Что такое внешний интерфейс в машине

Обзор цифровых интерфейсов современного автомобиля

Отказ от ответственности

Все нижеследующее выражает личное мнение автора, возможно, мне неизвестны какие-либо существенные факты либо знаковые плюсы и минусы какого-то стандарта либо я недооцениваю их потенциал.

Интерфейс LIN (aka ISO17987) — пожалуй самый длинный (если сравнивать по длине линий, а не по весу меди в проводах) пучок в современном авто. Как говорится — модно, доступно, молодёжно. Принцип необходимой достаточности и минимальной цены решения применяемый для некритичных к надёжности и/или безопасности компонент: климатическая установка, кнопки мультируля, стеклоподьемники, замки дверей. Протокол по физике очень похож (берет своё начало) от K-line протокола диагностики, стандартизованного как ISO9141. Во многих микроконтроллерах реализуется на основе аппаратного UART (в том же STM8 имеюттся аппаратные дополнения к UART для поддержки различных реализаций LIN)

Интерфейс CAN (aka ISO11898) — пожалуй, самый известный интерфейс современного автомобиля, во многом благодаря использования как стандарт де-факто для интерфейса диагностики инжекторного двигателя — аля OBD2. Однако, благодаря своим уникальным качествам, нашёл применение в таких ответственных отраслях как промэлектроника, авиация, космонавтика, ЖД и морской транспорт.

FlexRay

Интерфейс FlexRay (aka ISO17458) — пожалуй, можно назвать антиподом LIN в плане стоимости реализации и бесполезности. Поскольку часть обмена по шине осуществляется в режиме TDMA, предьявляются особые требования к точности тактового генератора узлов сети. Сам протокол излишне сложен и надуман (с точки зрения реализации собственного аппаратного контроллера, работающего с FlexRay; однозначно сложнее реализации Ethernet+CAN вместе взятых). На данный момент FlexRay используется на ограниченном количестве моделей автомобилей европейских премиум-брендов (это за >10 лет существования), а дальнейшей экспансией не пахнет. Вероятно, совсем скоро FlexRay загнётся ввиду его замены такими технологиями как CAN FD (сравнимая скорость) и TT-CAN (TDMA работа с шиной).

Интерфейс MOST (не стандартизован ISO) — пожалуй, лишь условно можно назвать автомобильным, поскольку основное назначение — изохронная передача мультимедиаданных (аудио/видео). Не особо понятно почему тот же SPDIF по оптике или коаксиалу не использовать — очередная попытка авто-индустрии придумать «свой» стандарт?

Ethernet AVB

Протокол Ethernet AVB (Audio Video Bridging) — назначение, аналогичное MOST. Протокол описывается целой когортой стандартов IEEE:

Возможно, за счёт многолетних наработок по Ethernet и удешевлению элементной базы, стандарт «взлетит». Предполагаемое использование: передача звука из головного устройства в цифровой усилитель, трансляция картинки на IVI и пассажирские мониторы, подключение обзорных и парк-камер.

Интерфейс SENT (Single Edge Nibble Transmission, aka SAE J2716) — разработанный для автопрома и быстро ставший популярным интерфейс для датчиков. По аналогии с аналоговыми датчиками, используется три провода: земля, питание 5В и данные с датчика.
Характеристики:

Интерфейс PSI5 (Peripheral Sensor Interface) — второй разработанный специально для нужд автопрома интерфейс для коммуникации с датчиками. Это токовый интерфейс, данные в котором передаются модуляцией по питающей линии. Для кодирования бит используется манчестер-кодирование. Выглядит замечательно: прощайте аналоговые трёхпроводные датчики, чувствительные к наводкам!

Кстати, в последних редакциях стандарт предлагает поддержку датчиков системы эйрбэгов.

Вместо послесловия

Запасаюсь попкорном и жду исходов битвы интерфейсов/появления новых кандидатов за место под солнцем. Как показал опыт FlexRay, недостаточно поддержать интерфейс вендорами в кремнии или консорциумами типа ISO/SAE — он, как фрукт, должен вызреть.

Источник

Глаз радуется. Топ-10 самых красивых приборок и медиасистем

В последние годы автоконцерны стремятся создать максимально современные интерьеры, внедряя в компьютерные система автомобилей искусственный интеллект и большие экраны с высоким разрешением. Цифровые приборные панели и медиасистемы давно заменили кнопочные интерфейсы. Настала эпоха сенсоров, датчиков взгляда и движения, голосовых помощников и умных навигационных систем, которые выводят изображение маршрута и дорожные знаки прямо на лобовое стекло. В обзоре Autonews.ru — 10 самых современных и стильных цифровых приборок за последние пару лет.

Mercedes-Benz S-Class 2021

Система MBUX в новом Mercedes S-Сlass — это настоящий прорыв. В вертикально ориентированный тачскрин по центру панели упрятаны все функции автомобиля, включая настройки климата. Физических кнопок в этой машине вообще всего две — кнопка зажигания двигателя и кнопка аварийной сигнализации. Все остальное вплоть до выбора режима движения сенсорное.

Ну, и конечно, всеми опциями можно управлять через голосовые команды. А прямо перед водителем расположен второй горизонтальный дисплей со всеми показателями приборов. Экран трехмерный и на него можно вывести любую важную информацию, а проекция на лобовом стекле дополнена виртуальной реальностью — помимо подсказок навигации водитель видит стрелки, указывающие в нужных поворот. В скором времени на рынок также выйдет новый электрический кроссовер Mercedes-Benz EQA, который получил еще более совершенную приборку, где три автономных сенсорных экрана сливаются в один большой тачскрин.

Главной фишкой интерьера электрокара i4 от компании BMW стал большой дисплей, объединивший в себе цифровую приборную панель и экран мультимедиа. В конструкции монитора использовали специальное стекло с неотражающей поверхностью для более четкого изображения. Мультимедийный комплекс имеет можно настраивать под свой вкус, а еще он понимает жесты. Машина была представлена весной 2020 года, однако ее серийное производство наладят только в третьем квартале 2021 года.

Cadillac Escalade 2021

Продвинутую медиасистему получил новый Cadillac Escalade. Внедорожник будет продаваться с изогнутым OLED-дисплеем диагональю более 38 дюймов. Плотность пикселей нового дисплея в два раза превышает показатель телевизоров с разрешением 4K. Большой изогнутый дисплей состоит из трех больших экранов. Один отображает основные функции внедорожника, а второй играет роль цифровой приборной панель, при этом отображаемую информацию можно настроить вплоть до мелочей. И, наконец, третий, самый большой дисплей, управляет мультимедийной системой автомобиля.

Легендарный Hummer переделали под стать современным трендам — теперь это электрический внедорожник с тремя моторами и автопилотом. В салоне — цифровая приборная панель, 13,4-дюймовый дисплей мультимедийной системы, а также целых 18 камер кругового обзора, изображение с которых выводится на центральный большой квадратный экран. А прямо перед водителем установлен еще один экран прямоугольной формы, который проецирует все показания приборов. Дизайн медиасистемы и прямые углы двух больших дисплеев сделаны в брутальной стилистике знаменитого внедорожника, но скрывают в себе все последние технические разработки компании GM.

Электробус КАМАЗ 6282

Электробус второго поколения уже курсирует по столичному региону. По всему салону автобуса расположили порты USВ, позволяющие пассажирам заряжать свои гаджеты. Технические обновления добрались и до приборки водителя. Среди штатного бортового оборудования появились видеокамеры, выводящие изображение из салона и системы навигации. От пассажирского салона кабину водителя отделяет сплошная перегородка. В водительском отсеке установлена инновационная приборная панель в виде многофункционального дисплея — на панели указывается текущий уровень зарядки и запас хода, а также скорость электробуса.

Электрический кроссовер Cadillac Liriq был впервые представлен полгода назад. Компания GM также анонсировала его выход на международной выставке потребительской электроники в Лас-Вегасе в январе этого года.Машина получила экран с самой высокой в автоиндустрии плотностью пикселей, который способен передавать свыше миллиарда оттенков. Большая мультимедиасистема растянулась 33-мя дюймами по всей передней панели салона автомобиля. Кроме того, электрокар получил проекционный дисплей с двумя виртуальными панелями: на одном указывается скорость и направление движения, а на втором — подсказки навигации.

Прошлой осенью на российском рынке дебютировал корейский седан Kia K5, который пришел на смену популярной модели Optima. Медиасистема автомобилю досталась новая: два больших экрана, который настолько искусно посажены рядом, что при беглом взгляде можно подумать, что они объединены в один. Однако это не так: дисплей водителя слегка утоплен вглубь и способен переключать классическую картинку показателей приборов на абстрактные изображения вплоть до природных пейзажей. Основной центральный дисплей выводит все главные опции автомобиля, кроме управления климат-контролем, который в этой машине сенсорный и располагается чуть ниже экрана.

Топовая комплектация восьмого поколения Volkswagen Golf получила все цифровые блага в виде множества сенсоров, экранов и глянцевых тактильных элементов. Нажать в машине можно разве что на кнопки стеклоподъемников или клавиши на руле — все остальное управляется через сенсоры и центральный дисплей. Меню медиасистемы организовано по принципу смартфона. Кроме того, в Golf зашит помощник Alexa от компании Google. Машиной также можно управлять со смартфона, а еще она знает протокол обмена аварийной и дорожной информацией Car2x.

Невозможно вести разговор о технологичных и стильных медиасистемах без упоминания космического каплевидного салона гиперкара McLaren Speedtail. В этом автомобиле водитель находится в центре, а пара пассажирских сидений расположены слева и справа от водительского кресла. Вокруг трехспицевого руля установлены экраны, а кнопки управления опциями, клавиши стеклоподъемников и динамическими режимами находятся на потолочной консоли. На центральном третьем дисплее перед водителем мелькают большие цифры скорости и основные показатели приборов.

Наиболее простой из нашего списка, но не менее технологичный интерьер передней панели достался седану Genesis G70. Автомобиль может похвастаться новой мультимедийной системой с функцией беспроводного обновления, режимом Valet-parking и CarPlay в высоком разрешении. Центральный планшет расположился над воздуховодами и крутилками климатической системы. В него вшиты все основные опции, управлять которыми необходимо через сенсоры. Водительская приборка перед рулем цифровая, но без каких-либо особых опций — она демонстрирует основные показания приборов с возможностью изменения цвета.

Источник

Обзор автомобильных интерфейсов: Как меняется индустрия под влиянием трендов Статьи редакции

Крупные ИТ-компании все ближе подбираются к автомобильной индустрии. Сначала Apple и Google выпустили интерфейсы для синхронизации смартфонов с мультимедийной системой машины. А недавно на улицах Калифорнии был замечен автомобиль, принадлежащий Apple, со странным оборудованием на крыше и колесах.

UX-дизайнер Илья Александров подготовил большой обзор автомобильных интерфейсов и трендов в индустрии.

Концепции автомобилей будущего

Интересно, как изменятся автомобили и их место в нашем обществе в ближайшем будущем. Например, дизайн-компания IDEO представляет свой взгляд на этот вопрос.

Другой пример. Texas Instruments создали ролик о том, каким на их взгляд будет driver experience в обозримом будущем:

Представления разработчиков автомобильной операционной системы QNX об интерфейсах будущего:

Наряду с концептуальными роликами о будущем мы можем наблюдать процесс воплощения технологий в жизнь.

Автоматизация и безопасность

Тестирование всем известных беспилотных автомобилей Google:

Несомненно, за подобными технологиями будущее. Но пока рано говорить о том, что подобные машины полностью заменят водителей. Большинство производителей идут по пути частичной автоматизации. Вот как видит это Mercedes:

Большая часть функций состоит в том, чтобы отобрать у водителя управление, намекая на его несостоятельность:

Экстренное автоматическое торможение, похоже, модный тренд. Меня завораживает этот ролик, с многотонным грузовиком:

Спустимся на уровень GUI. О текущем положении дел в этой сфере дизайнером Teehan+lax написана хорошая статья The State of In-Car UX. Автор сетует на то, что даже покупая автомобиль за большие деньги, вы получаете ущербный по современным меркам интерфейс.

Хотелось бы выделить в этом плане интерфейсы Tesla, которые сделали смелый шаг и предложили нестандартную пока для автомобилестроения парадигму взаимодействия, чем вызвали много шума:

На мой взгляд, немного перегнули палку, избавившись от аппаратных кнопок, но время покажет.

Кстати, часть аппаратных кнопок перенесли на тачпанель не только Tesla. Это решение также можно встретить у Volvo:

Это лишь концепт приборной панели. Обратите внимание на управление климатом снизу панели.

Цифровые приборные панели

Tesla является одним из примеров тренда перехода автомобилей на цифровые (экранные) приборные панели. Они избавились от аналоговых устройств, оставив только дисплей. А на дисплее выводится любая информация. Интерфейс приборной панели становится «живым» и может адаптироваться под конкретный контекст.

Наряду с Tesla многие современные новинки, представляемые на выставках, снабжены подобными дисплеями.

KIA GT Concept 2014

Можете посмотреть подборку приборных панелей, сделанную Денисом Невожаем. Большинство из них — экранные.

К слову, вот цифровые панели из прошлого:

А вот пример современной, сбалансированной между цифровым и аналоговым подходом панели. Панель Volvo спроектирована с любовью к деталям (ролик про ее создание):

А вот как она используется в формировании отличного driver experience (обратите внимание на UI-детали):

NUI, голосовое управление, HUD, Connected car

Управление голосом покрывается как системами CarPlay и Android Auto, так и собственными разработками автопроизводителей. Например, MyFord Touch:

Если вы внимательно смотрели предыдущие ролики с концептами, вы могли заметить в них элементы HUD (head-up display). Это функция вывода информации прямо на стекло. Обычно туда выводится самая важная информация, чтобы не отвлекать водителя от дороги. HUD может поставляться как заводская опция к автомобилю (например, BMW), а может быть установлена самостоятельно.

Тут есть два пути. Первый — приложение для смартфона, не требующее физического устройства, типа Hudway:

Физические устройства с проектором — например, Navdy:

Connected car

Это относительно новый термин, который обозначает подключенный к интернету автомобиль и всё, что из этого следует. По факту, большая часть этой статьи раскрывает этот термин.

Кстати, в России есть сообщество, которое занимается этой темой.

Инфотеймент-системы

Часто помимо приборной панели в автомобилях есть еще одно устройство с экраном и интерфейсами. В нем размещаются функции развлекательного и информационного характера. Каждый производитель традиционно создавал собственную систему, но недавно на сцену вышли новые игроки — сторонние инфотеймент-системы CarPlay и Android Auto (есть и другие системы, но эти появились особо эффектно).

Они устанавливаются в автомобиль и замещают часть функций (звонки, сообщения, музыка, радио, навигация). Система синхронизируется со смартфоном, а управлять ею вы можете с помощью голосовых команд, что очень кстати для автомобильного UX.

Многие производители автомобилей, такие, как Volkswagen и Mercedes, на выставках 2014 года показывали свои модели, которые поддерживают эти системы.

Существуют устройства, которые вы можете купить и встроить в свой автомобиль и которые поддерживают обе надстройки. Например, PARROT RNB 6. Это отдельное устройство с Android OS, но на нем также запускается и Carplay.

Обратите внимание, что в интерфейсе присутствуют собственные приложения (например, звонки) и эти же приложения дублируются в надстройках CarPlay и Android. Также добавляется еще один уровень навигации. Немного сомнительно, но нужно пробовать, чтобы сказать наверняка.

Компания Hyundai также поддерживает оба устройства. В автомобиле есть собственная инфотеймент-система, но при подключении Android или iOS устройства, запускается соответствующая надстройка.

Так как надстройка запускается автоматически и при подключении устройства вы сразу оказываетесь в ней, мешанины меньше, но все равно остаются функциональности, которые есть только в нативном приложении, и придется перемещаться между надстройкой и системой Hyundai.

С точки зрения интеграции CarPlay и нативного интерфейса автомобиля интересный подход у Volvo:

На Medium есть статья, автор которой рассуждает, что в действительности могут дать эти системы автомобильному UX.

Напоследок

NVidia активно продвигает свои «железные» решения в автомобильную промышленность, предоставляя специальные чипсеты для атомобильных компьютеров. Но что более интересно, они также создали инструмент для разработки автомобильных интерфейсов NVidia Drive Studio.

В Automotive есть специальные операционные системы для автомобильной индустрии. QNX — одна из таких систем. Они чаще всего построены на базе Linux или Android, но есть и решения на Windows. Вот пример интерфейса на QNX:

Источник

Автомобильный справочник

для настоящих любителей техники

Пользовательские интерфейсы в автомобиле

Еще несколько лет назад автомобиль не мог сообщать водителю тот объем информации, которым готов делиться сейчас. Мостом общения между человеком и автомобилем являются пользовательские интерфейсы в автомобиле или система, с которыми взаимодействуют объекты разного типа. Человек и машина налаживают контакт с помощью множества специальных устройств. С точки зрения пользователя, это средства связи между ним и автомобилем. Задача разработчиков интерфейсов — моделировать работающий канал взаимодействия. Вот о том, какими бывают пользовательские интерфейсы в автомобиле, мы и поговорим в этой статье.

Дисплеи и органы управлении

Каналы обмена информацией

Водители должны обрабатывать постоянно возрастающий поток информации, которая поступает от собственного и других автомо­билей, а также от дороги и средств связи. Вся эта информация должна передаваться води­телю при помощи хорошо читаемых дисплеев и индикаторных устройств, соответствующих требованиям эргономики.

Визуальный канал — визуальное восприятие информации

Человек воспринимает окружающую обста­новку, главным образом, посредством орга­нов зрения (рис. «Каналы передачи информации между водителем и транспортным средством» ). Оценка других участни­ков дорожного движения, их положения, их ожидаемого поведения, дороги и траекторий движения, объектов на ней проводится при помощи органов зрения и имеющихся раз­витых способностей обработки и анализа изображения; важные факторы выбираются и оцениваются в отношении их важности и прогноза развития при помощи дополнитель­ных способностей мозга.

Даже оценка инфраструктуры дорожного движения, в первую очередь, опирается на визуальный канал. Дорожные знаки содержат предписания и указания направления движения, разметка разграничивает полосы движения, указатели направления обозна­чают изменения направления движения, стоп-сигналы подают предупреждения о транспортных средствах, замедляющих ско­рость. Поэтому визуальный канал крайне ва­жен при вождении. Это касается и осознан­ного зрения, когда водитель поворачивает глаза на объект и концентрируется на нем, и периферийного зрения, которое важно для оценки положения транспортного средства на полосе движения. Поэтому следует тща­тельно оценить с точки зрения влияния на безопасность дорожного движения каждую ситуацию, когда водителю необходимо до­полнительно бросить взгляд на дисплей при взаимодействии с информационными систе­мами и системами повышения безопасности или для получения информации от них.

Акустический канал — речь и слух

Для общения с другими участниками движе­ния, в частности, для подачи и восприятия сигналов об опасности, водители и системы повышения безопасности используют аку­стический канал. Водитель также использует этот канал в собственном транспортном средстве для ввода голосовых команд и по­лучения звуковых и речевых предупрежде­ний и информации от системы повышения безопасности.

Ввод голосовых команд не требует от во­дителя изменять направления взгляда, но занимает часть его внимания. Восприятие информации на слух не требует от водителя изменять направления взгляда, но при этом пространственная и сложная информация (например, описание ситуации на пересе­чениях дорог) может передаваться в неудо­влетворительной форме. Даже водители с нарушениями слуха должны быть способны взаимодействовать с системой повышения безопасности.

Тактильный канал — действия и осязание

Тактильный канал дает водителю обратную связь при всех действиях по управлению двигателем, когда задействованы переклю­чатели, а также при рулении и торможении. Подача предупреждений водителю путем кратковременного затягивания ремней безопасности и вибрации сиденья в случае неизбежности ухода транспортного средства с полосы движения уже внедрена в серийно выпускаемых автомобилях. Имеется также возможность привлечь внимание водителя вибрацией рулевого колеса. Увеличение со­противления педали акселератора может до­полнять подсказку относительно рекоменду­емой скорости движения, а изменение усилия на руле, воспринимаемое водителем, может служить подсказкой относительно рекомен­дуемого изменения направления движения для того, чтобы остаться в пределах полосы движения или совершить маневр уклонения.

Даже кинестетический канал, при помощи которого водитель воспринимает ускорения, уже используется в серийных автомобилях для привлечения внимания водителя, на­пример, путем подачи короткого толчка при торможении.

Тактильный канал постоянно используется при управлении автомобилем, а дополни­тельные действия (например, набор номера на клавиатуре сотового телефона) могут ухудшить восприятие и контроль.

Контрольно-измерительные приборы

Зоны передачи информации и коммуникации

В автомобиле имеются четыре зоны пере­дачи информации и коммуникации, кото­рые предъявляют различные требования к параметрам соответствующих дисплеев или индикаторных устройств: комбинация прибо­ров, ветровое стекло, центральная консоль и задняя часть салона.

Состав имеющейся и/или необходимой информации определяет то, какая зона коммуникации используется в каждом кон­кретном случае. Динамическая информация (например, скорость движения) и справочная информация (например, уровень топлива), на которую водитель должен реагировать, вы­водится на комбинацию приборов как можно ближе к основному полю зрения водителя.

Индикация на ветровом стекле (HUD) иде­ально подходит для привлечения внимания водителя (например, при подаче сигнала от системы повышения безопасности или при указании маршрута). Индикация на ветровом стекле также пригодна для показа скорости в удобной для восприятия форме. Дополни­тельно могут подаваться звуковые или рече­вые сигналы.

Информацию о состоянии автомобиля или более развернутые диалоговые меню (на­пример, для выбора маршрута) желательно помещать на центральный дисплей централь­ной консоли. Однако, управляющие устрой­ства не обязательно находятся прямо на центральном дисплее; они также могут нахо­диться между передними сиденьям в салоне.

Информация развлекательного характера выводится к задним сиденьям автомобиля, на удалении от основного поля зрения води­теля. Также это место идеально для разме­щения мобильного офиса. Спинка переднего сиденья пассажира является подходящим местом для размещения терминала с порта­тивным компьютером.

«Парный дисплей» или «разделенный ди­сплей» на центральной консоли устанавли­вается как дополнительная опция, начиная с 2009 года; такой дисплей показывает различ­ную информацию для водителя и пассажира так, что пассажир может, например, смотреть видео, не отвлекая водителя.

Комбинация приборов

Более старые модели приборов и указателей, предназначенные для визуального показа ин­формации (например, скорость движения, обороты коленчатого вала двигателя, уровень топлива и температура охлаждающей жидкости системы охлаждения двигателя) были сначала заменены более экономически эффективными, лучше освещенными и антибликовыми комбинациями приборов (комбинациями нескольких указателей в одном блоке).

С течением времени непрерывный рост объема информации при­вел к размещению в имеющемся ограниченном пространстве современных комбинаций прибо­ров с несколькими стрелочными измеритель­ными приборами и многочисленными сигналь­ными лампами. (см. рис. а, «Зона информации для водителя» ). В этом первом поколении комбинаций приборов использова­лись индикаторы на основе вихревых токов для спидометра, индикаторы на основе магнитоэ­лектрической катушки для указателя оборотов коленчатого вала двигателя и тепловой измери­тельный прибор для указателя уровня топлива.

Измерительные приборы

Даже сегодня во многих приборах использу­ются механические стрелочные указатели и шкалы (рис. b и с, «Зона информации для водителя» ). В качестве измерительных приборов, в основном, исполь­зуются точные шаговые электродвигатели. Благодаря компактной магнитной катушке и (обычно) двухступенчатой передаче с потре­блением мощности всего около 100 мВт, эти двигатели обеспечивают быстроту и высоко­точное расположение стрелки (рис. «Комбинация приборов (конструкция)» ).

Цифровые дисплеи

Цифровые указатели, устанавливавшиеся до 1990-х годов (например, указатели скорости движения), использовали дисплеи на основе технологии вакуумной флюоресценции (VFD), а позднее — на основе жидких кристал­лов (LCD); к настоящему моменту они почти вышли из употребления. Вместо этого ис­пользуются традиционные аналоговые стре­лочные указатели в сочетании с дисплеями. В то же время наблюдается увеличение раз­меров и разрешающей способности и улуч­шение цветопередачи дисплеев.

Освещение

Для подсвечивания комбинации приборов в значительной мере использованы предыду­щие достижения в области технологий под­светки, благодаря их выигрышному внешнему виду. Лампы заменены светодиодами (LED), имеющими длительный срок службы. Све­тодиоды можно использовать как в качестве предупредительных ламп, так и для подсветки шкал, дисплеев и стрелочных указателей (при необходимости, можно использовать с ними пластиковые световоды).

Цветные жидкокристаллические дисплеи (ЖК-дисплеи), в связи с их весьма низкой светоотдачей (обычно около 60%), требуют применения флуоресцентных ламп с холод­ным катодом (CCFL) для подсветки с тем, чтобы обеспечить хорошую контрастность при дневном свете. Однако, начиная с 2005 года, их в этом качестве все чаще заменяют белыми ЖК-приборами, благодаря их воз­росшей эффективности.

Графические модули в блоке приборов

Оснащение транспортных средств надувной подушкой безопасности для водителя и уста­новка усилителя рулевого управления в каче­стве стандартного оборудования приводят к уменьшению поля зрения водителя. В то же самое время количество информации, которая должна читаться в этом секторе обзора, воз­растает. Поэтому возникает необходимость установки дополнительных модулей подачи информации, имеющих графические возмож­ности, а также дисплеев, способных показы­вать любую информацию в гибкой форме по выбору пользователя. Это приводит к форми­рованию блока приборной панели с использо­ванием традиционных стрелочных указателей, дополненных графическими дисплеями.

Графические модули в комбинации прибо­ров, главным образом, воспроизводят функ­ции, касающиеся водителя и автомобиля, такие как, например, интервалы технического обслуживания, текущего ремонта или прове­рок, охватывающих поведение автомобиля при эксплуатации, а также автомобильную диагно­стику, требуемую для ремонтной мастерской. Графические модули также могут отображать поступающую от навигационной системы ин­формацию о направлении маршрута движения (при отсутствии цифрового изображения карты маршрута показываются только символы на­правления движения в виде стрелок или перекрестков).

Первоначально, эти дисплеи были монохромными; в настоящее время, на автомобилях верхнего сегмента рынка они вы­тесняются цветными дисплеями (как правило, с экранами типа TFT — тонкопленочный тран­зистор), информация с которых считывается более быстро и легко, благодаря их цветности. Дисплеи типа TFT также используются для ими­тации аналоговых указателей, начиная с 2005 года (рис. d, «Зона информации для водителя» ). В качестве примера можно при­вести приборную панель автомобилей «Мерсе­дес» S-класса, на которой указатель скорости эмулируется при помощи ЖК-экрана. При пере­ключении на ночной режим появляется видеои­зображение указателя, а указатель оборотов двигателя показывается в виде полоски под видеоизображением. Однако, в связи с высо­кой стоимостью, эта технология будет заменять традиционные технологии лишь постепенно.

Центральный дисплей и органы управления в зоне центральной консоли

С внедрением систем навигации и инфор­мации для водителя, стали широко приме­няться экраны и клавиатуры, которые первоначально устанавливались, в основном, на центральной консоли. В таких системах центральный дисплей и блок органов управ­ления охватывают всю дополнительную ин­формацию от функциональных устройств и информационных компонентов, а в послед­нее время иногда также и от систем повы­шения безопасности, таких как, например, функция автоматизированной парковки. Компоненты объединены в единую сеть и, таким образом, поддерживают с водителем и передним пассажиром интерактивную связь.

Первоначально центральный экран устанав­ливался на центральной консоли, поскольку там было достаточно места. Постепенно произво­дители автомобилей переключились на более эргономически благоприятное решение и стали устанавливать экран в зоне центральной кон­соли на уровне комбинации приборов (рис. с, «Зона информации для водителя» ). На этот центральный экран выводится самая разнообразная информация, например, марш­рут движения, коммуникационная информация (телефон, SMS-сообщение, интернет), аудио (радио, цифровые звуковые носители), видео и ТВ, когда автомобиль не движется, климат- контроль и другие данные (дата, время).

Важный момент для всех визуальных дис­плеев, в том, чтобы информацию с них можно было легко считать в пределах основного поля зрения водителя или в непосредственной близости от него, так чтобы водителю не при­ходилось надолго отрывать взгляд от дороги. Расположение дисплея, которым будет пользо­ваться и водитель, и пассажир, в верхней части центральной консоли являйся эффективным как с эргономической, так и с технической то­чек зрения. На мониторе отображается вся гра­фическая информация. Требования, связанные с воспроизведением телевизионного изобра­жения и данных навигационной системы, опре­деляют разрешение и цветопередачу дисплея.

Формат кадра для центрального дисплея с интегрированной информационной системой был изменен с 4:3 до более широкого фор­мата 16:9, что позволяет вводить на экран дополнительные символы выбора маршрута вместе с картой. Применяется даже формат 8:3, чтобы выводить на экран два изображе­ния одновременно.

Типы автомобильных дисплеев

Дисплей на жидких кристаллах

Жидкокристаллический, дисплей (LCD) яв­ляется пассивным дисплеем, т.к. он сам не излучает свет. Жидкокристаллический состав помещен между двумя стеклянными пласти­нами (рис. «Принцип действия ЖК-дисплея (нематическая ячейка)» ). В зоне расположения сегментов дисплея эти пластины покрыты прозрачным токопроводящим слоем, на который подается напряжение. Между слоями создается элек­трическое поле, вызывающее переориента­цию молекул жидкого кристалла.

Дисплей на жидких кристаллах типа TN

Слой дополнительной ориентации в ЖК-дисплее обеспечивает единообразную ориента­цию молекул жидких кристаллов относительно пограничных поверхностей, что приводит к повороту молекул на 90° в незаряженном со­стоянии. Это вызывает поворот плоскости поляризации света, проходящего через ячейки.

ЖК-дисплеи могут эксплуатироваться как в позитивном контрасте темные символы на светлом фоне, так и в негативном (светлые символы на темном фоне). В ячейке с негатив­ным контрастом внешние поляризаторы рас­положены таким образом, что их направления поляризации ориентированы перпендикулярно друг другу. Таким образом, ячейка прозрачна в незаряженном состоянии. В зоне двух противо­положных электродов жидкокристаллические молекулы под действием электрического поля выстраиваются в направлении поля. Вращение плоскости поляризации подавляется, и зона дисплея становится непрозрачной.

В ячейке с позитивным контрастом внешние поляризаторы расположены параллельно друг другу. Таким образом, ячейка непрозрачна в незаряженном состоянии и становится про­зрачной при подаче напряжения.

Ячейки с позитивным контрастом могут ис­пользоваться при подсветке с лицевой или об­ратной стороны; ячейки с негативным контра­стом требуют подсветки с обратной стороны.

Сегменты с раздельным управлением могут ис­пользоваться для показа цифр, букв и символов. Жидкокристаллические графические элементы расположены в форме матрицы и активируются индивидуально тонкопленочными транзисторами (TFT); они образуют основу плоских TFT дисплеев.

Технология ТN подходит не только для небольших дисплейных модулей. Она также подходит и для крупных дисплейных зон в модульных или даже полноразмерных комбинациях при­боров на жидких кристаллах.

Растровые дисплеи с графическим изо­бражением необходимы для отображения непрерывно изменяющейся информации. Такие дисплеи имеют строчную развертку и характеризуются мультиплексной передачей сигналов. Мультиплексные свойства TN ЖК- дисплеев имеют ограничения при использо­вании на автомобиле (в связи с температур­ными условиями).

Дисплеи на жидких кристаллах типа STN и DSTN

Для более высоких параметров мультиплек­сирования при среднем разрешении можно использовать технологии STN (супертвист- нематик) и DSTN (двухслойный STN). Моле­кулярная структура в ячейках этих дисплеев больше скручена, чем в обычных ЖК- дисплеях типа TN. ЖК-дисплеи типа STN до­пускают только монохромное изображение.

На ЖК-дисплее типа STN выводится черно-­белое изображение в широком диапазоне температур с позитивным или негативным кон­трастом; цветность создается подсветкой цвет­ными источниками света. Многоцветная пере­дача образуется включением красных, зеленых и синих тонкопленочных фильтров, располо­женных на одной из двух стеклянных подложек. При использовании на автомобиле можно до­биться передачи опенков серого цвета только в ограниченных пределах. В результате этого гамма цветов ограничена черным, белым, основными — цветами: красным, зеленым и синим, а также производными от основных цве­тов: желтым, бирюзовым и сиреневым.

При понижении стоимости производства дисплеев по технологии AMLCD, очевидно, они придут на смену ЖК-дисплеев, произве­денных по технологии STN и DSTN.

Активно-матричные ЖК-дисплеи

Дисплеи на жидких кристаллах на основе TFT состоят из «активной» стеклянной подложки и пластинки с цветофильтровыми структурами с обратной стороны. На активной подложке размещаются электроды элементов растра, выполненные из оксидов индия и олова, ме­таллические проводники строк и столбцов и полупроводниковые структуры. В каждой точке пересечения строки и столбца имеется тонкопленочный полевой транзистор, который вытравливается за несколько шагов маскирова­ния на предварительно нанесенной последова­тельности слоев. В каждом растровом элементе также формируется конденсатор.

Стеклянная пластинка, расположенная на­против подложки, служит для размещения цветных фильтров и «черно-матричной» структуры, которая улучшает контраст дис­плея. Эти структуры наносятся на стекло в несколько операций фотолитографическим способом. Непрерывный противоэлектрод наносится сверху через все точки растра. Цветные светофильтры применяются в виде сплошных полосок (для качественного ото­бражения графической информации) или мозаичных фильтров (которые особенно подходят для видеоизображения).

Индикация на ветровом стекле

Дистанция обзора для традиционных комби­наций приборов составляет от 0,8 до 1,2 м. Чтобы считывать информацию с комбинации приборов, водителю приходится переводить взгляд с дальнего (для наблюдения дорож­ной обстановки) на ближнее расстояние для наблюдения показаний приборов. Этот пере­вод обычно занимает 0,3-0,5 с.

Индикация на ветровом стекле (HUD) ис­пользуется в военной авиации, начиная с 1950-х годов. Индикация такого типа для автомобилей, в упрощенном виде, обычно, для показа цифрового спидометра, в течение многих лет предлагается производителями автомобилей в Японии и США в качестве до­полнительной опции; некоторые европейские производители также начали предлагать та­кую опцию в своих автомобилях.

Изображение проектируется через ветро­вое стекло в основное поле зрения водителя. Оптическая система позволяет получать изо­бражение на таком расстоянии наблюдения, что глаз человека может оставаться приспо­собленным к дальнему зрению. Индикация на ветровом стекле позволяет водителю не отвлекаться от дороги, т.е. постоянно от­слеживать важные изменения дорожной обстановки. Незачем переводить взгляд на спидометр, т.к. скорость и другая важная ин­формация уже показаны на ветровом стекле.

Конструкция индикации на ветровом стекле

Типичная система индикации на ветровом стекле (рис. «Индикация на ветровом стекле (HUD)» ) включает в себя модуль гене­рации изображения, световой прибор, блок передачи оптического изображения и «от­ражатель» передающий изображение в глаза водителя.

В автомобиле отражателем обычно служит ветровое стекло. Для того, чтобы избежать раздвоения изображения, вызываемого от­ражением и от внешней, и внутренней по­верхности, ветровому стеклу (или, точнее, пластиковой пленке на безосколочном сте­кле) придается слегка клиновидная форма. Тогда два изображения, отраженных от по­граничных поверхностей, совпадают в поле зрения водителя.

Это изображение отражается через ветро­вое стекло в глаза водителя. Для водителя оно оказывается наложенным сверху на картину дорожной ситуации перед автомобилем. Для того чтобы увеличить кажущееся рассто­яние до изображения, на пути луча можно по­ставить оптические элементы (рассеиватели, концентрирующие отражатели).

Для монохромной индикации на ветровом стекле со средним объемом информации можно использовать сверхвысококонтраст­ные ЖК-дисплеи типа TN. В более современ­ных цветных дисплеях используется техно­логия TFT на поликристаллическом кремнии.

Находятся в разработке контактно­аналоговые модули индикации на ветровом стекле, которые, например, проецируют изо­бражение препятствия ниже линии прямой видимости и на виртуальном расстоянии, ниже которого водитель тоже увидел бы это препятствие.

Отображение информации при помощи индикации на ветровом стекле

Виртуальное изображение не должно закры­вать и ухудшать картину дорожной ситуации, поэтому оно проецируется в зону с низкой информативностью, иными словами, «над самым капотом». (рис. «Отображение информации через индикацию на ветровом стекле» ). Чтобы не перегру­жать водителя информацией в его основном поле зрения, индикация на ветровом стекле должна содержать только необходимый минимум информации. Следовательно, она является лишь дополнением к обыч­ной комбинации приборов, а не заменой ее. Однако, такая индикация особенно хорошо подходит для показа информации, связанной с безопасностью движения, как, например, предупреждения об опасности или указание безопасной дистанции между автомобилями.

Источник