從被動(dòng)到主動(dòng)，汽車中越來越智能的人機(jī)交互模式

據(jù)MarketandMarket市場(chǎng)報(bào)告預(yù)測(cè)，人機(jī)界面上越來越多的創(chuàng)新，將推動(dòng)數(shù)字化智能座艙市場(chǎng)實(shí)現(xiàn)飛速增長(zhǎng)。到2025年該市場(chǎng)的規(guī)模將達(dá)到359億美元，2018年到2023年的年復(fù)合增長(zhǎng)率預(yù)計(jì)為13.59%。智能汽車將成為人們的“第三生活空間”，結(jié)合未來交通出行場(chǎng)景，座艙內(nèi)體驗(yàn)將會(huì)變得更加多元和生活化?；谌说臓顟B(tài)、車的位置和當(dāng)前內(nèi)外部環(huán)境，智能座艙將會(huì)為駕乘人員提供更多主動(dòng)服務(wù)。

圖1:汽車智能座艙市場(chǎng)增長(zhǎng)前景廣闊

（圖源：MarketandMarket）

智能汽車的人機(jī)交互未來：從被動(dòng)走向主動(dòng)

從蒸汽汽車到內(nèi)燃機(jī)汽車，再到現(xiàn)在流行的混動(dòng)和純電動(dòng)汽車，汽車的驅(qū)動(dòng)能源發(fā)生了翻天覆地的變化，與此同時(shí)，汽車與人的交互方式也一直在不斷演進(jìn)中?；仡櫰囎摰陌l(fā)展歷史，半導(dǎo)體技術(shù)創(chuàng)新發(fā)揮了主要作用。

第一階段

第一階段即本地化電子座艙，這時(shí)候的人機(jī)交互更多是傳統(tǒng)機(jī)械按鈕和簡(jiǎn)單的段式顯示屏。

第二階段

第二階段的典型趨勢(shì)是網(wǎng)聯(lián)化和智能助理，人機(jī)交互的方式主要是觸控屏和語音控制。

第三階段

當(dāng)前我們正在邁入第三階段——“人機(jī)共駕”，人機(jī)交互的方式從被動(dòng)走向主動(dòng)，通過車載的一系列傳感器和控制器，汽車可以主動(dòng)地提供決策建議，并在安全范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)輔助駕駛。

第四階段

未來將進(jìn)入到第四階段，汽車會(huì)成為人們的第三生活空間。主動(dòng)式的交互將會(huì)成為主流，汽車可以根據(jù)不同人員的身體狀態(tài)和周圍環(huán)境感知，自動(dòng)調(diào)整一系列駕駛和座艙參數(shù)，營(yíng)造更為舒適的駕乘環(huán)境。

圖2：1986年別克Riviera HMI顯示屏，設(shè)計(jì)靈感來自飛機(jī)

（圖源：hagerty.com）

隨著用戶需求的升級(jí)和汽車智能化水平的提高，當(dāng)下汽車內(nèi)人機(jī)交互正在發(fā)生變革：設(shè)計(jì)理念以用戶為中心，通過AI、車內(nèi)車外的感知技術(shù)，從基本的“功能感知交互”向著“主動(dòng)認(rèn)知交互”發(fā)展。

具體的發(fā)展趨勢(shì)有兩大類:

一是從“屏幕觸控、按鍵為主”的交互方式，向“自然交互”方式轉(zhuǎn)變。多元的自然交互方式包括：語音交互、眼球跟蹤、手勢(shì)交互、聲源定位、人臉識(shí)別、全息影像等。

二是從被動(dòng)向主動(dòng)交互轉(zhuǎn)變。基于汽車的動(dòng)態(tài)狀況和駕乘人員的肢體信息，自動(dòng)提供內(nèi)容或服務(wù)，實(shí)現(xiàn)智能情感交互等。

圖3：STAR建議的汽車HMI設(shè)計(jì)七大準(zhǔn)則

（圖源：star.gobal）

汽車的HMI系統(tǒng)正在走向多模態(tài)和高復(fù)雜化，而這場(chǎng)變革的背后，離不開“感知”和“計(jì)算”這兩大類關(guān)鍵硬件技術(shù)的支撐。

從感知層面來看，不同交互場(chǎng)景需要大量傳感器支持因而傳感器種類和數(shù)量勢(shì)必大幅增加。IHS預(yù)測(cè)到2030年，單車傳感器數(shù)量將超過11個(gè)（不包含ToF等裝備）。從計(jì)算層面來看，汽車對(duì)SoC和AP的算力要求大幅提升。推動(dòng)因素在于感知算法種類增多、攝像頭個(gè)數(shù)增多、分辨率提升和運(yùn)行幀率提升等。

主動(dòng)式人機(jī)交互方案，芯片選型更為關(guān)鍵

汽車要成為人們的第三生活空間，人機(jī)交互的方式就要從被動(dòng)走向主動(dòng)。在主動(dòng)式交互方案中，傳統(tǒng)的芯片選型就不能夠很好地符合未來的應(yīng)用需求，工程師需要選擇面向未來的車規(guī)級(jí)芯片。

微控制器：人機(jī)交互的大腦

一切都離不開控制和計(jì)算，人機(jī)交互同樣也不例外。

在控制器選擇方面，要考慮到高性能、低功耗、高安全性和高可靠性。Renesas Electronics的RH850/F1K高端汽車微控制器，采用了獨(dú)有的G3KH CPU內(nèi)核，工作主頻為120MHz，能夠在提供高算力的同時(shí)確保安全性。

芯片內(nèi)置閃存最高可達(dá)2MB，高端型號(hào)內(nèi)部還集成了CAN FD接口。工程師可以選擇144pin的版本，從而實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的設(shè)計(jì)。我們推薦的具體芯片型號(hào)在貿(mào)澤電子的料號(hào)為R7F7015833AFP-C#AA3。

圖4：RH850/F1K芯片框圖

（圖源：貿(mào)澤電子）

NFC電子鑰匙：汽車人機(jī)交互的第一步

作為汽車人機(jī)交互的第一步，借助NFC技術(shù)的汽車數(shù)字鑰匙成為了行業(yè)追逐的熱點(diǎn)。

目前NFC模塊主要安裝在車門把手、車輛B柱和中控臺(tái)三個(gè)位置。車門把手和B柱位置的NFC主要用于感知人體位置信息，而中控臺(tái)的NFC模塊則還可以進(jìn)行智能手機(jī)驗(yàn)證，激活預(yù)設(shè)場(chǎng)景。未來，同一輛車針對(duì)不同的用戶ID識(shí)別后，還可以啟用不同的車輛限速設(shè)定等一系列定制參數(shù)。

來自STMicroelectronics的ST25R3920B汽車NFC讀卡器，是業(yè)界第一款通過NFC Forum CR13標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證，適用于CCC數(shù)字車鑰匙2.0版的NFC讀寫器芯片。CCC是NFC Forum推出的13版NFC認(rèn)證的新功能，將確保車商能提供可互操作的NFC鑰匙系統(tǒng)。該器件在貿(mào)澤電子的料號(hào)是ST25R3920B-AQWT。

圖5：ST25R3920B獲得NFC Forum CR13認(rèn)證

（圖源：ST官網(wǎng)）

ST25R3920B包含一個(gè)高級(jí)模擬前端（AFE）和一個(gè)高度集成的數(shù)據(jù)成幀系統(tǒng)，并且引入了靈活性更高的主動(dòng)波形整形（AWS）改進(jìn)技術(shù)，可以簡(jiǎn)化射頻輸出調(diào)整過程，方便優(yōu)化過沖和下沖問題。

像在車門把手等位置，受限于方案安裝的實(shí)際條件，對(duì)于NFC模塊設(shè)計(jì)的尺寸要求極高。ST25R3920B具有高射頻功率和動(dòng)態(tài)功率輸出，可直接高效驅(qū)動(dòng)天線，即便使用門把手中常見的小天線尺寸，也能實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)交互距離。

圖6：ST25R3920B CCC電子鑰匙解決方案

（圖源：ST官網(wǎng)）

ANC技術(shù)：打造安靜電車時(shí)代

在高端的傳統(tǒng)燃油車中，為了提升駕乘舒適度，已經(jīng)有主動(dòng)降噪（Active Noise-Control，ANC）的應(yīng)用出現(xiàn)。

而到了電動(dòng)汽車的時(shí)代，因?yàn)闆]有了燃油機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲，對(duì)于路噪的處理反而變得更為重要，主動(dòng)降噪將會(huì)成為新車的配置重點(diǎn)。

為了打造安靜舒適的駕乘體驗(yàn)，ST推出了道路噪音抵消（Road-Noise Cancellation，RNC）AIS25BA MEMS數(shù)字輸出運(yùn)動(dòng)傳感器，采用主動(dòng)噪聲控制技術(shù)抵消道路噪音。該芯片在貿(mào)澤電子的料號(hào)為AIS25BATR。

圖7：AIS25BA芯片引腳圖

（圖源：ST官網(wǎng)）

該三軸加速度計(jì)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，優(yōu)先考量了RNC系統(tǒng)精準(zhǔn)度這一參數(shù)，使噪聲密度降至非常低的水平。X軸和Y軸均為30μg/√Hz，Z軸則為50μg/√Hz，比同類型產(chǎn)品低58%。該傳感器還有分時(shí)多工（TDM）數(shù)字接口，能將系統(tǒng)多個(gè)加速度計(jì)同步輸出，以測(cè)量全車振動(dòng)噪聲。此外，AIS25BA還具有快速回應(yīng)／低延遲特性，滿足RNC系統(tǒng)即時(shí)計(jì)算校正波形的要求，高頻寬特性也確保用戶可以捕捉到與應(yīng)用相關(guān)的聲頻范圍干擾。

結(jié)語

以“第三生活空間”為目標(biāo)，座艙智能化已成為汽車發(fā)展的重點(diǎn)。觸摸屏不再是交互的終點(diǎn)，未來的人機(jī)交互界面將會(huì)是更接近自然的多模交互方式。這種從被動(dòng)向主動(dòng)的交互方式，需要感知和計(jì)算硬件的提升和配合。

貿(mào)澤電子提供了與智能座艙交互相關(guān)的傳感器、MCU和射頻等器件供貨，助力生態(tài)伙伴和設(shè)計(jì)者一起打造第三生活空間，共赴智駕未來。

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