張?jiān)娔?，暴宏志，杜才?/p>

（1．廣東科學(xué)技術(shù)職業(yè)學(xué)院，廣東 珠海 519180；2.珠海上富電技股份有限公司，廣東 珠海 519085）

1 引言

傳統(tǒng)汽車屬于駕駛員在環(huán)控制系統(tǒng)，汽車傳感系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和駕駛員共同構(gòu)成車輛操控系統(tǒng)，所以駕駛員與車輛之間的人機(jī)交互系統(tǒng)復(fù)雜而且繁瑣。隨著技術(shù)發(fā)展，各種車輛傳感系統(tǒng)、車輛執(zhí)行系統(tǒng)、駕駛輔助系統(tǒng)將高度進(jìn)化，車輛操縱正在變得越來(lái)越輕松愉悅。

隨著環(huán)境感知技術(shù)、高精度地圖技術(shù)、人工智能技術(shù)、深度學(xué)習(xí)算法、車輛V2X通訊等技術(shù)的不斷進(jìn)步，預(yù)計(jì)幾年之內(nèi)，汽車市場(chǎng)上將會(huì)出現(xiàn)完全改變現(xiàn)有駕駛模式的自動(dòng)駕駛量產(chǎn)車。屆時(shí)，重新定義的駕駛員將部分或者完全拋棄現(xiàn)有的方向盤操控駕駛模式，在新的操控模式下，此時(shí)的車輛可以被我們理解成一個(gè)虛擬汽車人，而且是一個(gè)可以帶有感情的虛擬人，后續(xù)可稱為“汽車虛擬人”。汽車虛擬人在自主地完成車輛駕駛?cè)蝿?wù)時(shí)，汽車的人機(jī)交互設(shè)計(jì)理念需要進(jìn)行全新的構(gòu)建，將給設(shè)計(jì)者以更多的想象空間。比較起來(lái)，自動(dòng)駕駛汽車具有自主收集傳感器信息、自主規(guī)劃決策駕駛行為和主動(dòng)交互等多種特性。此時(shí)的人機(jī)交互，可能已經(jīng)不完全是“儀表、中控、動(dòng)力、方向盤、車門窗”等傳統(tǒng)意義上的人機(jī)交互，還將包括駕駛員與汽車虛擬人之間，互為交互對(duì)象的雙向交互行為，交互內(nèi)容最主要指的是駕駛行為決策信息雙向傳遞。駕駛員已經(jīng)變成了駕駛行為的決策者而非操作在環(huán)的實(shí)施者［1］。因此，面向自動(dòng)駕駛車的人機(jī)交互的全新設(shè)計(jì)面臨了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。而且隨著車輛控制權(quán)的轉(zhuǎn)移，車輛駕駛?cè)蝿?wù)的承擔(dān)主體將變成車輛本身，汽車駕駛?cè)说母拍顚⒆兊媚：筒淮_定性，虛擬意義上的駕駛?cè)藬?shù)將會(huì)增加，新的駕駛模式一定會(huì)帶來(lái)全新的人車交互系統(tǒng)關(guān)系。因此，我們需要探討并規(guī)劃，為新的駕駛環(huán)境及交互場(chǎng)景下的“乘客”提供一個(gè)更適合的“駕乘體驗(yàn)”。

2 ADAS（高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)）及自動(dòng)駕駛?cè)藱C(jī)交互系統(tǒng)現(xiàn)狀綜述

目前階段，駕駛員依然是車輛操控主體。但是ACC自適應(yīng)巡航、AEB自動(dòng)緊急制動(dòng)、LKS車道線保持、APA全自動(dòng)泊車等多種駕駛輔助系統(tǒng)正在逐漸得到大量應(yīng)用。某些汽車廠商相對(duì)激進(jìn)一些，已經(jīng)在量產(chǎn)車型中，配置了部分自動(dòng)駕駛功能，號(hào)稱整車自動(dòng)駕駛水平達(dá)到了L3或者更高。

2.1 ADAS介紹

先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng) （Advanced Driver Assistance System），簡(jiǎn)稱ADAS，是輔助駕駛?cè)诉M(jìn)行汽車駕駛的系統(tǒng)［2］。當(dāng)含有人機(jī)交互接口時(shí)，它可以增加車輛的安全性和道路的安全性。利用安裝于車上的各式各樣的傳感器，在第一時(shí)間收集車內(nèi)外的環(huán)境數(shù)據(jù)，進(jìn)行靜、動(dòng)態(tài)物體的辨識(shí)、偵測(cè)與追蹤等技術(shù)上的處理，從而能夠讓駕駛者在最快的時(shí)間察覺(jué)可能發(fā)生的危險(xiǎn)，以引起注意和提高安全性的主動(dòng)安全技術(shù)。早期的ADAS技術(shù)主要以被動(dòng)式報(bào)警為主，當(dāng)車輛檢測(cè)到潛在危險(xiǎn)時(shí)，會(huì)發(fā)出警報(bào)提醒駕車者注意異常的車輛或道路情況。對(duì)于最新的ADAS技術(shù)來(lái)說(shuō)，主動(dòng)式干預(yù)也很常見(jiàn)。

2.2 自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的分類

自動(dòng)駕駛技術(shù)有技術(shù)水平的劃分，SAE將汽車的自動(dòng)駕駛技術(shù)按照技術(shù)水平分為5個(gè)階段。

1）Level 0沒(méi)有自動(dòng)駕駛功能。

2）Level 1-Level 3，自動(dòng)駕駛技術(shù)逐漸深入?yún)⑴c到車輛控制之中，從輔助駕駛到一定限度內(nèi)的控制車輛，再到特定工況接管車輛控制權(quán)限。雖然沒(méi)有達(dá)到完全不需要駕駛員介入的水平，但也可以看做是在突發(fā)狀況時(shí)駕駛員介入，防止事故發(fā)生的程度。目前市面上可見(jiàn)的號(hào)稱具備自動(dòng)駕駛功能的量產(chǎn)車型多處在這一技術(shù)階段。

3）Level 4-Level 5，最高級(jí)的自動(dòng)駕駛，超越傳統(tǒng)駕駛技術(shù)的界限，可以視為無(wú)人駕駛汽車時(shí)代的到來(lái)，駕駛員的概念將消失，只剩下搭乘者的概念。在這個(gè)階段，不需要駕駛員的介入，因此，方向盤或踏板等也已經(jīng)沒(méi)必要配置。本文后續(xù)將主要探討在這一級(jí)別下，自動(dòng)駕駛模式人機(jī)交互系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

2.3 當(dāng)前主流自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的人機(jī)交互現(xiàn)狀

對(duì)于L3以下的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)而言，汽車操控的主體責(zé)任者還是駕駛員，汽車輔助駕駛系統(tǒng)起到的是駕駛員感知與操控系統(tǒng)的延伸作用。此時(shí)交互系統(tǒng)設(shè)計(jì)的最重要理念是如何及時(shí)快速將車輛所處的行駛環(huán)境信息簡(jiǎn)單快捷地通知駕駛員，同時(shí)將駕駛員的操控信息傳遞給車輛，以增加車輛駕駛的安全性，更好地起到輔助駕駛的作用。

同時(shí)，在一定條件限制的交通環(huán)境內(nèi)，簡(jiǎn)單快捷地將駕駛員操作指令傳遞給自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，同時(shí)將車輛的控制權(quán)限交給自動(dòng)駕駛系統(tǒng)進(jìn)行車輛操控駕駛。在遇到系統(tǒng)無(wú)法解決的路況條件時(shí)，系統(tǒng)需要快捷有效提醒駕駛員接管車輛操控權(quán)限，以確保車輛安全行駛。

特斯拉Model 3車型可以說(shuō)是一款設(shè)計(jì)時(shí)基本很少考慮駕駛員的駕駛體驗(yàn)，重點(diǎn)面向無(wú)人駕駛工況下的操控過(guò)程。顛覆了汽車產(chǎn)品交互系統(tǒng)的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理念，在產(chǎn)品科技感、未來(lái)感、藝術(shù)感方面為后續(xù)同類產(chǎn)品設(shè)置了產(chǎn)品標(biāo)桿。Model 3可以自定義自己的操作習(xí)慣并在方向盤及UI界面中加以體現(xiàn)。產(chǎn)品有很多的潛在交互行為，需要在停車等特定場(chǎng)景進(jìn)行操作。車輛人機(jī)交互方面給駕駛員最直接的感受是取消了旋鈕按鈕等實(shí)體操作功能，取而代之的是扁平化的UI界面，弱化了駕駛員的操控體驗(yàn)，強(qiáng)化了包括駕駛員在內(nèi)的全部乘員的乘坐體驗(yàn)?？梢哉f(shuō)，特斯拉這樣做不只是為了前衛(wèi)的概念，而是在為沒(méi)有駕駛員的車輛環(huán)境做了非常多的設(shè)計(jì)準(zhǔn)備。

3 未來(lái)自動(dòng)駕駛?cè)藱C(jī)交互系統(tǒng)的設(shè)計(jì)探索

目前階段，自動(dòng)駕駛水平基本處在Level 1-Level 3層次，傳統(tǒng)的觸控式人機(jī)交互方式依然是主流操作模式，但是向觸摸式交互、語(yǔ)音識(shí)別交互和手勢(shì)交互方向過(guò)渡的趨勢(shì)已經(jīng)顯現(xiàn)。

自動(dòng)駕駛模式下，汽車虛擬人可以獨(dú)立完成乘員運(yùn)送的全部功能，此時(shí)的人機(jī)交互將完全顛覆傳統(tǒng)意義上的駕駛員在環(huán)操控系統(tǒng)，乘員個(gè)性化的出行需求、環(huán)境舒適性需求、乘員對(duì)外溝通需求、生理需求等多種需求傳遞至汽車虛擬人的控制系統(tǒng)即可，汽車虛擬人在指揮車輛完成運(yùn)送的過(guò)程中，相關(guān)突發(fā)情況需要傳遞給乘員，同時(shí)乘員也可以在運(yùn)送過(guò)程中修正初始需求。

隨著人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展，特別是在快速發(fā)展并且無(wú)處不在的多種顯示技術(shù)的影響下，人機(jī)交互智能產(chǎn)品正在向著顯示控制多元一體化的方向演進(jìn)，汽車人機(jī)交互界面的深度需求正在推進(jìn)顛覆傳統(tǒng)的新交互方式及交互模式的出現(xiàn)?？梢灶A(yù)見(jiàn)，在未來(lái)汽車環(huán)境人機(jī)交互應(yīng)用中，車內(nèi)的多種車載設(shè)施均有可能成為汽車虛擬人與駕駛員進(jìn)行人機(jī)交互的媒介，并被賦予新的人機(jī)交互功能。而且，在自動(dòng)駕駛場(chǎng)景下，會(huì)催生出新的實(shí)體交互控制方式與媒介，傳統(tǒng)的操縱與交互設(shè)施也可能被隱藏或消失，并被新的方式替代，突破傳統(tǒng)并形成的實(shí)體人機(jī)交互媒介。從技術(shù)層面，未來(lái)人機(jī)交互將更多關(guān)注人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用，更加強(qiáng)調(diào)人機(jī)交互的參與性與沉浸型［3］。從使用方面，人機(jī)交互的模式將隨著駕駛員范圍的擴(kuò)大，使用人群的拓展，非專業(yè)技術(shù)人群將更多參與到交互活動(dòng)中來(lái)，所以車輛駕駛將必然越來(lái)越回歸一種“自然”的交互方式［4］。未來(lái)的人機(jī)交互方式一定會(huì)向一種最原始的方式發(fā)展，人機(jī)交互互動(dòng)過(guò)程將更為方便快捷。

3.1 語(yǔ)音交互方式

為了實(shí)現(xiàn)雙向語(yǔ)音交互，需要依托語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)和語(yǔ)音合成技術(shù)。語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)也被稱為機(jī)器語(yǔ)音自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，通過(guò)對(duì)語(yǔ)音的分析、提取相關(guān)語(yǔ)音詞匯，解析相關(guān)語(yǔ)義，同時(shí)分析相關(guān)情緒包含，排除歧義，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的語(yǔ)音獲取。語(yǔ)音合成技術(shù)指其通過(guò)對(duì)語(yǔ)音輸入內(nèi)容的分析，結(jié)合相關(guān)語(yǔ)言環(huán)境，給出語(yǔ)言反饋，并通過(guò)機(jī)器合成語(yǔ)言語(yǔ)音，表述給交互對(duì)象的過(guò)程。

這一過(guò)程，與人類的真實(shí)交互過(guò)程完全相同，對(duì)于人類而言，不需要任何的學(xué)習(xí)就可以直接使用，所以具有先天的交互優(yōu)勢(shì)，所以語(yǔ)音交互被看做最適合于人機(jī)交互的交互方式之一［5］。目前語(yǔ)音識(shí)別交互方式已經(jīng)得到廣泛使用，只是在復(fù)雜語(yǔ)音背景，多人語(yǔ)音同時(shí)輸入等方面還存在不足，尤其語(yǔ)言輸入具有很大的不確定性，也就是語(yǔ)言的歧義性很大，所以如何結(jié)合交互者的情感對(duì)語(yǔ)義進(jìn)行正確解析是一個(gè)比較大的挑戰(zhàn)。

3.2 觸摸交互方式

觸摸屏與傳統(tǒng)旋鈕操控相比，具有簡(jiǎn)單、自然、復(fù)用、節(jié)省空間等多種優(yōu)點(diǎn)。以?shī)W迪轎車為例，一套MMI設(shè)計(jì)下來(lái)占用的空間龐大、設(shè)計(jì)復(fù)雜度高，操作難度比較高。很多按鍵從未被使用，但是空間已經(jīng)被占用，很難復(fù)用。從特斯拉車型大屏觸控開(kāi)始，觸摸交互方式開(kāi)始被廣泛應(yīng)用，關(guān)于觸摸交互的相關(guān)技術(shù)得到快速發(fā)展。

例如多點(diǎn)觸控技術(shù)，隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，作為是一種新生的人機(jī)交互技術(shù)，可以允許多個(gè)用戶在同一個(gè)交互界面上，通過(guò)手指按壓、手指手勢(shì)等多種操控輸入方式進(jìn)行人機(jī)交互，實(shí)現(xiàn)多用戶、多需求同時(shí)交互的操控實(shí)現(xiàn)，增強(qiáng)了用戶體驗(yàn)。后續(xù)自動(dòng)駕駛模式下，多名乘員均可以成為車輛駕駛員，汽車虛擬人與多個(gè)車輛駕駛員之間必然形成多重交互，交互過(guò)程中的重疊與沖突不可避免，如何在沖突情況下實(shí)現(xiàn)正確的人機(jī)交互結(jié)果，目前的多點(diǎn)觸控技術(shù)可以提供相關(guān)的技術(shù)探索渠道。

3.3 體感交互方式

人與人之間交流，除直接語(yǔ)言交流之外，肢體語(yǔ)言的交流會(huì)大大加快交流的速度和理解的深度，所以人與人面對(duì)面交流的效果會(huì)比電話交流起到更好的溝通交流效果［6］。這一結(jié)論同樣適用于人機(jī)交互范疇，真實(shí)的人類駕駛員與汽車虛擬人之間建立體感交互方式，將肢體語(yǔ)言融入人機(jī)交互中，將大大促進(jìn)交流的進(jìn)程并會(huì)提升交流結(jié)果的正確性。

肢體語(yǔ)言交流也就是體感交流技術(shù)主要依托于動(dòng)作識(shí)別技術(shù)。目前階段主要發(fā)展的技術(shù)包括手勢(shì)識(shí)別技術(shù)、形體動(dòng)作識(shí)別技術(shù)等。當(dāng)前，全球三大游戲廠商均推出過(guò)自己的體感控制器，如微軟和索尼推出的體感輔助設(shè)備Kinect和PSMove，任天堂的Wii則一直是以體感進(jìn)行控制的游戲機(jī)。限于車輛內(nèi)部操作空間有限，車輛應(yīng)用還以手勢(shì)識(shí)別為主，相信后續(xù)車輛的整體布置已經(jīng)不再考慮駕駛員操控需求之后，駕駛艙的布局將會(huì)有新的變化，眾多的體感交互技術(shù)將會(huì)得到新的應(yīng)用。

3.4 心理感知交互技術(shù)

人類對(duì)汽車的個(gè)性化推動(dòng)了汽車技術(shù)的發(fā)展，同時(shí)如何實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的人機(jī)交互模式和方式也逐步涌現(xiàn)出來(lái)新的技術(shù)。生物識(shí)別與感知技術(shù)是當(dāng)前技術(shù)發(fā)展的一個(gè)熱門領(lǐng)域，如何通過(guò)不同駕駛員的生理特征確認(rèn)駕駛員的個(gè)性化需求。未來(lái)，根據(jù)駕駛員的生理參數(shù)變化、包括情緒的變化，向車輛虛擬人傳遞模糊化的操控指令將成為一個(gè)發(fā)展方向。

在駕駛員身份識(shí)別的基礎(chǔ)上，通過(guò)接觸式以及非接觸式方式實(shí)時(shí)感知駕駛員的相關(guān)生理及心理參數(shù)。根據(jù)駕駛員的相關(guān)參數(shù)，以駕駛員生物數(shù)據(jù)為依據(jù)，實(shí)時(shí)提供相關(guān)服務(wù)［7］。例如感知到駕駛員體感過(guò)熱，可以實(shí)時(shí)調(diào)整空調(diào)溫度；根據(jù)駕駛員認(rèn)為空間過(guò)吵，可以調(diào)整音響設(shè)備的音量；根據(jù)駕駛員困倦需求，提供香薰服務(wù)等。

當(dāng)然，目前生物及心理數(shù)據(jù)感知技術(shù)基礎(chǔ)還比較薄弱，通過(guò)生物及心理技術(shù)數(shù)據(jù)直接操控車輛的技術(shù)還不成熟。同時(shí)也伴隨著個(gè)人隱私的數(shù)據(jù)泄露的風(fēng)險(xiǎn)，但是與語(yǔ)音交互和體感交互不同，心理感知技術(shù)不會(huì)對(duì)其他乘員形成環(huán)境影響，而且更加滿足駕駛員的個(gè)性化需求，未來(lái)也有著巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

4 結(jié)語(yǔ)

總體而言，人機(jī)交互系統(tǒng)是人車協(xié)同、人路協(xié)同、人網(wǎng)協(xié)同的重要環(huán)節(jié)，是傳統(tǒng)駕駛與自動(dòng)駕駛均需要的重要環(huán)節(jié)。

本文對(duì)傳統(tǒng)駕駛模式下人機(jī)交互分析，以及多ADAS系統(tǒng)逐漸普及環(huán)境下的人機(jī)交互進(jìn)行了分析，對(duì)傳統(tǒng)駕駛模式與自動(dòng)系統(tǒng)架構(gòu)的背景和趨勢(shì)進(jìn)行了研究，提出了當(dāng)前發(fā)展駕駛方式所面臨的問(wèn)題。然后大膽預(yù)測(cè)了未來(lái)自動(dòng)駕駛模式下，汽車人機(jī)交互系統(tǒng)的交互模式及發(fā)展方向，希望能夠?yàn)楹罄m(xù)自動(dòng)駕駛模式下人機(jī)交互系統(tǒng)設(shè)計(jì)師提供一定的參考。