汽车的智能化,也在有力拉动智能座舱市场。伟世通的研究数据显示,2018年全球智能座舱主要产品的市场规模约为329亿美元,预计到2022年将达到461亿美元,年复合增长率约为8.8%。究其原因,汽车再“智能”,也是要为坐在车里的驾乘用户服务的,而智能驾舱正是连接汽车和座舱用户的“界面”,它的用户体验越好,消费者掏钱买车才会越痛快。

 

因此,近年来在智能座舱相关的功能中,人们对于汽车人机交互界面(HMI)技术的关注度也最高。最通俗的理解,汽车HMI就是要在用户和车辆之间建立起一个有效沟通的桥梁,使得两者之间能够无障碍地“对话”,它的作用可以概括为两方面:一方面,用户发出的指令,要能让车辆“听”得见,“听”得懂;另一方面,车辆也要能够通过HMI将车况和环境信息及时准确地传达给用户,使其能够快速作出正确的决策。

 

汽车HMI的进化之路

汽车HMI的进化,也伴随着汽车工业的发展,经历了一个漫长的过程。最初,HMI的方式是纯“机械式”的:驾驶者通过油门、刹车、方向盘等输出操控“指令”,直接经由机械方式传达给车辆;而汽车的车速、油耗、行驶里程等信息也是通过机械仪表展现在驾驶者的眼前。

 

这种比较沉闷的人车“对话”方式随着汽车电子化的发展,逐渐改变了。这时用户可以通过座舱内的按键和旋钮去控制越来越多的车身功能,后来由此发展而来的线控系统更是接管了核心的动力系统的控制,也就是说,人对车“发号施令”的方式变了。与此同时,车载信息通信系统的加入,也将液晶屏引入到了座舱内,车向人传递信息的方式也变得更直观和酷炫。

 

再后来随着触控屏的使用,通过一块屏幕既可以接收车辆的信息,又能够发布操控指令,这就使得汽车HMI又上了一个台阶。这方面一个最具代表性例子就要算是特斯拉的Model 3了,在它的座舱中一个15英寸的触控屏取代了传统座舱中的仪表盘和中控,几乎取消了所有实体按钮。在此之后,大屏几乎成了驾舱是否“智能”的一个标志,其他竞争者也是亦步亦趋,快速跟进。

 

但实际上,随着汽车智能化定义的外延不断扩展、内涵不断丰富,汽车HMI的发展肯定不会停留在“一块大屏幕”上,因此寻找后续的技术和市场发力点也就成了目前汽车电子领域的一个重要课题。

 

归纳起来,未来汽车HMI中主要有以下几条竞争赛道。

 

1、多屏显示

如果将所用信息交互集中在一块大屏幕中,很可能造成不同功能之间切换难的问题,而且屏幕太大也不容易在空间有限的座舱中安置,因此“一车多屏、多屏联动”也就成了一个设计趋势。中控显示、数字仪表盘、副驾或后排娱乐屏、智能后视镜等不同屏幕,可以根据用户使用场景的不同按需配置。根据Strategy Analytics的预测,未来在一些高档汽车中,显示屏的数量会超过10块。

 

2、HUD抬头显示

这种起源于战斗机HMI的信息交互方式,可以通过AR技术,将关键的车辆驾驶信息以图像化的方式投射到前档玻璃上,并与实际的道路和环境融合在一起,让驾驶员无需转移视线就能够对车辆状况一目了然,并根据车况、地理、安全等方面的信息操控车辆。虽然这一技术目前还不算成熟,但是近年来市场渗透一直在加速。

 

3、语音识别

这可能是人们认为最“自然”的一种与车辆“对话”的方式,无需动手,只需动口,就能让车辆听你的指挥,这就避免了占用驾驶员宝贵的视觉“信道”,使其注意力不会分散,行车更安全。随着语音识别在消费级应用中的打磨和成熟,其成为越来越多车型的标配应该指日可待。

 

4、手势识别

这是和语音识别一起被认为是下一代自然HMI的焦点技术,在智能座舱应用场景多元化的趋势下,也会具有自己的一席之地。基于该技术,用户通过滑动、旋转等手势,就能直接操控车辆中的特定功能,其在很多场景下可作为语音控制方案的一个补充,在可行性、相应速度、成本效益方面也具有明显的优势。

 

可以看出,汽车HMI正朝向更直观、更自然、多元化的方向发展。上述这些新兴的汽车HMI技术的应用,也势必会催生新型的电子元器件和组件,这对于传感器、数据处理、触控和显示,以及电源和模拟在内的元器件产品,都是一次机遇。

 

当然,这些新型的元器件想要“上车”,也并不容易,它们不仅要在性能和功能上满足新一代汽车HMI功能上的诉求,还要能够在质量和可靠性上符合严苛的车规,再有在小型化和成本方面也要有竞争力……想要达到上述这些要求,就需要相当的技术底蕴和实力了。

 

今天我们就为大家推荐两款Maxim Integrated针对下一代汽车HMI而开发的器件,相信你看完对它们的介绍,在做下一个Design-In时,BOM中也会多一些“料”。

 

高集成、高可靠屏幕背光驱动方案

上文提到,显示单元的大屏化和多屏化是汽车HMI的一个重要趋势,而为了满足日益复杂的系统要求,高精度、高可靠、高灵活度和小型化的电源方案必不可少。MAX20444B就是按照这样的标准而设计的器件,它是一款适用于汽车显示屏的4通道背光照明驱动器,带有升压控制器,每路支持高达130mA LED吸电流。内部电流模式开关DC-DC控制器支持boost或SEPIC拓扑,工作在400kHz至2.2MHz频率范围。

 

图1:MAX20444B四通道背光驱动器IC
(图源:Maxim Integrated)

其突出的性能优势包括:

高度集成:完整的4通道解决方案,集成升压控制器、I2C控制,可最大限度地减少元件数量。

 

高度可靠、低EMI:工作在400kHz至2.2MHz频率范围,集成扩频振荡器有助于降低EMI,带有FSEN引脚的失效保护工作模式。

 

支持多种调光方式:具有I2C控制的PWM调光和混合调光,PWM最小脉宽均为500ns,可采用灯串相移调光,以降低EMI。

 

宽电压工作范围:4.5V至36V宽输入电压,启动后工作电源电压低至4V,支持高达52V的抛负载。

 

完备的诊断功能:包括LED开路/短路检测和保护、升压输出的欠压和过压、升压测量、LED电流测量、热关断。

 

低功耗:自适应输出电压控制方式,可最大程度降低LED电流驱动通路的功耗。

 

小型化:外形紧凑(4mm x 4mm), 24引脚,采用TQFN或SWTQFN封装。

 

 

低成本、小型化汽车手势识别方案

在支持汽车手势识别方面,Maxim Integrated推出了一款汽车级的手势传感器MAX25205。该传感器利用集成的6x10像素光传感器阵列,检测受控IR-LED光源的反射光,实现接近检测和手势识别,即使在明亮的环境光条件下,也不受影响。通过与低功耗、低成本MCU配套使用,可以探测到滑动、旋转和接近等手势,以替代传统的电子旋钮和触摸屏控制方式,控制车载信息娱乐、电话、侧后视镜、空调、天窗和车内照明等系统。

 

与基于飞行时间(ToF摄像头的手势识别方案相比,基于MAX25205的红外传感方案成本更低、尺寸更小——成本比市场上其他产品低10倍,而体积则小了75%。这无疑极具竞争力。

 

图2:基于MAX25205的汽车手势识别方案
(图源:Maxim Integrated)

 

MAX25205的性能优势总结如下:

功能全:可以实现9种手势,包括滑动(上下左右)、手指和手掌旋转(顺时针和逆时针)、接近等,与采用复杂微处理器的三芯片方案相比,延迟性更低。

 

成本低:成本显著低于ToF摄像头方案,无需复杂的软件开发和维护过程。

 

尺寸小:在4mm x 4mm的封装内,集成了6x10光电二极管阵列、LED驱动器和内置LDO,整体尺寸明显小于ToF摄像头方案;同时还集成了400kHz I2C和6MHz SPI串行接口,可与低成本、低功耗的MCU连接形成小型化的系统方案。

 

可靠性高:符合AEC-Q100车规标准,工作温度范围-40°C至+85°C,湿度敏感等级MSL1。

 

功耗低:工作电流1mA(3.3V时)。

 

图3:基于MAX25205的汽车手势识别方案具有低成本、小尺寸的优势(图源:Maxim Integrated)

 

总之,汽车智能座舱的发展,为相关电子元器件创造了新的市场机遇。想要将智能座舱的设计做成一份让用户交口称赞的“美味大餐”,一定需要在BOM中加一些不同以往的新“料”。Maxim Integrated的MAX20444B和MAX25205就是这样的两颗料,想要尝鲜,就来贸泽电子的网站上获取更多的技术资讯吧!