智能人車交互方案-極智燈光

張艷群， 華 成， 謝延青

（上汽大眾， 上海 201805）

1 極智燈光簡介

極智燈光安裝在汽車內(nèi)部的前擋風(fēng)玻璃下面，貫穿在出行的很多場景中，運用RGB-LED技術(shù)，彩色光束可以以動態(tài)方式照射出來。極智燈光可以實現(xiàn)美學(xué)效果，還可以作為智能可控的動態(tài)功能照明，即使在白天也能看得清楚。極智燈光可以實現(xiàn)人與車之間更多互動交流的同時，還能承擔(dān)起一定的安全提示功能。其主要由54顆LED組成，每顆LED可單獨控制，通過LED不同的顏色和是否發(fā)光的組合，形成不同的動態(tài)光束，以此實現(xiàn)人機交互。其示意圖如圖1和圖2所示。

圖1 極智燈光安裝示意圖

圖2 極智燈光結(jié)構(gòu)示意圖

極智燈光由54顆LED組成，一共用到4塊PCB，一塊master PCB，3塊slave PCB. master PCB上布置了主要的MCU，一塊slave上布置18顆LED，采用全時驅(qū)動的方案，每個LED驅(qū)動芯片驅(qū)動6顆LED，每顆LED都可以單獨控制其顏色和亮度的改變，實現(xiàn)無極變色。

圖3為電子驅(qū)動方案。其設(shè)計的邏輯是：主駕和副駕可以分區(qū)控制，主要體現(xiàn)在語音交互的過程中，利用車內(nèi)搭載的兩個麥克風(fēng)實現(xiàn)語音的分區(qū)控制，根據(jù)麥克風(fēng)識別的位置，動畫可以分別顯示在識別到的主駕側(cè)或副駕側(cè)，展現(xiàn)更好的交互效果；優(yōu)先級的設(shè)計是比較重要的邏輯，同時觸發(fā)多個應(yīng)用場景時，需要根據(jù)優(yōu)先級的高低優(yōu)先顯示優(yōu)先級高的動畫，優(yōu)先級主要依據(jù)功能的安全性和重要性分類，安全等級越高，對駕駛員乘客的信息越重要的功能優(yōu)先級越高。優(yōu)先級從高到低的排序是：制動警告、掛擋錯誤、龜速模式、上電、下電、來電、語音助理、充電、歡迎模式、導(dǎo)航。

圖3 電子驅(qū)動方案

極智燈光是AB-CAN上的一個節(jié)點，與AB-CAN上的ICAS3和K-CAN上的ICAS1之間通過CAN進行通信，系統(tǒng)架構(gòu)如圖4所示。傳感器 （光線傳感器、雷達等）檢測到相應(yīng)的信號后，通過BCM將信號發(fā)給ICAS3/ICAS1，ICAS3/ICAS1根據(jù)接收到的信號判斷是否給極智燈光發(fā)出控制信號，發(fā)出何種控制信號，極智燈光接收到ICAS3發(fā)出的報文后，做出相應(yīng)的動畫反饋。其更新和下載是通過ICAS3實現(xiàn)的，在初始化設(shè)置時，用戶設(shè)定一種功能狀態(tài)下的動畫效果，稱之為學(xué)習(xí)模式，待設(shè)定好之后，動畫效果將按照序列形式被存儲，當某種功能被激活，ICAS3發(fā)出指令，由Master調(diào)取對應(yīng)序列里的動畫并指示54顆RGB LED顯示。Master與ICAS3//ICAS1之間通過CAN進行通信，Master與RGB slave之間亦通過類CAN通信。圖5和圖6展示了系統(tǒng)的硬件框架和軟件框架。

圖4 系統(tǒng)架構(gòu)

圖5 硬件架構(gòu)

圖6 軟件架構(gòu)

2 極智燈光擴展應(yīng)用

極智燈光除了基本的應(yīng)用場景，還有很多可挖掘的車內(nèi)擴展應(yīng)用場景。如空調(diào)溫度/風(fēng)速可視化、車門未關(guān)提示、超速/低速提示、電量過低提示、視頻信息提示、外接設(shè)備接入提示、交通狀態(tài)提示、氛圍調(diào)節(jié)模式及音樂律動等。整理的功能列表如圖7所示。本節(jié)主要介紹極智燈光音樂律動的擴展應(yīng)用。將音樂律動和極智燈光相結(jié)合起來，使得極智燈光更加智能擬人化，它可以通過車內(nèi)音樂聲控展示不同的色彩變化，用燈光傳達情感，讓音樂的律動和光影的變幻相呼應(yīng)，為駕乘人員提供聽覺與視覺的雙重享受，增添了用車過程中的舒適感，更加深化“人車互動”的駕駛體驗。

圖7 極智燈光車內(nèi)基本/擴展功能顏色優(yōu)先級定義

同時LED的顏色也有設(shè)計邏輯，顏色主要依據(jù)功能模塊分類，實現(xiàn)相同功能的模塊盡量用同一種顏色。對于優(yōu)先級較高的場景，如輔助駕駛中的制動提示，因為紅色光的波長很長，穿透空氣的能力強，同時比其他信號更引人注意，所以強烈禁止警告類的信號采用紅色；黃色光的波長較長，穿透空氣的能力較強，所以作為警告的信號顏色；綠色純凈剔透，使駕乘者在高溫氣候的環(huán)境中，迎來絲絲清涼的感覺，采用綠色作為通告信號，紅色和綠色的區(qū)別最大，易于分辨，如來電提示和充電狀態(tài)采用綠色；藍光是體現(xiàn)科技的主流色，科幻片常以藍色燈光渲染氣氛突出科技感，同時藍色可以起到調(diào)節(jié)神經(jīng)、緩解情緒的作用，導(dǎo)航相關(guān)的動畫主要采用藍色；白光給人簡潔清爽的感覺，是燈光顏色里最經(jīng)典的代表色，經(jīng)久耐看，應(yīng)用最廣泛，其他常用的應(yīng)用場景大多采用白色。

音樂律動功能的整體邏輯是：音樂經(jīng)過處理后的原始數(shù)據(jù)是音響或耳機的震動信號。對原始數(shù)據(jù)進行處理可以得到時域的能量波形和頻域的能量波形。調(diào)用現(xiàn)有的庫函數(shù)可以得到能量 （振幅）和節(jié)拍信息。然后把這些信息進行20ms采樣，把振幅對應(yīng)到LED亮的顆數(shù)，轉(zhuǎn)換成報文，發(fā)到總線，從而極智燈光實時反饋不同音樂所對應(yīng)的動畫。其整體的邏輯如圖8所示。

圖8 音樂律動整體邏輯

3 極智燈光與整車聯(lián)動

目前市面上還沒有把內(nèi)部燈光和汽車外部的場景結(jié)合起來實現(xiàn)整車聯(lián)動的應(yīng)用，實現(xiàn)整車聯(lián)動將能打造更加智能化的網(wǎng)聯(lián)汽車。因此，有必要將極智燈光的應(yīng)用場景進行更深入的擴展。如與外部的警示燈結(jié)合來提醒駕駛員，引起駕駛員的視覺注意。

變道輔助系統(tǒng) （Side Assist）可幫助駕駛員探測車輛后方相鄰車道的交通狀況。雷達傳感器監(jiān)控車輛后方區(qū)域。系統(tǒng)探測與相鄰車道車輛的車距和車速差并通過車外后視鏡中的可視信號通知駕駛員。對于配備變道輔助系統(tǒng)的車輛，如果在可能出現(xiàn)危險情況時變換車道，當車道保持輔助系統(tǒng)打開時，會通過修正性轉(zhuǎn)向干預(yù)向駕駛員發(fā)出警告。在汽車的后視鏡上會出現(xiàn)黃色閃爍的指示燈，由于一般在超車的時候因為車輛周圍有一些盲點，在后視鏡里會出現(xiàn)黃色的警告燈對于駕駛員來說并不是很醒目。假如將變道輔助系統(tǒng)的信號燈直接在極智燈光上上顯示，那么就不會因為駕駛員的視覺盲區(qū)而造成駕駛員的忽視，極大增加了駕駛的安全性。

變道輔助系統(tǒng)的信息提示信號主要來自車后部的雷達，雷達探測到后車的實時跟車距離，并轉(zhuǎn)換成速度信號，再將信號傳給后視鏡上的燈，這個應(yīng)用的更改也會相對簡易，只用將傳給后視鏡燈的信號轉(zhuǎn)換成極智燈光可以識別的報文，極智燈光便能做出相應(yīng)反饋的動畫，而且由于極智燈光配置有54顆RGB的LED，視覺提示的動畫可以進一步優(yōu)化，比如隨著后車車速的提高，跟車距離變小，提示燈的顏色可以從橘黃色逐漸變成紅色，變換的頻率也可以隨車速的改變改變，這樣給駕駛員帶來的視覺沖擊也更為強烈。如圖9所示。

圖9 變道輔助系統(tǒng)的可視顯示

4 總結(jié)

在“新四化”戰(zhàn)略精神的指導(dǎo)下，汽車燈具作為汽車最重要的造型和功能零部件也積極參與其中，通過智能化的設(shè)計實現(xiàn)多種模式車與人 （V2P）之間的互動交流，從而帶來全新的駕乘體驗并增強了整車的科技感和安全性。極智燈光主要具備以下功能特點。

1）互聯(lián)互通：實時關(guān)聯(lián)導(dǎo)航系統(tǒng)，給駕駛員可視化的信息提示 （如提示轉(zhuǎn)彎/變換車道等關(guān)鍵信息）。

2）擬人交互：搭載迎賓動畫，同時配合車內(nèi)語音助理功能，實現(xiàn)擬人化智能交互，帶來管家式駕乘體驗。

3）多模交互：通過燈光動畫/語音助手/警告蜂鳴等融合了視覺/聽覺的多感官AI交互方式，帶來極致出行體驗。

4）智能助手：可基于駕駛員的操作狀態(tài)，實時反饋交互信息；也可根據(jù)周圍環(huán)境光的變化，自動調(diào)整內(nèi)部氛圍燈光的強弱，營造最舒適的視覺感受，做更懂你的駕駛伴侶。；

5）駕駛安全：緊急制動提醒，車道錯誤提示，保障安全出行。

6）智慧場景：根據(jù)安全等級及信息重要程度設(shè)定不同動畫優(yōu)先級，智能感知多個應(yīng)用場景，根據(jù)駕乘需求，優(yōu)化車內(nèi)服務(wù)。