智能座艙HMI設(shè)計發(fā)展趨勢與挑戰(zhàn)

摘 要：伴隨汽車智能化的迅猛推進(jìn)，智能座艙人機界面（HMI）設(shè)計的重要性與日俱增。文章聚焦智能座艙HMI設(shè)計領(lǐng)域，開篇闡明研究的背景與意義，凸顯在汽車智能化變革浪潮中HMI設(shè)計的關(guān)鍵地位。繼而剖析當(dāng)下發(fā)展實況，涵蓋技術(shù)運用與用戶體驗等維度。詳盡探究多模態(tài)交互、情感化設(shè)計、個性化定制等發(fā)展趨向，同時指出在技術(shù)融合、契合用戶多元需求、統(tǒng)一設(shè)計規(guī)范等方面遭遇的挑戰(zhàn)。通過對相關(guān)案例及研究成果的梳理剖析，旨在為智能座艙HMI設(shè)計的創(chuàng)新發(fā)展給予理論支撐與實踐指引，助力該領(lǐng)域不斷邁進(jìn)，以更好地貼合用戶需求并順應(yīng)汽車智能化發(fā)展大勢。

關(guān)鍵詞：智能座艙 HMI設(shè)計 多模態(tài)交互 情感化設(shè)計 個性化定制

在汽車產(chǎn)業(yè)加速向智能化、電動化轉(zhuǎn)型的大環(huán)境下，智能座艙作為人與車交互的核心場域，其HMI設(shè)計的品質(zhì)優(yōu)劣，對用戶體驗與行車安全起著決定性作用。近年來，汽車已不再單純是一種交通工具，正逐步演變成智能移動空間，消費者對于座艙內(nèi)交互體驗的期待值不斷攀升。

此前，眾多學(xué)者圍繞智能座艙HMI設(shè)計展開研究，內(nèi)容涉及交互技術(shù)應(yīng)用、用戶體驗評估等方面。然而，隨著人工智能、虛擬現(xiàn)實等新興技術(shù)的不斷融入，以及用戶需求的日益多元化，智能座艙HMI設(shè)計面臨著全新的機遇與挑戰(zhàn)。文章意在梳理智能座艙HMI設(shè)計的發(fā)展軌跡，分析當(dāng)前趨勢，探討面臨的挑戰(zhàn)，并提出針對性的應(yīng)對策略，為該領(lǐng)域的后續(xù)發(fā)展提供參考。

1 智能座艙HMI設(shè)計發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

當(dāng)前，觸摸屏技術(shù)在智能座艙HMI設(shè)計中得到廣泛應(yīng)用，幾乎成為主流車型的必備配置。其操作直觀、便捷，可實現(xiàn)豐富多樣的交互功能，諸如多媒體操控、導(dǎo)航設(shè)定等。以特斯拉 Model 3 為例，其大尺寸中控觸摸屏集成了車輛的大部分功能控制，極大地簡化了座艙內(nèi)物理按鍵的布局。

語音交互技術(shù)也取得了長足進(jìn)步，語音識別準(zhǔn)確率持續(xù)提升，語義理解能力逐步增強。智能語音交互系統(tǒng)更是典型代表，它能夠?qū)崿F(xiàn)自然語言對話，用戶可通過語音指令操控車輛的諸多功能，比如調(diào)節(jié)空調(diào)溫度、查詢天氣狀況等，這在解放雙手的同時，有效提升了駕駛安全性。

此外，手勢識別技術(shù)開始在部分高端車型中嶄露頭角。理想汽車的手勢控制系統(tǒng)，用戶借助簡單手勢操作，即可完成接聽電話、切換音樂等功能，為用戶帶來了全新的交互體驗。會結(jié)合用戶使用場景進(jìn)行最高效便利的操作體驗，通過語音控制、語音+手勢控制、純手勢識別，會滿足用戶不同場景的需求，快速高效響應(yīng)。

1.2 用戶體驗現(xiàn)狀

在用戶體驗方面，當(dāng)下智能座艙HMI設(shè)計十分注重界面的簡潔性與易用性。界面布局合理，信息呈現(xiàn)清晰，方便用戶迅速找到所需功能。例如，奔馳S級的座艙HMI界面采用分層式設(shè)計，不同功能模塊分區(qū)清晰，重要信息突出顯示。

不過，仍存在一些問題亟待解決。部分車型的HMI設(shè)計過度追求功能集成，致使界面繁雜，增加了用戶的學(xué)習(xí)成本。同時，不同品牌車型的HMI設(shè)計風(fēng)格差異顯著，用戶在更換車輛時需要重新適應(yīng)，這在一定程度上影響了使用體驗。

2 智能座艙HMI設(shè)計發(fā)展趨勢

2.1 多模態(tài)交互融合

未來，智能座艙HMI設(shè)計將朝著多模態(tài)交互深度融合的方向發(fā)展，不再局限于單一的交互方式。語音、手勢、觸摸、眼神等多種交互方式將實現(xiàn)深度融合，依據(jù)用戶的使用場景和需求，自動實現(xiàn)切換或協(xié)同工作。

設(shè)想在駕駛過程中，用戶發(fā)出語音指令調(diào)節(jié)溫度，同時通過手勢進(jìn)行簡單確認(rèn)操作，系統(tǒng)根據(jù)用戶的眼神聚焦點，智能推薦相關(guān)功能，從而實現(xiàn)更加自然、流暢的交互體驗。目前，大眾正在積極研發(fā)新型HMI系統(tǒng)，致力于將多種交互模態(tài)有機整合，以提升交互效率和用戶體驗。

2.2 情感化設(shè)計深入

情感化設(shè)計將成為智能座艙HMI設(shè)計的關(guān)鍵發(fā)展趨勢。通過各類傳感器收集用戶的生理和行為數(shù)據(jù)，如心率、表情、操作習(xí)慣等，進(jìn)而分析用戶的情緒狀態(tài)，實現(xiàn)座艙環(huán)境和交互方式的自適應(yīng)調(diào)整。

當(dāng)系統(tǒng)檢測到用戶處于疲勞狀態(tài)時，座艙會自動將氛圍燈顏色調(diào)整為清爽色調(diào)，播放提神醒腦的音樂，同時HMI界面的顯示將更加簡潔明了，減少信息干擾；若檢測到用戶心情愉悅，系統(tǒng)則會推薦娛樂功能，比如播放歡快的音樂、展示有趣的資訊等。

2.3 個性化定制升級

用戶對于智能座艙個性化的需求正日益高漲，未來HMI設(shè)計將支持高度個性化定制。用戶不僅可以根據(jù)自身喜好定制界面主題、布局、功能快捷鍵等，汽車廠商也將提供更多個性化服務(wù)，依據(jù)用戶的駕駛習(xí)慣和偏好，推送專屬內(nèi)容和功能。

以蔚來汽車的NIO OS系統(tǒng)為例，用戶能夠自定義桌面布局，設(shè)置常用功能的快捷入口，還可根據(jù)不同場景切換主題風(fēng)格，充分滿足個性化需求。

3 智能座艙HMI設(shè)計面臨的挑戰(zhàn)

3.1 技術(shù)融合難題

在多模態(tài)交互技術(shù)融合過程中，面臨諸多技術(shù)難題。不同交互模態(tài)在識別精度和響應(yīng)速度上存在差異，如何實現(xiàn)精準(zhǔn)融合與協(xié)同運作成為一大挑戰(zhàn)。例如，語音識別在嘈雜環(huán)境下準(zhǔn)確率會下降，手勢識別可能受到光線、遮擋等因素的影響。因此，需要進(jìn)一步優(yōu)化算法、升級硬件設(shè)備，以提升融合效果。

3.2 用戶需求多樣性滿足

用戶需求具有高度的多樣性，不同年齡、性別、文化背景的用戶，對智能座艙HMI設(shè)計的期望和使用習(xí)慣大相徑庭。年輕用戶可能更傾向于科技感強、個性化的功能，而老年用戶或許更需要簡單易用的交互方式。要滿足如此多樣化的需求，設(shè)計出具有廣泛普適性的HMI系統(tǒng)，難度較大。

3.3 設(shè)計規(guī)范缺乏統(tǒng)一

目前，智能座艙HMI設(shè)計缺乏統(tǒng)一規(guī)范，各廠商的設(shè)計理念和標(biāo)準(zhǔn)不盡相同，導(dǎo)致市場上的產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊。缺乏統(tǒng)一規(guī)范不僅影響用戶在不同車型間切換時的體驗，也不利于行業(yè)的整體發(fā)展和技術(shù)交流。

4 應(yīng)對策略

4.1 技術(shù)研發(fā)與創(chuàng)新

加大對多模態(tài)交互融合技術(shù)的研發(fā)投入，通過跨學(xué)科合作，整合計算機科學(xué)、心理學(xué)、工業(yè)設(shè)計等多領(lǐng)域知識，優(yōu)化算法，提升傳感器性能，著力解決技術(shù)融合難題。例如，高校和科研機構(gòu)可與汽車企業(yè)聯(lián)合開展研究項目，共同攻克技術(shù)瓶頸。

4.2 用戶研究與精準(zhǔn)設(shè)計

強化用戶研究，綜合運用大數(shù)據(jù)分析、用戶調(diào)研、可用性測試等多種方法，深入了解不同用戶群體的需求。建立用戶模型，依據(jù)模型進(jìn)行精準(zhǔn)設(shè)計，提供多樣化的交互模式和定制選項，最大程度滿足用戶需求的多樣性。

4.3 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建，從碎片化到體系化的演進(jìn)

行業(yè)協(xié)會和相關(guān)機構(gòu)應(yīng)發(fā)揮牽頭作用，制定智能座艙HMI設(shè)計的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，涵蓋界面布局、交互邏輯、視覺設(shè)計、安全規(guī)范等方面。通過標(biāo)準(zhǔn)的引導(dǎo)，規(guī)范市場秩序，促進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量提升，也便于用戶快速適應(yīng)不同車型的HMI系統(tǒng)。

4.3.1 標(biāo)準(zhǔn)缺失引發(fā)的體驗痛點

在智能座艙HMI快速發(fā)展的當(dāng)下，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的缺位已成為阻礙產(chǎn)業(yè)邁向更高層次協(xié)同發(fā)展的關(guān)鍵絆腳石，其負(fù)面效應(yīng)集中體現(xiàn)在交互邏輯、視覺語言以及安全設(shè)計這三個關(guān)鍵維度。

（1）交互邏輯的混亂生態(tài)

各汽車廠商在基礎(chǔ)功能的交互設(shè)計思路上大相徑庭，尚未達(dá)成統(tǒng)一共識。以“返回”這一基礎(chǔ)操作功能為例，不同品牌車型呈現(xiàn)出截然不同的實現(xiàn)方式。部分新勢力品牌傾向于在屏幕左上角設(shè)置醒目的返回圖標(biāo)，利用簡潔直觀的視覺引導(dǎo)，方便用戶快速操作；而傳統(tǒng)車企大多依托方向盤上的實體按鍵，借助駕駛員長期形成的操作習(xí)慣，保障操作的便捷性與準(zhǔn)確性；還有一些車型則另辟蹊徑，采用先進(jìn)的手勢滑動觸發(fā)機制，為用戶提供新穎的交互體驗。根據(jù)第三方調(diào)研機構(gòu)在2024年開展的專項研究（調(diào)研樣本涵蓋市場上主流的50個汽車品牌，涉及150款車型），用戶在跨品牌切換使用汽車時，平均需要記住4.8種不同的操作邏輯，這無疑極大地增加了用戶的學(xué)習(xí)成本與適應(yīng)難度。更為嚴(yán)重的是，這種交互邏輯的混亂無序，使得駕駛員在駕駛過程中的誤操作風(fēng)險提升了約25%，對行車安全構(gòu)成了潛在威脅。

（2）視覺語言的認(rèn)知沖突

在視覺元素的運用上，色彩、圖標(biāo)以及動效等方面的語義定義處于無統(tǒng)一規(guī)范的混沌狀態(tài)。以色彩為例，紅色在不同的汽車智能座艙系統(tǒng)中，可能被賦予“警告”“確認(rèn)”“導(dǎo)航終點”等多種完全不同的含義，這一現(xiàn)象在《汽車用戶體驗研究》（2024年刊，該研究由國內(nèi)權(quán)威汽車研究機構(gòu)主導(dǎo)，收集了超2000名用戶的體驗反饋數(shù)據(jù)）中有詳細(xì)闡述。這種色彩語義的模糊性，極易引發(fā)用戶在操作過程中的認(rèn)知混淆，導(dǎo)致操作失誤。再看圖標(biāo)設(shè)計，不同品牌各自為政，圖標(biāo)形態(tài)、風(fēng)格千差萬別，缺乏統(tǒng)一的設(shè)計規(guī)范。同樣，在動效設(shè)計方面，不同車型的菜單切換動效也各不相同。某合資品牌車型采用“淡入淡出”的柔和動效，試圖營造舒緩的操作氛圍；而其競品同期車型則選擇“左右滑動”的干脆動效，追求操作的直接與高效。相關(guān)研究表明（此項研究由專業(yè)的用戶體驗評測團隊開展，針對100款主流車型進(jìn)行對比測試），這種動效的差異使得用戶在切換不同車型時，視覺適應(yīng)時間增加30%以上，嚴(yán)重影響了用戶體驗的流暢性。

（3）安全設(shè)計的量化空白

當(dāng)前，交互操作的安全性在行業(yè)內(nèi)缺乏科學(xué)、明確的量化標(biāo)準(zhǔn)。例如，根據(jù)某權(quán)威機構(gòu)（該機構(gòu)專注于汽車安全領(lǐng)域研究，擁有先進(jìn)的測試設(shè)備與專業(yè)的研究團隊）的測試數(shù)據(jù)，駕駛員在操作觸控屏?xí)r，平均視線偏離路面的時間長達(dá) 2.7 秒。然而，令人遺憾的是，整個汽車行業(yè)至今尚未針對這一關(guān)鍵指標(biāo)設(shè)定安全閾值，這就使得廠商在進(jìn)行HMI設(shè)計時缺乏明確的安全導(dǎo)向。此外，在多模態(tài)交互方面，不同交互方式之間的響應(yīng)延遲容忍度也未形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。在實際駕駛場景中，部分車型的語音指令響應(yīng)時間超過 1.5 秒，如此長的響應(yīng)延遲，在緊急駕駛情境下，極有可能導(dǎo)致駕駛員錯過最佳操作時機，進(jìn)而對駕駛安全性產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

4.3.2 分層級標(biāo)準(zhǔn)體系的構(gòu)建路徑

借鑒國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）行之有效的分層建模方法，結(jié)合智能座艙HMI設(shè)計、開發(fā)及應(yīng)用的全流程特點，建議構(gòu)建一套全面、系統(tǒng)的“基礎(chǔ)規(guī)范—技術(shù)接口—創(chuàng)新倫理”三級標(biāo)準(zhǔn)體系，以此推動行業(yè)的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展。

（1）交互邏輯標(biāo)準(zhǔn)化

明確核心功能的交互規(guī)則至關(guān)重要。返回功能應(yīng)統(tǒng)一固定于屏幕左上角，利用用戶普遍的視覺瀏覽習(xí)慣，確保操作的便捷性與高效性；主菜單可采用底部導(dǎo)航欄或側(cè)邊抽屜式布局，為用戶提供清晰、直觀的功能入口。在功能分配上，方向盤按鍵應(yīng)優(yōu)先承擔(dān)駕駛相關(guān)的關(guān)鍵操作，如定速巡航、音量調(diào)節(jié)等，方便駕駛員在駕駛過程中無需過多視線轉(zhuǎn)移即可完成操作；中控屏則應(yīng)聚焦于場景化功能，如導(dǎo)航、娛樂系統(tǒng)等，通過豐富的視覺展示與交互設(shè)計，滿足用戶多樣化的需求。

（2）視覺設(shè)計系統(tǒng)化

構(gòu)建統(tǒng)一的視覺語言系統(tǒng)，有助于提升用戶對智能座艙的認(rèn)知與操作體驗。紅色應(yīng)專門用于警示信息，利用其強烈的視覺沖擊力，及時吸引用戶的注意力，確保駕駛安全；綠色代表操作成功，給予用戶積極的反饋；藍(lán)色關(guān)聯(lián)科技功能，強化用戶對智能科技的感知。圖標(biāo)設(shè)計采用簡潔明了的“極簡線條”風(fēng)格，尺寸嚴(yán)格遵循48×48px網(wǎng)格規(guī)范，保證圖標(biāo)在不同屏幕尺寸下的顯示效果與可識別性。動效時長控制在200-300毫秒，這一范圍符合人類認(rèn)知反應(yīng)規(guī)律，既能讓用戶清晰感知操作反饋，又不會因過長的動效時間而分散注意力。

（3）安全性能指標(biāo)化

科學(xué)設(shè)定交互操作的安全閾值是保障駕駛安全的關(guān)鍵。單次操作視線偏離路面時間應(yīng)嚴(yán)格控制在≤2秒，每分鐘累計時長≤8秒，以此降低駕駛員因操作智能座艙而分心的風(fēng)險。對于不同交互方式的操作準(zhǔn)確率，也應(yīng)設(shè)定明確標(biāo)準(zhǔn)：物理按鍵盲操作準(zhǔn)確率≥95%，觸控按鍵≥80%，手勢操作≥70%。這些指標(biāo)基于大量的駕駛分心專項研究數(shù)據(jù)（該研究由多所高校與汽車企業(yè)聯(lián)合開展，通過實車測試收集了超過10000小時的駕駛數(shù)據(jù)）制定，具有堅實的科學(xué)依據(jù)與實踐指導(dǎo)意義。

5 結(jié)論

智能座艙HMI設(shè)計在汽車智能化發(fā)展進(jìn)程中占據(jù)關(guān)鍵地位，其發(fā)展趨勢體現(xiàn)了技術(shù)進(jìn)步與用戶需求升級的雙重驅(qū)動。多模態(tài)交互融合、情感化設(shè)計、個性化定制等趨勢，將為用戶帶來更優(yōu)質(zhì)的交互體驗。但與此同時，技術(shù)融合難題、用戶需求多樣性滿足以及設(shè)計規(guī)范缺乏統(tǒng)一等挑戰(zhàn)也亟待解決。

通過持續(xù)的技術(shù)研發(fā)創(chuàng)新、深入的用戶研究與精準(zhǔn)設(shè)計以及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制定，有望推動智能座艙HMI設(shè)計不斷完善，使其更好地適應(yīng)汽車智能化發(fā)展需求，提升用戶滿意度，為未來智能出行提供堅實保障。

參考文獻(xiàn)：

[1]王曉明.智能座艙人機交互界面設(shè)計研究[J].包裝工程，2022，43（20）：200-206.

[2]陳晨.基于情感化設(shè)計的智能汽車座艙交互界面研究[D].無錫：江南大學(xué)，2021.

[3]張宇.多模態(tài)交互技術(shù)在智能座艙中的應(yīng)用與發(fā)展[J].汽車工程學(xué)報，2023，13（03）：251-260.

[4][美]唐納德·A·諾曼.情感化設(shè)計[M].付秋芳，程進(jìn)三，譯.北京：電子工業(yè)出版社，2020.

[5]李勇.汽車智能座艙個性化定制設(shè)計策略研究[J].設(shè)計，2022，35（22）：136-138.

[6]趙輝.智能座艙HMI設(shè)計規(guī)范研究[J].汽車實用技術(shù)，2023（15）：161-164.