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人机接口将改变我们与汽车互动的方式

2021-12-22 09:50:08 Robert Huntley,为贸泽电子撰写 阅读:
汽车人机接口(HMI)改变了我们与车辆互动的方式。随着汽车配备更先进的信息娱乐、通信和先进驾驶员辅助系统(ADAS)控制功能,人机接口已成为驾驶员和乘客的主要控制面板。汽车人机接口必须安全,能够快速使用,并可在极端温度和湿度下运行,且不会分散驾驶员的注意力。

人机接口(HMI)已在新车型中得到广泛使用,最初是用作汽车收音机和盒式磁带/CD 娱乐装置的替代品,随后很快又增加了卫星导航功能,将它们升级为信息娱乐系统。汽车中的HMI设计各不相同,有些选择了平板式横向显示器,而有些则无缝集成到车辆的仪表盘中。通常情况下,它们都会沿用我们智能手机和平板电脑常见的光滑玻璃触摸屏显示方法,使HMI感觉更加熟悉且易于使用。如今,信息娱乐系统通过 Android Auto 和 Apple CarPlay 等应用可进一步集成智能手机功能。从高级驾驶员辅助系统(ADAS)到内饰照明颜色的改变,随着有更多新技术不断集成到我们的车辆,信息娱乐 HMI 已成为车辆驾驶室和控制机制的核心。在汽车中集成更多控制功能也促使汽车制造商从仪表板上移除传统的机械按钮和开关,从而进一步提升车辆内饰设计的时尚美感。在本文中,我们将了解各种汽车 HMI 用户接口及其它们对驾驶员的用户体验情况。UsYednc

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(图片来源:metamorworks/Shutterstock.com)UsYednc

汽车 HMI 设计的关键考虑因素

有几个重要需求推动了汽车 HMI 的设计,其中安全性是最重要的。对于HMI,防止驾驶员分心是安全考虑的一个方面。通过HMI可以随时访问大量功能和特性,但这也会使让驾驶员暂时将视线从道路上移开,转而去选择不同的音乐曲目或阅读短信。HMI 用户接口(UI)的设计应直观且易于操作,以便驾驶员能够在绝对最短的时间内完成可能分心的操作。一些汽车人机接口标准的制定仍处于起步阶段,但国际标准ISO 15005:2017规定,1.5 秒的扫视时间应该足以让驾驶员从车辆的运输信息和控制系统中收看信息。一些 HMI 在车辆行驶过程中会监控驾驶员的互动,如果驾驶员在选择不同功能或访问特定功能(例如新闻标题)上花费太多时间,HMI 会向驾驶员发出警告。在这种情况下,触摸屏可能是输入手段,然而,使用语音助手对于某些功能来说是一个更安全的输入选项。UsYednc

采用 HMI 的另一个驱动因素是需要为大量复杂功能提供更简捷的接口,这种要求尤其适用于半自动和全自动驾驶车辆,其中所需的控制与人工驾驶员控制非常不同。同样,传统化石燃料动力汽车的仪表和刻度盘与电动或混合动力汽车所需的仪表和刻度盘也不同,LCD 触摸屏能够提供极其灵活的 HMI,可在其上创建信息丰富且易于操作的直观 UI。整体用户体验(UX)在经过精心规划和设计后,会产生可简化导航的引人入胜的视觉架构。UsYednc

对于车辆制造商而言,HMI 能够提供一种使他们自己的车辆平台与其他制造商差异化的方法。用户体验在这方面发挥着重要作用,其中为所有制造商的不同汽车品牌开发了标准用户接口。开发自定义图标、符号和字体对于嵌入式开发人员来说可能会比较繁琐。尽管如此,消费者能够很容易对这些细节进行比较和权衡,并且会越来越多地成为车辆选择过程的一部分。UsYednc

对于车主而言,灵活的 HMI可实现对车辆的各种功能进行个性化,打造适合他们心情、未来旅程长短的最佳体验,并将制造商的品牌体验带入生活。如同正常、生态环保、运动等驾驶模式一样,舒适性和内部照明控制也是很受欢迎的个性化功能,在高端品牌中,悬架系统的坚固性也是如此。UsYednc

人机接口技术

HMI 设计人员拥有广泛经过业界测试和验证的技术,可以很容易地使用这些技术来构建和控制用户界面(UI)。投射电容式触控(PCAP)感应控制是很常用的技术,紧随其后的是语音操作控制。与这些输入方法相辅相成的是触觉、手势(触摸和空中)、接近度和力检测、眼动追踪和机器学习等。UsYednc

语音识别

预计未来几年,基于机器学习的语音识别应用将会增长迅速,根据市场研究公司 Tractica的估算,基于人工智能的语音智能助手将在 HMI 中发挥重要作用,到 2025 年全球市场价值将达到 46 亿美元。 短短几年内,80% 的车辆HMI 将会集成语音识别系统,这其中不包括 Google Voice 和 Apple 的 Siri 等智能手机助手应用。语音命令最常用于控制媒体播放器,在导航功能中设置所需目的地,以及操作连接的智能手机拨打电话等等。随着机器学习算法的进步,语音识别将变得足够可靠,可以控制 ADAS以及舒适度等功能。采用高性能汽车级应用处理器和推理引擎将允许使用更复杂的自然语言算法,从而能够更容易适应不同地区的口音和更全面的语音范围。除了神经网络外,数字语音处理技术将帮助消除来自车内其他乘员的背景噪音、轮胎和风噪声等干扰,并能够拒绝来自无线电广播节目和其他媒体来源的虚假命令。语音 UI 还需要一个可配置的语音输出,用于确认口头命令、提出相关问题和其他双向对话。从安全的角度来看,使用语音控制非常有意义,能够让驾驶员把注意力集中在道路上,而不是被触摸屏上的选项分散注意力。UsYednc

触摸屏控制

投射电容式触控技术非常先进,能够管理大型显示面板,例如,特斯拉使用了 15 英寸纵向触摸屏。屏幕需要适应从明亮的阳光到黑暗等各种环境条件,高对比度、高亮度显示面板对于成功部署 UI 至关重要。不建议在车辆中使用小型触摸屏,因为这会更加分散驾驶员的安全互动,但如果一次显示过多信息的大屏幕同样会分散驾驶员的注意力。UI/UX 设计至关重要,需要一个经验丰富的团队来了解驾驶员会如何与 UI 进行互动,同时尽量减少干扰。安全性和可用性也很重要。 PCAP 功能通常可以集成到微控制器或应用处理器中。多点触控电容式触控控制器是常见的技术,能够识别捏合和伸展等手指手势。触摸按钮、滑块和滚轮 等UI 功能可在触屏表面实现,并且在操作过程中可听到提示音为用户提供反馈。UsYednc

触摸屏的一项改进是使用振动触觉传感器,它可提供用户反馈、接近检测和力检测。当手指接近屏幕时,接近检测可以激活触摸屏或触发一组选项。力检测是一项相对较新的技术,它能够创建比其他应用更适合的 3D 用户体验。例如,它允许使用更实用的虚拟按钮图标,而不仅仅是将手指放在触摸屏上。当驾驶员可能戴着手套时,多点触控力检测也有利于进行操作。UsYednc

用于汽车行业的触觉传感器开发仍在持续推进,一些高端汽车制造商正在把触觉传感器集成到他们的 HMI 。这其中一个例子是空中(in-air)触觉技术,手部跟踪技术和超声波扬声器阵列用于形成和跟踪人手可以感觉到的超声波模式。通过这种方式,可以在空气中形成各种超声波 3D 形状,例如圆形控制旋钮,指尖可以感觉到并看起来能够握住。通常,这些形状在控制面板上方几英寸处形成,并创建虚拟触摸体验。然后,手部跟踪算法会检测旋钮以哪种方式转动或按下来完成 UI。UsYednc

汽车 HMI 的技术设计考虑

对于汽车应用,HMI 工作环境方面的几个问题需要特别注意。其中包括具有极端温度和湿度等多变的环境条件,以及污垢、灰尘和振动等物理因素。如果玻璃上形成一层冷凝膜,触摸屏很容易出现不稳定运行状态。同样,用潮湿的手指操作可能会导致 UI 冻结,直到能够去除所有残留的水分。湿度方面的另一个极端情况是,干燥的空气会增加驾驶员触摸屏幕时产生静电放电的机会。所有汽车 HMI 应用都需要在各种温度和湿度条件下进行全面测试,以确保安全、稳健和可靠的运行。 HMI 触摸屏应该很容易清洁,只需擦掉粘性糖果、软饮料溢出物和湿手等痕迹即可。显示器亮度需要能够快速自动补偿,以适应穿过隧道和进入明亮的阳光地带等急速环境改变。UsYednc

道路和其它车内噪音是基于 AI的语音识别接口需要考虑的因素。车内噪音可能来自车内其他人之间的对话,或者来自信息娱乐应用的声音。用于收听语音命令的麦克风位置需要进行优化,并且与车身需要物理隔离。这样,可使诸如低频隆隆声和嗡嗡响的轮胎噪音等道路噪音保持在最低水平。来自暖风和空调通风口的声音也会影响语音命令性能。如果车辆有车窗打开,那么急促的高频可闻背景噪声会很普遍。数字信号处理技术和滤波器可以帮助分离出所需的语音指令信号,以便语音识别神经网络算法进行后续处理。UsYednc

其他方面的技术考虑还包括需要确保 HMI 符合各种安全标准和法规,例如,需要满足EMI 和 EMC要求。随着车内无线通信(包括蜂窝、Wi-Fi 和蓝牙®)的使用越来越多,有害的RF干扰越来越高。此外,在电动汽车和混合动力汽车中,来自电动机驱动链的高 dV/dt 瞬态影响也很重要。UsYednc

车辆 ADAS 功能的某些方面将归属于汽车功能安全标准ISO 26262的范畴,该标准旨在强调控制车辆操作中任何基于软件系统的风险,并检查三个方面的参数:伤害的可能性、发生的几率,以及系统如何避免伤害。风险评估分为四个汽车安全完整性等级(ASIL),ASIL A 的风险最低,ASIL D 的风险最高。UsYednc

结论

汽车 HMI 改变了我们与车辆互动的方式。随着汽车配备更先进的信息娱乐、通信和 ADAS 控制功能,HMI 已成为驾驶员和乘客的主要控制面板。预计未来几年语音识别的应用将会迅速增加,以提高驾驶员的安全性,并通过使用新一代强大的人工智能处理器和推理引擎使之成为现实。UsYednc

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