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知荐 | 车载HMI发展史

2020-8-19 04:46| 发布者: admin| 查看: 398| 评论: 0

摘要: 作者:焉知自动驾驶序言汽车仪表随着汽车行业的高速发展而不断改革技术,经历了几次变革,不管是从形态还是功能,都发生了巨大的变化。它已不再仅仅是一个提供转速、车速的简单元件,它能展示更多重要的汽车信息,甚 ...
作者:焉知自动驾驶




序言

汽车仪表随着汽车行业的高速发展而不断改革技术,经历了几次变革,不管是从形态还是功能,都发生了巨大的变化。它已不再仅仅是一个提供转速、车速的简单元件,它能展示更多重要的汽车信息,甚至发出警告。集成和数字控制技术的普及,让汽车仪表的功能前所未有的丰富,并且视觉效果也更加赏心悦目。
这个方寸之地不但体现出工程师设计的技术实力,更能够展示设计师的审美视角,可以为汽车OEM厂商提供更高的电子产品附加价值,与车型进行更完美的个性匹配,为消费者提供更加多样性的选择和个性化的驾驶体验。

早期仪表盘

早期常规仪表包含了车速里程表、转速表、机油压力表、水温表、燃油表、充电表等,之后汽车仪表还需要装置稳压器,专门用来稳定仪表电源的电压,抑制波动幅度,以保证汽车仪表的精确性。仅就小小的指示灯设计来说,之前的梅赛德斯-奔驰E级车,就有多达41个,而在沃尔沃的S40上只有21个,这是数字上的差异,也是不同品牌对于车辆安全理解的不同,道理很简单,更多的指示灯确实可以更精准的提示。





电气式仪表

这类仪表增加了不少功能,汽车信息反馈也更多更及时地在显示技术上不断迭代,从真空荧光显示屏(VFD),发展到采用液晶显示器(LCD),小尺寸薄膜晶体管显示器(TFT)由于可以实现CAN总线信号输入,驱动仪表显示信息,再加上显示屏显示的信息越来越清晰、视觉可视化越好越好,用户感知明显提升。

目前从市场上来看,比较合理的方案是采用机械仪表结合数字仪表的方式,例如车速、转速信息采用指针,指示灯信息采用LED灯点亮形式,而其他信息则采用TFT屏。

车载使用场景决定了仪表必须是安全性非常高的零件,因为车内面临的环境非常恶劣,例如,夏季受到太阳直射时温度可能达到70℃,而一旦开启空调会迅速降至20℃-30℃,冬天也会有剧烈的温差变化,温差则导致元器件膨胀/收缩,发生损坏。由于成本及市场对新科技稳定性的担忧,目前电气式仪表在市场上应用较广泛。



全液晶仪表

全液晶仪表也叫全虚拟仪表,它是一种网络化、智能化的仪表,其功能更加强大,显示内容更加丰富,线束链接更加简单,更全面,更人性化地满足了驾驶需求。

虚拟汽车仪表用屏幕取代了指针、数字等现有仪表盘上最具代表性的部分,其优点是可以由用户自己定义仪器系统,以满足不同的要求,功能更加强大、灵活,更容易同网络、外设及其他应用相连接。虚拟汽车仪表得益于更强大的图形处理和显示效果,更多的指示灯被拟物化设计,从而有效降低用户的接受过程,提高用户了解整车状态的感知,更加有利于驾驶安全;多屏交互以及整车信息可视化信息交互变得更加的从容,多媒体娱乐信息和车辆基本信息也可以更符合逻辑的显示出来,集中显示有助于提升驾驶安全,驾驶员的视距也不必在多个位置频繁切换;另外,简化的设计,也可以将更多空间留给乘坐区域或者是储物等等。可以说虚拟仪表是目前为止最先进的汽车仪表,也是未来的发展方向与趋势。

特斯拉仪表采用LG 为其定制的液晶屏, 同样也是12.3英寸,但分辨率仅为1280x480,这个仪表盘目前的显示布局是固定的,只是特定模块可以变换信息。特斯拉的仪表盘用的是Tegra 2处理器,用的是一个基于Linux底层的系统,据了解很可能就是Ubuntu。与QNX这样的嵌入式系统不同,Ubuntu是个桌面系统,除PC外还广泛应用于服务器。



从行业趋势看,高清、集成、智能是汽车仪表三大发展方向。

随着集成能力和未来科技的发展,仪表盘将能够显示更多的安全和娱乐信息,汽车仪表也会集成入更多的主动安全、ADAS信息,与网络的互动也变得更频繁,系统变得越来越开放。和中控娱乐信息系统一体化融合,集成手势控制,语音控制等操作功能。HUD平视显示技术的加入,将安全信息与娱乐导航等信息更直观安全传递给驾驶员。

液晶仪表正成为智能汽车人机交互的重要入口

终端(液晶仪表)只是一个客观的载体,体验创新最终还是要回归到人,液晶仪表HMI设计以“人为核心展开,针对不同人群使用场景不同,细分出针对性设计原则。从功能到服务,从交互到体验的全景中,我们不单纯需要作出狭隘设计上的东西,需要想的更远,了解的更多。不管交互设计师还是视觉设计师,都应该以用户体验为出发点,最终是对用户体验负责。

未来HMI发展

丨无意识和无缝连接的交互体验

“自然人机交互”大概是近些年最流行的概念了,VR/AR里的动作捕捉、空间定位,苹果多点触控交互设计,人工智能产品时常用到的语音交互,都强调Intuitive interface,也就是直观、自然的交互体验,不需要太多学习就能上手。

同样在汽车行业,我们也能看到“自然人机交互”成为未来的一大趋势,手势、语音、触控、眼动...甚至还有最新研究的脑电波+肌肉信号等等,于是各种新的界面操作方式,为汽车带来了无缝式体验。

最能体现无缝式体验的要说智能解锁了,你可能首先会想到特斯拉Model S和 Model X上那个汽车造型的钥匙,还有可能会想到BMW 7系上那把要价18000块的液晶触摸屏钥匙...

但对于智能汽车时代而言,这些可能就已经是老黄历了。

1、手机蓝牙感应的钥匙—特斯拉 Model 3、沃尔沃



需要下载指定的APP,当手机靠近车辆时蓝牙可以自动解锁,其原理类似于蓝牙音箱,可以快速的连接和断开,有效范围是8-30米,手机蓝牙钥匙的优点是携带方便,毕竟这个年代你忘记什么都不会忘记手机,而蓝牙感应提前自动解锁车辆,能让车主更加从容。为了避免手机没电,一般车企都会为车主配备单独的钥匙,比如Model 3的卡片钥匙。由此看来,看上去高大上的卡片钥匙其实只不过是个备胎而已。

2.刷脸解锁的钥匙—拜腾BYTON Concept概念车



拜腾通过B柱上的三颗摄像头和一个触摸按键实现车门的解锁,据说量产版将保留这一解锁方式,拜腾的面部识别技术由红外感应摄像头和基于云端的深度学习构成,通过对车主正面面部图像的3D建模,对比数据库中的存储的数据,完成车主信息的匹配。

需要说明的是,刷脸解锁作为一种基于计算机图形处理技术的生物识别手段,本身算法的安全性不存在问题,但运用在车辆中时,识别率、反应时间、极端环境下的成功率等方面还未能被验证,具体数据最快也得等明年拜腾量产后才能知晓。

3.掌纹解锁的钥匙——爱驰U5 ION概念车



同指纹识别技术类似,掌纹识别主要采用手指末端至手腕处的图像信息。这个技术其实并不稀奇,阿汤哥在电影《碟中谍5》中就有过类似解锁车辆的演示,最近又将这一概念带到大众眼中的是爱驰U5 ION概念车。

掌纹解锁与人脸识别技术一样,同属生物识别手段的一种,而且相较人脸识别,掌纹识别对图像采集器要求不高,成本也更低,不过它的最大缺点是掌纹被复制了怎么办?毕竟上网搜索“指纹作弊”就能出来一大堆教你如何复制指纹的方法,掌纹复制虽然难度更大,但成本却并不高。

4.虹膜解锁的钥匙



目前来看,还没有听到哪家车企将使用虹膜识别进行车辆解锁,不过手机商三星却已推出了搭载虹膜识别的Note 8和盖乐世S8,按照惯例,未来3-4年汽车厂商们可能就会选择使用虹膜识别解锁车辆了吧。

单纯从技术的安全性角度来说,虹膜识别的安全等级最高,因为每一个人的虹膜都是独一无二的,想复制也没有办法,相比于面部识别技术一百万分之一的错误率,虹膜识别五百万分之一的错误率可以说是非常低了,不过缺点是对眼睛小的朋友不够友好,想要成功识别必须得瞪大眼睛才行。

丨全面屏+增强现实体验

从2017年开始,全面屏这个词开始异常的火热,类似的一个词叫做“屏占比”。

屏占比这个参数在智能手机十年来的发展过程中,毫无疑问是在一直升高的。到了如今,像三星的S8、小米Mix 2,包括iPhone X这些旗舰机型,屏占比已经超过了80%。

显然越大的屏幕使用体验越好,越有科技感。比如玩游戏的体验、阅读文档的体验等等,但我们还是应该透过这些简单的现象来看看大屏幕背后的意义是什么。

汽车的全面屏比例也步步提升,在全世界的各大车展中,大家已经不满足于屏幕越来越大,更重要的是边框越来越窄。



2017年东京车展中展出的本田Urban EV,采用了贯穿IP的联通无边框中控大屏来展示车辆信息和实现控制,以及结合左前门上的数字屏直接来取代外后视镜,共同“包围”住座舱中的驾驶员来与其交流。当这款概念车在车展上亮相后,媒体与大众都表现出来强烈的关注度和喜爱。正是因为无边框的环绕式大屏大幅的提升了车内的直观视觉和交互体验,带来更强劲的科技感。

不难预见的是,未来的消费者也会越来也喜欢车内大屏,但是它们不仅仅是以单个的“大屏”的形式出现,它们需要再做到边框更窄的全面屏,并同时通过AR增强现实的来辅助实际驾驶操作,来实现人机交互的无缝连接。

1.AR-HUD

AR HUD即是汽车应用增强现实体验的最广泛和实际的例子。AR HUD最典型的作用之一便是用于导航。导航指示通过光线的折射,会直接叠加到现实道路上,驾驶者的视线无需离开道路就知道该怎么走。



宝马5系旅行版的全彩HUD功能,画面可投射到前挡风玻璃上,而不是反光板的方案,它可以显示的功能包括车速、导航指引、限速信息、车距过近提醒等内容。

与 HUD 相比,AR-HUD 要复杂的多,前者只是一套投射并显示信息的设备,而 AR-HUD 则需要和 ADAS 等系统深度整合,以实现更高级的效果和功能。可以说车载AR-HUD就是驾驶者的另一双“眼睛”,通过它,你就能直观的看到更多信息。

2.增强现实体验– 3D cluster

3D液晶数字仪表采用了时下时髦的曲面显示功能,实现了真实的3D效果,让用户通过肉眼就能看到真正有纵深的,有层次的视觉效果,用户也将体验到更真实和动感的仪表显示,为驾驶带来更多的乐趣。



3.车内氛围灯和车外迎宾灯

车内的氛围灯和车外的迎宾灯是相对传统的增强现实体验的表现。通过灯光的改变,在原有的现实物体上产生变化,摇身一变成为一个与用户交流的主要视觉窗口。



通过以上的案例不难得出,全面屏+增强现实,是通过对人类四感(视觉、听觉、触觉、嗅觉)的“刺激”与“增强”所营造出的沉浸式体验。

使用全面屏作为基础,通过屏内和屏外多种增强现实的技术的互动,让用户得到车内沉浸式的体验是未来的趋势。

丨语音控制与自然语音交互

由于语音可以透过层层交互界面直接到达一个功能,因此具有易用性和穿透性。

车载环境是一个特殊的环境,用户驾驶的安全性为第一。在此环境下,语音交互可以起到其特殊的作用,而语音交互的成熟可以改变现有很多车载HMI设计的层级,也就是我们说的语音交互的垂直性特征。



例如,利用车载中控打电话,试想语音交互不成熟的时候,这个动作需要很多步骤,因为在设计的时候,拨打电话的功能会放在比较高的层级上,作为主要功能设计。但语音交互成熟以后,你可以只用语音发出指令“打电话给xxx”因此电话的层级就可以放在较低的位置。

生活中应用智能交互最多的地方,莫过于日常生活中的上下班、聚餐等生活场景,活动现场模拟了上班路上、找聚会餐厅和自驾出游三个典型用车环境。

一旦机器的对话不再冰冷,我们就会自然而然在脑海里构建一个与我们对话的“人”的形象,而在用户与这个“人”的形象对话的时候,他们会不由自主的为这个“人”构造一个包含个性、偏好等的具体形象,并通过对话产生感情和依赖性(即用户黏性),从而帮助产品。

相信不少人都在网上看过这么一个视频,一位驾驶员想通过车载系统的语音拨打电话,由于略带口音而屡屡失败,最终气得破口大骂。这个视频也从侧面显示出语音交互不是一门简单的技术活,它的难点主要在识别。



有了足够多的语音和文本数据后,后端模块则负责让机器学习怎么阅读,比如每个字的读音、连在一起怎么读、什么文字组合是更常用的等等,提取出有用的数据模型构成数据库。最终机器在糅合声学模型以及语言模型信息的网络中搜索相应的信息进行解码,输出对应的结果。当然,上述的这段描述还是极大地简化了语音识别的工作原理和难度。

此外,如何在车内嘈杂的环境中提升识别率也是一大难点。在高速行驶的车内往往会有胎噪、空调声等干扰音,想要单独识别出驾驶员的声音尤其是分清主副驾驶的声音,需要额外的技术支持,麦克风阵列就是其中之一。麦克风阵列技术通过多个麦克风能够计算声源的角度和距离从而对目标声源进行定向拾取,再经过去混响技术的过滤得到更加纯净的声学信号。



当然,目前智能语音交互系统的一大痛点仍在于不够智能,我们需要使用机械固定的语音来进行语音交互,而系统的反馈也仅仅像一个词汇量稍大的机器人。因此未来如何让智能语音交互系统情感化、智能化,语音理解和认知智能将成为新的着力点。

综上三个发展方向已经涵盖了绝大多数车企科技公司的未来趋势,但由于车内的体验是整体的,互相渗透的,也可以结合三种趋势一起构造独一无二的HMI体验。

来源:清研车联(ID:tsing_auto_i-tech)



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