虞慧嵐，李金櫻

（大連理工大學(xué)，遼寧 大連 116024）

淺析汽車人機(jī)交互的發(fā)展與未來(lái)趨勢(shì)

虞慧嵐，李金櫻

（大連理工大學(xué)，遼寧 大連 116024）

汽車是當(dāng)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(chǎng)所，其設(shè)計(jì)對(duì)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(duì)汽車的人機(jī)交互提出了更高的要求。文章通過(guò)典型案例的收集與分析，比照汽車發(fā)展的四個(gè)時(shí)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(jī)交互發(fā)展的基礎(chǔ)上，結(jié)合時(shí)代需求進(jìn)行了未來(lái)展望，簡(jiǎn)要總結(jié)了汽車人機(jī)交互的發(fā)展與未來(lái)趨勢(shì)。

人機(jī)交互；工業(yè)設(shè)計(jì)；汽車設(shè)計(jì)

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引言

交通對(duì)于人類社會(huì)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(guò)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(huì)的基礎(chǔ)之一。自古以來(lái)，人們出門遠(yuǎn)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(zhǎng)河中，一直都是不可或缺的出行工具，直到發(fā)動(dòng)機(jī)取代馬匹成為交通工具的動(dòng)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?。隨著時(shí)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(shí)，人們所面對(duì)的交通狀況與千百年前相比已經(jīng)有了巨大變化。

汽車，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)可以定義為由動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，具有四個(gè)或以上車輪的非軌道承載車輛。汽車在相當(dāng)長(zhǎng)的發(fā)展過(guò)程中，從“無(wú)馬的馬車”發(fā)展到如今尖端的無(wú)人駕駛汽車，不計(jì)其數(shù)的人在造型、性能、功能等方面的不斷改進(jìn)、做出貢獻(xiàn)，濃縮了眾多發(fā)明家和設(shè)計(jì)師的辛勤付出與不懈努力。

交互設(shè)計(jì)，指的是定義、設(shè)計(jì)人造系統(tǒng)的行為的設(shè)計(jì)領(lǐng)域，換言之，交互設(shè)計(jì)定義的是人造物的行為方式，是基于行為邏輯的設(shè)計(jì)。與汽車的發(fā)展歷史相比較，交互設(shè)計(jì)的歷史要簡(jiǎn)短得多。從學(xué)科發(fā)展來(lái)說(shuō)，比爾·摩格理吉在20世紀(jì)80年代后期提出了交互設(shè)計(jì)的概念，隨后交互設(shè)計(jì)快速發(fā)展，皇家藝術(shù)學(xué)院于1989年創(chuàng)建了交互設(shè)計(jì)的碩士學(xué)位教育。如今，交互設(shè)計(jì)的研究與教育已經(jīng)遍布全球眾多的教育機(jī)構(gòu)。除了學(xué)科的快速發(fā)展，交互設(shè)計(jì)作為一門應(yīng)用學(xué)科廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域，無(wú)論軟件產(chǎn)品的界面設(shè)計(jì)，還是硬件產(chǎn)品的人機(jī)交互，大到輪船飛機(jī)的駕駛室，小至一個(gè)按鈕如何設(shè)置，其設(shè)計(jì)都需要斟酌、思考，如何才能變得友好，讓用戶無(wú)障礙使用。交互設(shè)計(jì)對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的各方面都有著莫大的影響，包括用戶的行為模式、使用習(xí)慣、認(rèn)知方式等等。交互學(xué)科的發(fā)展讓人們開(kāi)始重視交互的重要性，認(rèn)可了人機(jī)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(duì)的交通已經(jīng)是四通八達(dá)、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(guó)國(guó)家統(tǒng)計(jì)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(guó)交通事故發(fā)生總計(jì)187781起，受傷人數(shù)近20萬(wàn) 。在這樣的背景下，汽車駕駛室的交互設(shè)計(jì)若是不夠合理，用戶所承擔(dān)的風(fēng)險(xiǎn)就會(huì)更大，更容易遭遇人身傷害。好的交互設(shè)計(jì)能夠幫助駕駛?cè)烁咝У夭僮鳌⒏p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(jì)的重要意義，使得人與汽車之間的交互方式成為設(shè)計(jì)師思考的一大熱點(diǎn)。尤其是駕駛室作為駕駛的主要場(chǎng)所，更是人機(jī)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(shí)增強(qiáng)技術(shù)等高科技手段，汽車駕駛室的交互設(shè)計(jì)也有了新的思路，從而幫助人們?cè)趶?fù)雜的交通環(huán)境中減少駕駛者的負(fù)擔(dān)，提升操作的效率，改善整個(gè)交通系統(tǒng)的安全性并提高效率。

> 圖1 奔馳一號(hào)（左）及其專利圖（右）

> 圖2 福特T型車

一、汽車人機(jī)交互發(fā)展

汽車的發(fā)展大致可以劃分為四個(gè)時(shí)期：發(fā)明與開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)時(shí)期、汽車技術(shù)性能完善時(shí)期、汽車技術(shù)迅速發(fā)展時(shí)期、汽車綜合技術(shù)與高科技廣泛應(yīng)用時(shí)期。雖然交互設(shè)計(jì)學(xué)科的起步要晚于現(xiàn)代汽車的誕生，但實(shí)際上汽車內(nèi)部的人機(jī)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(xué)技術(shù)的發(fā)展對(duì)于內(nèi)部交互的設(shè)計(jì)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(shí)期的特點(diǎn)。

（一）汽車發(fā)明與開(kāi)發(fā)試驗(yàn)時(shí)期（1886—1910）

在這個(gè)時(shí)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(fù)擔(dān)。雖然汽車誕生于德國(guó)，但是汽車工業(yè)中心卻在法國(guó)，巴黎的奢靡風(fēng)氣讓這里成為早期汽車工業(yè)成長(zhǎng)的沃土。

現(xiàn)代汽車誕生的標(biāo)志被公認(rèn)為是奔馳一號(hào)（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(dòng)機(jī)的三輪車，并于1886年1月29日完成了專利申請(qǐng)，這一天成為世界汽車誕生日，汽車的人機(jī)交互應(yīng)運(yùn)而生。奔馳一號(hào)的駕駛艙完全暴露在空氣中。此時(shí)的交互極其簡(jiǎn)單，只有一個(gè)呈水平狀的方向桿，以及左手的一個(gè)操作桿。這輛車當(dāng)時(shí)存在著車身笨重、不夠舒適、安全性能不可靠，慣性過(guò)大、坡面停車不便等問(wèn)題。

自奔馳一號(hào)之后，汽車技術(shù)開(kāi)始了發(fā)展。初期集中于法國(guó)，早期的汽車功能有限，行業(yè)發(fā)展不夠成熟所以各個(gè)制造商生產(chǎn)的汽車并沒(méi)有統(tǒng)一的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，相互之間的使用經(jīng)驗(yàn)不能夠借鑒，遑論通用。這個(gè)時(shí)期另一輛極具代表性的車當(dāng)屬號(hào)稱“世紀(jì)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(gè)采用流水生產(chǎn)線進(jìn)行制造。

在這個(gè)時(shí)期的汽車駕駛室比較簡(jiǎn)單，功能方面只配備了駕駛功能，交互方式多位機(jī)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(kāi)始的方向桿、后來(lái)改善的方向盤(pán)、剎車手柄、換擋踏板等等，這些機(jī)械操作已經(jīng)要求駕駛者手腳并用地進(jìn)行操作。當(dāng)時(shí)汽車已經(jīng)有了儀表，沒(méi)有后視鏡，這里原因包括兩點(diǎn)，一則當(dāng)時(shí)的汽車技術(shù)尚不能容許車輛高速駕駛，再者當(dāng)時(shí)的交通狀況比較簡(jiǎn)單，路上沒(méi)有很多的其他車輛需要時(shí)刻注意避讓。不過(guò)，在交互上還是有所差異。以T型車為例，啟動(dòng)需要使用手搖啟動(dòng)柄，剎車、換擋需要借助踏板、油門操作是需要借助方向盤(pán)后的一個(gè)手柄控制等等。

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

（二）汽車技術(shù)性能完善時(shí)期（1911—1940）

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

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

由圖片可見(jiàn)，該時(shí)期汽車內(nèi)飾已經(jīng)相當(dāng)復(fù)雜，內(nèi)飾設(shè)計(jì)的已經(jīng)開(kāi)始為設(shè)計(jì)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(chóng)是時(shí)值戰(zhàn)后復(fù)興，是經(jīng)濟(jì)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(duì)簡(jiǎn)潔。此時(shí)汽車主要在于提升安全性能與駕駛性能，基本都開(kāi)始采用封閉式駕駛室，操作方式開(kāi)始變得更加多樣，包括除了前一時(shí)期已經(jīng)采用的方向盤(pán)、踏板、操作桿等，這個(gè)時(shí)期又多了按壓式按鈕、旋轉(zhuǎn)式按鈕、撥動(dòng)式按鈕、搖桿式窗戶開(kāi)合、拉動(dòng)式車門開(kāi)關(guān)等等?？梢钥吹接捎诩夹g(shù)的限制，方向盤(pán)抖較大，借此省力。交互信息也開(kāi)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(kāi)始增加。雖然已經(jīng)開(kāi)始考量舒適性、裝飾性，不過(guò)看圖分析仍然不夠舒適，帕卡德的座椅與方向盤(pán)的距離看起來(lái)也不夠科學(xué)。

（三）汽車技術(shù)迅速發(fā)展時(shí)期（1941—1960）

汽車在各發(fā)達(dá)國(guó)家大量地進(jìn)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(dòng)機(jī)的理論研究和設(shè)計(jì)被提高到了重要地位，并根據(jù)不同用途而嚴(yán)格分類、系列生產(chǎn)，質(zhì)量達(dá)到相當(dāng)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(jī)交互也開(kāi)始變得更加豐富。這個(gè)時(shí)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(gè)人豪華車，是頂尖型號(hào)，價(jià)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(dòng)車窗技術(shù)。而MINI是小型經(jīng)濟(jì)車，內(nèi)部風(fēng)格極為簡(jiǎn)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(jì)上已經(jīng)有了人機(jī)工程學(xué)的思想，利用真人感受保障該車既緊湊有舒適。

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

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

從空氣動(dòng)力學(xué)、人體工程學(xué)到自動(dòng)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(xì)膩，曲線流暢，動(dòng)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(chóng)（右）

> 圖5-上-保時(shí)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(shí)期，比較具有代表性的車型包括保時(shí)捷911、Chevrolet Corvette sting（P149）和 福特Seattle-ite XXI以及具有劃時(shí)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(lè)功能與其他駕駛輔助功能也越來(lái)越豐富，汽車駕駛室的交互設(shè)計(jì)慢慢形成了我們所熟悉的樣子。以保時(shí)捷904GTS和特斯拉Model S為例，保時(shí)捷904GTS是高端跑車，內(nèi)飾設(shè)計(jì)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(lái)替代原有的儀表、中控區(qū)，車內(nèi)大部分功能都可以通過(guò)觸摸屏幕來(lái)進(jìn)行操作，定義了用戶與汽車交互的新方式，看成劃時(shí)代產(chǎn)品，引領(lǐng)新的汽車駕駛室交互設(shè)計(jì)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^(guò)多，造成了認(rèn)知上的超負(fù)荷，而忽略某些信息又會(huì)導(dǎo)致事故的發(fā)生，所以自動(dòng)駕駛技術(shù)、視覺(jué)識(shí)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(jī)交互的發(fā)展歷程，可以總結(jié)出過(guò)去的發(fā)展方向最初是提高安全性、與駕駛性能，后來(lái)隨著交通發(fā)展和其他學(xué)科技術(shù)的應(yīng)用以及經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，輔助性、舒適性、娛樂(lè)性和美觀性的要求開(kāi)始被滿足。駕駛室空間由于各種功能越來(lái)越豐富，交互界面也變得越來(lái)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(lái)越多，多媒體開(kāi)始在車內(nèi)出現(xiàn)，并通過(guò)車聯(lián)網(wǎng)融入信息時(shí)代。

二、未來(lái)趨勢(shì)猜想

現(xiàn)如今，在信息化時(shí)代的背景下，各種產(chǎn)品極其豐富的市場(chǎng)中，可以預(yù)測(cè)未來(lái)交通必然對(duì)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(wú)人駕駛等技術(shù)引進(jìn)已經(jīng)是行業(yè)目標(biāo)。結(jié)合未來(lái)交通的發(fā)展趨勢(shì)，汽車駕駛室同樣離不開(kāi)智能化、情感化。

（一）智能化

智能化這一趨勢(shì)可以說(shuō)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(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，智能汽車就是在現(xiàn)有車輛的基礎(chǔ)上，加之計(jì)算機(jī)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(jī)交互也會(huì)隨之變得更加智能、方便，能夠有效分擔(dān)駕駛者的認(rèn)知負(fù)荷，幫助其減少犯錯(cuò)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(jì)中，情感化設(shè)計(jì)師必不可少的因素。汽車的人機(jī)交互中，本能水平的要求就是汽車的造型設(shè)計(jì)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(jī)工學(xué)，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(gè)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(lái)人們對(duì)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(kuò)大等方向發(fā)展，人們今時(shí)今日所面臨的交通狀況已經(jīng)過(guò)于復(fù)雜，讓駕駛者更容易出現(xiàn)失誤，導(dǎo)致事故發(fā)生，這引發(fā)了人們對(duì)汽車人機(jī)交互設(shè)計(jì)的深入思考。文章認(rèn)為更加智能化、情感化的人機(jī)交互設(shè)計(jì)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(jì)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(xiǎn)并適應(yīng)現(xiàn)有環(huán)境與未來(lái)趨勢(shì)，這一課題對(duì)于這個(gè)交通持續(xù)飛速發(fā)展、人們對(duì)交通的需求不斷增加的時(shí)代，具有重要意義。文章在對(duì)汽車交互設(shè)計(jì)的發(fā)展歷程進(jìn)行分析與歸納的基礎(chǔ)上，對(duì)結(jié)合未來(lái)交通的趨勢(shì)對(duì)汽車人機(jī)交互設(shè)計(jì)進(jìn)行思考，并未設(shè)計(jì)實(shí)踐提供一定的理論基礎(chǔ)?！?/p>

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

[2]國(guó)家統(tǒng)計(jì)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(xué)東，王田苗，劉旸. 面向未來(lái)智能社會(huì)的智能交通系統(tǒng)發(fā)展策略[J].科技導(dǎo)報(bào)，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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