【導讀】據MarketandMarket市場報告預測，人機界面上越來越多的創新，將推動數字化智能座艙市場實現飛速增長。到2025年該市場的規模將達到359億美元，2018年到2023年的年復合增長率預計為13.59%。智能汽車將成為人們的“第三生活空間”，結合未來交通出行場景，座艙內體驗將會變得更加多元和生活化。基于人的狀態、車的位置和當前內外部環境，智能座艙將會為駕乘人員提供更多主動服務。
圖1:汽車智能座艙市場增長前景廣闊
（圖源：MarketandMarket）
智能汽車的人機交互未來：從被動走向主動
從蒸汽汽車到內燃機汽車，再到現在流行的混動和純電動汽車，汽車的驅動能源發生了翻天覆地的變化，與此同時，汽車與人的交互方式也一直在不斷演進中。回顧汽車座艙的發展歷史，半導體技術創新發揮了主要作用。
第一階段
第一階段即本地化電子座艙，這時候的人機交互更多是傳統機械按鈕和簡單的段式顯示屏。
第二階段
第二階段的典型趨勢是網聯化和智能助理，人機交互的方式主要是觸控屏和語音控制。
第三階段
當前我們正在邁入第三階段——“人機共駕”，人機交互的方式從被動走向主動，通過車載的一系列傳感器和控制器，汽車可以主動地提供決策建議，并在安全范圍內實現輔助駕駛。
第四階段
未來將進入到第四階段，汽車會成為人們的第三生活空間。主動式的交互將會成為主流，汽車可以根據不同人員的身體狀態和周圍環境感知，自動調整一系列駕駛和座艙參數，營造更為舒適的駕乘環境。
圖2：1986年別克Riviera HMI顯示屏，設計靈感來自飛機
（圖源：hagerty.com）
隨著用戶需求的升級和汽車智能化水平的提高，當下汽車內人機交互正在發生變革：設計理念以用戶為中心，通過AI、車內車外的感知技術，從基本的“功能感知交互”向著“主動認知交互”發展。
具體的發展趨勢有兩大類:
一是從“屏幕觸控、按鍵為主”的交互方式，向“自然交互”方式轉變。多元的自然交互方式包括：語音交互、眼球跟蹤、手勢交互、聲源定位、人臉識別、全息影像等。
二是從被動向主動交互轉變。基于汽車的動態狀況和駕乘人員的肢體信息，自動提供內容或服務，實現智能情感交互等。
圖3：STAR建議的汽車HMI設計七大準則
（圖源：star.gobal）
汽車的HMI系統正在走向多模態和高復雜化，而這場變革的背后，離不開“感知”和“計算”這兩大類關鍵硬件技術的支撐。
從感知層面來看，不同交互場景需要大量傳感器支持因而傳感器種類和數量勢必大幅增加。IHS預測到2030年，單車傳感器數量將超過11個（不包含ToF等裝備）。從計算層面來看，汽車對SoC和AP的算力要求大幅提升。推動因素在于感知算法種類增多、攝像頭個數增多、分辨率提升和運行幀率提升等。
主動式人機交互方案，芯片選型更為關鍵
汽車要成為人們的第三生活空間，人機交互的方式就要從被動走向主動。在主動式交互方案中，傳統的芯片選型就不能夠很好地符合未來的應用需求，工程師需要選擇面向未來的車規級芯片。
微控制器：人機交互的大腦
一切都離不開控制和計算，人機交互同樣也不例外。
在控制器選擇方面，要考慮到高性能、低功耗、高安全性和高可靠性。Renesas Electronics的RH850/F1K高端汽車微控制器，采用了獨有的G3KH CPU內核，工作主頻為120MHz，能夠在提供高算力的同時確保安全性。
芯片內置閃存最高可達2MB，高端型號內部還集成了CAN FD接口。工程師可以選擇144pin的版本，從而實現更復雜的設計。我們推薦的具體芯片型號在貿澤電子的料號為R7F7015833AFP-C#AA3。
圖4：RH850/F1K芯片框圖
（圖源：貿澤電子）
NFC電子鑰匙：汽車人機交互的第一步
作為汽車人機交互的第一步，借助NFC技術的汽車數字鑰匙成為了行業追逐的熱點。
目前NFC模塊主要安裝在車門把手、車輛B柱和中控臺三個位置。車門把手和B柱位置的NFC主要用于感知人體位置信息，而中控臺的NFC模塊則還可以進行智能手機驗證，激活預設場景。未來，同一輛車針對不同的用戶ID識別后，還可以啟用不同的車輛限速設定等一系列定制參數。
來自STMicroelectronics的ST25R3920B汽車NFC讀卡器，是業界第一款通過NFC Forum CR13標準認證，適用于CCC數字車鑰匙2.0版的NFC讀寫器芯片。CCC是NFC Forum推出的13版NFC認證的新功能，將確保車商能提供可互操作的NFC鑰匙系統。該器件在貿澤電子的料號是ST25R3920B-AQWT。
圖5：ST25R3920B獲得NFC Forum CR13認證
（圖源：ST官網）
ST25R3920B包含一個高級模擬前端（AFE）和一個高度集成的數據成幀系統，并且引入了靈活性更高的主動波形整形（AWS）改進技術，可以簡化射頻輸出調整過程，方便優化過沖和下沖問題。
像在車門把手等位置，受限于方案安裝的實際條件，對于NFC模塊設計的尺寸要求極高。ST25R3920B具有高射頻功率和動態功率輸出，可直接高效驅動天線，即便使用門把手中常見的小天線尺寸，也能實現更遠交互距離。
圖6：ST25R3920B CCC電子鑰匙解決方案
（圖源：ST官網）
ANC技術：打造安靜電車時代
在高端的傳統燃油車中，為了提升駕乘舒適度，已經有主動降噪（Active Noise-Control，ANC）的應用出現。
而到了電動汽車的時代，因為沒有了燃油機的運轉噪聲，對于路噪的處理反而變得更為重要，主動降噪將會成為新車的配置重點。
為了打造安靜舒適的駕乘體驗，ST推出了道路噪音抵消（Road-Noise Cancellation，RNC）AIS25BA MEMS數字輸出運動傳感器，采用主動噪聲控制技術抵消道路噪音。該芯片在貿澤電子的料號為AIS25BATR。
圖7：AIS25BA芯片引腳圖
（圖源：ST官網）
該三軸加速度計在產品設計時，優先考量了RNC系統精準度這一參數，使噪聲密度降至非常低的水平。X軸和Y軸均為30μg/√Hz，Z軸則為50μg/√Hz，比同類型產品低58%。該傳感器還有分時多工（TDM）數字接口，能將系統多個加速度計同步輸出，以測量全車振動噪聲。此外，AIS25BA還具有快速回應／低延遲特性，滿足RNC系統即時計算校正波形的要求，高頻寬特性也確保用戶可以捕捉到與應用相關的聲頻范圍干擾。
結語
以“第三生活空間”為目標，座艙智能化已成為汽車發展的重點。觸摸屏不再是交互的終點，未來的人機交互界面將會是更接近自然的多模交互方式。這種從被動向主動的交互方式，需要感知和計算硬件的提升和配合。
貿澤電子提供了與智能座艙交互相關的傳感器、MCU和射頻等器件供貨，助力生態伙伴和設計者一起打造第三生活空間，共赴智駕未來。
來源：Mouser
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