劉雪，石天聰，余政濤

（長安大學(xué)汽車學(xué)院，陜西 西安 710064）

前言

隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，汽車現(xiàn)在早已不再被當(dāng)作是簡單的代步工具，不斷有人研發(fā)新的控制技術(shù)并應(yīng)用到車輛上，使車輛變得越來越智能化。智能化主動安全系統(tǒng)其實是一個非常復(fù)雜的閉環(huán)系統(tǒng)，駕駛?cè)耸瞧渲蟹浅Ｖ匾囊画h(huán)。安全系統(tǒng)需要實時向駕駛?cè)颂峁┬畔?，同時駕駛?cè)艘残枰鶕?jù)這些信息做出相應(yīng)的反應(yīng)，在這個過程中系統(tǒng)與駕駛?cè)酥g始終存在著信息的交互。而駕駛?cè)伺c系統(tǒng)之間所有的信息交互都需要一個媒介，這就是HMI（Human-Machine Interac-tion 人機交互界面）。HMI是人機交流的橋梁，通過它可以讓駕駛?cè)伺c車輛之間實現(xiàn)更有效的溝通。對駕駛?cè)硕裕麄儗ζ囘\行狀態(tài)信息的了解以及駕駛過程中所進行的操作大多都是通過人機界面實現(xiàn)的。良好的人機交互界面能夠在使用過程中為駕駛?cè)颂峁?zhǔn)確明了的信息，方便駕駛?cè)瞬僮?，給駕駛?cè)藥砹己玫鸟{駛體驗感，提高駕駛?cè)笋{駛的安全性。

1 人機交互方式分析

1.1 交互通道分析

在道路上行駛的車輛、車內(nèi)的駕駛?cè)?、道路環(huán)境共同構(gòu)成了典型的人機環(huán)境系統(tǒng)。在車輛行駛時，駕駛行為是信息感知、判斷決策和操作所組成的一個不斷往復(fù)進行的信息處理過程，感知作用于判斷后決策后影響到操作。駕駛?cè)伺c車輛的交互方式主要表現(xiàn)為：道路上來往車輛、行人、交通標(biāo)志及車輛自身運行工況等信息，通過駕駛?cè)说囊曈X、聽覺和觸覺等感官通道傳入駕駛?cè)说拇竽X，駕駛?cè)烁鶕?jù)其駕駛經(jīng)驗加工處理后，作出相應(yīng)的判斷和決策，之后再通過手腳等運動器官發(fā)出操作指令，從而改變車輛的運動狀態(tài)。而車輛的行駛軌跡、振動、速度等的狀態(tài)變化再通過上述感官通道反饋給駕駛?cè)?，同時駕駛?cè)艘苍诓粩嘟邮苄碌牡缆芳碍h(huán)境信息，調(diào)整自身駕駛狀態(tài)以適應(yīng)新的交通環(huán)境，確保車輛的穩(wěn)定性和安全性。在這個不斷循環(huán)的過程中，駕駛?cè)说囊曈X通道、聽覺通道、觸覺通道等多通道往往需要相互協(xié)調(diào)、共同作用于駕駛?cè)伺c車輛的交互過程。

1.2 顯示設(shè)備分析

通過對不同汽車品牌人機交互系統(tǒng)的分析，目前汽車中的顯示設(shè)備的設(shè)置大致有以下三個范圍：儀表盤、中控顯示屏、前擋風(fēng)玻璃（HUD）。他們各自具備不同的特性。

行駛過程中需要駕駛?cè)藭r刻注意的車輛動態(tài)參數(shù)（車速、轉(zhuǎn)速、燃油/電量、里程、溫度等）及監(jiān)控信息（故障提示）在主要在儀表盤上進行顯示。越來越多的汽車品牌選擇將路況信息和實時導(dǎo)航整合到儀表盤中央接近主要視野的地方顯示，方便駕駛?cè)擞^察。

需要引起特別高的注意力的信息（例如車距警告、雷達報警、引路指示）借助抬頭顯示器（HUD）進行顯示，HUD的圖像通過擋風(fēng)玻璃投射到駕駛?cè)说闹饕曇爸?，HUD的視覺系統(tǒng)可以在較大的觀測間隔中產(chǎn)生可視圖像，不會影響駕駛?cè)艘恢庇^測道路情況，不需要駕駛?cè)说哪抗馄x路面，可以有效保障行車安全。

需要通過進行一定操作的交互信息（導(dǎo)航、電話等）、與主駕駛?cè)蝿?wù)無關(guān)的信息以及娛樂功能則被整合到中控顯示屏，通過多種交互方式（觸摸、手勢、語音等）進行顯示。

1.3 操作方式分析

目前主流的操控方式主要包括物理操控、觸屏操控、語音操控、手勢操控四種方式。物理操控是通過實體的按鍵、旋鈕、撥片等實現(xiàn)對車輛的控制；觸屏操控是仿照手機觸控的模式，將中控顯示屏設(shè)置為可觸控的屏幕，用戶可以在屏幕上通過點、拉、拖等操作對車輛進行設(shè)置；語音操控方式是在系統(tǒng)中搭載語言分析軟硬件設(shè)施，對駕駛?cè)说恼Z音指令進行識別和操作；手勢操控為在系統(tǒng)中搭載感應(yīng)模塊，通過對駕駛?cè)颂囟ㄊ謩莸姆治?，將其轉(zhuǎn)換為指令進行操作。

2 人機交互研究進展分析

2.1 國內(nèi)研究進展分析

2010年，文獻[1]在研究中通過對語音交互與觸摸屏、手勢等交互方式的比較，分析出語音交互在汽車人機界面體驗設(shè)計中的優(yōu)勢，提出了在駕駛環(huán)境下創(chuàng)建以任務(wù)為導(dǎo)向的語音交互場景的設(shè)計方法。

2012年，文獻[2]從人的因素、界面設(shè)計以及交互模式三個方面進行分析，得出了汽車人機交互界面設(shè)計的要素，并針對多通道人機交互模式中的自然交互方式和增強現(xiàn)實方式進行了探討和實踐。文獻[3]總結(jié)了視覺信息顯示技術(shù)的發(fā)展，通過對視覺信息的組織方式進行研究，提出了汽車人機交互界面的視覺信息顯示應(yīng)從內(nèi)容、識別、理解和體驗四個層面進行設(shè)計。

2015年，文獻[4]通過對已有 HUD產(chǎn)品的分析，提出了HUD 視覺交互界面的設(shè)計原則，并據(jù)此設(shè)計了新的HUD視覺交互界面原型，最后進行了人因工效學(xué)實驗，實驗結(jié)果表明：新的 HUD 視覺交互界面原型能夠有效地降低駕駛者的認知負荷，緩解駕駛過程中的分心行為，從而有效提高駕駛安全性。

2017年，文獻[5]分析了無人駕駛電動汽車交互界面發(fā)展現(xiàn)狀，對無人駕駛電動汽車界面特點進行了深入的研究，總結(jié)出無人駕駛場景對人機交互界面的功能需求，在此基礎(chǔ)上根據(jù)汽車人機交互設(shè)計理論設(shè)計出了無人駕駛電動汽車的中控觸摸屏及平視顯示系統(tǒng)的交互界面原型。

2018年，文獻[6]從美觀性、易用性和安全性三個角度分析得出HMI及其配套設(shè)備的設(shè)計規(guī)律和相關(guān)準(zhǔn)則，考慮語境的以用戶體驗為中心的理念設(shè)計出的人機交互界面交互邏輯框架能夠?qū)崿F(xiàn)駕駛?cè)俗⒁饬Ω蓴_最小化、用戶學(xué)習(xí)成本最小化。文獻[7]分析了國內(nèi)外人機交互界面設(shè)計方向的學(xué)術(shù)研究現(xiàn)狀以及市場上的設(shè)計應(yīng)用現(xiàn)狀，以榮威汽車人機交互系統(tǒng)為研究對象，借用 Censydiam 模型預(yù)測了未來汽車 HMI 的技術(shù)發(fā)展趨勢。

2.2 國外研究進展分析

2015年，文獻[8]研究了在平視顯示器（HUD）上實現(xiàn)增強現(xiàn)實(AR)時的信息準(zhǔn)確度，通過研究駕駛環(huán)境下AR 導(dǎo)航信息的顯示效果和用戶接受度，得出在導(dǎo)航環(huán)境下AR容易分散駕駛?cè)说淖⒁饬ΑＴ谖磥響?yīng)用AR技術(shù)時，應(yīng)該考慮到信息的顯示時機，對 HUD 進行優(yōu)化。

2016年，文獻[9]介紹了一個名為 LRA的項目的前兩個階段，其中涉及自動駕駛汽車的人機界面（HMI）設(shè)計。文中使用認知工作分析（CWA）來確定在特定駕駛階段（以車道變換為例）需要使用哪些信息。然后結(jié)合Lyons的模型，識別和分類駕駛?cè)耸褂玫男畔?，以使自動駕駛系統(tǒng)“透明化”，最后提出了兩種方法用于確定哪些信息在自動駕駛模式下必須顯示給駕駛?cè)恕?/p>

2017年，文獻[10]的研究表明：在緊急情況下視覺提醒比聽覺提醒更及時有效，并據(jù)此提出了在擋風(fēng)玻璃上安裝 LED發(fā)光單元，可以在緊急情況下通過燈光的閃爍來提醒駕駛?cè)俗⒁獍踩?/p>

2018年，文獻[11]研究如何通過人機交互（HMI）在用戶與自動駕駛車輛系統(tǒng)之間建立適當(dāng)級別的信任，提出了一種將信任相關(guān)因素應(yīng)用到 HMI界面設(shè)計的指導(dǎo)框架。文獻[12]提出了車載人機界面的設(shè)計原則，并根據(jù)這些原則分析了一些汽車品牌當(dāng)前在用的HMI設(shè)計。作者認為在許多方面目前的HMI設(shè)計都存在一定缺陷。最后，作者就如何在所提出原則的基礎(chǔ)上對 HMI設(shè)計進行改進提出了建議。文獻[13]提出了一種新的LED環(huán)境光的簡潔HMI概念，在擋風(fēng)玻璃的底部安裝一排 LED燈光帶來傳遞有關(guān)自動駕駛系統(tǒng)的狀態(tài)和意圖信息，當(dāng)檢測到潛在危險或接收到警告信息時通過改變LED燈光的顏色，頻率，亮度來引起駕駛員注意，增強駕駛?cè)说那榫耙庾R。經(jīng)過對照試驗，這種新的HMI表現(xiàn)出很高的認可度，可以有效增加駕駛?cè)藢ψ詣玉{駛系統(tǒng)的信任，同時避免過度信任。

3 結(jié)語

隨著互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能等先進技術(shù)在交通運輸領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展，汽車的內(nèi)部空間、人機界面、操作方式和交互過程正在發(fā)生革命性的變化。智能駕駛是現(xiàn)今研究的熱點，智能駕駛的交互方式也會是各行業(yè)研究智能駕駛的方向。從汽車人機交互界面的發(fā)展現(xiàn)狀來看，汽車人機交互方式多種多樣，越來越多的人機界面設(shè)計傾向于將視覺、聽覺、觸覺等多感官通道進行結(jié)合，安全性、擬人化逐漸成為汽車人機界面設(shè)計的重要考慮因素。