HMI改變了我們與車輛的互動方式

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

人機界面 （HMI） 在新車型中已無處不在。最初用作汽車收音機和盒式磁帶/ 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和平板電腦使用的時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)用程序進一步集成了智能手機功能。隨著技術(shù)不斷添加到我們的車輛中，從高級駕駛輔助系統(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)的機械按鈕和開關(guān)，從而進一步提升車輛內(nèi)部設(shè)計的時尚美感。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的意義：

汽車HMI設(shè)計的關(guān)鍵因素

汽車HMI的設(shè)計有幾個主要要求，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隨時訪問大量功能和特性可能會導(dǎo)致駕駛員暫時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)計應(yīng)該直觀且易于操作，以便駕駛員只會在絕對最短的時間內(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秒的注視時間應(yīng)足以讓駕駛員從車輛的運輸信息和控制系統(tǒng)中收集信息。一些HMI在車輛行駛時監(jiān)控駕駛員的互動。如果駕駛員花費太多時間選擇不同的功能或訪問特定功能（例如新聞標(biāo)題），HMI 會向駕駛員發(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的另一個驅(qū)動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和全自動駕駛汽車，其中所需的控制與人類駕駛員所需的控制非常不同。同樣，化石燃料動力汽車的儀表和刻度盤與電動或混合動力汽車所需的儀表和刻度盤不同。LCD觸摸屏提供了一個極其靈活的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 （UX） 經(jīng)過精心規(guī)劃和設(shè)計，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與其他制造商的平臺區(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，消費者對這一細節(jié)的關(guān)注很容易進行比較和對比，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，并將制造商的品牌體驗帶入生活。舒適性和內(nèi)部照明控制是流行的個性化功能，駕駛模式（正常、環(huán)保、運動等）也是如此，在高端品牌中，懸架的堅固性也是如此。

人機界面技術(shù)

HMI 設(shè)計器具有各種久經(jīng)考驗的技術(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、眼動追蹤和機器學(xué)習(xí)。

語音識別

基于機器學(xué)習(xí)的語音識別應(yīng)用程序的使用預(yù)計將在未來幾年顯著增長。研究公司Tractica的估計預(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，全球市場價值將達到46億美元。在短短幾年內(nèi)，80%的車載HMI將集成語音識別系統(tǒng)，這還不包括谷歌語音和蘋果Siri等智能手機助手應(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進行通話。隨著機器學(xué)習(xí)算法的進步，語音識別將足夠可靠，可以控制ADAS功能和舒適控制。高性能汽車級應(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分散注意力。

觸摸控制

投射電容式觸摸技術(shù)非常先進，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，因為它們可能會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分散駕駛員的注意力。UI/UX 設(shè)計至關(guān)重要，需要經(jīng)驗豐富的團隊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。

觸摸屏的增強功能包括使用振動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

手指接近屏幕時的選項。力檢測是一項相對較新的發(fā)展，它創(chuàng)造了一種3D用戶體驗，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，多點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，一些高端汽車制造商正在將觸覺納入其HMI。一個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。然后，手部跟蹤算法會檢測旋鈕的轉(zhuǎn)動或推動方式以完成 UI。

汽車 HMI 的技術(shù)設(shè)計考慮因素

對于汽車應(yīng)用，HMI操作環(huán)境的幾個方面需要特別注意。其中包括極端溫度、濕度和物理因素（如污垢、灰塵和振動）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行操作可能會導(dǎo)致UI凍結(jié)，直到去除任何殘留的水分。在濕度的另一個極端，干燥的空氣會增加駕駛員觸摸屏幕時發(fā)生靜電放電的機會。任何汽車HMI應(yīng)用都需要在各種溫度和濕度條件下進行徹底的測試，以確保安全、穩(wěn)健和可靠的運行。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補償穿過隧道和明亮陽光的行駛。

道路和機艙噪音是基于AI的語音識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)字信號處理技術(shù)和濾波器可以幫助隔離所需的人類語音信號，以便通過語音識別神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法進行后續(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 和藍牙?，不必要的干擾很高。此外，在電動和混合動力汽車中，電機驅(qū)動鏈的高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)用于強調(diào)任何基于軟件的控制系統(tǒng)中的風(fēng)險，該系統(tǒng)控制車輛的運行，并檢查三個標(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)險評估分為四個汽車安全完整性等級（ASIL），其中ASIL A風(fēng)險最低，ASIL D風(fēng)險最高。

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。語音識別的使用預(yù)計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大的人工智能處理器和推理引擎成為可能。

審核編輯：郭婷