智能汽车人机交互现状及发展趋势研究探析.pdf

智能汽车人机交互 2018年 12月 28日 2018年第 03期（总 003期） 智能汽车人机交互现状及发展趋势研究报告 【 内容摘要 】 汽车智能化、网联化趋势 不断加深汽车产业数字化变革 ， 对 人、车、环境 关系 带来新的影响 ，人机交互设计 已经 成为智能汽车发展和创新的核心要素。 围绕智能化的 自动驾驶系统、 车载信息娱乐系统、智能车载语音交互系统、道路状况信息系统 等一 系列 功能将 以 汽车 作 为载体 建立起一个特殊的生态系统 ，实现智能汽车的场景化应用和拓展 。 为此， 本报告 展开对智能汽车人机交互 现状和 发展 趋势 的研究， 为 未来 智能汽车 人机交互设计提供参考。智能汽车人机交互现状及发展趋势研究报告 1 近年来，随着全球新一轮科技和产业革命的蓬勃发展，我国智能网联汽车产业发展势头迅猛，产业规模不断扩大。 2018 年 1 月，我国发改委公布了智能汽车创新发展战略 （征求意见稿） ，提出到 2025年新车基本智能化，高级别智能汽车将实现规模化应用，汽车智能化已经成为我国产业发展的战略方向。 未来，汽车智能化、网联化、电动化、共享化的趋势将深刻影响人、车、环境的关系，人机交互设计也将成为智能汽车发展和创新的核心要素。随着用户需求的不断提升，越来越多的功能集成于汽车，汽车不仅仅是简单的交通工具，也将满足用户对信息、娱乐、 办公、生活 等方面的需求。 同时， 汽车 作为 互联网的入口， 还 包括车载信息娱乐系统、智能车载语音交互系统、道路状况信息系统等，智能汽车 的 功能走向多样化和复杂化 趋势，人机交互系统的设计是否科学合理将在很大程度上影响了汽车的 安全性和便捷性 。 多种交互方式的使用 、 新技术的应用 、 基于场景化的设计将在未来打造全新的智能 汽车 驾驶舱。 一、 研究背景 和 意义 （一） 人机交互 与 人机交互界面 人机交互（ Human-Computer Interaction, 简写 HCI）：是指人与计算机之间使用某种对话语言，以一定的交互方式，为完成确定任务的人与计 算机之间的信息交换过程，是一门研究系统与用户之间的交互关系的学科 ，涉及机械工程学、人机工程学、认知学、心理学等学科领域。人机交互界面通常是指用户可见的部分 ，用户通过人机交互界面与系统交流，并进行操作。 图 1 汽车人机交互系统 （ 二 ） 人机交互 发展 趋于 人性 化 、高效化 人机交互的发展历史 ， 是从 人类 通过学习 适应机器 到 机器 不断地适应 人类 的过程 ， 人机交互 的发展 降低 了 人类使用机器 的学习时间和 难度壁垒 。 主要 经历了智能汽车人机交互现状及发展趋势研究报告 2 几个阶段 : 图 2 人机交互发展历程 1、 早期手工作业阶段 早期人机交互的 特点是由设计者本人来操作计算机，没有显示设备，采用手工操作和依赖机器 （ 二进制机器代码 ） 的方法，通过电传打字机完成数据的输入和输出，实现简单的交互 ，具有很高的专业要求和操作难度 。 2、 作业控制语言及交互命令语言阶段 20世纪 60-80年代，计算机 显示设备出现，磁芯存储器和操作系统问世，采用批处理作业语言或交互命令语言的方式与计算机交互 , 需要记忆命令和熟练使用键盘 , 可调试程序、了解计算机执行情况 ，采用专用语言的交互 具有较高的专业要求 。 3、 图形用户界面 (GUI)阶段 20世纪 80年代后 ，人机交互 主要特点是桌面隐喻、 WIMP 技术、直接操纵和所见即所得。普通用户通过视窗、菜单、图标、按钮可以与计算机交互， 菜单选择和图像化的交互方式 降低了交互 难度 壁垒，扩大了用户人群。 4、 网络用户界面阶段 20世纪 90年代后 ， 以超文本标记语言 HTML和超文本传输协议 HTTP为主的网络浏览器是网络用户界面的代表 ， 多媒体、搜索引擎、社交工具新技术高频出现 ，多元化的交互方式拓展了系统的功能性和实用性 。 5、 多通道人机交互阶段 未来人机交互将 使用多种通道与计算机通信的人机交互方式， 适应了“以人为中心”的自然交互准则。使用触觉、语音、 手势面部表情、体感等多种方式实现人与机器的交互，提高了交互效率和 便捷性 ，使得人机交互更加 接近 人 与 人 直接的 交互 。 智能汽车人机交互现状及发展趋势研究报告 3 （ 三 ） 人机交互 已成为智能汽车的 发展 的核心 问题 未来智能汽车 将 作为平台集成大量 的 功能 ，人机交互对于汽车安全性和 操作效率 起到关键的作用。 任何 汽车都是由人来操作或者使用的，人机交互系统设计的工作效率 、安全性、便捷性， 甚至是人在操作设备时 的心理愉悦感和疲劳感 ，都直接影响到汽车的使用安全和工作状态，要尽可能发挥人机各自的特点 和优势 ，采用科学有效的交互方式，最大限度的利用机器，同时发挥人的积极作用和智慧，使人机 协 同工作，形成合理的人机交互系统。 另外，随着 汽车智能驾驶 水平的提高 和商业化落地，汽车的场景化趋势更加突出，基于 不同 场景的人机交互 设计 将满足用户 更多 的功能需求。 图 3 人机交互发展历程 二 、 智能汽车人机交互 设计现状 （ 一 ） 人机交互 研究 呈 多学科融合 特征 人机交互是一门综合学科， 智能汽车的交互设计 涉及到 车辆工程、人机工程学、心理学、计算机科学等多个研究领域。 车辆工程的研究，包括 汽车动力系统、汽车制动系统、汽车导航系统、汽车多媒体系统等与驾驶员之间的关系 研究 以及人 -车 -路模型 ；工业设计的研究包 人机交互系统中显示方式设计（图形、颜色、显示设备），操作装置设计（按键形状、布局，操作装置结构、形状）等；心理学研究包括 基于心 理学角度研究人机界面设计与评价、驾驶行为、心理负荷与情境意识等；人机工程学研究包括 “人 -机 -环境”系统中人、机、环境三大要素之间的关系，为解 决系统中人的效能、健康问题提供理论与方法；计算机科学研究包括 研究人机交互系统软硬件的开发，图像识别和处理、自然语言处理、数据分析和决策等。 智能汽车人机交互现状及发展趋势研究报告 4 图 4 人机交互涉及 研究 领域 （ 二 ） 以用户为中心的设计理念和设计流程 汽车智能化程度的加深使得各功能的操作趋于复杂化，对人机交互设计带来新的挑战。智能汽车的人机交互设计必须以保证汽车安全性、提高核心功能 操作效率、简化操作流程 为出发点 ， 以 提高车内驾乘人员的用户体验 ，充分发挥汽车的功能和性能 。 图 5 智能汽车交互设计方式 人机交互系统的设计 流程主要包括需求分析阶段、 调查研究阶段、系统分析规划阶段、系统设计阶段、测试阶段、人机系统的生产制造及提交使用阶段。 在设计过程中，通过调研和分析明确系统服务对象的特征和需求，以 用户 为中心 展开 产品规划和 设计工作， 包括交互方式、各部件造型和尺寸、硬件和软件等， 在完成相关项目的测试后投入使用。 智能汽车人机交互现状及发展趋势研究报告 5 图 6 智能汽车交互设计方式 （ 三 ） 智能 化趋势对 人机交互 提出 更高 的要求 未来智能 驾驶汽车将实现基于使用场景定制化的人机交互设计。 智能 驾驶汽车由于操纵机构的简化，有大量 空间可以释 放，所以 智能 驾驶汽车的 内部 设计将被重新定义，并且向定制化、多功能化 的方向 发展 。 功能的增加使 智能 驾驶汽车的人机交互系统有更多的发展空间 ， 传统汽车以驾驶为核心要素的人机交互设计理念将被 弱化，多种场景功能的实现将成为 主要 考虑的人机交互设计问题。 相比传统汽车， 智能驾驶汽车 的 车载信息系统 也将更为强大，支撑汽车 实现自动 驾驶或辅助驾驶 、状态监测、娱乐、办公、通讯等多种功能。 图 7 智能驾驶汽车车载信息系统平台 多功能、多通道的交互设计使智能驾驶汽车趋于定制化方向发展。智能 驾驶汽车 中自动驾驶功能、多媒体娱乐功能、移动办公功能、智能导航 功能等的交互设计理念、优先级、设计风格将更多的依赖于 场景定义，交互方式也由于空间的扩大和功能的扩展趋于多通道化，实现 智能语音交互、手势控制、触屏交互、物理按键交互等多种方式融合。 场景化将驱动智能汽车及交互设计走向基于用途导向的特定功能组合，例如搭载了移动办公系统和移动网络的智能驾驶汽车可以变成移动办公室、移动会议室；搭载了多媒体娱乐系统和移动网络的智能驾驶汽车可以成为移动休息娱乐室。 智能汽车人机交互现状及发展趋势研究报告 6 图 8 无人驾驶汽车功能性及发展趋势 （ 四 ） 国内外 典型的人机交互系统 目前， 大多数 汽车 企业 都 推出 人机交互系统 ，交互方式基本以 触摸 显示屏 、物理按键 /旋钮 、 语音控制等方式 为主 。 基于各厂家的不同设计理念 ，控制方式 、操作流程和控制区的设计 各有特色，部分厂家支持后台人工远程控制 和售后支持等深度服务 。 表 1 国内外部分汽车人机交互系统 人机交互系统 厂家 iDrive系统 宝马 COMAND系统 奔驰 MMI系统 奥迪 安吉星 系统 通用汽车、上汽集团、上海通用汽车 MyFordTouch系统 福特 SENSUS系统 沃尔沃 CARWINGS系统 日产 G-book系统 丰田 MMCS系统 三菱 cf-net系统 马自达 inkaNet系统 荣威 DiLink智能网联系统 比亚迪 D-Partner车联网系统 中国一汽 智能汽车人机交互现状及发展趋势研究报告 7 1、 宝马 iDrive系统 iDrive系统 （ intelligent-Drive system） 是 宝马 公司的智能驾驶控制系统 ，采用了 简单、安全和方便的未来驾驶理念 。 宝马 iDrive系统 的外显装置是一个位于传统轿车排档杆位置的旋钮控制器和仪表板中部的一个显示屏。 旋钮 具有类似 电脑鼠标 的 功能 ，通过推拉、旋转和下按等动作，可以控制显示屏菜单， 实现 数百个功能 的 选控。 图 9 宝马 iDrive系统 2、 奔驰 COMAND 系统 COMAND是奔驰研发的独立影音控制系统，这套系统由前台液晶屏下方的一排按键和中央扶手箱上的一个旋钮来控制。 控制终端 的旋钮 可以进行向下按、旋转和前后左右四向移动控制， 实现菜单功能的选控。 图 10 奔驰 COMAND系统 3、 奥迪 MMI系统 奥迪 MMI（ Multi Media Interface）是 多媒体交互系统 ， MMI在一个显示屏和操作系统中 融合了所有信息娱乐 系统 的操作。 MMI 采用 统一逻辑 ， 通过精简控制器 几个按键 完成所有功能的设置和操作， 快速 、直观地使用 相应的 功能 。 智能汽车人机交互现状及发展趋势研究报告 8 图 11 奥迪 MMI系统 4、 安吉星 系统 安吉星 是通用汽车、上汽集团和上海通用汽车 的合资公司 ， 应用于凯迪拉克、别克、雪佛兰的多种车型。 通过应用全球卫星定位系统（ GPS）和无线通信技术为用户 提供 汽车安全信息服务，包括碰撞自动求助、路边救援协助、全音控免提电话、实时按需检测和全程音控领航等十多项。 图 12 安吉星系统 5、 福特 MyFordTouch系统 MyFordTouch系统 是福特的 车载多媒体互动系统 。 主要包括一个 可 触摸 的显示 屏，界面和图像由新一代福特 SYNC支持，并以微软 Windows Embedded Auto为平台 ， 集成三维彩色导航、多媒体娱乐、无线网络、蓝牙电话、空调控制等功能于一体， 驾驶员 可以通过 彩色显示屏和语音来控制各种功能。 智能汽车人机交互现状及发展趋势研究报告 9 图 13 福特 MyFord系统 6、 沃尔沃 SENSUS 系统 沃尔沃全新 Sensus 系统主要由 “ 智能在线（ Sensus Connect） ” 和 “ 随车管家（ Volvo On Call） ” 两大核心功能组成 。系统 包括 了互联、服务、娱乐、导航、控制在内的车载互联功能 ， 采用了 人性化设计的控制系统， 屏幕由多个“功能模块”构成，各模块可以交互展开 ， 方向盘上增加 Sensus 相关功能快捷键、集成式语音控制 、自适应巡航等功能 。 图 14 沃尔沃 SENSUS系统 7、 日产 CARWINGS 系统 CARWINGS 是日产的 车载信息服务系统 。 其中， 中央屏幕支持触摸 和 旋钮两种操作方式 ， 方向盘右手侧有一键语音的快捷键 ，能够对电话、导航、 音响进行简单控制 ， 娱乐系统方面 支持多种音源 。 人工后台 为 车辆 提供 远程服务，可以通过电话、网络对驾驶员 及车辆提供服务 ，还能够实现 人工导航 。