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车载显示屏开发

汽车工程
2014/9/2 9:47:03

      显示屏逐渐成为汽车内饰设计的重点,工程师不得不在尺寸、分辨率及周边电子设备等方面进行权衡取舍。 中控台显示屏尺寸越来越大,显示的图像越来越清晰。


消费类电子的不断发展提高了人们对汽车电子的期望,面对这种情况,汽车开发人员也不得不改变内饰的设计方式,采用更大、更高分辨率的彩色显示屏,来满足市场的需求。设计小组也在日以继夜地分析影响显示屏显示效果的因素,比如阳光、距离以及耐久性,来决定显示屏的最佳尺寸和分辨率。与此同时,他们还要考虑成本的问题。


而看惯了高清电视和其他高品质炫丽显示屏的消费者根本没法再接受低分辨率的彩色显示屏或者单色的中控台显示屏,而这些在几年前还是市场的主流配置。逼真的显示屏不仅可以满足消费者视觉刺激的需求,还可以满足他们从整个车辆大量的电子系统中获取更多信息的需求。


“可以通过显示屏获取各种信息对驾驶员掌握车速、方向以及各种警报信息来说非常关键,” 瑞萨电子(Renesas Electronics)高级产品市场经理Brian Pluckebaum 说道。“驾驶员需要在任何时候都能够看到这些信息。”



越大越好

仪表板的空间非常有限,但是大部分被平板显示屏占用。工程师在分析仪表盘和中控台显示屏要求时,他们最大的考虑因素是尺寸和分辨率。这两个方面的参数都要参考电脑和消费类电子领域的技术。

“对中控台来说,目前车型上普遍采用的4~5in VGA 显示屏从2015 年车型年开始将被10~14in HD 显示屏替代,”德州仪器(Texas Instruments)汽车连接及以太网应用经理Andrew Mclean 表示。

随着屏幕尺寸的增大,分辨率也随之提高。对仪表盘来说尤其如此,因为仪表显示屏距离驾驶员非常近,分辨率的高低会非常明显。一些供应商甚至采用了视网膜级显示屏;这种显示屏不仅分辨率高,肉眼也几乎很难分辨出一些视觉方面的瑕疵,比如锯齿边缘。

“ 对于仪表盘来说, 我们看到OEM 已经从1280×480 分辨率提升到了1920×720,到2019 年左右分辨率还会进一步提升到翻倍的程度,”飞思卡尔半导体高级产品市场经理Dan Loop 说道。“目前有些高档车已经采用了视网膜级仪表盘显示屏。”




但是对大多数主流车型来说,视网膜级显示屏并不在计划之列,这主要是因为汽车上显示屏的观看距离要大于平板电脑和手机。大多数开发人员认为目前显示屏的分辨率已经足够高了,而进一步提升带来的差别并不会被肉眼识别。但是,他们依然在寻求新的技术,可以使图像的显示效果更加出色。

“目前在汽车应用场合,一般的观看距离大约为1875px, 分辨率为170 到200dpi 之间,目前的显示屏技术可以提供的分辨率要远远大于肉眼可以分辨的程度,”伟世通显示屏子系统经理Andres Garcia Ariza 说道。“手机一般采用的分辨率为500dpi,因为类似此类的设备观看距离要近很多。或许分辨率不需要提升了,但是我们看到一个新的发展趋势,就是色彩深度逐渐从18bit 增加到24bit,这可以帮助改进彩色图像再现效果。”

提高视觉效果还涉及到图像的切换和叠加。随着驾驶员使用的应用程序逐渐增多,他们会在不同程序之间不停地切换, 而图像的切换效果就要做到更快、更平顺。而对类似导航这样的任务来说,图像的叠加可以在不影响地图显示效果的情况下增加有用的信息。

“当屏幕从一个应用切换到另外一个应用时,你需要非常好的图像切换技术,”QNX 软件系统公司高级汽车产品市场经理Andy Gryc 说道。“消费者会使用多个应用程序,而它们都采用一个屏幕。比如对导航来说,你可以采用图像叠加技术来处理类似兴趣点这样的信息,这样你就不用重新调用整个地图了。”

图像微控制器的选择标准也在发生变化。原始速度的重要性在下降,取而代之的是绘图能力。

“处理器的速度并不是首要选择标准,帧率大小更有吸引力,”Nvidia 公司汽车业务高级总监Danny Shapiro 说道。“汽车厂商的最低要求是每秒30 帧,甚至60 帧。”




其他因素

显示屏的选择标准不仅仅局限于尺寸和分辨率。汽车产品的生命周期要远远大于平板电脑和笔记本电脑,而耐用性方面的标准也非常严苛。


“汽车显示屏在亮度、温度、夜间/ 日间设置以及安全性——包括玻璃破裂等方面有较高的要求,”Wind River 公司汽车产品线经理Franz Walkembach 表示。“此外,显示屏要能够在零下20 到零上80 摄氏度之间正常工作。有的显示屏甚至还有特殊的加热装置,让显示屏在温度较低的工作环境中可以快速地反应。”


这些独特的要求将汽车上的显示屏与平板电脑和笔记本电脑用的显示屏完全区分开来。其中在安全性方面的要求对汽车制造商来说尤其重要。



“汽车用显示屏不仅要耐用,还要具有足够的灵活性,在发生前方碰撞的情况下能够溃陷,”伟世通显示屏技术专家Paul Weindorf 说道。“这对独立的信息显示屏来说非常具有挑战性。一般来说,显示屏的表面有涂有硬质涂层的塑料膜,或者在玻璃前面有一个框,可以确保前方碰撞要求得到满足。”


在某些情况下,这些膜和框不仅可以提供保护还可以提供触摸感应。撇开功能不看,额外增加的这些保护层都不能够太重。在面对严苛的企业平均燃油经济性法规面前,工程师甚至连显示屏电路板的重量也不轻易放过。


“一些较大的显示屏所采用的相对较重的玻璃保护层和电子部件不利于燃油经济性的提升,”Mclean 说道。


汽车开发人员希望提高显示屏的保护,但是额外增加的保护层还不能影响显示屏的可视度。即使在阳光照射到显示屏的情况下,驾驶员也要能够清晰地看到图像。与此同时,提高显示屏亮度还不能够消耗太多的能量。


“能耗和亮度是两个关键的考虑因素,”Pluckebaum 说道。“能耗的担心主要来自于漏电(与屏幕亮度无关) 以及对汽车蓄电池电量的消耗。亮度的担忧来自于车内光线情况。在某些时候,有些商用车司机很难看清车内显示屏,主要因为太阳光照的原因。”


 伟世通公司Weindorf 说道:“汽车上显示屏的亮度是消费类显示屏亮度的两倍。不过汽车具有的优势是它在电能供应上没有问题,因为它对电池的依赖性没有平板电脑那么强。”


将手机连接到车内显示屏上

随着车内显示屏变得越来越复杂,将什么内容显示在中控台上逐渐成为汽车厂商关注的问题。在OEM 决定驾驶员可以采用哪些手机应用程序的同时,他们还要考虑采用哪种技术,将智能手机屏幕内容共享到中控台的显示屏上。


屏幕共享有很多方式。由车载连接联盟(Car Connectivity Consortium) 开发的MirrorLink 标准与由Wi-Fi 联盟(Wi-Fi Alliance)制订的Miracast 协议是两个主要的彼此竞争的技术。除此此外还有谷歌在安卓及苹果在iOS 平台上提供的屏幕共享技术,以及其他一些公司提供的独有技术。汽车制造商及供应商必须决定他们要支持和推广哪种技术。


“无论是Miracast、安卓还是苹果的iOS 都具有一定的灵活性,”飞思卡尔半导体高级产品市场经理Dan Loop 说道。“汽车企业都要将这些选择考虑在内,而且还要关注一些新的可能性,因为说不定智能手机技术领域就会有其他一些创新。这也意味着汽车企业要提供足够的CPU 性能,为他们无法预计的新技术的应用做好准备。”


为了简化应用,OEM 可能支持的屏幕共享技术不会很多。一级供应商会努力进行技术开发,满足OEM 在这方面的需求。而芯片制造商可以采取更加广泛的方式,提供软件产品,让他们的设备更加简单易用。


“ 我们针对Miracast、MirrorLink 及其他一些连接标准正在开发支持软件,”瑞萨电子高级产品市场经理Brian Pluckebaum 说道。“瑞萨认为MirrorLink 有望成为一个几近通用的标准。”


 虽然目前看来MirrorLink 支持者众多,但是也有人怀疑这种标准是否能够成为唯一一个具有支配地位的技术。这主要是因为手机制造商并不擅于通过合作的方式主动推进标准的采用。


“MirrorLink 并不会成为一个几近通用的标准,除非苹果公司决定采用它,”伟世通电子产品规划经理Upton Bowden 说道。“历史上看,苹果并不会选择采用这些标准,而是开发专有的苹果版本的产品。如果苹果不支持的话,市场上较大一部分手机就不会支持MirrorLink 标准,那么就很难称其为几近通用的标准。”


除此之外,安卓手机制造商是否会采用MirrorLink 标准也存在一定的疑问,最新版本的安卓系统便嵌入了屏幕共享功能。诚然,屏幕共享还面临许多技术和商业方面的问题,而手机和车辆显示屏之间的任何连接方式还将牵涉另外一个潜在的问题——安全性。


“有关屏幕共享的真正问题主要来自于对驾驶员注意力的影响,”Bowden 说道。


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