五年多来,汽车厂商们一直期待借鉴智能手机模式,打造愈加丰富的用户体验,特别是为驾驶员。事实上,汽车也确实追随着手机发展的路径。比如汽车中现在集成了更大的中央信息显示(CID)屏幕,而且分辨率更高、电容式的触控感应也更加灵敏。

现在,汽车产业看上了智能手机交互界面的另一个重要功能,那就是指纹识别。指纹识别能够丰富汽车内/外部的交互功能,也让汽车的交互界面更“现代化”。事实上,如果车载指纹识别,或其他形式的生物识别能充分考虑到用户隐私和汽车工作环境的局限性,那么这一技术还是非常值得期待的。但是,车载生物识别与智能手机的生物识别仍有巨大的不同。

用户体验的个性化

我们很容易设想到:车载指纹识别可以成为车钥匙便捷和安全的替代品,被用来开车门和点火。当然,在智能手机中,指纹识别具有这种安全性,它可以防止除机主以外的任何人解锁手机。然而,它在汽车产业却不能成为一个令人满意的安全手段。主要原因有二。

第一个原因是汽车和智能手机在使用指纹识别方式上的差异性。汽车可以被车主之外的人驾驶。比如,使用代客泊车服务的车主需要向停车员提供一个启动汽车的方式。同样,如果车主发现自己暂时不能开车了(比如喝酒之后),那么他/她会需要一个安全可靠的人来替他/她开车。所以,指纹感应器是不可能完全代替汽车钥匙的。

除了便利性,安全问题也是指纹识别不能成为解锁汽车的唯一方式的原因。每一种现有的指纹识别技术都存在一个“错误接受率”。每个指纹感应器都有可能把陌生人的指纹误认为是登记用户的指纹。对于汽车制造商来说,就算小偷通过简单按压指纹传感器偷走昂贵汽车的可能性再小,也是无法接受的。所以,出于安全考虑,车用指纹感应始终需要一个可以控制访问权限的补充形式。因此,基于射频(RF)的传统钥匙不会被车门把手或启动按钮上的指纹传感器所取代的。

不过,指纹识别还是为车主的用户体验带来了两项影响深远的改进:个性化和支付认证。

如果一辆汽车有两个及以上的驾驶员,指纹感应可以识别出是谁在开车,并将汽车的各种设置调至为该驾驶员的常用设置。这包括了便利性设置,比如司机座椅、后视镜和方向盘位置和高度;舒适度设置,比如车内气流与通风口的温度和方向;还有娱乐设置,比如和司机的手机蓝牙配对、最喜欢的广播电台、音频系统声音平衡,甚至是CID外观和菜单配置。

个性化的用户界面可以强化汽车与车主的感情纽带,使其成为独一无二的座驾。格外重要的是,个性化界面能提升司机使用车中复杂功能的能力,而当今汽车的许多特性与功能都隐藏在多层菜单结构和复杂指令集中。研究显示,用户界面每增加一级,就会有10%的用户选择放弃使用。通过指纹传感器实现的个性化,可以将用户界面的许多方面的交互层级数减少为一级,甚至是没有,从而让用户能够更轻松访问实用的功能。

车载指纹传感器可明显改善车内的用户支付体验,比如支付过路费和停车费,或在不停车商店为支付卡充值等应用。

例如在停车场,车牌识别系统会自动识别车辆,这时支付后端会把车辆和预先登记支付卡连接起来。然后,支付终端通过无线信号向汽车发送支付授权请求。司机通过按压指纹传感器(参见图1)验证支付卡,支付停车费。

2016111500001 图1:在电容式触摸屏中集成指纹感应,为司机提供快捷便利的支付验证方式。

例如 FIDO联盟发布的通用认证框架——UAF规范等标准,定义生物特征指标确认流程,例如指纹替代了密码或PIN码。和从驾驶室车窗探出身子在读卡器插卡,然后在小键盘上输入PIN 码相比,指纹识别显然是一种更快捷、更简单的操作方式。

生物特征指标:汽车行业会喜欢哪个?

汽车产业在思量不同的生物特征识别方式,包括人脸识别、虹膜识别和心率变异性(无线健康监控手环测量参数)以及指纹识别。放眼未来,人们对利用心率、血压和汗液等生物特征指标读取司机健康状态和心理状态的潜力颇感兴趣。这或许支持汽车向司机发出警告,例如,当指标显示司机昏昏欲睡的时候,就会提醒司机停车休息。随着先进驾驶辅助系统(ADAS)的出现,汽车甚至可能从司机手里接管控制权,并在安全的地方停车。

回到现在,业界首选的生物特征指标是指纹。这是因为指纹传感器操作更容易被用户理解接受,而且指纹识别已在移动终端行业中得到了证明。

实际上,目前汽车制造商采用的有三种指纹识别技术:

• 电容式指纹识别,这是全球最畅销智能手机中使用的技术,超小尺寸和低功耗极具吸引力,触摸板也仅仅只有几十微米厚并且控制器IC也很小 。但在少数情况下,电容式指纹传感可能因“干手指”(Dry Finger)或当用户有严重疤痕或老茧时而失效。

• 光学指纹传感对那些经历过美国边检的朋友来说会比较熟悉,因为那里就是通过这种方式采集指纹图像并将信息与护照相关联。光学传感器非常可靠和精确,但传感器需要背光照亮手指,而且与电容式方案相比较为笨重。

• 超声波传感能提供可靠的3D指纹检测,但还没有成为移动终端的主流之选。目前而言,这种方式价格高昂,而且相对来说并没有证明自己。

电容式指纹感应的优势不仅对智能手机厂商有强烈的吸引力,对汽车行业亦是如此。尤其是超薄的感应面板可以帮助汽车设计师随心所欲设计传感器单元的样式、形状和结构,匹配车厢的形态和功能。

Synaptics开发的原型机和演示模型展示了指纹传感器如何无缝地集成在车内的常规设计中,不需要占用额外的表面空间,也不会破坏车内设计的和谐一致。例如,指纹传感器可以集成在方向盘上的触摸方向键上(参见图2)。

2016111500002 图2:在Synaptics开发的演示模型中,电容式指纹传感器被集成在方向盘左侧辐条上(红圈标记),该指纹传感器还兼作车载用户界面的导航方向键。

这一设计不仅节省空间,而且让司机在双手操控方向盘的时候能够使用到指纹传感器。在Synaptics的演示模型中,指纹传感器与压感触控传感器结合,共同集成在触控板中。这意味着用户只有在按压触控板时,才可能触发指纹认证,因而减少司机无意中启动指纹认证支付的风险,比如当手自然搭在方向盘上休息时。

指纹识别成功三要素

指纹识别的成功实现需要三个要素:感应面板的机械设计、控制器IC的灵敏度和IC上运行的指纹匹配算法。

感应控制器IC及其运行的软件可能来自第三方供应商,例如Synaptics。Synaptics具备一定的优势。Synaptics的指纹识别技术已经被成功应用于全球数千万部智能手机中,因此其汽车指纹传感器解决方案可以利用在智能手机方面的技术。对这一技术的学习与发展,可以确保Synaptics在汽车领域能够实现与手机领域同样的高性能。

汽车厂商决定指纹识别的机械设计,包括感应面板的面积和厚度、构成材质以及车辆中的位置。在这里,OEM厂商可以吸取Synaptics在智能手机市场多年的经验:例如,手机厂商已试验过很多不同配置的感应面板,其中有些有效,而另一些则无效:以前的设计迭代知识将有助于汽车制造商更快地完成传感器设计,避免试验那些已知是无效的设计配置。

电容式指纹识别作为业经验证的技术,将率先成为汽车产业采用的指纹识别技术。而它能否长期占据汽车产业的首选之位,还需时间的检验。但是毫无疑问,业界还会评估光学、超声波以及其他技术的可行性,也可能发布其他生物识别形式。

目前,电容式指纹识别技术广受智能手机用户的喜爱和理解。它也为汽车制造商提供了现成的解决方案,帮助汽车厂商的在他们产品中实现更加便捷、更具个性化和更安全的用户体验。

【作者简介:Kevin Barber——Synaptics公司高级副总裁兼智能显示事业部总经理】

《电子技术设计》2016年11月刊版权所有,谢绝转载。

20160630000123