儀表的實(shí)物

三折屏組合儀表實(shí)物如圖5所示，按設(shè)計(jì)的顯示方案，左側(cè)行車電腦顯示屏，主要顯示車門開閉狀態(tài)、行車電腦、胎壓信息以及歷史故障信息等。右側(cè)的屏幕作為媒體信息顯示屏，其顯示內(nèi)容由IVI繪制，實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)航畫面投影、多媒體信息、藍(lán)牙電話信息、天氣信息等的顯示。中間屏幕作為行車信息顯示屏，主要顯示車速、檔位、電量、續(xù)駛里程等車輛行駛過程中的關(guān)鍵信息。三折屏組合儀表顯示分為3種顯示模式，即簡約模式、傳統(tǒng)模式和智能駕駛模式。簡約模式如圖5（a）所示，主要突出顯示車速、檔位、駕駛模式等關(guān)鍵信息。傳統(tǒng)模式如圖5（b）所示，主要顯示車速信息，增加類似傳統(tǒng)表盤的顯示方式，更直觀，更形象。智能駕駛模式如圖5（c）所示，重點(diǎn)突出智能駕駛相關(guān)信息，能夠顯示智能駕駛模式下的車道偏離、車道保持、跟車距離、駕駛模式等重要的信息。

圖5 三折屏組合儀表顯示模式

7 總結(jié)

本文提出并設(shè)計(jì)一種新型的三折屏組合儀表，并對(duì)其結(jié)構(gòu)、功能及交互方式進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)，利用i.MX 6Dual作為處理器實(shí)現(xiàn)三折屏組合儀表的硬件方案，并在i.MX 6Dual內(nèi)運(yùn)行Linux系統(tǒng)，在MCU內(nèi)運(yùn)行RTOS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)三折屏組合儀表的軟件方案。三折屏組合儀表能夠通過物理分區(qū)，實(shí)現(xiàn)信息顯示的靈活性、豐富性并避免信息顯示的無序。本文設(shè)計(jì)的三折屏組合儀表，已經(jīng)通過硬件的試驗(yàn)驗(yàn)證以及軟件的系統(tǒng)測試，并隨某車型量產(chǎn)，得到了用戶的好評(píng)，也為汽車組合儀表的設(shè)計(jì)增加了一種新的實(shí)現(xiàn)方式。

未來可以通過升級(jí)三折屏組合儀表的主控處理器來實(shí)現(xiàn)更高的處理能力、更清晰的畫面顯示以及更豐富的顯示內(nèi)容。同時(shí)，三折屏組合儀表的左右屏幕，可以作為流媒體外后視鏡的顯示屏幕，通過增加兩個(gè)外后視鏡攝像頭，實(shí)現(xiàn)流媒體外后視鏡的功能。