HMI改变了我们与车辆的互动方式

　　随着汽车配备更复杂的信息娱乐、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。

　　介绍

　　人机界面 （HMI） 在新车型中已无处不在。最初用作汽车收音机和盒式磁带/ CD娱乐装置的替代品，他们迅速增加了卫星导航功能，将其变成信息娱乐系统。设计各不相同，有些选择平板电脑式的横向显示屏，而另一些则无缝集成到车辆的仪表盘中。通常，它们共享我们的智能手机和平板电脑使用的时尚玻璃触摸屏显示方法，使HMI感觉熟悉且易于使用。如今，信息娱乐系统通过Android Auto和Apple CarPlay等应用程序进一步集成了智能手机功能。随着技术不断添加到我们的车辆中，从高级驾驶辅助系统 （ADAS） 到改变内饰照明的颜色，信息娱乐 HMI 已成为车辆驾驶舱和控制机制的核心部分。集成更多控制功能的举措还使汽车制造商能够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部设计的时尚美感。在这里，我们将介绍各种汽车HMI用户界面以及它们对驾驶员用户体验的意义：

　　汽车HMI设计的关键因素

　　汽车HMI的设计有几个主要要求，其中安全性是最重要的。对于HMI，安全性包括防止驾驶员分心。通过HMI随时访问大量功能和特性可能会导致驾驶员暂时将视线从道路上移开，选择不同的音乐曲目或阅读短信。HMI用户界面（UI）的设计应该直观且易于操作，以便驾驶员只会在绝对最短的时间内分心。汽车HMI特定标准的制定仍处于起步阶段。但是，国际标准ISO 15005：2017规定，1.5秒的注视时间应足以让驾驶员从车辆的运输信息和控制系统中收集信息。一些HMI在车辆行驶时监控驾驶员的互动。如果驾驶员花费太多时间选择不同的功能或访问特定功能（例如新闻标题），HMI 会向驾驶员发出警告。在这种情况下，触摸屏可能是输入法，尽管对于某些功能，使用语音助手将是更安全的选择。

　　采用HMI的另一个驱动因素是需要为许多复杂的功能提供更直接的界面。这一要求适用于半自动和全自动驾驶汽车，其中所需的控制与人类驾驶员所需的控制非常不同。同样，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不同。LCD触摸屏提供了一个极其灵活的HMI，可以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） 经过精心规划和设计，可产生引人入胜的可视化架构，从而简化导航。

　　对于汽车制造商来说，HMI提供了一种将其车辆平台与其他制造商的平台区分开来的方法。UX在这方面起着很大的作用，其中标准UI是在制造商的所有不同车辆品牌中开发的。开发自定义图标、符号和字体对嵌入式开发人员来说可能是一件苦差事。尽管如此，消费者对这一细节的关注很容易进行比较和对比，并且越来越多地成为车辆选择过程的一部分。

　　对于车主来说，灵活的HMI允许个性化车辆的各种功能，创造适合他们心情和未来旅程长度的体验，并将制造商的品牌体验带入生活。舒适性和内部照明控制是流行的个性化功能，驾驶模式（正常、环保、运动等）也是如此，在高端品牌中，悬架的坚固性也是如此。

　　人机界面技术

　　HMI 设计器具有各种久经考验的技术，可以在这些技术上构建和控制 UI。投射电容式触摸 （PCAP） 传感控制是常态，紧随其后

　　通过语音操作控制。与这些输入方法相辅相成的是触觉、手势（触摸和空中）、接近和力检测、眼动追踪和机器学习。

　　语音识别

　　基于机器学习的语音识别应用程序的使用预计将在未来几年显着增长。研究公司Tractica的估计预测，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。在短短几年内，80%的车载HMI将集成语音识别系统，这还不包括谷歌语音和苹果Siri等智能手机助手应用程序。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的目的地，以及操作连接的智能手机进行通话。随着机器学习算法的进步，语音识别将足够可靠，可以控制ADAS功能和舒适控制。高性能汽车级应用处理器和推理引擎的可用性将允许使用更复杂的自然语言算法，这些算法更容易适应区域口音和更全面的语音范围。除了神经网络之外，数字语音处理技术还将有助于消除其他车辆乘员的背景噪音、轮胎和风噪声，并拒绝来自无线电节目和其他媒体来源的虚假命令。语音 UI 还需要可配置的语音输出，用于确认语音命令、提出相关问题和其他双向对话。从安全角度来看，使用语音控制非常有意义，可以让驾驶员将视线放在道路上，而不是被触摸屏上的选项分散注意力。

　　触摸控制

　　投射电容式触摸技术非常先进，能够管理大型显示表面。例如，特斯拉使用15英寸纵向触摸屏。屏幕需要适应从明亮的阳光到黑暗的各种环境光线条件。高对比度、高亮度的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，因为它们可能会分散驾驶员的安全交互的注意力。也就是说，一次显示太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，需要经验丰富的团队了解驾驶员如何以最小的干扰与 UI 交互。安全性和可用性至关重要。PCAP功能通常集成到微控制器或应用处理器中。多点触控电容式触摸控制器是常态，因此可以适应手指手势，例如捏合和拉伸。触摸按钮、滑块和滚轮 UI 功能作为触摸表面实现，可听见的提示音在操作过程中为用户提供反馈。

　　触摸屏的增强功能包括使用振动触觉传感器来提供用户反馈、接近检测和力检测。接近检测可以激活触摸屏或一组

　　手指接近屏幕时的选项。力检测是一项相对较新的发展，它创造了一种3D用户体验，比其他应用程序更适合某些应用程序 - 例如，允许使用更积极的按钮图标虚拟按下，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，多点触摸力检测也有利于操作。

　　用于汽车应用的触觉传感器开发仍在推进，一些高端汽车制造商正在将触觉纳入其HMI。一个例子是空中触觉技术，其中使用手部跟踪技术和一系列超声波扬声器来形成和跟踪人手可以感觉到的超声波图案。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，指尖可以感觉到并似乎握住。通常，这些形状在控制表面上方几英寸处形成，并创建虚拟触摸体验。然后，手部跟踪算法会检测旋钮的转动或推动方式以完成 UI。

　　汽车 HMI 的技术设计考虑因素

　　对于汽车应用，HMI操作环境的几个方面需要特别注意。其中包括极端温度、湿度和物理因素（如污垢、灰尘和振动）的多变环境条件。如果玻璃上形成冷凝膜，触摸屏容易出现不稳定的行为。同样，使用潮湿或潮湿的手指进行操作可能会导致UI冻结，直到去除任何残留的水分。在湿度的另一个极端，干燥的空气会增加驾驶员触摸屏幕时发生静电放电的机会。任何汽车HMI应用都需要在各种温度和湿度条件下进行彻底的测试，以确保安全、稳健和可靠的运行。HMI 触摸屏应通过擦去粘性糖果、软饮料溢出和湿润手等所有东西的痕迹来轻松清洁。显示器亮度需要快速自动补偿穿过隧道和明亮阳光的行驶。

　　道路和机舱噪音是基于AI的语音识别接口的其他考虑因素。车厢噪音也可以包括车内其他人之间的对话以及来自信息娱乐应用程序的声音。监听语音命令的麦克风的放置需要是最佳的，并且与车辆的身体在物理上隔离。这样，低频隆隆声和轮胎嗡嗡声等道路噪音就保持在最低限度。暖气和空调通风口发出的可听噪音会影响语音命令性能。如果车辆的任何窗户打开，则冲刺的高频可听背景噪声成分很普遍。数字信号处理技术和滤波器可以帮助隔离所需的人类语音信号，以便通过语音识别神经网络算法进行后续处理。

　　其他技术考虑因素包括确保HMI符合各种安全标准和其他法规，如EMI和EMC。随着无线通信在车辆中的使用越来越多，

　　包括蜂窝、Wi-Fi 和蓝牙®，不必要的干扰很高。此外，在电动和混合动力汽车中，电机驱动链的高dV/dt瞬变可能很大。

　　车辆ADAS功能的某些方面将属于汽车功能安全标准ISO 26262的职权范围。该标准用于强调任何基于软件的控制系统中的风险，该系统控制车辆的运行，并检查三个标准：伤害的可能性，发生的可能性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），其中ASIL A风险最低，ASIL D风险最高。

　　结论

　　汽车HMI改变了我们与车辆交互的方式。随着汽车配备更复杂的信息娱乐、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。语音识别的使用预计将在未来几年迅速增加，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成为可能。

　　审核编辑：郭婷