淺析汽車人機交互的發(fā)展與未來趨勢

虞慧嵐，李金櫻

（大連理工大學，遼寧 大連 116024）

淺析汽車人機交互的發(fā)展與未來趨勢

虞慧嵐，李金櫻

（大連理工大學，遼寧 大連 116024）

汽車是當前人們?nèi)粘３鲂凶畛Ｓ玫墓ぞ?，駕駛室更是人與汽車之間的交互所發(fā)生的主要場所，其設(shè)計對于駕駛的安全、效率都有著至關(guān)重要的影響，特別是現(xiàn)如今的復(fù)雜交通情況對汽車的人機交互提出了更高的要求。文章通過典型案例的收集與分析，比照汽車發(fā)展的四個時期，發(fā)現(xiàn)其交互方式與功能的不同特征。文章在分析與歸納汽車人機交互發(fā)展的基礎(chǔ)上，結(jié)合時代需求進行了未來展望，簡要總結(jié)了汽車人機交互的發(fā)展與未來趨勢。

人機交互；工業(yè)設(shè)計；汽車設(shè)計

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引言

交通對于人類社會的發(fā)展有著重要意義，作為商品交換的先決條件，交通的提升讓人類能夠?qū)⑽镔|(zhì)生產(chǎn)逐步由自給自足過渡到分工交換，而物質(zhì)產(chǎn)品的分工交換，是現(xiàn)代工業(yè)社會的基礎(chǔ)之一。自古以來，人們出門遠行大多需要借助一定的交通工具。馬車在人類數(shù)千年的歷史長河中，一直都是不可或缺的出行工具，直到發(fā)動機取代馬匹成為交通工具的動力。不到百年間，馬匹卸下了牽引車輛的使命，取而代之的汽車逐漸成為人們?nèi)粘Ｉ钪凶钪饕慕煌üぞ摺ｋS著時代的推移、技術(shù)的發(fā)展，汽車早已成為廣泛投入民用的交通工具。同時，人們所面對的交通狀況與千百年前相比已經(jīng)有了巨大變化。

汽車，簡單來說可以定義為由動力驅(qū)動，具有四個或以上車輪的非軌道承載車輛。汽車在相當長的發(fā)展過程中，從“無馬的馬車”發(fā)展到如今尖端的無人駕駛汽車，不計其數(shù)的人在造型、性能、功能等方面的不斷改進、做出貢獻，濃縮了眾多發(fā)明家和設(shè)計師的辛勤付出與不懈努力。

交互設(shè)計，指的是定義、設(shè)計人造系統(tǒng)的行為的設(shè)計領(lǐng)域，換言之，交互設(shè)計定義的是人造物的行為方式，是基于行為邏輯的設(shè)計。與汽車的發(fā)展歷史相比較，交互設(shè)計的歷史要簡短得多。從學科發(fā)展來說，比爾·摩格理吉在20世紀80年代后期提出了交互設(shè)計的概念，隨后交互設(shè)計快速發(fā)展，皇家藝術(shù)學院于1989年創(chuàng)建了交互設(shè)計的碩士學位教育。如今，交互設(shè)計的研究與教育已經(jīng)遍布全球眾多的教育機構(gòu)。除了學科的快速發(fā)展，交互設(shè)計作為一門應(yīng)用學科廣泛應(yīng)用于多個領(lǐng)域，無論軟件產(chǎn)品的界面設(shè)計，還是硬件產(chǎn)品的人機交互，大到輪船飛機的駕駛室，小至一個按鈕如何設(shè)置，其設(shè)計都需要斟酌、思考，如何才能變得友好，讓用戶無障礙使用。交互設(shè)計對產(chǎn)品設(shè)計的各方面都有著莫大的影響，包括用戶的行為模式、使用習慣、認知方式等等。交互學科的發(fā)展讓人們開始重視交互的重要性，認可了人機交互在提升可用性、易用性方面的重要作用，更是為友好的產(chǎn)品提供了理論支持。

如今人們所面對的交通已經(jīng)是四通八達、復(fù)雜且密集。但是不容忽視的另一現(xiàn)狀是交通事故高發(fā)，交通系統(tǒng)中所包含的信息量顯著提升，中國國家統(tǒng)計局在其官網(wǎng)上所發(fā)布有關(guān)交通事故的最新數(shù)據(jù)顯示，2015年我國交通事故發(fā)生總計187781起，受傷人數(shù)近20萬 。在這樣的背景下，汽車駕駛室的交互設(shè)計若是不夠合理，用戶所承擔的風險就會更大，更容易遭遇人身傷害。好的交互設(shè)計能夠幫助駕駛?cè)烁咝У夭僮?、更輕松地駕駛，除了更舒適的駕駛室環(huán)境外，最重要的是能夠幫助避免事故的發(fā)生。目前汽車龐大的用戶數(shù)量，加之汽車交互設(shè)計的重要意義，使得人與汽車之間的交互方式成為設(shè)計師思考的一大熱點。尤其是駕駛室作為駕駛的主要場所，更是人機交互的重中之重。結(jié)合最新的信息技術(shù)、傳感器技術(shù)、現(xiàn)實增強技術(shù)等高科技手段，汽車駕駛室的交互設(shè)計也有了新的思路，從而幫助人們在復(fù)雜的交通環(huán)境中減少駕駛者的負擔，提升操作的效率，改善整個交通系統(tǒng)的安全性并提高效率。

> 圖1 奔馳一號（左）及其專利圖（右）

> 圖2 福特T型車

一、汽車人機交互發(fā)展

汽車的發(fā)展大致可以劃分為四個時期：發(fā)明與開發(fā)實驗時期、汽車技術(shù)性能完善時期、汽車技術(shù)迅速發(fā)展時期、汽車綜合技術(shù)與高科技廣泛應(yīng)用時期。雖然交互設(shè)計學科的起步要晚于現(xiàn)代汽車的誕生，但實際上汽車內(nèi)部的人機交互一直客觀存在于駕駛者和汽車之間。比照汽車的發(fā)展歷程，汽車與其他科學技術(shù)的發(fā)展對于內(nèi)部交互的設(shè)計也有著直接的影響，隨著汽車的發(fā)展，汽車的駕駛室也相應(yīng)有著各時期的特點。

（一）汽車發(fā)明與開發(fā)試驗時期（1886—1910）

在這個時期，汽車基本要靠手工制造，汽車成本極高，且壽命非常有限，基本只有富豪才能夠負擔。雖然汽車誕生于德國，但是汽車工業(yè)中心卻在法國，巴黎的奢靡風氣讓這里成為早期汽車工業(yè)成長的沃土。

現(xiàn)代汽車誕生的標志被公認為是奔馳一號（圖1），其發(fā)明人卡爾·奔馳于1885年完成了這輛裝備汽油發(fā)動機的三輪車，并于1886年1月29日完成了專利申請，這一天成為世界汽車誕生日，汽車的人機交互應(yīng)運而生。奔馳一號的駕駛艙完全暴露在空氣中。此時的交互極其簡單，只有一個呈水平狀的方向桿，以及左手的一個操作桿。這輛車當時存在著車身笨重、不夠舒適、安全性能不可靠，慣性過大、坡面停車不便等問題。

自奔馳一號之后，汽車技術(shù)開始了發(fā)展。初期集中于法國，早期的汽車功能有限，行業(yè)發(fā)展不夠成熟所以各個制造商生產(chǎn)的汽車并沒有統(tǒng)一的設(shè)計標準，相互之間的使用經(jīng)驗不能夠借鑒，遑論通用。這個時期另一輛極具代表性的車當屬號稱“世紀之車”的福特T型車。誕生于1908年的T型車（圖2），被視為汽車發(fā)展史上的一座里程碑，首個采用流水生產(chǎn)線進行制造。

在這個時期的汽車駕駛室比較簡單，功能方面只配備了駕駛功能，交互方式多位機械師操作，且已經(jīng)具備了現(xiàn)代汽車部分功能模塊的雛形，如最開始的方向桿、后來改善的方向盤、剎車手柄、換擋踏板等等，這些機械操作已經(jīng)要求駕駛者手腳并用地進行操作。當時汽車已經(jīng)有了儀表，沒有后視鏡，這里原因包括兩點，一則當時的汽車技術(shù)尚不能容許車輛高速駕駛，再者當時的交通狀況比較簡單，路上沒有很多的其他車輛需要時刻注意避讓。不過，在交互上還是有所差異。以T型車為例，啟動需要使用手搖啟動柄，剎車、換擋需要借助踏板、油門操作是需要借助方向盤后的一個手柄控制等等。

該時期的車輛在安全性方面尚未完善，雖然配備了擋風板，但開放式的駕駛室不能夠在特殊情況中有效保護駕駛者與乘客，駕駛方面的性能同樣沒有保障，存在不能及時剎車等問題，在特殊情況或地形條件中都使得乘客處于危險之中。

（二）汽車技術(shù)性能完善時期（1911—1940）

在這個時期，汽車各方面的技術(shù)不斷進步，行駛速度、安全保障、使用壽命等當面的性能均有大幅提升。同時，汽車工業(yè)的中心轉(zhuǎn)移向美國，使之成為汽車工業(yè)的巨擘。

這個時期的汽車人機交互開始為人們所重視，由于焊接技術(shù)的成熟，封閉式駕駛室開始出現(xiàn)。本時期比較有代表性的汽車包括大眾甲殼蟲、奔馳260D、帕卡德等。（圖3）

由圖片可見，該時期汽車內(nèi)飾已經(jīng)相當復(fù)雜，內(nèi)飾設(shè)計的已經(jīng)開始為設(shè)計師重視。帕卡德是高檔汽車，配置豪華，內(nèi)飾采用皮革裝飾和鉻合金儀表板，而甲殼蟲是時值戰(zhàn)后復(fù)興，是經(jīng)濟耐用型車款，內(nèi)飾采用經(jīng)典紅白配色，功能與儀表都相對簡潔。此時汽車主要在于提升安全性能與駕駛性能，基本都開始采用封閉式駕駛室，操作方式開始變得更加多樣，包括除了前一時期已經(jīng)采用的方向盤、踏板、操作桿等，這個時期又多了按壓式按鈕、旋轉(zhuǎn)式按鈕、撥動式按鈕、搖桿式窗戶開合、拉動式車門開關(guān)等等?？梢钥吹接捎诩夹g(shù)的限制，方向盤抖較大，借此省力。交互信息也開始變多，車內(nèi)外已經(jīng)配備后視鏡，車內(nèi)儀表與按鍵數(shù)量開始增加。雖然已經(jīng)開始考量舒適性、裝飾性，不過看圖分析仍然不夠舒適，帕卡德的座椅與方向盤的距離看起來也不夠科學。

（三）汽車技術(shù)迅速發(fā)展時期（1941—1960）

汽車在各發(fā)達國家大量地進入人們的生活，其技術(shù)性能面臨更高的要求。汽車及發(fā)動機的理論研究和設(shè)計被提高到了重要地位，并根據(jù)不同用途而嚴格分類、系列生產(chǎn)，質(zhì)量達到相當高的水平，步入技術(shù)成熟階段。

這一階段，汽車內(nèi)部的非駕駛功能越發(fā)多樣，汽車內(nèi)的人機交互也開始變得更加豐富。這個時期中比較有代表性的車型包括凱迪拉克Eldorado Brougham、BMC的MINI等（圖4）。凱迪拉克Eldorado Brougham“黃金車”是一款個人豪華車，是頂尖型號，價格不菲，車內(nèi)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功能多樣。儀表顯示種類多樣，值得一提的是，該車首次應(yīng)用電動車窗技術(shù)。而MINI是小型經(jīng)濟車，內(nèi)部風格極為簡單，有80%的車廂地板面積可用于乘客乘坐與行李放置，尺寸設(shè)計上已經(jīng)有了人機工程學的思想，利用真人感受保障該車既緊湊有舒適。

該時期的汽車一方面在安全性能上不斷提升，如配備三點式安全帶。另一方面，舒適性和娛樂性功能，包括空調(diào)、電動座椅等，開始應(yīng)用于汽車，操作方式變得更加簡單快捷。汽車駕駛室內(nèi)的交互方式也開始變得豐富，如車載收音機開始應(yīng)用于車內(nèi)，增加了聲覺信息。

（四）汽車綜合技術(shù)與高科技廣泛應(yīng)用時期（1960年至今）

從空氣動力學、人體工程學到自動化技術(shù)、材料加工技術(shù)，汽車綜合了各工業(yè)門類的眾多技術(shù)，造型細膩，曲線流暢，動力澎湃，操作安全，乘坐舒適，成為現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的象征。世界汽車工業(yè)形成了美、日、歐三足鼎立的格局。

> 圖3 帕卡德1934年超輕型雙人轎車內(nèi)飾（左中）大眾1938年甲殼蟲（右）

> 圖5-上-保時捷904（上）和特斯拉Model S（下）（美編注意：圖5由上下2圖組成）

> 圖4 凱迪拉克Eldorado Brougham（左）和BMC的MINI（右）

在這一時期，比較具有代表性的車型包括保時捷911、Chevrolet Corvette sting（P149）和 福特Seattle-ite XXI以及具有劃時代意義的特斯拉Model S。（圖5）

1960年以后，技術(shù)飛速發(fā)展，應(yīng)用于車上的技術(shù)越發(fā)多樣，這使得汽車的舒適性得到了極大提高，另一方面隨著信息技術(shù)的發(fā)展，車載娛樂功能與其他駕駛輔助功能也越來越豐富，汽車駕駛室的交互設(shè)計慢慢形成了我們所熟悉的樣子。以保時捷904GTS和特斯拉Model S為例，保時捷904GTS是高端跑車，內(nèi)飾設(shè)計即能夠體現(xiàn)高檔感，而特斯拉Model S首次使用液晶顯示屏來替代原有的儀表、中控區(qū)，車內(nèi)大部分功能都可以通過觸摸屏幕來進行操作，定義了用戶與汽車交互的新方式，看成劃時代產(chǎn)品，引領(lǐng)新的汽車駕駛室交互設(shè)計方向。這樣的改變很重要的一部分原因在于現(xiàn)在復(fù)雜的交通狀況，交通系統(tǒng)中需要駕駛?cè)俗⒁獾男畔⑦^多，造成了認知上的超負荷，而忽略某些信息又會導致事故的發(fā)生，所以自動駕駛技術(shù)、視覺識別等技術(shù)應(yīng)用于汽車，成為駕駛輔助功能。

> 汽車駕駛室交互發(fā)展不完整年表

縱觀汽車人機交互的發(fā)展歷程，可以總結(jié)出過去的發(fā)展方向最初是提高安全性、與駕駛性能，后來隨著交通發(fā)展和其他學科技術(shù)的應(yīng)用以及經(jīng)濟的發(fā)展，輔助性、舒適性、娛樂性和美觀性的要求開始被滿足。駕駛室空間由于各種功能越來越豐富，交互界面也變得越來越復(fù)雜、多樣，控制區(qū)的按鍵排布越發(fā)講究且數(shù)量增加，儀表的顯示內(nèi)容越來越多，多媒體開始在車內(nèi)出現(xiàn)，并通過車聯(lián)網(wǎng)融入信息時代。

二、未來趨勢猜想

現(xiàn)如今，在信息化時代的背景下，各種產(chǎn)品極其豐富的市場中，可以預(yù)測未來交通必然對智能化和舒適性提出了更高要求，大數(shù)據(jù)、車聯(lián)網(wǎng)、無人駕駛等技術(shù)引進已經(jīng)是行業(yè)目標。結(jié)合未來交通的發(fā)展趨勢，汽車駕駛室同樣離不開智能化、情感化。

（一）智能化

智能化這一趨勢可以說在諸多產(chǎn)品之中都有所體現(xiàn)，汽車也不例外，智能汽車的已經(jīng)成為眾多品牌的發(fā)展方向。簡單來說，智能汽車就是在現(xiàn)有車輛的基礎(chǔ)上，加之計算機等研究成果，使得車輛智能化，具備以下能力：感應(yīng)能力、分析能力、自適應(yīng)能力、行為決策能力。智能化的駕駛室人機交互也會隨之變得更加智能、方便，能夠有效分擔駕駛者的認知負荷，幫助其減少犯錯誤的可能性，從而增加安全性并提高效率。

（二）情感化

交互設(shè)計中，情感化設(shè)計師必不可少的因素。汽車的人機交互中，本能水平的要求就是汽車的造型設(shè)計只管易懂且具有吸引力；行為水平則要求汽車的操作符合人機工學，保證可用性與易用性；而反思水平比較復(fù)雜，不同的品牌效應(yīng)、文化背景等等，從不用角度滿足人們的情感需求，構(gòu)建一個更加輕松的駕駛環(huán)境，有助于集中注意力、避免事故發(fā)生。

三、結(jié)論

一直以來人們對交通的需求都在不斷提高，交通狀況在不斷向著更加復(fù)雜、快節(jié)奏、路網(wǎng)擴大等方向發(fā)展，人們今時今日所面臨的交通狀況已經(jīng)過于復(fù)雜，讓駕駛者更容易出現(xiàn)失誤，導致事故發(fā)生，這引發(fā)了人們對汽車人機交互設(shè)計的深入思考。文章認為更加智能化、情感化的人機交互設(shè)計能夠幫助駕駛者更加精確地行駛在復(fù)雜的交通環(huán)境中。

如何設(shè)計才能幫助駕駛者更加安全、高效地行駛在交通系統(tǒng)中，減少危險并適應(yīng)現(xiàn)有環(huán)境與未來趨勢，這一課題對于這個交通持續(xù)飛速發(fā)展、人們對交通的需求不斷增加的時代，具有重要意義。文章在對汽車交互設(shè)計的發(fā)展歷程進行分析與歸納的基礎(chǔ)上，對結(jié)合未來交通的趨勢對汽車人機交互設(shè)計進行思考，并未設(shè)計實踐提供一定的理論基礎(chǔ)。■

[1]辛向陽. 交互設(shè)計：從物理邏輯到行為邏輯[J].裝飾，2015（01）：58-62.

[2]國家統(tǒng)計局官網(wǎng)

[3]林平.汽車史話[M].北京：電子工業(yè)出版社，2005：32.

[4]Benz Patent-Motorwagen[OL].維基百科https://en.wikipedia.org/wiki/Benz_Patent-Motorwagen.

[5]陶永，閆學東，王田苗，劉旸. 面向未來智能社會的智能交通系統(tǒng)發(fā)展策略[J].科技導報，2016（07）：48-53.

Brief Analysis of the Development and Future Trends in Automotive Human-computer Interaction

YU Hui-lan，LI Jin-ying
（Dalian University of Technology, Dalian 116024, China）

The car is the most commonly used tool for people's daily travel and the cab is the main place where drivers interact with the automobile. The design of cab has a vital influence on the safety and efficiency of driving. Especially nowadays, the complex traffic conditions have put forward higher requirements on the car’s humanautomobile interaction design. Through the collection and analysis of typical cases, the paper discovers the different characteristics of the interaction modes and functions of the four periods of automobile development. This paper summarizes the development on the basis of analyzing and outlining the development of automobile human - computer interaction, and future trend based on the demand of current traffic.

human-computer interaction; industrial design; automobile design

TB47

A

：1008-2832(2017)05-0095-03

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