HMI改变了我们与车辆的交互方式

介绍
人机界面（HMI）在新的车辆模型中已无处不在。最初用作汽车收音机和卡带/ CD娱乐设备的替代品，他们迅速添加了卫星导航功能，将其转变为信息娱乐系统。设计各不相同，有些选择了平板电脑式的横向显示，而另一些则无缝集成到车辆的仪表板中。
通常，它们共享我们的智能手机和平板电脑所使用的光滑的玻璃触摸屏显示方法，从而使HMI变得熟悉且易于使用。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。
随着技术不断应用于我们的车辆，从高级驾驶员辅助系统（ADAS）到改变内部装饰照明的颜色，信息娱乐HMI已成为车辆驾驶舱和控制装置的核心部分。集成更多控制功能的举措也使汽车制造商能够从仪表板上卸下传统的机械按钮和开关，从而进一步提高了汽车内部设计的时尚感和时尚感。
在这里，我们将研究各种汽车HMI用户界面以及它们对驾驶员的用户体验的意义：
汽车人机界面设计的关键因素
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随时可以访问众多功能和特性，可能会导致驾驶员暂时将视线从道路上移开，以选择其他音乐曲目或阅读短信。HMI用户界面（UI）的设计应直观且易于操作，以使驾驶员仅在绝对最短的时间内分心。
汽车HMI的特定标准的开发仍处于起步阶段。但是，国际标准ISO 15005：2017规定，1.5秒的扫视时间应足够长，以使驾驶员能够从车辆的运输信息和控制系统中收集信息。一些HMI在车辆行驶时监视驾驶员的交互。如果驾驶员似乎花太多时间选择其他功能或访问特定功能（例如新闻标题），则HMI会向驾驶员发出警告。在这种情况下，触摸屏可能是输入方法，尽管使用语音助手对于某些功能来说是更安全的选择。
HMI采用的另一个推动力是需要为许多复杂功能提供更直接的界面。该要求对半自动和全自动驾驶的车辆有效，在这种情况下，所需的控制与驾驶员的控制有很大不同。同样，化石燃料动力汽车的仪表和表盘与电动或混合动力汽车所需的仪表和表盘不同。LCD触摸屏提供了非常灵活的HMI，可在其上创建直观且易于操作的UI。经过精心计划和设计，总体用户体验（UX）产生了引人入胜的视觉体系结构，简化了导航。 对于车辆制造商，HMI提供了一种区别其车辆平台与其他制造商的平台的方法。UX在其中起着很大的作用，其中针对所有制造商的不同车辆型号开发了标准UI。开发自定义图标，符号和字体可能是嵌入式开发人员的工作。
尽管如此，对消费者的关注仍然很容易进行比较和对比，并且越来越成为车辆选择过程的一部分。 对于车主来说，灵活的HMI可以个性化其车辆的各种功能，从而创造出适合其心情，前进历程的体验，并使制造商的品牌体验栩栩如生。舒适性和内部照明控制是流行的个性化功能，如行驶模式（正常，环保，运动等），以及在高端车型中，悬架的牢固性也是如此。

HMI技术
HMI设计器具有广泛的久经考验的技术，可用于构建和控制UI。投射电容式触摸（PCAP）感应控件已成为常态，并严格遵循通过语音控制。这些输入方法的补充是触觉，手势（触摸和空中），接近和力检测，眼动跟踪以及机器学习。
语音识别
预计在未来几年中，基于机器学习的语音识别应用程序的使用将显着增长。研究公司Tractica估计，基于人工智能的语音智能助手将在HMI中扮演重要角色，到2025年，全球市场价值将达到46亿美元。在短短几年内，汽车的80％ HMI将集成语音识别系统，但不包括智能手机助手应用程序，例如Google Voice和Apple的Siri。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以拨打电话。
随着机器学习算法的发展，语音识别将足够可靠，可以控制ADAS功能和舒适度控制。高性能，符合汽车标准的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性口音和更广泛的声音范围。
除神经网络外，数字语音处理技术还将有助于消除其他乘员的背景噪声，轮胎和风噪声，并拒绝来自广播节目和其他媒体源的虚假命令。语音用户界面还需要可配置的语音输出，用于确认口头命令，询问相关问题以及其他双向对话。从安全的角度来看，使用语音控制是最合理的选择，使驾驶员可以将目光停留在道路上，而不会因触摸屏上的选项而分心。

触控式
投射电容式触摸技术非常先进，具有管理大型显示表面的能力。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条件。高对比度，高亮度的显示面板对于部署成功的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注意力，影响驾驶员的安全交互。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，并且需要一支经验丰富的团队来了解驾驶员如何以最小的注意力与UI进行交互。安全性和可用性至关重要。通常可以将PCAP功能集成到微控制器或应用处理器中。
多点触摸电容式触摸控制器已成为常态，因此可以容纳手指手势，例如捏和拉伸。触摸按钮，滑块和滚轮UI功能被实现为触摸表面，并且可听见的声音在操作过程中向用户提供反馈。 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 手指靠近屏幕时的选项。力检测是一个相对较新的发展，它创造了一种3D用户体验，使其更适合某些应用程序，例如，允许对按钮图标进行更积极的虚拟推动，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，多点触摸力检测对操作也很有帮助。
用于汽车应用的触觉传感器的开发仍在继续，一些高端汽车制造商正在其HMI中集成触觉。一个例子是空中触觉技术，其中手跟踪技术和一系列超声扬声器用于形成和跟踪人手可以感觉到的超声模式。以此方式，可以在空气中形成各种超声3D形状，例如圆形控制旋钮，使指尖可以感觉到并看起来保持住。通常，这些形状在控制表面上方几英寸处形成并创建虚拟的触摸体验。手动跟踪算法然后检测旋钮的旋转或推动方式，以完成UI。

汽车HMI的技术设计注意事项
HMI操作环境的几个方面在汽车应用中需要特别注意。其中包括具有极端温度，湿度和诸如尘土，灰尘和振动等物理因素的多变环境条件。如果玻璃上形成冷凝膜，则触摸屏容易出现不稳定现象。同样，用潮湿的手指进行操作会导致UI冻结，直到除去所有残留的水分。在另一个极端的湿度下，当驾驶员触摸屏幕时，干燥的空气会增加产生静电的机会。任何汽车HMI应用都需要在广泛的温度和湿度条件下进行全面测试，以确保安全，可靠且可靠的运行。HMI触摸屏应易于清洁，方法是清除粘性糖果，汽水溢出，双手湿润。显示屏的亮度需要快速，自动地补偿穿越隧道和进入强光下的行驶。 道路和车厢噪音是基于AI的语音识别界面的其他考虑因素。机舱噪音还可能包括车辆中其他人之间的对话以及信息娱乐应用程序发出的声音。收听语音命令的麦克风的位置需要优化，并与车辆身体物理隔离。
这样，可以将道路噪音（例如低频隆隆声和空转的轮胎噪音）保持在最低水平。暖气和空调通风口发出的声音会影响语音命令的性能。如果车辆的任何一个车窗都打开，那么就会发出强烈的高频可听背景噪音成分。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，例如EMI和EMC。随着车辆中无线通信的日益普及， 包括蜂窝，Wi-Fi和Bluetooth®，有害干扰很高。同样，在电动和混合动力车辆中，来自电动机驱动链的高dV / dt瞬变可能很重要。 车辆ADAS功能的某些方面将归入汽车功能安全标准ISO 26262的管辖范围。该标准旨在强调控制车辆运行并检查以下三个标准的任何基于软件的系统中的风险：潜在的危害，它将发生，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为最低风险，ASIL D为最高风险。

结论
汽车人机界面已经改变了我们与车辆交互的方式。由于汽车配备了更先进的信息娱乐，通信和ADAS控制功能，因此HMI已成为驾驶员和乘客的主要控制面板。预计语音识别的使用将在未来几年迅速增加，从而提高驾驶员的安全性，并且通过使用新一代的新型强大AI处理器和推理引擎，语音识别的使用将成为可能。