【導(dǎo)讀】據(jù)MarketandMarket市場報告預(yù)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(fù)合增長率預(yù)計為13.59%。智能汽車將成為人們的“第三生活空間”,結(jié)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(dāng)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(wù)。
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(qū)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?;仡櫰囎摰陌l(fā)展歷史,半導(dǎo)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(dāng)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(diào)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(shè)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(dāng)下汽車內(nèi)人機交互正在發(fā)生變革:設(shè)計理念以用戶為中心,通過AI、車內(nèi)車外的感知技術(shù),從基本的“功能感知交互”向著“主動認(rèn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(wù),實現(xiàn)智能情感交互等。
圖3:STAR建議的汽車HMI設(shè)計七大準(zhǔn)則
(圖源:star.gobal)
汽車的HMI系統(tǒng)正在走向多模態(tài)和高復(fù)雜化,而這場變革的背后,離不開“感知”和“計算”這兩大類關(guān)鍵硬件技術(shù)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(yù)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(guān)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(yīng)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(fù)雜的設(shè)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(shù)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(yù)設(shè)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(shè)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(biāo)準(zhǔn)認(rèn)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(rèn)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(rèn)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(shù),可以簡化射頻輸出調(diào)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(shè)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(qū)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(yuǎn)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(yīng)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(zhuǎn)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(shù)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(shè)計時,優(yōu)先考量了RNC系統(tǒng)精準(zhǔn)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(yīng)/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(yīng)用相關(guān)的聲頻范圍干擾。
結(jié)語
以“第三生活空間”為目標(biāo),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(guān)的傳感器、MCU和射頻等器件供貨,助力生態(tài)伙伴和設(shè)計者一起打造第三生活空間,共赴智駕未來。
來源:Mouser
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