作者：Doctor M
據MarketandMarket市場(chǎng)報告預測，人機界面上越來(lái)越多的創(chuàng )新，將推動(dòng)數字化智能座艙市場(chǎng)實(shí)現飛速增長(cháng)。到2025年該市場(chǎng)的規模將達到359億美元，2018年到2023年的年復合增長(cháng)率預計為13.59%。智能汽車(chē)將成為人們的“第三生活空間”，結合未來(lái)交通出行場(chǎng)景，座艙內體驗將會(huì )變得更加多元和生活化�；谌说臓顟B(tài)、車(chē)的位置和當前內外部環(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(chē)智能座艙市場(chǎng)增長(cháng)前景廣闊 (圖源：MarketandMarket)
智能汽車(chē)的人機交互未來(lái)：從被動(dòng)走向主動(dòng)
從蒸汽汽車(chē)到內燃機汽車(chē)，再到現在流行的混動(dòng)和純電動(dòng)汽車(chē)，汽車(chē)的驅動(dòng)能源發(fā)生了翻天覆地的變化，與此同時(shí)，汽車(chē)與人的交互方式也一直在不斷演進(jìn)中�；仡櫰�(chē)座艙的發(fā)展歷史，半導體技術(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)候的人機交互更多是傳統機械按鈕和簡(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(yǔ)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(dòng)走向主動(dòng)，通過(guò)車(chē)載的一系列傳感器和控制器，汽車(chē)可以主動(dòng)地提供決策建議，并在安全范圍內實(shí)現輔助駕駛。
· 第四階段
未來(lái)將進(jìn)入到第四階段，汽車(chē)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(chē)可以根據不同人員的身體狀態(tài)和周?chē)h(huán)境感知，自動(dòng)調整一系列駕駛和座艙參數，營(yíng)造更為舒適的駕乘環(huán)境。
圖2：1986年別克Riviera HMI顯示屏，設計靈感來(lái)自飛機 (圖源：hagerty.com)
隨著(zhù)用戶(hù)需求的升級和汽車(chē)智能化水平的提高，當下汽車(chē)內人機交互正在發(fā)生變革：設計理念以用戶(hù)為中心，通過(guò)AI、車(chē)內車(chē)外的感知技術(shù)，從基本的“功能感知交互”向著(zhù)“主動(dòng)認知交互”發(fā)展。
具體的發(fā)展趨勢有兩大類(lèi):
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(yǔ)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(dòng)向主動(dòng)交互轉變�；谄�(chē)的動(dòng)態(tài)狀況和駕乘人員的肢體信息，自動(dòng)提供內容或服務(wù)，實(shí)現智能情感交互等。
圖3：STAR建議的汽車(chē)HMI設計七大準則 (圖源：star.gobal)
汽車(chē)的HMI系統正在走向多模態(tài)和高復雜化，而這場(chǎng)變革的背后，離不開(kāi)“感知”和“計算”這兩大類(lèi)關(guān)鍵硬件技術(shù)的支撐。
從感知層面來(lái)看，不同交互場(chǎng)景需要大量傳感器支持因而傳感器種類(lèi)和數量勢必大幅增加。IHS預測到2030年，單車(chē)傳感器數量將超過(guò)11個(gè)（不包含ToF等裝備）。從計算層面來(lái)看，汽車(chē)對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(lèi)增多、攝像頭個(gè)數增多、分辨率提升和運行幀率提升等。
主動(dòng)式人機交互方案，芯片選型更為關(guān)鍵
一切都離不開(kāi)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(chē)微控制器，采用了獨有的G3KH CPU內核，工作主頻為120MHz，能夠在提供高算力的同時(shí)確保安全性。
芯片內置閃存最高可達2MB，高端型號內部還集成了CAN FD接口。工程師可以選擇144pin的版本，從而實(shí)現更復雜的設計。我們推薦的具體芯片型號在貿澤電子的料號為R7F7015833AFP-C#AA3。
圖4：RH850/F1K芯片框圖 (圖源：貿澤電子)
NFC電子鑰匙：汽車(chē)人機交互的第一步
作為汽車(chē)人機交互的第一步，借助NFC技術(shù)的汽車(chē)數字鑰匙成為了行業(yè)追逐的熱點(diǎn)。
目前NFC模塊主要安裝在車(chē)門(mén)把手、車(chē)輛B柱和中控臺三個(gè)位置。車(chē)門(mén)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(jìn)行智能手機驗證，激活預設場(chǎng)景。未來(lái)，同一輛車(chē)針對不同的用戶(hù)ID識別后，還可以啟用不同的車(chē)輛限速設定等一系列定制參數。
來(lái)自STMicroelectronics的ST25R3920B汽車(chē)NFC讀卡器，是業(yè)界第一款通過(guò)NFC Forum CR13標準認證，適用于CCC數字車(chē)鑰匙2.0版的NFC讀寫(xiě)器芯片。CCC是NFC Forum推出的13版NFC認證的新功能，將確保車(chē)商能提供可互操作的NFC鑰匙系統。該器件在貿澤電子的料號是ST25R3920B-AQWT。
圖5：ST25R3920B獲得NFC Forum CR13認證 (圖源：ST官網(wǎng))
ST25R3920B包含一個(gè)高級模擬前端（AFE）和一個(gè)高度集成的數據成幀系統，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)化射頻輸出調整過(guò)程，方便優(yōu)化過(guò)沖和下沖問(wèn)題。
像在車(chē)門(mén)把手等位置，受限于方案安裝的實(shí)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(dòng)態(tài)功率輸出，可直接高效驅動(dòng)天線(xiàn)，即便使用門(mén)把手中常見(jiàn)的小天線(xiàn)尺寸，也能實(shí)現更遠交互距離。
圖6：ST25R3920B CCC電子鑰匙解決方案 (圖源：ST官網(wǎng))
ANC技術(shù)：打造安靜電車(chē)時(shí)代
在高端的傳統燃油車(chē)中，為了提升駕乘舒適度，已經(jīng)有主動(dòng)降噪（Active Noise-Control，ANC）的應用出現。
而到了電動(dòng)汽車(chē)的時(shí)代，因為沒(méi)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(dòng)降噪將會(huì )成為新車(chē)的配置重點(diǎn)。
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數字輸出運動(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(shí)，優(yōu)先考量了RNC系統精準度這一參數，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(lèi)型產(chǎn)品低58%。該傳感器還有分時(shí)多工（TDM）數字接口，能將系統多個(gè)加速度計同步輸出，以測量全車(chē)振動(dòng)噪聲。此外，AIS25BA還具有快速回應／低延遲特性，滿(mǎn)足RNC系統即時(shí)計算校正波形的要求，高頻寬特性也確保用戶(hù)可以捕捉到與應用相關(guān)的聲頻范圍干擾。
結語(yǔ)
以“第三生活空間”為目標，座艙智能化已成為汽車(chē)發(fā)展的重點(diǎn)。觸摸屏不再是交互的終點(diǎn)，未來(lái)的人機交互界面將會(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，需要感知和計算硬件的提升和配合。
貿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)伙伴和設計者一起打造第三生活空間，共赴智駕未來(lái)。 |
