基于Kanzi 的全液晶数字仪表的HMI 软件研究

王兵维，丁邢涛

（1.黄河水利职业技术院，河南 开封 475000；2.上海振华重工（集团）有限公司， 上海 200100）

0 引言

汽车仪表是驾驶员与汽车进行信息交流的重要接口和界面， 对汽车的安全与经济行驶起着重要的作用［1］。随着新能源汽车和智能汽车的不断发展，汽车仪表需要显示的内容越来越多， 如何使车载虚拟仪表简单明了而又能提高用户的驾乘体验， 是人机界面（Human Machine Interface ，简称HMI）设计的重点。

传统的HMI 开发不仅效率低下， 而且达不到用户的使用需求［2－3］。 因此，仪表HMI 设计应在兼顾汽车安全行驶的同时，提高界面设计的美观度，使客户方便掌握汽车的运行状态， 并能够对汽车各部件反馈的信息和数据进行实时监控。 笔者根据传统车载仪表HMI 设计行业存在的弊端，对主机厂的“痛点”与供应商的“痛点” 做对比分析， 研究了一种基于Kanzi 的车载仪表HMI 设计工具， 以期为嵌入式界面的设计、开发提供参考。

1 HMI 系统开发工具和解决方案

1.1 Kanzi 的优势

Kanzi 平台不仅能够大大缩短智能车载交互界面的设计开发时间， 还能为汽车的数字仪表盘和信息娱乐系统的交互创意提供进一步延展的空间。 基于Kanzi 的开发设计工具是一款面向车载HMI 系统开发的软件，其优点为：（1）可以设置属性直接绑定，用别名在API 中找到这个属性的值。 （2）可以直接对显示的图片状态进行编译。（3）快捷的用户界面设计，2D／3D 渲染的无缝对接， 不需要用户编码构建用户界面，可简单上手，还易学，可以在内部放置相关的设计脚本。 （4）与其他主流软件（如VS、QT等）都兼容。（5）提供了完整的UI 框架，方便UI 程序员进行相关的界面开发。（6）快速的实时渲染以及卓越的实时渲染引擎，提高了开发效率。 （7）提供了跨平台的接近方案信息。 （8）为用户提供可扩展、可应用的与C 或者C＋＋相关的API，方便用户二次开发。

1.2 Kanzi 与其他开发工具的主要区别

其他开发工具，比如CGI、Altia、QT 的开发效果图并不完美，不是所见即所得的界面开发工具，初学者用起来难度较大。 而Kanzi 则是所见即所得的开发工具，即使你不会一行代码，照样能够使用Kanzi做出很美丽的界面。

1.3 Kanzi 的HMI 设计解决方案

基于Kanzi 的HMI 交流方式为：主机厂将自己的设计需求做成一个原型，提交给供应商，供应商可以在此基础上进行开发， 主机厂在供应商开发的基础上再次进行改进，并实现与用户体验无缝衔接。图1 展示了这种新的交流方式。

图1 基于Kanzi 的主机厂与供应商进行HMI 交流的新方式Fig.1 New HMI communication way of main engine plant and supplier based on Kanzi

这种交流方式的优点为：（1）主机厂与供应商基于同一种语言和方式进行HMI 的交流。 （2）Kanzi 是所见即所得的可视化HMI 设计器， 其工程是最好的HMI 交互和设计描述方式。 应用Kanzi，主机厂和供应商对HMI 的交流是立竿见影的。 （3）主机厂使用Kanzi 主导HMI 的原型设计，供应商在主机厂的基础上完善产品设计和实现产品逻辑。（4）应用Kanzi，主机厂可以做到快速设计和修改产品原型， 后期的需求变更也非常高效。（5）Kanzi 把产品HMI 与业务逻辑彻底分开，主机厂修改HMI 不需要供应商的参与，成本和效率最优。（6）应用Kanzi 设计的HMI 可以快速地被应用于新的项目， 是主机厂打造HMI 平台的最好利器。（7）应用Kanzi，主机厂可以把自身的品牌设计融入汽车HMI 当中， 真正地主导汽车HMI 设计，使其成为车厂品牌的中坚力量。

本文以传统的HMI 设计遇到的难题与基于Kanzi 的HMI 设计给出的相应解决方案为阐述点。基于Kanzi 的HMI 设计具有开发效率高、性能好、兼容性强等优点， 比传统的HMI 设计更能满足客户的需求和技术更新的需求。 表1 给出了具体的解决方案。

传统的HMI 设计难题 基于Kanzi 的HMI 设计对应解决方案客户（主机厂）对设计效果要求越来越高，很多效果难以实现 支持实现任何HMI 效果客户对项目的需求不时间要求越来越短，而且经常出现延迟问题 所见即所得的设计器，开发效率是传统代码的数倍以上客户的 断变更，修改HMI 时间太长 需求有变更，借助工具快速修改，无需修改代码有主机厂指定使用不同的平台，跨平台间项目开发成本过高 可跨所有的硬件芯片和操作系统进行开发不同项目之间的很多功能效果难以复用 可以复用以往的一切效果项目的维护性变差 可视化的制作，易维护复杂效果运行的内存占用高，性能低 性能好，占用内存小行业技术变化太快，赶不上变化就有被淘汰的风险 可以与大多数的技术兼容

2 Kanzi 分析和系统体系框架结构

2.1 Kanzi 基本介绍

Kanzi 是一个完整的UI 解决方案，为嵌入式UI的设计、开发提供了一套完善的开发平台。它成功解决了图形化用户界面分化的问题， 使得用户界面的设计者和工程师们可以把注意力集中在最擅长的地方。 设计师可以根据自己的需要运用Kanzi 设计界面效果和用户体验， 省去了与软件工程师的沟通时间，可以实时看到自己设计的效果。

在一些嵌入式设备、自动化应用程序中，Kanzi是可以裁剪的，可以为不同平台提供解决方案。 使用Kanzi 开发用户界面的流程为：（1）在第三方工具里创建可视化素材；（2） 把素材导入到kanzi studio 中，创建用户界面的基础功能；（3）定下用户界面和交互规则，应用kanzi engine 中的API 或者脚本去实现。

2.2 系统体系框架结构

Kanzi 由kanzi studio 和kanzi engine 组 成。kanzi studio 是运行在PC 端的内容创建工具，用来设计用户界面。kanzi engine 是运行在电脑、手机和一些嵌入式设备的图形和用户界面引擎。 Kanzi 的4 层框架包含了system、core、user、application。 system封装了与各个系统 （比如窗口系统，graphics api，输入输出，线程，时间等）相关的API；Core 是Kanzi的核心数据结构， 以及渲染算法；User 是Kanzi 的控件， 用户API；Application 是各个操作系统的入口函数，比如main，winmain，activity 等。

车载HMI 系统代码的可移植是研究的重点内容。 根据系统需求分析，从实现的角度，可以将可视化开发工具划分为以下几个模块［4］：界面设计工具、代码生成引擎、中间层及界面模拟器。 HMI 不是单独存在的，它必须基于芯片、操作系统、中间件、应用软件才能存在。 如图2 所示的系统架构， 包含了硬件、操作系统、基础软件、应用软件、HMI 设计等。 硬件包括主芯片和外围设备，主要用于信息的接受、显示及输入。在系统架构中，常用的嵌入式操作系统有QNX，Linux 等。 基础软件处于底层的硬件和上层软件中，为上层提供一个基本的软件环境。应用软件主要是为了开发人员调用基础软件来实现相关应用。HMI 设计包含界面设计和用户体验两部分。

3 Kanzi 的典型应用——智能数字座舱

近年来，无人驾驶席卷全球，谷歌、百度等一些巨头在这个领域投入了相当大的财力。 辅助驾驶系统（Auto Driver Assistance System，简称ADAS）是无人驾驶的重要入手点，ADAS 和数字座舱的融合将推动无人驾驶技术走向一个高峰，而HMI 系统是ADAS 系统和数字座舱融合的结合点。

3.1 智能数字座舱介绍

智能数字座舱是电子座舱的升级， 是由单独的座舱电子设施（车载信息娱乐系统、流媒体中央后视镜、抬头显示HUD、全液晶仪表、车联网模块）组合成的完整体系。 智能座舱改变了传统汽车座舱功能区布局碎片化的问题，它从全局考虑，重新定义人机交互方式。 融入了AI 听觉、视觉和炫酷人机交互界面的智能驾驶舱，让只针对司机的交互，变成车内所有人的交互，且场景更加丰富，方式更加智能化、科技化。从人体工程学、操作便利性及安全性的角度全面提升了客户体验。

3.2 系统框架

基于Kanzi 的智能数字座舱软件框架如图3 所示。该系统在统一的软硬件平台上实现全液晶仪表、中控、抬头显示HUD、后座娱乐系统、手机APP、云端等座舱电子系统功能，是可以进行人车交互、车与外界互联的系统［5］。

4 结语

Kanzi 是一款变革性的、 引领潮流的HMI 设计工具，被世界一流主机厂奥迪、标致、福特，一流供应商伟世通、E－Solutions、 大陆等大量地用于量产项目。 基于Kanzi 的全液晶数字仪表系统具有仪表显示、故障诊断显示、车辆行驶参数记录与分析、数据保存与回放等功能， 实现了汽车仪表的数字化与智能化。 它还能够很好地实时显示混合动力汽车的各项参数和信息，克服了传统仪表的不足，对替代传统仪表有着现实的意义。