Giải pháp Integrated Cockpit và Hypervisor trong Automotive

    Để có thể hiểu công nghệ Integrated CockpitHypervisor ứng dụng trong Automotive như thế nào thì đầu tiên mình sẽ giới thiệu cho ae hiểu về hệ thống thông tin giải trí, trợ lái trên xe ô tô là gì và bao gồm những gì.

Hệ thống thông tin giải trí (Infotainment and Driver Information) và hỗ trợ lái xe trên ô tô bao gồm các thành phần chính là IVI (Head Unit), Instrument Cluster, HUD (Head Up Display), RSE (Rear Seat Entertainment), TelematicsADAS (Advanced Driver Assistance Systems). Sau đây chúng ta sẽ cùng điểm qua từng thành một.


IVI (In-Vehicle Infotainment)

IVI hay còn gọi là Head Unit hoặc AVN (Audio Video Navigation) là hệ thống thông tin giải trí gồm các chức năng chính là các ứng dụng Radio, Audio, Video, Camera, Navigation – chức năng định vị, dẫn đường, ngoài ra còn có các chức năng kết nối, đồng bộ và sử dụng các ứng dụng của điện thoại qua Bluetooth, USB, Wifi. Người dùng có thể tương tác với Head Unit chủ yếu qua màn hình cảm ứng, nút cứng hoặc điều khiển bằng giọng nói (mức độ thông minh và khả năng tương tác qua giọng nói của Head Unit thì đương nhiên là tỷ lệ thuận với độ sang chảnh của xe, xe cùi thì tất nhiên là cù lần hơn).

Các tính năng khác tùy vào từng hãng xe cũng như từng phân khúc xe cụ thể như:

  • Kết nối và sử dụng các ứng dụng trên điện thoại trực tiếp trên Head Unit thông ứng dụng CarPlay (với điện thoại iPhone) và Android Auto (với điện thoại chạy Android). Ngoài ra một số xe còn có tính năng MirrorLink hoạt động tương tự như CarPlay và Android Auto và nó có thể kết nối với điện thoại có hỗ trợ MirroLink (hiện giờ chỉ có các hãng điện thoại Android mới hỗ trợ MirroLink)
  • Miracast – chuẩn kết nối không dây cho phép chiếu màn hình một thiết bị di động (điện thoại, máy tính bảng) lên màn hình của Head Unit mà không cần một sợi cáp nào.
  • Setting các chế độ tự động của gương, cửa, cần gạt nước, đèn,… Thậm chí với các dòng xe cao cấp có tính năng trợ lái nâng cao (ADAS) thì chúng ta có thể cấu hình các chế độ cho ADAS thông qua Head Unit.
  • Trợ lý ảo bằng giọng nói giống kiểu Siri và Google Assistant. Virtual Assistant có thể nói chuyện với driver, hiểu driver muốn gì và thực hiện theo ý muốn của driver như gọi điện thoại, mở Radio, Video, search đường đi tối ưu, tra cứu thông tin thời tiết, điều chỉnh điều hòa, mở cửa kính, …
  • Hiển thị Camera 360 giúp chuyển hướng và đậu xe an toàn, thuận tiện hơn

Hiện tại hệ thống IVI thường được xây dựng trên các hệ điều hành như Linux, QNXAndroid Automotive.


Instrument Cluster (hệ thống hiển thị thông tin cụm đồng hồ)

Instrument Cluster (gọi tắt là Cluster) là hệ thống hiển thị thông tin cụm đồng hồ trước mặt người lái. Các thông tin hiển thị trên Cluster bao gồm:

  • Tốc độ vòng tua máy (RPM) / Tốc độ xe (Speed)
  • Tổng quãng đường xe đã chạy (ODO) / Quãng đường xe đã chạy trên một hành trình (TRIP)
  • Thông tin về mức nhiên liệu còn trong xe, nhiệt độ ngoài trời, mức tiêu thụ nhiên liệu trung bình,
  • Hệ thống đèn báo (telltales):
    • Đèn báo chế độ lái: Eco/Normal/Sport
    • Đèn báo trạng thái đèn chiếu xa/gần
    • Đèn cảnh báo cửa chưa đóng, cảnh báo chưa thắt dây an toàn
    • Đèn báo đang ở chế độ Parking
    • Đền báo lỗi động cơ, lỗi acquy
    • etc.
  • Với một số dòng xe sang như Mercedes, Audi, BMW, Volkswagen, etc. thì Cluster còn có thể hiển thị bản đồ 3D, thông tin Multimedia

Hiện này có 2 loại Cluster chính là →

  • Hybrid: Kết hợp giữa đồng hồ vật lý (hiển thị speed, rpm), hệ thống đèn LED (telltale) cảnh báo và màn hình LCD TFT hiển thị các thông tin còn lại
  • Full Digital: Tất cả thông tin đều hiển thị trên màn hình LCD kích thướng lớn

HUD – Head Up Display

HUD là hệ thống hệ thống hiển thị các thông tin lên kính chắn gió trước mặt lái xe, giúp cho lái xe vẫn có thể xem được một số thông tin mà không cần rời mắt khỏi con đường phía trước, nâng cao sự an toàn. Một số thông tin chính thường được hiển thị bởi HUD là tốc độ xe, vận tốc vòng tua máy, biển báo giao thông, dẫn đường, etc.


RSE (Rear Seat Entertainment)

Hệ thống thông tin giải trí cho hàng ghế phía sau. Thường chỉ có với những xe sang (phân khúc D trở lên), mỗi ghế trước sẽ gắn một màn hình đằng sau để phục vụ cho người ngồi sau, màn hình này sẽ có tính năng chơi Audio, Video, có thể là qua USB, DVD và thậm chí là Bluetooth. Ngoài ra cũng có thể có thêm các tính năng kết nối với mobile để streaming nội dung multimedia từ mobile lên RSE.


ADAS (Advanced Driver Assistance Systems)

Là thống hỗ trợ lái xe, tăng tính an toàn, hệ thống này phân tích các tín hiệu đầu vào như Sensor, Camera, Radar, LiDAR, sóng siêu âm, etc. sau đó sử dụng các thuật toán chuyên sâu để xử lý dữ liệu và đưa ra các action tác động lện hệ thống lái, hệ thống cân bằng, giúp xe tránh được các va chạm và tai nạn. Các tính năng mà ADAS cung cấp phổ biến hiện nay có thể kể đến như hỗ trợ giữ làn (LKAS), cảnh báo lệch làn (LDWS), cảnh báo điểm mù (Blind Spot Monitoring), hỗ trợ đỗ xe (PAS), tự động đỗ xe (Auto Park), tự động giữ khoảng cách với xe phía trước (Adaptive Cruise Control), phanh khẩn cấp (Emergency Braking), etc.

Telematic

Là hệ thống có nhiệm vụ kết nối trao đổi thông tin giữa xe với thế giới bên ngoài, có thể là giữa xe với xe (V2V – Vehicle to Vehicle), giữa xe với cơ sở hạ tầng và dịch vụ xung quanh (V2I – Vehicle to Infrastructure), giữa xe với Cloud Server (V2N –  Vehicle to Network), giữa xe với người đi bộ (V2P – Vehicle to Pedestrian), etc. Telematic đã được ứng dụng trong việc chuẩn đoán từ xa, cứu hộ tai nạn, thu phí đường bộ, tìm bãi đỗ xe, thành toán phí trông giữ xe một cách tự động, etc. Trong tương lại gần telematic sẽ ứng dụng rộng rãi để tối ưu hóa việc giao thông, phòng tránh va chạm, tìm đường thông minh và các dịch vụ khác, nâng cao tính án toàn và tiện nghi cho người sử dụng xe và cho cộng động xung quanh.

Chém sơ sơ thế chắc là đủ rồi, nếu cần tìm hiểu thêm các bạn có thể tự google được.


Theo cách design truyền thống thì các hệ thống này sẽ chạy trên các ECU độc lập, sử dụng bo mạch riêng, nguồn riêng và cùng kết nối vào mạng network trên xe (Gateway) để trao đổi data thông qua các protocol như CAN, LIN, FlexRay, etc. Và các nhà sản xuất xe (OEM) thường thuê các vendor khác nhau để phát triển các hệ thống này sau đó tích hợp lại. Nhược điểm của cách design này là làm hệ thống điện-điện tử phức tạp, trải nghiệm người dùng không được nhất quán.

Hiện nay có một số OEM đang nghiên cứu, một số OEM khác đã design theo hướng mới, solution mới này có term là Integrated Cockpit. Trong Integrated Cockpit solution thì 2 hoặc nhiều ECUs trong số Infotainment, HUD, Cluster, Telematic, đôi khi có thêm cả ADAS sẽ được kết hợp lại với nhau, chạy trên cùng một ECU, share nhau Memory, CPU, Camera, etc.

Sự kết hợp ở đây có thể là →

  • IVI + Cluster
  • IVI + RSE
  • IVI + Cluster + RSE
  • IVI + Cluster + HUD
  • IVI + Cluster + HUD + RSE
  • IVI + ADAS
  • Etc.

Do các hệ thống này có các yêu cầu về Functional Safety khác nhau, nên để isolate các hệ thống này với nhau, không gây ảnh hưởng đến Functional của nhau thì technology được sử dụng ở đây là Hypervisor. Và tất nhiên là ECU này phải có chip đủ mạnh để có thể cùng lúc chạy nhiều OS.

Hypervisor là một software layer nằm giữa OS và Hardware, nhờ có Hypervisor mà các nhiều OS có thể chạy trên cùng một ECU trong khi vẫn đảm bảo các OS đó hoạt động độc lập như chạy trên các phần cứng khác nhau. Nhờ đó mà các safety critical systems như Cluster, ADAS có thể tích hợp cùng non safety-critical system như IVI, RSE. Ưu điểm của cách tiếp cận này là làm giảm độ phức tạp và giảm cost về hardware, cải thiện sự nhất quán về cách design của các hệ thống con, tăng trải nghiệm người dùng. Tuy nhiên cũng có ý kiến cho rằng cách tiếp cận này làm tăng độ phức tạp về software vì có thêm Hypervisor software layer, về phía OEM thì lại tăng thêm một vendor trong chuỗi cung ứng phần mềm. Mình đã từng tham dự Technical workshop do nhà sản xuất chip Telechips tổ chức, vision của họ là anti hypervisor, họ hướng tới giải pháp chạy nhiều OS, nhiều hệ thống trên cùng một SoC của họ, đảm bảo các hệ thống hoạt động độc lập nhưng không dùng Hypervisor.

Nói chung là cái dell gì cũng có 2 mặt, chúng ta phải tradeoff tùy theo từng tính huống và môi trường cụ thể, mà thôi, đó là việc của các OEM, ở đây chúng ta chỉ chém về technology mà thôi. Dưới đây là danh sách một số các vendor cung cấp giải pháp cho Hypervisor, kèm theo đó là thông tin về SoC/MCU mà vendor đó support →


Một số Integrated Cockpit concept

Concept của Samsung & HARMAN

Concept của Volkswagen

Concept của Mercedes


Một số dòng xe đang ứng dụng công nghệ Hypervisor

 

—  Phạm Minh Tuấn (Shun) —