HMI改變了我們與車輛的互動(dòng)方式

隨著汽車配備更復(fù)雜的信息娛樂、通信和ADAS控制功能，HMI已成為駕駛員和乘客的主要控制面板。

介紹

人機(jī)界面 （HMI） 在新車型中已無處不在。最初用作汽車收音機(jī)和盒式磁帶/ CD娛樂裝置的替代品，他們迅速增加了衛(wèi)星導(dǎo)航功能，將其變成信息娛樂系統(tǒng)。設(shè)計(jì)各不相同，有些選擇平板電腦式的橫向顯示屏，而另一些則無縫集成到車輛的儀表盤中。通常，它們共享我們的智能手機(jī)和平板電腦使用的時(shí)尚玻璃觸摸屏顯示方法，使HMI感覺熟悉且易于使用。如今，信息娛樂系統(tǒng)通過Android Auto和Apple CarPlay等應(yīng)用程序進(jìn)一步集成了智能手機(jī)功能。隨著技術(shù)不斷添加到我們的車輛中，從高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng) （ADAS） 到改變內(nèi)飾照明的顏色，信息娛樂 HMI 已成為車輛駕駛艙和控制機(jī)制的核心部分。集成更多控制功能的舉措還使汽車制造商能夠從儀表板上移除傳統(tǒng)的機(jī)械按鈕和開關(guān)，從而進(jìn)一步提升車輛內(nèi)部設(shè)計(jì)的時(shí)尚美感。在這里，我們將介紹各種汽車HMI用戶界面以及它們對駕駛員用戶體驗(yàn)的意義：

汽車HMI設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素

汽車HMI的設(shè)計(jì)有幾個(gè)主要要求，其中安全性是最重要的。對于HMI，安全性包括防止駕駛員分心。通過HMI隨時(shí)訪問大量功能和特性可能會(huì)導(dǎo)致駕駛員暫時(shí)將視線從道路上移開，選擇不同的音樂曲目或閱讀短信。HMI用戶界面（UI）的設(shè)計(jì)應(yīng)該直觀且易于操作，以便駕駛員只會(huì)在絕對最短的時(shí)間內(nèi)分心。汽車HMI特定標(biāo)準(zhǔn)的制定仍處于起步階段。但是，國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 15005：2017規(guī)定，1.5秒的注視時(shí)間應(yīng)足以讓駕駛員從車輛的運(yùn)輸信息和控制系統(tǒng)中收集信息。一些HMI在車輛行駛時(shí)監(jiān)控駕駛員的互動(dòng)。如果駕駛員花費(fèi)太多時(shí)間選擇不同的功能或訪問特定功能（例如新聞標(biāo)題），HMI 會(huì)向駕駛員發(fā)出警告。在這種情況下，觸摸屏可能是輸入法，盡管對于某些功能，使用語音助手將是更安全的選擇。

采用HMI的另一個(gè)驅(qū)動(dòng)因素是需要為許多復(fù)雜的功能提供更直接的界面。這一要求適用于半自動(dòng)和全自動(dòng)駕駛汽車，其中所需的控制與人類駕駛員所需的控制非常不同。同樣，化石燃料動(dòng)力汽車的儀表和刻度盤與電動(dòng)或混合動(dòng)力汽車所需的儀表和刻度盤不同。LCD觸摸屏提供了一個(gè)極其靈活的HMI，可以在其上創(chuàng)建信息豐富且易于操作的直觀UI。整體用戶體驗(yàn) （UX） 經(jīng)過精心規(guī)劃和設(shè)計(jì)，可產(chǎn)生引人入勝的可視化架構(gòu)，從而簡化導(dǎo)航。

對于汽車制造商來說，HMI提供了一種將其車輛平臺(tái)與其他制造商的平臺(tái)區(qū)分開來的方法。UX在這方面起著很大的作用，其中標(biāo)準(zhǔn)UI是在制造商的所有不同車輛品牌中開發(fā)的。開發(fā)自定義圖標(biāo)、符號(hào)和字體對嵌入式開發(fā)人員來說可能是一件苦差事。盡管如此，消費(fèi)者對這一細(xì)節(jié)的關(guān)注很容易進(jìn)行比較和對比，并且越來越多地成為車輛選擇過程的一部分。

對于車主來說，靈活的HMI允許個(gè)性化車輛的各種功能，創(chuàng)造適合他們心情和未來旅程長度的體驗(yàn)，并將制造商的品牌體驗(yàn)帶入生活。舒適性和內(nèi)部照明控制是流行的個(gè)性化功能，駕駛模式（正常、環(huán)保、運(yùn)動(dòng)等）也是如此，在高端品牌中，懸架的堅(jiān)固性也是如此。

人機(jī)界面技術(shù)

HMI 設(shè)計(jì)器具有各種久經(jīng)考驗(yàn)的技術(shù)，可以在這些技術(shù)上構(gòu)建和控制 UI。投射電容式觸摸 （PCAP） 傳感控制是常態(tài)，緊隨其后

通過語音操作控制。與這些輸入方法相輔相成的是觸覺、手勢（觸摸和空中）、接近和力檢測、眼動(dòng)追蹤和機(jī)器學(xué)習(xí)。

語音識(shí)別

基于機(jī)器學(xué)習(xí)的語音識(shí)別應(yīng)用程序的使用預(yù)計(jì)將在未來幾年顯著增長。研究公司Tractica的估計(jì)預(yù)測，基于人工智能的語音智能助手將在HMI中發(fā)揮重要作用，到2025年，全球市場價(jià)值將達(dá)到46億美元。在短短幾年內(nèi)，80%的車載HMI將集成語音識(shí)別系統(tǒng)，這還不包括谷歌語音和蘋果Siri等智能手機(jī)助手應(yīng)用程序。語音命令最常用于控制媒體播放器，在導(dǎo)航功能中設(shè)置所需的目的地，以及操作連接的智能手機(jī)進(jìn)行通話。隨著機(jī)器學(xué)習(xí)算法的進(jìn)步，語音識(shí)別將足夠可靠，可以控制ADAS功能和舒適控制。高性能汽車級(jí)應(yīng)用處理器和推理引擎的可用性將允許使用更復(fù)雜的自然語言算法，這些算法更容易適應(yīng)區(qū)域口音和更全面的語音范圍。除了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)之外，數(shù)字語音處理技術(shù)還將有助于消除其他車輛乘員的背景噪音、輪胎和風(fēng)噪聲，并拒絕來自無線電節(jié)目和其他媒體來源的虛假命令。語音 UI 還需要可配置的語音輸出，用于確認(rèn)語音命令、提出相關(guān)問題和其他雙向?qū)υ?。從安全角度來看，使用語音控制非常有意義，可以讓駕駛員將視線放在道路上，而不是被觸摸屏上的選項(xiàng)分散注意力。

觸摸控制

投射電容式觸摸技術(shù)非常先進(jìn)，能夠管理大型顯示表面。例如，特斯拉使用15英寸縱向觸摸屏。屏幕需要適應(yīng)從明亮的陽光到黑暗的各種環(huán)境光線條件。高對比度、高亮度的顯示面板對于成功部署 UI 至關(guān)重要。不建議在車輛中使用小型觸摸屏，因?yàn)樗鼈兛赡軙?huì)分散駕駛員的安全交互的注意力。也就是說，一次顯示太多信息的大屏幕同樣會(huì)分散駕駛員的注意力。UI/UX 設(shè)計(jì)至關(guān)重要，需要經(jīng)驗(yàn)豐富的團(tuán)隊(duì)了解駕駛員如何以最小的干擾與 UI 交互。安全性和可用性至關(guān)重要。PCAP功能通常集成到微控制器或應(yīng)用處理器中。多點(diǎn)觸控電容式觸摸控制器是常態(tài)，因此可以適應(yīng)手指手勢，例如捏合和拉伸。觸摸按鈕、滑塊和滾輪 UI 功能作為觸摸表面實(shí)現(xiàn)，可聽見的提示音在操作過程中為用戶提供反饋。

觸摸屏的增強(qiáng)功能包括使用振動(dòng)觸覺傳感器來提供用戶反饋、接近檢測和力檢測。接近檢測可以激活觸摸屏或一組

手指接近屏幕時(shí)的選項(xiàng)。力檢測是一項(xiàng)相對較新的發(fā)展，它創(chuàng)造了一種3D用戶體驗(yàn)，比其他應(yīng)用程序更適合某些應(yīng)用程序 - 例如，允許使用更積極的按鈕圖標(biāo)虛擬按下，而不僅僅是將手指放在觸摸屏上。當(dāng)駕駛員可能戴著手套時(shí)，多點(diǎn)觸摸力檢測也有利于操作。

用于汽車應(yīng)用的觸覺傳感器開發(fā)仍在推進(jìn)，一些高端汽車制造商正在將觸覺納入其HMI。一個(gè)例子是空中觸覺技術(shù)，其中使用手部跟蹤技術(shù)和一系列超聲波揚(yáng)聲器來形成和跟蹤人手可以感覺到的超聲波圖案。通過這種方式，可以在空氣中形成各種超聲波3D形狀，例如圓形控制旋鈕，指尖可以感覺到并似乎握住。通常，這些形狀在控制表面上方幾英寸處形成，并創(chuàng)建虛擬觸摸體驗(yàn)。然后，手部跟蹤算法會(huì)檢測旋鈕的轉(zhuǎn)動(dòng)或推動(dòng)方式以完成 UI。

汽車 HMI 的技術(shù)設(shè)計(jì)考慮因素

對于汽車應(yīng)用，HMI操作環(huán)境的幾個(gè)方面需要特別注意。其中包括極端溫度、濕度和物理因素（如污垢、灰塵和振動(dòng)）的多變環(huán)境條件。如果玻璃上形成冷凝膜，觸摸屏容易出現(xiàn)不穩(wěn)定的行為。同樣，使用潮濕或潮濕的手指進(jìn)行操作可能會(huì)導(dǎo)致UI凍結(jié)，直到去除任何殘留的水分。在濕度的另一個(gè)極端，干燥的空氣會(huì)增加駕駛員觸摸屏幕時(shí)發(fā)生靜電放電的機(jī)會(huì)。任何汽車HMI應(yīng)用都需要在各種溫度和濕度條件下進(jìn)行徹底的測試，以確保安全、穩(wěn)健和可靠的運(yùn)行。HMI 觸摸屏應(yīng)通過擦去粘性糖果、軟飲料溢出和濕潤手等所有東西的痕跡來輕松清潔。顯示器亮度需要快速自動(dòng)補(bǔ)償穿過隧道和明亮陽光的行駛。

道路和機(jī)艙噪音是基于AI的語音識(shí)別接口的其他考慮因素。車廂噪音也可以包括車內(nèi)其他人之間的對話以及來自信息娛樂應(yīng)用程序的聲音。監(jiān)聽語音命令的麥克風(fēng)的放置需要是最佳的，并且與車輛的身體在物理上隔離。這樣，低頻隆隆聲和輪胎嗡嗡聲等道路噪音就保持在最低限度。暖氣和空調(diào)通風(fēng)口發(fā)出的可聽噪音會(huì)影響語音命令性能。如果車輛的任何窗戶打開，則沖刺的高頻可聽背景噪聲成分很普遍。數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和濾波器可以幫助隔離所需的人類語音信號(hào)，以便通過語音識(shí)別神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法進(jìn)行后續(xù)處理。

其他技術(shù)考慮因素包括確保HMI符合各種安全標(biāo)準(zhǔn)和其他法規(guī)，如EMI和EMC。隨著無線通信在車輛中的使用越來越多，

包括蜂窩、Wi-Fi 和藍(lán)牙?，不必要的干擾很高。此外，在電動(dòng)和混合動(dòng)力汽車中，電機(jī)驅(qū)動(dòng)鏈的高dV/dt瞬變可能很大。

車輛ADAS功能的某些方面將屬于汽車功能安全標(biāo)準(zhǔn)ISO 26262的職權(quán)范圍。該標(biāo)準(zhǔn)用于強(qiáng)調(diào)任何基于軟件的控制系統(tǒng)中的風(fēng)險(xiǎn)，該系統(tǒng)控制車輛的運(yùn)行，并檢查三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：傷害的可能性，發(fā)生的可能性以及系統(tǒng)如何避免傷害。風(fēng)險(xiǎn)評估分為四個(gè)汽車安全完整性等級(jí)（ASIL），其中ASIL A風(fēng)險(xiǎn)最低，ASIL D風(fēng)險(xiǎn)最高。

結(jié)論

汽車HMI改變了我們與車輛交互的方式。隨著汽車配備更復(fù)雜的信息娛樂、通信和ADAS控制功能，HMI已成為駕駛員和乘客的主要控制面板。語音識(shí)別的使用預(yù)計(jì)將在未來幾年迅速增加，提高駕駛員的安全性，并通過使用新一代強(qiáng)大的人工智能處理器和推理引擎成為可能。

審核編輯：郭婷