汽车人机交互类附件智能化研究

张享

（奇瑞汽车股份有限公司，上海 200000）

主题词：附件 人机交互 智能升级 高级感

缩略语

FOTA Firmware Over-The-Air

SOTA Software Over-The-Air

UWB Ultra Wide Band

NFC Near Field Communication

GPS Global Positioning System

SOA Service-Oriented Architecture

API Application Programming Interface

1 前言

随着软件定义汽车时代的到来，汽车内各类传统开关、旋钮等非自定义人机交互产品逐渐被传递信息更丰富的屏幕所取代[1]，置身于这样的智能座舱中，高级感与现代感扑面而来[2]。

然而，高级感与现代感的定义是动态的、时效性的，而非一成不变的。多个屏幕的解决方案也同样带来因层级较多导致用户在驾驶过程中不敢点按屏幕内的菜单、较多功能设置项被永久遗忘、交互方式单一、眼部疲惫等一系列新问题[3-4]。

为了解决以上问题，并提前布局未来几年的具备更高级的智能化座舱，需要在更多维度、更多场景进行人机交互的加强[5]，解决用户痛点、创造车内新需求，为乘客、车辆周边环境提供一个安全、舒适、环保的空间[6-8]，结合物联网万物互联、软件定义汽车、高阶辅助驾驶、无人驾驶等成熟概念推进人机交互类附件的智能化[9]。

2 用户需求确认

2.1 寻找终端用户问题与痛点

根据现有量产车售后市场反馈，充分总结现存的功能性问题与缺失，例如，大屏黑屏或损坏后，没有实体按键，如何解决用户开启空调、了解续航里程等问题。通过系统性的总结问题，如果利用已有的硬件远程升级软件仍无法解决问题，就需要增加辅助的附件来优化用户的体验[10]。这样，每个问题的解决方案将会是开放式的，或许会为下一代车辆的购买者带来不一样的体验，也从一定程度上提高了车辆的更新迭代速度。

2.2 加强用户体验

在智能座舱中，已存在较多的控制器与传感器，在现有功能涉及人机交互过程进行优化。多维度的人机交互可以在视、听、嗅、触、味、甚至电触感等全方位立体感知上下功夫[11]。

另外，智能设备小型化的也是探索的一条路径[12]，例如，当用户未携带手机、手环、钥匙等智能设备场景下，且该用户对生物特征隐私有抵触情绪的，可以附着在身体上，同时又不影响用户本人的任何生活动作，做到无视存在，但有恰到好处的实现功能。这类附件类产品会存在巨大的市场空间。

2.3 创造新需求

在车辆多维度的智能座舱空间内，不断为用户创造新的使用需求，通过人群、性别、需求等分类筛选出用户可能存在的新需求，并列举出可能使用的附件类型。如表1示例。

表1 分类筛选用户需求

3 用户使用场景确认

3.1 行驶场景

用户驾车行驶的过程是车辆最常见的应用场景。分析各个车上位置的乘客及外部人员的场景，总结用户的动作特征。归类举例如表2。

表2 行驶场景车载人员动作

3.2 静止场景

用户在静止的车辆内外的场景也是一种常见使用场景，而且随着电动汽车的普及，电动车充电时间远大于汽油车加油时间[13]，不可以跟随过去经验忽略加油等待时间。因此，有必要对静止场景进行筛选分类，识别静止场景下车载人员可能存在的动作。见表3。

表3 静止场景车载人员动作

4 附件实现原理分析

4.1 外观机械模型分析

根据上述2章节针对用户使用车辆的需求、场景描述，综合全局地分析适合其实现的机械结构、外观造型、感官类型。本文主要按照五感作为分类依据，分为已存在的产品和新创造的设备。表4中描述的感官对应产品类型仅为已存在的、在车上可能会使用的产品，而实际上远不限于这些产品类型。新创造的设备可由从业人员根据上述章节中的方法论，设计出新类别的可靠产品。

表4 感官对应产品类型

4.2 网络连接方式分析

根据用户场景与需求，全局分析该附件可以适配的网络连接拓扑形式，主要分为连接到中央网关主从式、无线网格网络组网[14]、环形、星型等其他种类适合移动类型的拓扑形式[15]，根据实际需求采用有线或无线、高速或低速、远距离或近距离的具体方案，见表5进行选择。

表5 车内外网络连接方式

4.3 硬件模型分析

与4.1、4.2章节同步，根据上述2章节的场景描述，设计附件自身零件级的电子硬件功能冗余。通常情况下，先安置较多的电子器件，然后再做减法进行删除元器件。实际的硬件类型不限于以下表6所述，且很多硬件类型已集成在一块芯片上，为开发者提供了更成熟的选择[16]。

表6 硬件类型

4.4 软件模型分析

综合4.1、4.2、4.3这3个章节搭建出的物理平台，分析软件所需要的功能模块和已存在的标准化驱动模块。软件定义汽车时代，有别于过去的软件设计方法，面向服务的设计理念也应赋能到智能附件产品，尽可能实现类似于鼠标、键盘在个人计算机领域的通用化、即插即用、热拔插（包括无线产品），实现低耦合、高内聚的编程理念[17]。对于较复杂的多设备人机交互类附件，可以采用分布式操作系统，如鸿蒙OS等，而不必专门为单一类别的零件设计操作系统或无操作系统的单片机类产品。同时，智能化的附件产品又可以较容易地适配各种操作系统的车机、主机。软件模块选择见表7。

表7 软件必选可选模块

针对整车级的SOA面向服务架构，每个附件的动作都是作为一个服务[18]，主机厂或软件平台方可根据安全与隐私考量，选择性开放一些热门的API，设定新的标准或遵从已存在的成熟标准，实现车辆可选附件的通用化和开放性，让更多软硬件开发者参与到智能化车辆的升级大潮中。

由上述各章节已探索出一些发明或实用新型专利，限于涉密细节，不便展示，但读者依旧可以根据本文提供的涉及思路和方法论，创造发明出更多灵活的有价值的车载附件产品。

5 结束语

未来多智能屏占领用户视线的大趋势不可逆转，与此同时，软件定义汽车带来的功能的指数级上升，也是大势所趋，但基于屏幕的较为单一的视觉和听觉感知不足以承载排山倒海而来的功能提升，用户往往会茫然于过多功能而入口只有大屏与语音的尴尬境地，因此，各个消费层次的用户需要更多的智能化附件设备来支撑用户多维度、多感官、多场景的多元化需求。基于SOA架构的软硬件的弹性设计也留给主机厂、供应商、第三方开发者等一系列全产业链数以亿计的市场想象空间。