如何理解智能座艙中的功能安全

智能座艙這個(gè)名詞如今被越來越多的非汽車行業(yè)人員所知曉，其配置成為近九成國內(nèi)用戶在購車時(shí)考慮的關(guān)鍵要素。大屏顯示、語音控制、智能表面、零重力座椅、OTA升級等等亦成為各大車企差異化和主要賣點(diǎn)。根據(jù)億歐智庫調(diào)研顯示，在25-35歲年齡段當(dāng)中，有79.1%的用戶將座艙智能化體驗(yàn)視為其購車的參考因素。而根據(jù)IHS發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，2021年搭配智能座艙的新車在國內(nèi)的滲透率為53.3%，預(yù)計(jì)2025年將提升至75.9%，高于全球市場的滲透率。同時(shí)，在國內(nèi)消費(fèi)者購車的關(guān)鍵因素中，座艙智能科技水平是僅次于安全配置的第二大關(guān)鍵因素，重要程度超過動(dòng)力、價(jià)格、能耗等因素，且國內(nèi)消費(fèi)者對于座艙智能科技的關(guān)注度要高于美國、日本、英國等多個(gè)國家。智能座艙已經(jīng)成為消費(fèi)者的“第三生活空間”。例如某款新車采用了多屏交互模式，且標(biāo)配超大尺寸HUD，中控屏、副駕娛樂屏、后艙娛樂屏采用三個(gè)OLED屏，進(jìn)一步提升車內(nèi)視聽和娛樂的體驗(yàn)。本期我們邀請了兩位行業(yè)資深專家，一起來聊聊智能座艙BIGA

問：智能座艙中的功能安全體現(xiàn)在哪里？汽車功能安全源自工業(yè)功能安全，自2011年第一版標(biāo)準(zhǔn)誕生至今已有12年，目的在于通過系統(tǒng)性的方法論，準(zhǔn)確、完整地識別出產(chǎn)品全生命周期中的系統(tǒng)性失效和隨機(jī)硬件失效，開發(fā)相關(guān)安全措施以提高車輛使用過程的安全性和可靠性。關(guān)于智能座艙，每家車企的定義都不盡相同，關(guān)注點(diǎn)也差異明顯。這里引用蓋世汽車的定義，智能座艙是指搭載先進(jìn)的軟硬件系統(tǒng)，具備人機(jī)交互、網(wǎng)聯(lián)服務(wù)和場景拓展三大能力，為駕乘人員提供安全、智能、高效、愉悅等綜合體驗(yàn)的移動(dòng)空間。根據(jù)以上定義，智能座艙首先要具有人機(jī)交互能力，而屏幕顯示又是人機(jī)交互重要的手段之一，這也就是為什么主機(jī)廠把大屏，多屏作為提升座艙科技感的主要原因。屏幕上顯示的內(nèi)容越來越多，其中不乏車輛運(yùn)行狀態(tài)，駕駛員警示信息，車外交通標(biāo)志等影響行車安全的信息，如何讓這些信息正確、及時(shí)地顯示，是功能安全在屏幕顯示功能上需要解決的問題。人機(jī)交互的另一個(gè)方面是指令輸入，為了美觀、簡約、節(jié)省成本，很多主機(jī)廠都選擇了優(yōu)化傳統(tǒng)物理按鍵，將按鍵變?yōu)橛|摸形式，融合在內(nèi)飾表面里。手機(jī)觸摸大家已經(jīng)習(xí)以為常了，但車上的觸摸按鍵如何在行車過程中正確地感知駕乘人員的操作意圖，在可靠觸發(fā)的同時(shí)做到防止誤觸，是功能安全在觸摸按鍵功能上需要解決的問題。智能座艙的場景拓展功能也是其有別于傳統(tǒng)座艙的亮點(diǎn)之一。一些主機(jī)廠開發(fā)出迎賓模式，方便了駕駛員上下車，零重力座椅的出現(xiàn)給人們提供了更加舒適的乘坐體驗(yàn)。座椅作為座艙中最主要的部件，越來越多地參與到智能座艙功能中來，成為整部車體現(xiàn)高級感的關(guān)鍵因素之一。如何在場景變換過程中，安全地移動(dòng)、調(diào)整座椅，是功能安全在座椅控制功能上需要解決的問題。典型智能座艙安全功能方案針對上面舉例的3個(gè)智能座艙中安全相關(guān)的功能，這里簡述各自的安全方案。屏幕顯示功能傳統(tǒng)的與行車安全相關(guān)的信息更多是以Telltale的形式在儀表上顯示，Telltale則是通過不同顏色的LED實(shí)現(xiàn)的。通過檢測相關(guān)LED的電壓、電流可以知道其工作狀態(tài)，從而提高對LED失效的診斷覆蓋率。而如今幾乎所有的智能座艙對駕駛信息的顯示，不論是通過獨(dú)立儀表還是合并在中控屏中，都是采用全液晶顯示屏來實(shí)現(xiàn)的。為了介紹液晶屏幕顯示功能的安全方案，這里假定：1）Item是駕駛信息顯示系統(tǒng)，見下圖；2）安全功能是正確地顯示來自其他整車系統(tǒng)關(guān)于行車安全的相關(guān)信息；3）安全等級為ASILB。下圖簡述了屏幕顯示功能的安全方案。由于圖像處理器SoC是QM的，無法保證輸出的儀表圖像信號滿足ASIL，所以方案中讓MCU1將從整車接收到的欲顯示的Telltale信息通過獨(dú)立通道發(fā)送至顯示屏，再由圖像校驗(yàn)IC根據(jù)此信息取出預(yù)存的Telltale圖像與從SoC收到的Telltale圖像信號進(jìn)行比較，結(jié)果一致則進(jìn)行顯示，不一致則進(jìn)入安全狀態(tài)。觸摸按鍵功能傳統(tǒng)的按鍵是以機(jī)械觸點(diǎn)的接觸或斷開將不同阻值的電阻接入檢測電路，以不同電阻值區(qū)分不同的按鍵狀態(tài)，根據(jù)按鍵功能ASIL等級不同可能還需加入冗余設(shè)計(jì)，提高按鍵狀態(tài)和失效模式的診斷覆蓋率。但觸摸按鍵不同，現(xiàn)在絕大多數(shù)觸摸按鍵都是在按鍵區(qū)域下布置電容膜片，通過檢測膜片的電容變化量來判斷按鍵狀態(tài)。同樣，為了介紹觸摸按鍵功能的安全方案，這里假定：1）Item是座艙內(nèi)某一觸摸按鍵總成，見下圖；2）安全功能是正確地將駕乘人員對按鍵的操作意圖傳遞至下游控制器；3）安全等級以具體按鍵功能為準(zhǔn)。下圖簡述了觸摸按鍵功能的安全方案。僅使用觸摸膜片感應(yīng)按鍵狀態(tài)很容易引起誤觸，這里應(yīng)用了按鍵檢測原理的非同質(zhì)冗余，在電容檢測的基礎(chǔ)上加入了壓力檢測，只有當(dāng)觸摸膜片和壓力傳感器同時(shí)檢測到有效觸控后，才會判斷為按鍵激活，提高了觸摸按鍵操作的安全性和可靠性。同時(shí)需要在發(fā)送按鍵狀態(tài)信號時(shí)加入E2E保護(hù)，確保傳輸過程中的安全完整性。座椅控制功能座椅控制的情況與前兩種功能不太一樣。前兩種功能是因?yàn)閷?shí)現(xiàn)形式改變，造成功能安全方案發(fā)生變化，以覆蓋新器件的各種失效模式，而座椅控制則是在安全功能上有所增加。傳統(tǒng)座艙中座椅控制的安全功能一般只針對駕駛座位，防止行車過程中座椅非預(yù)期地移動(dòng)，影響行車安全；智能座艙中由于場景切換需求，某些座椅會長距離移動(dòng)、折疊，在此過程中要防止夾傷其他座椅上的人員。這里針對零重力座椅控制功能，假定：1）Item是零重力座椅控制系統(tǒng)，見下圖；2）安全功能是防止座椅在零重力乘坐場景切換過程中夾傷其他座椅上的人員；3）安全等級為ASILA。下圖簡述了零重力座椅控制功能的安全方案。根據(jù)主機(jī)廠選擇的方案不同，一般具有零重力功能的座椅會選擇副駕或者第二排座椅。在座椅進(jìn)入零重力模式后，因?yàn)樾枰o乘客一個(gè)舒展的姿勢，座椅本身會前/后移動(dòng)到指定位置，靠背會向后大角度打開，為了防止擠壓到其他座位上的乘客，造成傷害，這里采用了2個(gè)防夾傳感器分別監(jiān)控座椅滑動(dòng)與靠背展開。當(dāng)檢測到相關(guān)電機(jī)堵轉(zhuǎn)后，立即停止調(diào)整并反向轉(zhuǎn)動(dòng)，使乘客脫困。

問：智能座艙的關(guān)鍵技術(shù)有哪些？智能座艙的關(guān)鍵技術(shù)可以分為四個(gè)部分：第一部分是座艙的整體結(jié)構(gòu)，包括座椅、方向盤、儲物箱的智能化。能識別駕駛員的座椅、可伸縮折疊的方向盤、多功能智能儲物箱、后排座椅的大范圍調(diào)節(jié)等，可以根據(jù)乘客調(diào)整不同場景的使用需求。第二部分是智能傳感器技術(shù)。座艙內(nèi)的傳感器能識別座艙內(nèi)設(shè)備的工作狀態(tài)，駕駛員和乘客的身體和情緒狀態(tài)、座艙內(nèi)溫度、濕度、燈光、空氣清新程度等。第三部分是人機(jī)交互技術(shù)。汽車具備智能的人機(jī)交互，如語音、手勢、圖像及其他生物特征的交互。如車上人員可以通過語音或者手勢，向車輛發(fā)生控制、詢問以及娛樂互動(dòng)等信息，車輛也可以通過語音播報(bào)、回復(fù)問詢和娛樂互動(dòng)，并進(jìn)行主動(dòng)安全駕駛預(yù)警；車輛可以通過駕駛員的生物特征，做身份識別和個(gè)性化配置，通過監(jiān)測駕駛狀態(tài)和健康信息，進(jìn)行主動(dòng)安全的預(yù)警和防護(hù)等。第四部分是網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)。智能座艙必須支持多元異構(gòu)化通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸和管理，為車輛提供多網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)接入能力，實(shí)現(xiàn)車輛自身數(shù)據(jù)與外界數(shù)據(jù)的融合交互。如通過車聯(lián)網(wǎng)和5G實(shí)現(xiàn)車輛與云端交通生態(tài)的信息傳遞；利用車載WiFi/藍(lán)牙/UWB等實(shí)現(xiàn)設(shè)備互聯(lián)互動(dòng)，手機(jī)的無縫接入和智能接聽等。

問：如何看待自動(dòng)駕駛與智能座艙的關(guān)系？關(guān)于自動(dòng)駕駛和智能座艙這兩者的關(guān)系，一直是業(yè)內(nèi)的爭論話題，其實(shí)汽車的自動(dòng)駕駛程度越高，智能座艙所能發(fā)揮的空間也就越大，而且只要駕駛員還需要全神貫注、手握方向盤、目視前方地開車，那智能座艙所能發(fā)揮出的能力就會受到限制，因此自動(dòng)駕駛是智能座艙的基礎(chǔ)前提，自動(dòng)駕駛的核心層級比智能座艙要高。這也是很多車企，堅(jiān)持自動(dòng)駕駛?cè)珬Ｗ匝?，而智能座艙往往會以?gòu)建汽車開發(fā)者生態(tài)的模式，以整車技術(shù)架構(gòu)主導(dǎo)者的身份，與大量領(lǐng)域不同、能力各異的大小供應(yīng)商協(xié)同完成。所以智能座艙想要迎來真正顛覆式的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)汽車變成智能移動(dòng)空間的愿景，大前提是自動(dòng)駕駛已經(jīng)到了很高的程度，而表征則是乘坐舒適性與家媲美、人機(jī)交互體驗(yàn)與消費(fèi)電子相當(dāng)、萬物互聯(lián)打通所有智能終端。值得關(guān)注的是自動(dòng)駕駛有可能與智能座艙齊頭并進(jìn)，互為補(bǔ)充。比如智能座艙中的后視攝像頭可以用于自動(dòng)駕駛輔助判斷后方來車，自動(dòng)駕駛的行進(jìn)速度、剎車力度可以來自于智能座艙中駕駛員的習(xí)慣特征提取，用以提升駕駛員的舒適度。當(dāng)自動(dòng)駕駛收到技術(shù)限制出現(xiàn)故障時(shí)，智能座艙如何能讓駕駛員迅速接手并規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，也是值得研究的課題，這需要自動(dòng)駕駛和智能座艙的信息傳遞和控制轉(zhuǎn)移。如果自動(dòng)駕駛和智能座艙能夠互為補(bǔ)充和監(jiān)督，在安全領(lǐng)域我們也可以認(rèn)為能達(dá)到某種程度的組合安全，提升了智能汽車的安全等級。

問：智能座艙未來會如何發(fā)展？如今中國的汽車行業(yè)“卷”得飛起，智能座艙又是主戰(zhàn)場之一。各大主機(jī)廠和供應(yīng)商絞盡腦汁想出各種新功能、新場景、新方案，讓座艙看起來更高級，更具科技感，給客戶更加新奇、舒適、便利、個(gè)性化的用車體驗(yàn)，我認(rèn)為所有這一切都要以安全為基礎(chǔ)，沒有人會為不安全的產(chǎn)品買單。比如，隨著新版GB15084《機(jī)動(dòng)車輛間接視野裝置性能和安裝要求》于今年7月1日起正式實(shí)施，電子外后視鏡取代傳統(tǒng)外后視鏡成為合法，相信未來大街上會見到越來越多的安裝著電子外后視鏡的車輛，而座艙內(nèi)也會多出兩塊用于顯示車輛外側(cè)環(huán)境