2019智能汽车人机交互现状及发展趋势研究报告.docx

2019智能汽车人机交互现状及发展趋势研究报告目录 一、研究背景和意义 . 5 （一）人机交互与人机交互界面 . 5 （二）人机交互发展趋于人性化、高效化 . 5 1、早期手工作业阶段 . 6 2、作业控制语言及交互命令语言阶段 . 6 3、图形用户界面 (GUI)阶段 . 6 4、网络用户界面阶段 . 6 5、多通道人机交互阶段 . 6 （三）人机交互已成为智能汽车的发展的核心问题 . 7 二、智能汽车人机交互设计现状 . 7 （一）人机交互研究呈多学科融合特征 . 7 （二）以用户为中心的设计理念和设计流程 . 8 （三）智能化趋势对人机交互提出更高的要求 . 9 （四）国内外典型的人机交互系统 . 10 1、宝马 iDrive 系统 . 11 2、奔驰 COMAND 系统 . 11 3、奥迪 MMI 系统 . 11 4、安吉星系统 . 12 5、福特 MyFordTouch 系统 . 12 6、沃尔沃 SENSUS 系统 . 13 7、日产 CARWINGS 系统 . 13 8、丰田 G-book 系统 . 14 9、荣威 inkanet 系统 . 14 10、比亚迪 DiLink 智能网联系统 . 15 三、智能汽车人机交互发展趋势 . 15 （一）交互内容和场景的扩展 . 15 1、智能汽车与环境充分交互 . 16 2、智能汽车的多场景化交互 . 16 3、车内及车外信息显示与分析 . 17 4、智能汽车人机共驾交互设计 . 17 （二）交互方式的创新和新技术的应用 . 18 1、显控一体化交互 . 18 2、多通道协同交互 . 19 3、基于生物识别和感知技术的人机交互 . 19 4、基于智能化技术的情感交互 . 20 【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。 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 1 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。 （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。 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。 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。 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