車載人機(jī)接口 (HMI)的持續(xù)演進(jìn)正在重塑駕駛員與車輛之間的交互方式，尤其是在安全性、用戶體驗與自動化日益融合的背景下。恩智浦的i.MX 95應(yīng)用處理器提供可擴(kuò)展、符合安全標(biāo)準(zhǔn)的性能，專為復(fù)雜汽車環(huán)境設(shè)計，有力支持這一轉(zhuǎn)型進(jìn)程。

功能安全已成為推動HMI變革的核心動力之一。監(jiān)管機(jī)構(gòu)正加快制定更嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，以應(yīng)對日益復(fù)雜的車輛系統(tǒng)。

例如，歐盟新車安全評鑒協(xié)會 (NCAP) 正重點推進(jìn)駕駛員監(jiān)測系統(tǒng) (DMS)，并計劃激勵能夠識別駕駛員疲勞或分心狀態(tài)的系統(tǒng)。與此同時，美國國家公路交通安全管理局 (NHTSA) 也在考慮發(fā)布《擬議規(guī)則制定預(yù)先通知》(ANPR)，以規(guī)范可評估駕駛員參與度的監(jiān)測技術(shù)。這類系統(tǒng)可觸發(fā)一系列響應(yīng)機(jī)制，如調(diào)整高級駕駛輔助系統(tǒng) (ADAS) 的靈敏度或啟動規(guī)避操作。Euro NCAP采用分階段策略，強(qiáng)調(diào)對駕駛員狀態(tài)的可靠檢測；而NHTSA則聚焦于駕駛員參與度指標(biāo)的探索。兩者共同體現(xiàn)了DMS的重要性日益增加。

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隨著安全性成為核心關(guān)注點，傳統(tǒng)質(zhì)量管理 (QM) 顯示解決方案的局限性日益顯現(xiàn)，尤其是在儀表板等場景中。安全關(guān)鍵型應(yīng)用的不斷增加，對顯示性能提出了更高要求，而傳統(tǒng)方案已難以勝任，亟需更強(qiáng)大、更可靠的顯示技術(shù)加以替代。

SAE Level-3 (L3) 自動駕駛進(jìn)一步凸顯了HMI的關(guān)鍵作用。在SAE L3自動駕駛模式下，駕駛員可暫時放棄控制權(quán)，但必須隨時準(zhǔn)備無縫接管。這一控制權(quán)移交過程要求HMI提供清晰、直觀的提示。人機(jī)接口必須及時、準(zhǔn)確地傳達(dá)車輛狀態(tài)、環(huán)境信息及駕駛員響應(yīng)情況，任何信息模糊都可能帶來嚴(yán)重的安全風(fēng)險。

強(qiáng)大的HMI對于SAE L3自動駕駛的安全部署至關(guān)重要。不僅要保障駕駛員持續(xù)參與，即使在非主動駕駛狀態(tài)下，也需通過創(chuàng)新手段提升交互質(zhì)量，包括觸覺反饋、情境感知信息以及個性化配置文件等，遠(yuǎn)超傳統(tǒng)的警示機(jī)制。

在創(chuàng)新與連接的推動下，人車交互的本質(zhì)正在被重新定義。

車載人機(jī)接口的演進(jìn)標(biāo)志著向集成化、主動式車輛安全體系的根本性轉(zhuǎn)變。通過應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)并嚴(yán)格遵循功能安全標(biāo)準(zhǔn)，行業(yè)正邁向一個無縫、直觀、安全的人車交互未來。這一進(jìn)程需要所有利益相關(guān)方的協(xié)同參與。

本文以駕駛員監(jiān)測系統(tǒng) (DMS) 為例，重點圍繞功能安全，探討如何為不斷演進(jìn)的車載HMI需求設(shè)計應(yīng)用處理器架構(gòu)。

什么是駕駛員監(jiān)測系統(tǒng)？

駕駛員監(jiān)測系統(tǒng) (簡稱DMS) 用于監(jiān)測駕駛員行為，當(dāng)檢測到分心或疲勞狀態(tài)時，系統(tǒng)會向駕駛員或車輛系統(tǒng)發(fā)出警示。該系統(tǒng)通過可靠的眼動追蹤與視線檢測技術(shù)，持續(xù)監(jiān)測駕駛員的警覺性并識別困倦跡象。除了警覺性監(jiān)測外，DMS還可根據(jù)個性化設(shè)置識別駕駛員身份。關(guān)鍵在于，它具備實時處理傳感器數(shù)據(jù)的能力，從而實現(xiàn)及時預(yù)警。

盡管直接控制安全關(guān)鍵型ECU (如SAE L2/L3級自動駕駛系統(tǒng)) 并非當(dāng)前討論的重點，但DMS相關(guān)功能安全原則仍具延展性。我們將DMS定位為獨立的預(yù)警系統(tǒng)，同時認(rèn)可其未來與其他系統(tǒng)集成的潛力。這一定位使我們能夠聚焦于DMS本身所面臨的具體功能安全挑戰(zhàn)。

為應(yīng)對上述挑戰(zhàn)，恩智浦的i.MX 95應(yīng)用處理器系列提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。該處理器以功能安全為核心設(shè)計，符合ISO 26262:2018標(biāo)準(zhǔn)中的ASIL D系統(tǒng)性指標(biāo)與ASIL B隨機(jī)性指標(biāo)，同時滿足IEC 61508:2010標(biāo)準(zhǔn)中的SIL-2安全等級要求。其實時安全域可實現(xiàn)安全關(guān)鍵任務(wù)的隔離執(zhí)行，即使在如DMS這類復(fù)雜的HMI環(huán)境中也能確保系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。

此外，該處理器架構(gòu)支持“獨立環(huán)境的安全芯片”(SEooC) 開發(fā)，適用于模塊化安全集成。隨著TüV SüD認(rèn)證工作的推進(jìn)，i.MX 95為構(gòu)建可擴(kuò)展、面向未來且符合安全規(guī)范的車載系統(tǒng)奠定了堅實基礎(chǔ)。

駕駛員監(jiān)測系統(tǒng)的功能安全

我們的DMS功能安全概念概述了信息流程及其對應(yīng)的ASIL等級。整個流程從圖像采集(ASIL-B) 和傳輸 (ASIL-B) 開始，隨后通過圖像處理 (ASIL-B) 確定駕駛員狀態(tài)，分析分心、疲勞等行為特征。然后傳輸處理后的信息 (ASIL-B)。DMS系統(tǒng)可向駕駛員發(fā)出警告 (ASIL-A/B)，并/或通知其他系統(tǒng)采取響應(yīng)措施，例如調(diào)整ADAS或發(fā)起受控停車。

圖2：DMS功能概念

DMS功能需求與ASIL考慮要素

以下是DMS的關(guān)鍵功能需求以及ASIL考慮要素，重點突出安全性：

DMS工作流程從圖像采集開始 (攝像頭、分辨率、幀率、視野)

傳輸需安全可靠，具備足夠的帶寬和低延遲

圖像處理 (機(jī)器學(xué)習(xí)，如CNN或LSTM) 確定駕駛員狀態(tài)

準(zhǔn)確性和處理時間至關(guān)重要

DMS可以警告駕駛員 (聲音/圖形警報) 并通知其他系統(tǒng)/觸發(fā)車輛操作 (如ADAS調(diào)整)

ASIL考慮要素：

圖像采集/警告 (ASIL-B)

圖像處理/通知 (ASIL-B/ASIL-B(C))

ADAS/自動駕駛系統(tǒng)干預(yù) (ASIL-C/D)

圖3：DMS需求

DMS技術(shù)概念

在技術(shù)層面，DMS設(shè)計需重點關(guān)注以下關(guān)鍵要素。性能要求 (如圖像分辨率、幀率、處理速度、精度與響應(yīng)時間) 必須與整體系統(tǒng)目標(biāo)及ASIL等級保持一致。高效的DMS設(shè)計需在性能、功耗與芯片尺寸之間實現(xiàn)平衡?？蓴U(kuò)展性與靈活性同樣至關(guān)重要，恩智浦i.MX 95處理器系列通過可擴(kuò)展架構(gòu)、集成安全域以及對ASIL B/D等級的支持，滿足在安全關(guān)鍵環(huán)境中部署DMS的多樣化需求。

功能安全設(shè)計還需構(gòu)建強(qiáng)大的風(fēng)險應(yīng)對機(jī)制。例如，攝像頭與HMI片上系統(tǒng) (SoC) 可參考ASIL-B，ADAS/自動駕駛接口參考ASIL-C/D，顯示與音頻模塊則參考ASIL-A/B。硬件與軟件安全機(jī)制 (如冗余、錯誤檢測與運行時監(jiān)測) 需結(jié)合使用。操作系統(tǒng)的選擇也需在性能與安全之間取得平衡，如采用具備安全認(rèn)證的高性能實時操作系統(tǒng)。下圖展示了HMI SoC (負(fù)責(zé)感知) 與ADAS/自動駕駛單元 (負(fù)責(zé)規(guī)劃與執(zhí)行) 之間的功能分離。這些元器件有助于實現(xiàn)穩(wěn)健、高效的DMS。

圖4：面向ASIL要求的系統(tǒng)架構(gòu)旨在滿足車內(nèi)體驗不斷變化的需求。

塑造車載HMI的未來

車載HMI的發(fā)展受到多重因素驅(qū)動，包括日益提升的安全需求、用戶體驗優(yōu)化、自動駕駛、技術(shù)進(jìn)步、法規(guī)演變以及持續(xù)創(chuàng)新。這一趨勢既帶來了廣闊機(jī)遇，也伴隨著諸多挑戰(zhàn)。

邁向更復(fù)雜、更安全的HMI系統(tǒng)，需要從技術(shù)概念到功能安全的整體性方法。駕駛員監(jiān)測系統(tǒng) (DMS) 正是其中復(fù)雜性的典型體現(xiàn)。從圖像采集到系統(tǒng)干預(yù)，每一個環(huán)節(jié)都必須高度關(guān)注性能、可靠性與安全性。

為加快執(zhí)行速度，必須通過系統(tǒng)到芯片層級的集成設(shè)計優(yōu)化芯片執(zhí)行和性能，并優(yōu)先考慮功能安全。這一過程需要汽車生態(tài)合作體系中的各方協(xié)同創(chuàng)新，推動高集成度、高效的處理解決方案開發(fā)，例如恩智浦i.MX處理器系列所提供的架構(gòu)。面向未來的HMI系統(tǒng)依賴于跨領(lǐng)域協(xié)作、嚴(yán)格測試與持續(xù)改進(jìn)，同時充分利用專為汽車應(yīng)用嚴(yán)苛環(huán)境設(shè)計的先進(jìn)架構(gòu)。

功能安全是下一代HMI系統(tǒng)的核心，必須全面遵循ISO 26262、SOTIF及ASIL合規(guī)要求，并貫穿整個產(chǎn)品開發(fā)生命周期。此外，隨著AI在HMI功能中日益發(fā)揮關(guān)鍵作用，確保其安全可靠的集成也變得尤為重要。應(yīng)對AI帶來的獨特安全挑戰(zhàn)，例如遵循新興標(biāo)準(zhǔn)ISO PAS 8800安全AI規(guī)范，將是構(gòu)建用戶信任、確保系統(tǒng)整體安全性的關(guān)鍵步驟。

可擴(kuò)展性與可靠性是HMI實現(xiàn)長期成功的關(guān)鍵。系統(tǒng)需具備適應(yīng)新需求的能力，能夠與其他車載系統(tǒng)高效集成，并持續(xù)保持穩(wěn)定可靠的性能。

車載HMI的未來充滿希望，正逐步重塑駕駛體驗并提升整車性能。通過積極擁抱技術(shù)創(chuàng)新、優(yōu)先考慮功能安全并推動協(xié)作，汽車行業(yè)有望充分釋放HMI的潛力，為更安全、更互聯(lián)的駕駛未來奠定基礎(chǔ)。

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(注：圖2、3、4中的ASIL等級僅用于示意，實際要求將根據(jù)DMS在ADAS/自動駕駛系統(tǒng)中的具體實現(xiàn)和應(yīng)用場景而有所不同)

本文作者

Rohitaswa Bhattacharya目前擔(dān)任恩智浦系統(tǒng)架構(gòu)技術(shù)總監(jiān)，在汽車功能安全方面擁有深厚的專業(yè)知識。他在得克薩斯州奧斯汀工作，致力于為高級汽車應(yīng)用定義硬件和軟件解決方案，始終將架構(gòu)功能安全放在首位。Bhattacharya先生在高性能SoC和混合信號IC的產(chǎn)品架構(gòu)、設(shè)計和安全管理方面積累了超過18年的寶貴經(jīng)驗，其中包括10多年專注于汽車功能安全的實踐。他是IEEE功能安全標(biāo)準(zhǔn)委員會擁有投票權(quán)成員，他多次發(fā)表研究出版物、專利披露，積極參加功能安全領(lǐng)域國際論壇的演講，展現(xiàn)了他對推動汽車功能安全知識發(fā)展的熱情和承諾。Rohitaswa是一名持證功能安全從業(yè)者，擁有印度Bengal Institute of Technology的理工學(xué)士學(xué)位。