智能座艙HMI人機(jī)交互界面體驗(yàn)及未來趨勢(shì)淺析

王鐳　龐有俊　王亞芳

摘 要：隨著新四化的開展，汽車已經(jīng)開始從簡(jiǎn)單的交通工具逐漸向智能終端轉(zhuǎn)變。智能座艙作為用戶和車輛進(jìn)行交流的界面，逐步成為企業(yè)產(chǎn)品智能化的新破局點(diǎn)。而HMI人機(jī)交互設(shè)計(jì)作為座艙智能化發(fā)展的基礎(chǔ)，在汽車研發(fā)過程中占有愈發(fā)重要的地位，如何更好的量化人機(jī)交互特征性研究也成為了企業(yè)的關(guān)注重點(diǎn)。本文首先分析智能座艙及HMI人機(jī)交互設(shè)計(jì)在汽車研發(fā)中占據(jù)的重要地位，之后對(duì)基于駕駛模擬的人機(jī)交互評(píng)價(jià)體系進(jìn)行介紹，最后通過對(duì)HMI交互方式的演化進(jìn)程進(jìn)行分析，進(jìn)而判斷未來智能座艙的發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：智能座艙 交互設(shè)計(jì) 評(píng)價(jià)體系 發(fā)展趨勢(shì)

Discussion on the Experience and Future Trends of the Smart Cockpit HMI Human-computer Interaction Interface

Wang Lei，Pang Youjun，Wang Yafang

Abstract：With the development of the new four modernizations， automobiles have begun to gradually transform from simple vehicles to smart terminals. As an interface between users and vehicles， smart cockpits have gradually become a new breakthrough point for enterprise product intelligence. As the basis for the intelligent development of the cockpit， HMI human-computer interaction design plays an increasingly important role in the automotive research and development process. How to better quantify the characteristics of human-computer interaction has also become the focus of the enterprise. This article first analyzes the important position of intelligent cockpit and HMI human-computer interaction design in automobile research and development， then introduces the human-computer interaction evaluation system based on driving simulation， and finally analyzes the evolution process of HMI interaction methods to judge future intelligence and the development trend of the cockpit

Key words：smart cockpit， interactive design， evaluation system， development trend

1 智能座艙成為企業(yè)產(chǎn)品智能化的新破局點(diǎn)

自2019年以來，美國(guó)通用汽車、谷歌等企業(yè)陸續(xù)推遲了高級(jí)別自動(dòng)駕駛功能的商業(yè)落地時(shí)間，停留在“路試”或“商業(yè)化試運(yùn)營(yíng)”階段，自動(dòng)駕駛落地面臨眾多技術(shù)監(jiān)管瓶頸，包括高算力/低功耗/高功能安全等級(jí)要求的AI芯片、固態(tài)激光雷達(dá)的量產(chǎn)和降本、高精地圖和高精定位、監(jiān)管法規(guī)配套升級(jí)等等。此外，美國(guó)《自動(dòng)駕駛法案》通過后，Uber和Waymo接二連三發(fā)生自動(dòng)駕駛測(cè)試車輛交通事故，甚至造成行人死亡的嚴(yán)重后果，輿論對(duì)自動(dòng)駕駛信賴程度降低，全社會(huì)完全自動(dòng)駕駛的情景目前仍遙遙無期，研究估計(jì)從目前至未來相當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)，自動(dòng)駕駛汽車將始終處于L2.5-L4之間的發(fā)展階段。

另一方面，座艙環(huán)境智能化作為與內(nèi)飾設(shè)計(jì)拓展可交叉的一部分，是用戶和車輛進(jìn)行交流的界面，其變化非常容易被用戶感知，而且其實(shí)現(xiàn)難度低、成果易感知，有助于迅速提升產(chǎn)品差異化競(jìng)爭(zhēng)力。與此同時(shí)，智能座艙暫時(shí)不涉及底盤控制，功能落地過程中牽扯到的安全壓力與監(jiān)管壓力較小，國(guó)內(nèi)OEM在智能網(wǎng)聯(lián)汽車商用落地困難的同時(shí)，以及在等待自動(dòng)駕駛關(guān)鍵技術(shù)成熟的檔口，部分企業(yè)逐漸將一定比例的精力逐漸由座艙外環(huán)境感知轉(zhuǎn)移至座艙內(nèi)，轉(zhuǎn)移到智能座艙的商用落地。

從行業(yè)宏觀環(huán)境看，伴隨著新四化的開展，車市發(fā)展進(jìn)入新階段，通過提供易被察覺和感受的差異化功能，可以迅速提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力;尤其在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的大背景下，車輛交互體驗(yàn)向IT領(lǐng)域的對(duì)齊能夠使用戶產(chǎn)生親切感，“手機(jī)-車-家”互聯(lián)打通后，可以形成用戶習(xí)慣從手機(jī)向車輛的導(dǎo)流。

2 HMI交互設(shè)計(jì)體系在研發(fā)中占有愈發(fā)重要的地位

談到汽車智能座艙，就必須先從HMI說起，因?yàn)樽撝悄芑l(fā)展的基礎(chǔ)，便是HMI人機(jī)交互設(shè)計(jì)。所謂HMI，即為Human Machine Interface 的英文縮寫，中文譯為“人機(jī)接口”，也叫“人機(jī)交互界面”，它是汽車車載系統(tǒng)和駕駛?cè)耍踔榴{乘者之間進(jìn)行信息交換和交互的媒介， 它能夠?qū)崿F(xiàn)信息的內(nèi)部形式與人類可以接受形式之間的轉(zhuǎn)換。汽車HMI設(shè)計(jì)主要是研究人與汽車的人機(jī)交互界面，這個(gè)界面包含了開關(guān)、按鈕、大屏、語(yǔ)音等等使用功能。此外，汽車座艙的內(nèi)飾設(shè)計(jì)和HMI也構(gòu)成強(qiáng)相關(guān)的關(guān)系，但具體應(yīng)用中也有所區(qū)分，主要差異在于：內(nèi)飾設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)的是整個(gè)座艙內(nèi)部的主觀整體感受，HMI則是承擔(dān)人與車之間有效信息交互的載體，側(cè)重的是人與信息操作界面、人與車各功能系統(tǒng)之間產(chǎn)生功能交互時(shí)的具體體驗(yàn)感受。

交互設(shè)計(jì)的智能化體現(xiàn)在汽車的智商和情商兩個(gè)方面，企業(yè)和消費(fèi)者分別作為智能座艙的研發(fā)者和使用者，對(duì)這兩個(gè)方面各有側(cè)重，如果企業(yè)一味追求智商而輕視情商，將面臨新技術(shù)不落地、消費(fèi)者不買單的危險(xiǎn)，見圖1。

智能座艙為用戶提供體驗(yàn)服務(wù)，其易感知特性決定了它的設(shè)計(jì)和研發(fā)方向都需要基于用戶需求反饋不斷進(jìn)行調(diào)整，才能最大化挖掘技術(shù)價(jià)值。

如今，汽車智能界面承載的功能越來越多，消費(fèi)者在駕駛過程中受到的信息壓力也會(huì)越來越大，如何將多維多樣化的功能清晰明了地呈現(xiàn)給用戶，如何在安全性、功能覆蓋面、操作便利性之間進(jìn)行取舍，汽車交互設(shè)計(jì)變得尤為重要，見圖2。

功能智能化和信息智能化目前具備明確的分級(jí)，同時(shí)為智能座艙功能提出了要求，但針對(duì)智能交互部分目前技術(shù)路線和發(fā)展重心繁多，車輛最終交互形態(tài)如何，如何稱作優(yōu)秀的交互，是這個(gè)時(shí)代賦予我們的重要問題，見圖3。

3 建立基于駕駛模擬的人機(jī)交互體驗(yàn)研究平臺(tái)體系

為了進(jìn)行更加量化的人機(jī)交互特征性研究，通過建立人機(jī)交互實(shí)驗(yàn)室，采用駕駛模擬器進(jìn)行相關(guān)的測(cè)評(píng)實(shí)驗(yàn)，通過平臺(tái)數(shù)據(jù)、眼動(dòng)儀、問卷調(diào)研、專家訪談等多種形式完成體系框架的數(shù)據(jù)采集工作，基于成熟的軟硬件構(gòu)建科學(xué)、客觀、數(shù)字化的人機(jī)交互評(píng)價(jià)體系，與此同時(shí)，構(gòu)建三個(gè)模擬化駕駛平臺(tái)，均具備基于虛擬場(chǎng)景環(huán)境下的HMI測(cè)試能力，進(jìn)行量產(chǎn)車評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)和迭代測(cè)試，見圖4。

在傳統(tǒng)交互性評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上延伸至地圖導(dǎo)航、生態(tài)服務(wù)以及感性評(píng)價(jià)，將AI時(shí)代下汽車的情商納入到評(píng)價(jià)體系中，確立了HMI四維動(dòng)態(tài)人機(jī)交互評(píng)價(jià)體系，見圖5。

然后，我們將整體評(píng)價(jià)測(cè)試流程分為五部分：道路測(cè)試、車機(jī)坐標(biāo)測(cè)量、專家深度靜態(tài)測(cè)試、模擬駕駛測(cè)試以及模擬駕駛后的問卷調(diào)查，之后依據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)結(jié)合消費(fèi)者主觀評(píng)價(jià)內(nèi)容進(jìn)行評(píng)分，并基于專家和消費(fèi)者workshop構(gòu)建權(quán)重體系，見圖6。

隨著產(chǎn)品智能化層級(jí)不斷提高，交互智能化的意義也在逐漸發(fā)展，通過搭建基于核心維度的“三維場(chǎng)景樹”，并不斷進(jìn)行測(cè)試場(chǎng)景樹的更新迭代，實(shí)現(xiàn)HMI測(cè)試體系的自我升級(jí)，保證其測(cè)試可用性，見圖7。

4 HMI交互方式的演化：未來可能的智能座艙發(fā)展趨勢(shì)判斷

隨著5G和車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，科技、智能、人性化，正在重新定義未來汽車人機(jī)交互新體驗(yàn)。智能汽車的交互設(shè)計(jì)正在結(jié)合更多場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)更更豐富的交互。多屏聯(lián)動(dòng)、全液晶儀表、車聯(lián)網(wǎng)、車載信息娛樂系統(tǒng)IVI、ADAS高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)、語(yǔ)音識(shí)別、手勢(shì)識(shí)別、HUD、AR、AI、全息、情感氛圍燈、智能充電、智能表面、新材料正在迅速普及。我們大致預(yù)測(cè)一下未來幾年智能座艙相關(guān)可能性技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)：

4.1 更簡(jiǎn)潔的設(shè)計(jì)語(yǔ)言

智能座艙需要儀表盤、HUD、前座及后座娛樂系統(tǒng)等合力配合，共同對(duì)用戶體驗(yàn)產(chǎn)生影響，多屏聯(lián)動(dòng)不僅是屏幕的物理形式一體化，更是未來交互內(nèi)容的一體化，面向駕駛員和乘客，這要求用最簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)語(yǔ)言表達(dá)背后的信息，讓命令一觸即達(dá)。

在保證駕駛員能夠快速掃描和理解屏幕內(nèi)容的基礎(chǔ)上，簡(jiǎn)潔易讀的元素和一致的設(shè)計(jì)語(yǔ)言，是數(shù)字化和智能化的必然趨勢(shì)，減少駕駛員的認(rèn)知負(fù)荷，降低駕駛員的注意力分散、整合更多的ADAS內(nèi)容，正在成為數(shù)字儀表和中控HMI的設(shè)計(jì)趨勢(shì)。數(shù)字儀表和中控共用一塊兒屏幕（物理上共用）的一字屏設(shè)計(jì)正在成為新的趨勢(shì)，這為車內(nèi)極簡(jiǎn)的布局創(chuàng)造了硬件條件。

目前多聯(lián)屏和儀表的色彩設(shè)計(jì)仍然以較深的背景色設(shè)計(jì)，以確保其在不同場(chǎng)景下的應(yīng)用，避免因陽(yáng)光直射或夜間黑暗情況下看不清儀表。數(shù)字儀表的主動(dòng)交互，使其可以隨著光線明暗度進(jìn)行相應(yīng)的主題調(diào)整，從而獲得更好的可讀性和更少的眩光。在遇到泥濘路段時(shí)，儀表顏色會(huì)產(chǎn)生微妙的動(dòng)效，發(fā)生危險(xiǎn)時(shí)，通過強(qiáng)烈的顏色變化來吸引駕駛員的注意，以保證行車安全。

在不同場(chǎng)景下，界面的顯示內(nèi)容是不同的，如高速模式（儀表顯示主要信息、減少分心）、城際模式、固定模式等等，根據(jù)主要信息內(nèi)容的變化而變化。全新界面可以實(shí)現(xiàn)更多的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，并集后視鏡和其他功能于一體，實(shí)現(xiàn)手勢(shì)、觸摸操控等。

4.2 自然豐富的交互方式

汽車正在從傳統(tǒng)交通工具向智能座艙方向轉(zhuǎn)變，而面向5G的情感化智能移動(dòng)空間則把主動(dòng)響應(yīng)式交互向車內(nèi)引入。積極主動(dòng)的交互有助于減少分心、提升駕駛安全性，并提升用戶的體驗(yàn)度;比如當(dāng)用戶在車內(nèi)感到炎熱或寒冷時(shí)，通過揮動(dòng)手勢(shì)或觸控，都能調(diào)節(jié)車內(nèi)的溫度。

從功能性方面來看，當(dāng)我們走向車輛，汽車會(huì)通過傳感器或人臉識(shí)別等技術(shù)來以語(yǔ)音、燈光、全息影像、車外屏等形式來給我們來打招呼。同時(shí)，會(huì)對(duì)我們進(jìn)行全面識(shí)別，以確定我們是否攜帶行李和兒童，從而為我們提供行李搬運(yùn)機(jī)器人，并為我們打開車門，安排適合我們乘坐人數(shù)的座椅配置方案。

沉浸式游戲、家庭影院、氛圍燈、情感交互類的設(shè)計(jì)在越來越普遍。在下班的路上或旅行途中，我們除了觀察路邊的美景之外，汽車會(huì)主動(dòng)展現(xiàn)更深層次的解讀和不同心境下的游戲或情感體驗(yàn)，一切交互變得自然而然。

進(jìn)入車內(nèi)，汽車通過人臉識(shí)別和情緒交互來分析我們的心境，當(dāng)檢測(cè)到我們的心情明顯比較低落的情況下，車載機(jī)器人或全息管家會(huì)主動(dòng)和我們進(jìn)行類人的交流，比如，聊天、播放有趣的內(nèi)容等，當(dāng)我們累了，還會(huì)給我們提供按摩服務(wù)。比如，Nomi、Walker、Panasonic-pod等都有所應(yīng)用。

當(dāng)我們被監(jiān)測(cè)為心情比較好時(shí)，汽車會(huì)主動(dòng)給我們提供游戲或舒適的音樂推薦，同時(shí)，通過調(diào)整座艙內(nèi)燈光、溫度、氣味兒等方式來為我們的提供更好的乘坐環(huán)境，這為我們帶來了更為立體的情感智能化體驗(yàn)。比如，本田 Neuv就搭載了名為“情緒引擎”的人工智能系統(tǒng)。面部監(jiān)測(cè)、眼球跟蹤等功能的設(shè)計(jì)在對(duì)用戶駕駛安全上有很重要的作用。比如，當(dāng)用戶昏昏欲睡時(shí)，系統(tǒng)通過釋放香味和音樂來喚醒駕駛員;通過生物識(shí)別技術(shù)，主動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)用戶心跳等生理信息以確認(rèn)用戶身體情況，在身體出現(xiàn)異常時(shí)，自動(dòng)向醫(yī)院發(fā)出求救信號(hào);在對(duì)外安全上，汽車燈光可以在避免直射外部行人眼睛的同時(shí)，照亮道路，以便安全通行。

4.3 由任務(wù)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向場(chǎng)景驅(qū)動(dòng)

學(xué)習(xí)能力、個(gè)性化和人性化的設(shè)計(jì)是智能座艙主動(dòng)交互設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。如梅賽德斯的MBUX，系統(tǒng)可以適應(yīng)客戶的需求，根據(jù)用戶習(xí)慣來預(yù)測(cè)下一個(gè)任務(wù)，比如，你大概幾點(diǎn)會(huì)給誰打電話等，用戶可通過語(yǔ)音、手勢(shì)、眼神等來實(shí)現(xiàn)與汽車的對(duì)話;車內(nèi)燈光可根據(jù)不同場(chǎng)景來自動(dòng)變暗或變亮。而汽車則會(huì)通過不斷優(yōu)化，綜合處理復(fù)雜的信息，為用戶提供最精準(zhǔn)的解決方案，成為你越來越走心的朋友。而針對(duì)駕駛員和其他乘客提供個(gè)性化服務(wù)，具有更多的應(yīng)用價(jià)值和更廣的前景。

當(dāng)我們通過車機(jī)互聯(lián)設(shè)置了一個(gè)行程時(shí)，在進(jìn)入車內(nèi)時(shí)，我們無需再安排行程，汽車可以直接根據(jù)計(jì)劃導(dǎo)航。比如，威馬EX5就可以通過威馬ID實(shí)現(xiàn)手機(jī)和車機(jī)的無縫連接，當(dāng)你在下班前設(shè)置好下班后要去的地方時(shí)，汽車便會(huì)主動(dòng)規(guī)劃好路線。

當(dāng)系統(tǒng)有了完備的信息架構(gòu)，又構(gòu)建了豐富多樣的交互觸點(diǎn)，一個(gè)強(qiáng)大且精準(zhǔn)的智能化算法驅(qū)動(dòng)的引擎可以將信息與交互形式融合。如百度開發(fā)的“主動(dòng)式交互推薦”方案-“小度車載OS智能化場(chǎng)景引擎”，可以智能判斷用戶當(dāng)前所處的場(chǎng)景，并根據(jù)動(dòng)態(tài)的人車場(chǎng)景組織服務(wù)，將駕駛體驗(yàn)最大化，用戶在駕駛過程中，當(dāng)觸發(fā)到場(chǎng)景引擎時(shí)，主動(dòng)推薦面板被喚起，可以在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)把信息和服務(wù)主動(dòng)呈現(xiàn)給用戶。比如，會(huì)結(jié)合用戶喜好，主動(dòng)推薦即時(shí)歌單，用戶只需回答“好的”，音樂就會(huì)自動(dòng)播放。當(dāng)車輛保養(yǎng)時(shí)間臨近時(shí)，會(huì)主動(dòng)詢問用戶是否需要提前預(yù)約保養(yǎng)，用戶通過點(diǎn)頭，即可發(fā)起后續(xù)預(yù)約流程。不僅如此，在停車場(chǎng)或是在加油站，當(dāng)判斷用戶有支付場(chǎng)景時(shí)，小度車載OS都會(huì)推薦使用“人臉支付”功能，迅速完成訂單支付，免去一系列繁復(fù)的操作流程。智能化的主動(dòng)推薦，結(jié)合閉環(huán)服務(wù)體驗(yàn)，在提高出行效率、簡(jiǎn)化操作流程的同時(shí)，也給用戶帶來更舒心的用車感受。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉毅剛.智能座艙趨勢(shì)研究[J].廣東化工， 2019，v.46;No.394（08）：128-130.