從被動到主動，汽車中越來越智能的人機交互模式

據(jù)MarketandMarket市場報告預測，人機界面上越來越多的創(chuàng)新，將推動數(shù)字化智能座艙市場實現(xiàn)飛速增長。到2025年該市場的規(guī)模將達到359億美元，2018年到2023年的年復合增長率預計為13.59%。智能汽車將成為人們的“第三生活空間”，結合未來交通出行場景，座艙內(nèi)體驗將會變得更加多元和生活化?；谌说臓顟B(tài)、車的位置和當前內(nèi)外部環(huán)境，智能座艙將會為駕乘人員提供更多主動服務。

圖1:汽車智能座艙市場增長前景廣闊

（圖源：MarketandMarket）

智能汽車的人機交互未來：從被動走向主動

從蒸汽汽車到內(nèi)燃機汽車，再到現(xiàn)在流行的混動和純電動汽車，汽車的驅動能源發(fā)生了翻天覆地的變化，與此同時，汽車與人的交互方式也一直在不斷演進中。回顧汽車座艙的發(fā)展歷史，半導體技術創(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，這時候的人機交互更多是傳統(tǒng)機械按鈕和簡單的段式顯示屏。

第二階段

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

第三階段

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

第四階段

未來將進入到第四階段，汽車會成為人們的第三生活空間。主動式的交互將會成為主流，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，自動調整一系列駕駛和座艙參數(shù)，營造更為舒適的駕乘環(huán)境。

圖2：1986年別克Riviera HMI顯示屏，設計靈感來自飛機

（圖源：hagerty.com）

隨著用戶需求的升級和汽車智能化水平的提高，當下汽車內(nèi)人機交互正在發(fā)生變革：設計理念以用戶為中心，通過AI、車內(nèi)車外的感知技術，從基本的“功能感知交互”向著“主動認知交互”發(fā)展。

具體的發(fā)展趨勢有兩大類:

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

二是從被動向主動交互轉變?；谄嚨膭討B(tài)狀況和駕乘人員的肢體信息，自動提供內(nèi)容或服務，實現(xiàn)智能情感交互等。

圖3：STAR建議的汽車HMI設計七大準則

（圖源：star.gobal）

汽車的HMI系統(tǒng)正在走向多模態(tài)和高復雜化，而這場變革的背后，離不開“感知”和“計算”這兩大類關鍵硬件技術的支撐。

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

主動式人機交互方案，芯片選型更為關鍵

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

微控制器：人機交互的大腦

一切都離不開控制和計算，人機交互同樣也不例外。

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，采用了獨有的G3KH CPU內(nèi)核，工作主頻為120MHz，能夠在提供高算力的同時確保安全性。

芯片內(nèi)置閃存最高可達2MB，高端型號內(nèi)部還集成了CAN FD接口。工程師可以選擇144pin的版本，從而實現(xiàn)更復雜的設計。我們推薦的具體芯片型號在貿(mào)澤電子的料號為R7F7015833AFP-C#AA3。

圖4：RH850/F1K芯片框圖

（圖源：貿(mào)澤電子）

NFC電子鑰匙：汽車人機交互的第一步

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

目前NFC模塊主要安裝在車門把手、車輛B柱和中控臺三個位置。車門把手和B柱位置的NFC主要用于感知人體位置信息，而中控臺的NFC模塊則還可以進行智能手機驗證，激活預設場景。未來，同一輛車針對不同的用戶ID識別后，還可以啟用不同的車輛限速設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標準認證，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)澤電子的料號是ST25R3920B-AQWT。

圖5：ST25R3920B獲得NFC Forum CR13認證

（圖源：ST官網(wǎng)）

ST25R3920B包含一個高級模擬前端（AFE）和一個高度集成的數(shù)據(jù)成幀系統(tǒng)，并且引入了靈活性更高的主動波形整形（AWS）改進技術，可以簡化射頻輸出調整過程，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際條件，對于NFC模塊設計的尺寸要求極高。ST25R3920B具有高射頻功率和動態(tài)功率輸出，可直接高效驅動天線，即便使用門把手中常見的小天線尺寸，也能實現(xiàn)更遠交互距離。

圖6：ST25R3920B CCC電子鑰匙解決方案

（圖源：ST官網(wǎng)）

ANC技術：打造安靜電車時代

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

而到了電動汽車的時代，因為沒有了燃油機的運轉噪聲，對于路噪的處理反而變得更為重要，主動降噪將會成為新車的配置重點。

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

圖7：AIS25BA芯片引腳圖

（圖源：ST官網(wǎng)）

該三軸加速度計在產(chǎn)品設計時，優(yōu)先考量了RNC系統(tǒng)精準度這一參數(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%。該傳感器還有分時多工（TDM）數(shù)字接口，能將系統(tǒng)多個加速度計同步輸出，以測量全車振動噪聲。此外，AIS25BA還具有快速回應／低延遲特性，滿足RNC系統(tǒng)即時計算校正波形的要求，高頻寬特性也確保用戶可以捕捉到與應用相關的聲頻范圍干擾。

結語

以“第三生活空間”為目標，座艙智能化已成為汽車發(fā)展的重點。觸摸屏不再是交互的終點，未來的人機交互界面將會是更接近自然的多模交互方式。這種從被動向主動的交互方式，需要感知和計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的傳感器、MCU和射頻等器件供貨，助力生態(tài)伙伴和設計者一起打造第三生活空間，共赴智駕未來。