智能座艙中HMI設(shè)計(jì)發(fā)展趨勢研究

周毅　朱蘭娟

摘 要：在智能座艙趨勢下，顯示屏作為人機(jī)交互的主要界面，扛起了智能化的大旗，也帶來了交互體驗(yàn)、操作安全性的問題。本文根據(jù)新能源電動(dòng)汽車用戶HMI體驗(yàn)問卷調(diào)查數(shù)據(jù)，總結(jié)出智能座艙發(fā)展趨勢與設(shè)計(jì)原則，深入分析未來汽車HMI設(shè)計(jì)的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：智能座艙 人機(jī)交互界面（HMI） 大屏 多模態(tài)

1 前言

從特斯拉的十七英寸大屏，再到拜騰的四十九英寸超寬一體大屏，短短幾年內(nèi)，各個(gè)主機(jī)廠紛紛投入到智能座艙的應(yīng)用創(chuàng)新上，多屏幕的產(chǎn)品形態(tài)開始陸續(xù)上市。不管是新勢力車廠，還是傳統(tǒng)主機(jī)廠，從新車型的亮相上可以預(yù)見，超寬一體屏的應(yīng)用已是未來趨勢。新的科技發(fā)展會(huì)引發(fā)我們的思考，超寬一體屏不僅僅是一塊簡單的屏幕，而是其整個(gè)汽車技術(shù)演變的結(jié)果，目前自動(dòng)駕駛技術(shù)還沒有成熟，如果沒有一個(gè)有效的HMI設(shè)計(jì)，就不能實(shí)現(xiàn)有效的人機(jī)交互，在汽車實(shí)現(xiàn)完全的自動(dòng)駕駛之前，汽車應(yīng)該以全面的方式與駕駛者溝通他的意圖，并且還應(yīng)招待乘客，使乘客感到舒適。所以智能座艙的交互方法、內(nèi)容展現(xiàn)、駕駛?cè)藛T的注意力管理都值得繼續(xù)研究。

2 汽車HMI設(shè)計(jì)概述

2.1 HMI概念

人機(jī)交互（Human Machine Interaction，簡稱HMI），是一門研究系統(tǒng)與用戶之間的交互關(guān)系的學(xué)問。系統(tǒng)可以是各種各樣的機(jī)器，也可以是計(jì)算機(jī)化的系統(tǒng)和軟件。應(yīng)用在車輛上的人機(jī)交互系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)人與車之間的溝通。駕駛者可以通過該系統(tǒng)，獲取車輛信息、車輛報(bào)警，并且進(jìn)行車輛設(shè)置、實(shí)現(xiàn)娛樂功能等。

其中我們通常所說的“人機(jī)交互界面”是指用戶可見的部分。通過人機(jī)交互界面與系統(tǒng)交流并進(jìn)行操作。小如收音機(jī)的播放按鍵，大至飛機(jī)上的儀表板、或是發(fā)電廠的控制室。因此，人機(jī)交互界面的設(shè)計(jì)要包含用戶對(duì)系統(tǒng)的理解（即心智模型），這是為了系統(tǒng)的可用性或者用戶友好性。

就信息的“輸入”和“輸出”來講，語音控制、手勢識(shí)別和觸摸屏是目前車載HMI系統(tǒng)的三大利器，各車企均在該領(lǐng)域進(jìn)行了充分的試驗(yàn)和嘗試。因此，不管何時(shí)，新技術(shù)的引入總是有一定的風(fēng)險(xiǎn)甚至可能造成消費(fèi)者的反彈，所以汽車主機(jī)廠在HMI的研發(fā)上也表現(xiàn)出了應(yīng)有的謹(jǐn)慎。

3 研究過程

我們知道，自動(dòng)駕駛的出現(xiàn)，讓行程中駕駛員的注意力和操作得以解放，在這個(gè)移動(dòng)的空間中可以做更多的事情，駕駛員/乘客在掌握駕駛情況的同時(shí)，可以獲取信息或者娛樂，也可以當(dāng)作一個(gè)休息空間。那么在這不同的使用場景下，多元化的信息應(yīng)該如何呈現(xiàn)，才能為駕駛員/乘客帶來更好更安全體驗(yàn)?zāi)兀孔詣?dòng)駕駛與車內(nèi)HMI展示方式之間又有什么關(guān)聯(lián)呢？

HMI系統(tǒng)廣泛用于汽車應(yīng)用程序中，以用于傳輸大量的內(nèi)部和外部信息，特別是在自動(dòng)駕駛汽車中，HMI平臺(tái)被用于車與車之間的通信。最重要的是，汽車HMI設(shè)計(jì)是高級(jí)駕駛員輔助系統(tǒng)（ADAS）的一部分，可以幫助汽車制造商確保提供與ADAS相關(guān)的服務(wù)。那么，汽車制造商和OEM在開發(fā)自動(dòng)駕駛汽車概念時(shí)應(yīng)遵循哪些人機(jī)界面設(shè)計(jì)原則？

3.1 新能源電動(dòng)汽車用戶HMI體驗(yàn)問卷調(diào)查

本次調(diào)查問卷針對(duì)智能汽車常用功能以及用戶習(xí)慣，設(shè)置了20個(gè)HMI交互相關(guān)的問題。共收回283份有效問卷，每道題均采用0-5分打分制代表喜愛度（李克特6級(jí)量表是：非常不喜歡 比較不喜歡 不喜歡 喜歡 比較喜歡 非常喜歡），0分為喜歡，5分為不喜歡。

3.2 問卷調(diào)查結(jié)果分析

3.2.1 調(diào)查數(shù)據(jù)分析

信度分析和效度分析是問卷分析的第一步，也是檢驗(yàn)該問卷是否合格的標(biāo)準(zhǔn)之一，為了提高調(diào)查問卷的質(zhì)量，進(jìn)而提高整個(gè)研究的價(jià)值，問卷的信度和效度分析絕非贅疣蛇足，而是研究過程中必不可少的重要環(huán)節(jié)。本問卷各題項(xiàng)的修正后的項(xiàng)與總計(jì)相關(guān)性值均大于0.4，且各題項(xiàng)項(xiàng)已刪除的Cronbach's Alpha值均小于總體Cronbach's Alpha;總體Cronbach's Alpha為0.936，刪除任意一題均不會(huì)引起Cronbach's Alpha值增加，故表明變量具有良好的信度。利用SPSS23.0對(duì)問卷進(jìn)行KMO和Bartlett's球形檢驗(yàn)，結(jié)果顯示：kmo=0.925大于0.5，Bartlett球形檢驗(yàn)的近似卡方值為3395.434，在自由度（df）為210的條件下顯著性概率（s）為0.000，說明問卷具有良好的結(jié)構(gòu)效度。

本次調(diào)查采用相關(guān)分析，相關(guān)分析主要是研究變量之間的相關(guān)關(guān)系，若相互之間存在相互關(guān)系，則討論彼此之間的相關(guān)方向及相關(guān)程度。相關(guān)系數(shù)的取值范圍介于-1～1之間，用r表示，相關(guān)系數(shù)為正，表示變量間存在正相關(guān)關(guān)系，為負(fù)，表示變量間存在負(fù)相關(guān)關(guān)系，絕對(duì)值越大，表明變量之間的相關(guān)越為緊密。相關(guān)系數(shù)的取值范圍介于-1～1之間，用r表示，相關(guān)系數(shù)為正，表示變量間存在正相關(guān)關(guān)系，為負(fù)，表示變量間存在負(fù)相關(guān)關(guān)系，絕對(duì)值越大，表明變量之間的相關(guān)越為緊密。具體來說，若|r|=1，變量之間呈完全相關(guān)關(guān)系;若0.7≤|r|<1變量之間呈高度相關(guān)關(guān)系;若0.4≤|r|<0.7，變量之間呈中度相關(guān)關(guān)系;若0.1≤|r|<0.4，變量之間呈低度相關(guān)關(guān)系;若|r|<0.1，則認(rèn)為變量之間沒有相關(guān)關(guān)系。當(dāng)顯著值P<0.05時(shí)，表示變量之間具有顯著相關(guān)性。

我們將題6定為因變量;題2、3、4、5、6歸類為自變量1，用于反映屏幕等硬件數(shù)量的喜好度;題7、8、9、10、11歸類為自變量2，用于反映操作操作方式、步驟的喜好度;題12歸類為自變量3，用于反映HMI界面設(shè)計(jì)風(fēng)格喜好度;題13、14、15、16歸類為自變量4，用于反映駕駛便利性相關(guān)功能的喜好度;題17、18、19、20、21歸類為自變量5，用于反映生活、工作、學(xué)習(xí)等便利性功能的喜好度。

自變量1與因變量：r=0.546，p<0.05，說明兩者之間呈顯著正相關(guān);

自變量2與因變量：r=0.797，p<0.05，說明兩者之間呈顯著正相關(guān);

自變量3與因變量：r=0.534，p<0.05，說明兩者之間呈顯著正相關(guān);

自變量4與因變量：r=0.554，p<0.05，說明兩者之間呈顯著正相關(guān);

自變量5與因變量：r=0.512，p<0.05，說明兩者之間呈顯著正相關(guān)。

3.2.2 調(diào)查數(shù)據(jù)分析結(jié)論

由上述問卷數(shù)據(jù)均值可知，隨著科技發(fā)展和車主的期望，車內(nèi)外的信息和功能越來越多，多數(shù)受訪者喜歡由更多科技功能的智能座艙，期望有更直接的信息顯示，更簡化的操作邏輯，并且根據(jù)相關(guān)性分析，自變量1、2、3、4、5與因變量全部成正相關(guān)，說明受訪者對(duì)于操作的便利性與自動(dòng)駕駛的期望是一致的，都期望有一個(gè)更便利、更安全的駕駛環(huán)境。

所以交互方式由此產(chǎn)生階段性變化：物理旋鈕/按鍵——數(shù)字觸屏——語音控制——多模態(tài)交互。車內(nèi)信息和功能隨著越來越多，物理旋鈕/按鍵的交互方式已經(jīng)滿足不了內(nèi)容的擴(kuò)展，數(shù)字界面由此在車內(nèi)出現(xiàn)。但是當(dāng)網(wǎng)聯(lián)化后，娛樂信息成為了車內(nèi)一大內(nèi)容，數(shù)字界面的弊端也逐漸暴露出來了。界面層級(jí)導(dǎo)致操作效率的下降，而數(shù)字組件控件雖然解決了空間，成本，擴(kuò)展迭代的問題，但是同時(shí)也缺失了物理旋鈕/按鍵原本的觸感反饋，易定位性及效率精細(xì)操作等優(yōu)勢，一定程度上影響到駕駛安全。

此刻語音的出現(xiàn)，可以有效的提高操作效率，減少車主視線移開路面的時(shí)長，提高了駕駛安全。那么語音交互就是最終的理想形態(tài)了嗎？答案是否定的，功能不可見性/輸入輸出效率低/識(shí)別正確率/意圖理解/勿擾性等等弊端導(dǎo)致語音交互并不能解決所有問題。因此提出多模態(tài)交互方式，試圖改善這些問題。

所謂“多模態(tài)”（modality），即“感官”，多模態(tài)即多感官融合。人類在智能座艙中的常用感官有視覺、聽覺、觸覺、嗅覺模態(tài)等。多模態(tài)交互就是綜合運(yùn)用語音交互、機(jī)器視覺、觸覺，甚至嗅覺等其他傳感器智能技術(shù)，更加精準(zhǔn)、主動(dòng)和個(gè)性化地提供車內(nèi)交互方式。從“駕駛員主動(dòng)交互”循序漸進(jìn)地升級(jí)到“智能車輛主動(dòng)交互”，能最大程度上較少駕駛員精力分散，并提升乘員交互體驗(yàn)。

4 智能座艙HMI發(fā)展趨勢

1.近期數(shù)字座艙成為汽車智能化重點(diǎn)：自動(dòng)駕駛帶來的人員解放，需要座艙功能從交互、環(huán)境、控制、空間、數(shù)據(jù)五大維度進(jìn)行智能化變革，提升體驗(yàn)。

2.車內(nèi)感知需求日趨強(qiáng)烈：車內(nèi)視覺感知能夠?qū)崿F(xiàn)座艙多樣功能的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的車內(nèi)體驗(yàn);車內(nèi)視覺感知也能夠有效地輔助自動(dòng)駕駛，保障車輛自動(dòng)駕駛決策的準(zhǔn)確性。

3.觸摸屏不是交互的終點(diǎn)：在更好更成熟的技術(shù)出現(xiàn)之前，觸摸屏只是HMI的一個(gè)載體，智能座艙HMI設(shè)計(jì)還是將以駕駛?cè)蝿?wù)為中心。

5 智能座艙HMI設(shè)計(jì)原則

一個(gè)正確設(shè)計(jì)的HMI不會(huì)擾亂我們的思想，也不會(huì)讓人捉摸不定。在許多情況下，使用手動(dòng)駕駛時(shí)，駕駛員知道在道路上發(fā)生特殊情況時(shí)該怎么辦。在自動(dòng)駕駛中，通過語音命令和聲像通信，駕駛員應(yīng)該能夠詢問并接收關(guān)于車輛將要做什么的充分反饋。

1.要觸達(dá)路徑短;

2.要快速響應(yīng);

3.要拒絕炫技;

4.要減少視覺占用;

5.要能與自動(dòng)駕駛結(jié)合。

6 總結(jié)

汽車HMI的設(shè)計(jì)，其最終目的無非在于為用戶提供好的用戶體驗(yàn)，增強(qiáng)用戶的駕駛樂趣或駕駛過程中的操作體驗(yàn)。但相比于互聯(lián)網(wǎng)的用戶體驗(yàn)，HMI的設(shè)計(jì)最為不同的是其獨(dú)特的環(huán)境，這個(gè)環(huán)境更加注重駕駛的安全性，這樣使得HMI的設(shè)計(jì)必須在好的用戶體驗(yàn)和安全之間做平衡，很大程度上安全始終是第一位的。

因此，交互設(shè)計(jì)必須以駕駛?cè)蝿?wù)為中心，更好的設(shè)計(jì)方案一定是盡量少的占用“手-眼”資源，智能座艙需要的終極交互方案，應(yīng)該是車對(duì)人的主動(dòng)式交互，即結(jié)合車外環(huán)境、車內(nèi)視覺、語音識(shí)別、AR、觸屏等多模態(tài)感知手段，將車輛打造成為像鋼鐵俠“賈維斯”這樣的人工智能管家，才能全方位提升車主體驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

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