智能人车交互方案-极智灯光

张艳群， 华 成， 谢延青

（上汽大众， 上海 201805）

1 极智灯光简介

极智灯光安装在汽车内部的前挡风玻璃下面，贯穿在出行的很多场景中，运用RGB-LED技术，彩色光束可以以动态方式照射出来。极智灯光可以实现美学效果，还可以作为智能可控的动态功能照明，即使在白天也能看得清楚。极智灯光可以实现人与车之间更多互动交流的同时，还能承担起一定的安全提示功能。其主要由54颗LED组成，每颗LED可单独控制，通过LED不同的颜色和是否发光的组合，形成不同的动态光束，以此实现人机交互。其示意图如图1和图2所示。

图1 极智灯光安装示意图

图2 极智灯光结构示意图

极智灯光由54颗LED组成，一共用到4块PCB，一块master PCB，3块slave PCB. master PCB上布置了主要的MCU，一块slave上布置18颗LED，采用全时驱动的方案，每个LED驱动芯片驱动6颗LED，每颗LED都可以单独控制其颜色和亮度的改变，实现无极变色。

图3为电子驱动方案。其设计的逻辑是：主驾和副驾可以分区控制，主要体现在语音交互的过程中，利用车内搭载的两个麦克风实现语音的分区控制，根据麦克风识别的位置，动画可以分别显示在识别到的主驾侧或副驾侧，展现更好的交互效果；优先级的设计是比较重要的逻辑，同时触发多个应用场景时，需要根据优先级的高低优先显示优先级高的动画，优先级主要依据功能的安全性和重要性分类，安全等级越高，对驾驶员乘客的信息越重要的功能优先级越高。优先级从高到低的排序是：制动警告、挂挡错误、龟速模式、上电、下电、来电、语音助理、充电、欢迎模式、导航。

图3 电子驱动方案

极智灯光是AB-CAN上的一个节点，与AB-CAN上的ICAS3和K-CAN上的ICAS1之间通过CAN进行通信，系统架构如图4所示。传感器 （光线传感器、雷达等）检测到相应的信号后，通过BCM将信号发给ICAS3/ICAS1，ICAS3/ICAS1根据接收到的信号判断是否给极智灯光发出控制信号，发出何种控制信号，极智灯光接收到ICAS3发出的报文后，做出相应的动画反馈。其更新和下载是通过ICAS3实现的，在初始化设置时，用户设定一种功能状态下的动画效果，称之为学习模式，待设定好之后，动画效果将按照序列形式被存储，当某种功能被激活，ICAS3发出指令，由Master调取对应序列里的动画并指示54颗RGB LED显示。Master与ICAS3//ICAS1之间通过CAN进行通信，Master与RGB slave之间亦通过类CAN通信。图5和图6展示了系统的硬件框架和软件框架。

图4 系统架构

图5 硬件架构

图6 软件架构

2 极智灯光扩展应用

极智灯光除了基本的应用场景，还有很多可挖掘的车内扩展应用场景。如空调温度/风速可视化、车门未关提示、超速/低速提示、电量过低提示、视频信息提示、外接设备接入提示、交通状态提示、氛围调节模式及音乐律动等。整理的功能列表如图7所示。本节主要介绍极智灯光音乐律动的扩展应用。将音乐律动和极智灯光相结合起来，使得极智灯光更加智能拟人化，它可以通过车内音乐声控展示不同的色彩变化，用灯光传达情感，让音乐的律动和光影的变幻相呼应，为驾乘人员提供听觉与视觉的双重享受，增添了用车过程中的舒适感，更加深化“人车互动”的驾驶体验。

图7 极智灯光车内基本/扩展功能颜色优先级定义

同时LED的颜色也有设计逻辑，颜色主要依据功能模块分类，实现相同功能的模块尽量用同一种颜色。对于优先级较高的场景，如辅助驾驶中的制动提示，因为红色光的波长很长，穿透空气的能力强，同时比其他信号更引人注意，所以强烈禁止警告类的信号采用红色；黄色光的波长较长，穿透空气的能力较强，所以作为警告的信号颜色；绿色纯净剔透，使驾乘者在高温气候的环境中，迎来丝丝清凉的感觉，采用绿色作为通告信号，红色和绿色的区别最大，易于分辨，如来电提示和充电状态采用绿色；蓝光是体现科技的主流色，科幻片常以蓝色灯光渲染气氛突出科技感，同时蓝色可以起到调节神经、缓解情绪的作用，导航相关的动画主要采用蓝色；白光给人简洁清爽的感觉，是灯光颜色里最经典的代表色，经久耐看，应用最广泛，其他常用的应用场景大多采用白色。

音乐律动功能的整体逻辑是：音乐经过处理后的原始数据是音响或耳机的震动信号。对原始数据进行处理可以得到时域的能量波形和频域的能量波形。调用现有的库函数可以得到能量 （振幅）和节拍信息。然后把这些信息进行20ms采样，把振幅对应到LED亮的颗数，转换成报文，发到总线，从而极智灯光实时反馈不同音乐所对应的动画。其整体的逻辑如图8所示。

图8 音乐律动整体逻辑

3 极智灯光与整车联动

目前市面上还没有把内部灯光和汽车外部的场景结合起来实现整车联动的应用，实现整车联动将能打造更加智能化的网联汽车。因此，有必要将极智灯光的应用场景进行更深入的扩展。如与外部的警示灯结合来提醒驾驶员，引起驾驶员的视觉注意。

变道辅助系统 （Side Assist）可帮助驾驶员探测车辆后方相邻车道的交通状况。雷达传感器监控车辆后方区域。系统探测与相邻车道车辆的车距和车速差并通过车外后视镜中的可视信号通知驾驶员。对于配备变道辅助系统的车辆，如果在可能出现危险情况时变换车道，当车道保持辅助系统打开时，会通过修正性转向干预向驾驶员发出警告。在汽车的后视镜上会出现黄色闪烁的指示灯，由于一般在超车的时候因为车辆周围有一些盲点，在后视镜里会出现黄色的警告灯对于驾驶员来说并不是很醒目。假如将变道辅助系统的信号灯直接在极智灯光上上显示，那么就不会因为驾驶员的视觉盲区而造成驾驶员的忽视，极大增加了驾驶的安全性。

变道辅助系统的信息提示信号主要来自车后部的雷达，雷达探测到后车的实时跟车距离，并转换成速度信号，再将信号传给后视镜上的灯，这个应用的更改也会相对简易，只用将传给后视镜灯的信号转换成极智灯光可以识别的报文，极智灯光便能做出相应反馈的动画，而且由于极智灯光配置有54颗RGB的LED，视觉提示的动画可以进一步优化，比如随着后车车速的提高，跟车距离变小，提示灯的颜色可以从橘黄色逐渐变成红色，变换的频率也可以随车速的改变改变，这样给驾驶员带来的视觉冲击也更为强烈。如图9所示。

图9 变道辅助系统的可视显示

4 总结

在“新四化”战略精神的指导下，汽车灯具作为汽车最重要的造型和功能零部件也积极参与其中，通过智能化的设计实现多种模式车与人 （V2P）之间的互动交流，从而带来全新的驾乘体验并增强了整车的科技感和安全性。极智灯光主要具备以下功能特点。

1）互联互通：实时关联导航系统，给驾驶员可视化的信息提示 （如提示转弯/变换车道等关键信息）。

2）拟人交互：搭载迎宾动画，同时配合车内语音助理功能，实现拟人化智能交互，带来管家式驾乘体验。

3）多模交互：通过灯光动画/语音助手/警告蜂鸣等融合了视觉/听觉的多感官AI交互方式，带来极致出行体验。

4）智能助手：可基于驾驶员的操作状态，实时反馈交互信息；也可根据周围环境光的变化，自动调整内部氛围灯光的强弱，营造最舒适的视觉感受，做更懂你的驾驶伴侣。；

5）驾驶安全：紧急制动提醒，车道错误提示，保障安全出行。

6）智慧场景：根据安全等级及信息重要程度设定不同动画优先级，智能感知多个应用场景，根据驾乘需求，优化车内服务。