關(guān)鍵詞：新能源汽車；智能交互；智能駕駛

0 前言

在新能源汽車的研發(fā)設(shè)計中，人機交互這一智能化設(shè)計理念，本質(zhì)上是來自于用戶的實際需求?，F(xiàn)階段，消費者對汽車智能的需求十分多樣，例如技術(shù)必須先進，能夠分擔駕駛負擔，安全便捷等。隨著語音識別、視覺增強、人工智能等技術(shù)的不斷成熟，當前智能交互技術(shù)在新能源汽車中的應(yīng)用程度不斷增強，給用戶帶來了良好的駕乘體驗。

1 智能交互的分類和技術(shù)構(gòu)成

新能源汽車的智能交互分為3 類：人車交互（V2P）、車車交互（V2V）和車與萬物的交互（V2X），其中V2P 是當前汽車智能交互的主要發(fā)展趨勢。以交互路徑來區(qū)分，V2P 可以分為7 種交互方式，分別是觸覺交互、視覺交互、語音交互、體感交互、嗅覺交互、生物交互和情緒交互［1］。

1. 1 觸覺交互

觸覺交互是最基礎(chǔ)也是技術(shù)最為成熟的交互模式，主要依靠駕乘人員的手部動作來完成與車輛的信息交互，從早期的操作按鍵、旋鈕到現(xiàn)在的觸屏、滑屏，都屬于觸覺交互，其優(yōu)勢在于交互指令具有唯一性，車輛的反饋即時、明確。

1. 2 視覺交互

視覺在駕車行為中應(yīng)用最廣泛，駕駛?cè)俗x取信息、操控汽車、查看車況路況都需要依靠視覺。在智能交互技術(shù)的輔助下，實體化按鍵逐漸消失，取而代之的是各類智能屏幕，視覺顯示和交互的方式也日趨多樣，在信息展示和信息提供方面具有重要作用。

1. 3 語音交互

語音交互是眾多人機交互手段中，最安全、最暢達的方式，駕駛者的眼睛和雙手都用于駕駛，通過語音指令下達的方式能夠很好地避免危險駕駛行為的發(fā)生［2］。除新能源汽車外，消費類電子領(lǐng)域、家居領(lǐng)域語音交互的應(yīng)用也十分廣泛。

語音交互的原理較為簡單，主要是分為語音接收和識別（ASR）、語言處理（NLP）、回復(fù)（SKILL）和執(zhí)行（TTS）4 個階段，如圖1 所示。首先，ASR 階段，智能設(shè)備在接收了語音信息后，通過前期訓(xùn)練所建立的語音指令模型，將語音信息進行解碼和識別，獲取其中概率最大的指令字符串。其次，NLP階段，將用戶所下達的指令轉(zhuǎn)化為機器可以處理的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。最后，SKILL 和TTS 階段，機器根據(jù)所獲得的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，采用指令執(zhí)行和語音回復(fù)的方式輸出處理結(jié)果。

1. 4 體感交互

體感交互主要是指手勢識別，駕駛者通過特定的手勢來表達指令需求，并讓智能設(shè)備進行執(zhí)行。手勢識別主要是起輔助作用，例如當車內(nèi)環(huán)境較為嘈雜、多種聲音混雜或者車內(nèi)必須保持安靜等情況時，手勢識別能夠代替語言發(fā)出指令，操作方式便捷、不受其他干擾，與語音、觸覺等交互形式形成良好的互補效果［3］。現(xiàn)階段手勢識別主要通過3 種技術(shù)來實現(xiàn)，分別是光飛時間、結(jié)構(gòu)光及多目視覺，見表1。

光飛時間技術(shù)是通過光子的發(fā)射和反射來計算其中的時間差，獲取距離數(shù)據(jù)，并通過2 個鏡頭構(gòu)建立體手勢圖像，判定使用者的手勢?，F(xiàn)階段光飛時間技術(shù)所需的感光芯片成本較高，技術(shù)普及的難度較大。

結(jié)構(gòu)光技術(shù)先由激光發(fā)射器射出激光，經(jīng)過圖樣光柵折射后對物體進行投射，最后借助紅外傳感器獲取的圖像與手勢特征點進行算法匹配，完成手勢識別。結(jié)構(gòu)光技術(shù)所采用的三角測距法，對光折射距離要求較高，容易出現(xiàn)識別誤差。

多目視覺技術(shù)采用2 個或多個攝像頭進行圖像拍攝，并通過對比和組合的方式獲取立體空間信息，完成手勢識別。與前2 種技術(shù)相比，多目視覺技術(shù)為被動測距，識別難度較高，盡管成本相對較低，但應(yīng)用效果較差。

總之，當前手勢識別仍然是一種輔助性技術(shù)，技術(shù)難點尚未完全攻克，因此利用率較低。

1. 5 嗅覺交互

在人體感官中，對嗅覺的開發(fā)利用相對較少，現(xiàn)階段嗅覺交互主要停留在車內(nèi)通風系統(tǒng)的啟動和車載香氛的應(yīng)用上。車輛通過感應(yīng)裝置自動監(jiān)測車內(nèi)的空氣質(zhì)量，當出現(xiàn)異味、污染物時，將自動開啟過濾設(shè)備、調(diào)節(jié)通風循環(huán)模式，從而實現(xiàn)空氣的凈化，提升駕乘人員的體驗。

1. 6 生物交互

生物交互是指通過駕乘人員的生物信息來實現(xiàn)指令的下達。一般而言，可用于智能交互的人體生物信息包括人臉、指紋、虹膜等，其中指紋應(yīng)用最為廣泛［4］。奧迪、奔馳、現(xiàn)代、大眾等車企已有多款車型可以通過指紋打開車門。此外，奔馳在德國還推出了車內(nèi)數(shù)字支付服務(wù)——Mercedes Pay+，車主通過指紋即可完成支付行為。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，未來腦波探測、眼球轉(zhuǎn)動等方式或許也將融入到人車智能交互體系之中。

1. 7 情緒交互

目前，情緒交互是一種較為理想的交互方式，也是未來智能交互技術(shù)的重要發(fā)展方向。情緒交互是指車輛內(nèi)的人工智能借助圖像識別、語音識別和深度學(xué)習(xí)等方式，分析駕乘人員的情緒波動，并根據(jù)情緒的變化趨勢主動地調(diào)節(jié)車內(nèi)的通風狀況、環(huán)境氣氛，例如調(diào)整空調(diào)溫度、播放音樂，從而完成車與人的情緒交互。情緒交互的優(yōu)勢在于消除了信息的冗余，實現(xiàn)了主動的智能響應(yīng)［5］。

2 智能交互在新能源汽車中的應(yīng)用

應(yīng)用智能交互技術(shù)的新能源汽車在進行功能層設(shè)計時，可以從主動響應(yīng)、信息提供、智能駕駛等功能角度出發(fā)。

2. 1 主動響應(yīng)

主動響應(yīng)是智能交互技術(shù)的高階形態(tài)，以語音助手為例，現(xiàn)階段的語音識別和交互功能需要通過喚醒詞來啟動，而在主動響應(yīng)模式下，智能系統(tǒng)能夠主動感知駕乘人員的需求和環(huán)境變化信息，對用戶意圖進行預(yù)測，進而主動觸發(fā)相應(yīng)的功能。

主動響應(yīng)功能建立在人工智能深度學(xué)習(xí)能力之上，通過學(xué)習(xí)和了解駕駛者的駕駛行為、習(xí)慣偏好來構(gòu)建需求響應(yīng)模型［6］。在油量提醒和智能加油功能模塊中，低油量提示的初始設(shè)定值為30%，當智能系統(tǒng)監(jiān)測到駕駛者通常在油量為20% 左右才去加油時，就會自動將油量提醒值改為20%。系統(tǒng)還會監(jiān)測駕駛者的加油習(xí)慣，例如固定去某一加油站加油或者對優(yōu)惠折扣信息較為敏感，從而調(diào)整導(dǎo)航信息和語言交互信息。

2. 2 信息提供

信息展示和提供是智能交互的重要功能，主要基于視覺和聽覺方式實現(xiàn)交互。隨著有機發(fā)光半導(dǎo)體（OLED）車載顯示屏、迷你發(fā)光二極管（miniLED）車載顯示屏、抬頭顯示（HUD）設(shè)備等新技術(shù)的融入，駕駛者可以更加輕松便捷地獲取各類信息。

相比于傳統(tǒng)的發(fā)光二極管（LED）顯示屏，OLED 車載顯示屏的圖像色彩、對比度更好，響應(yīng)效率更高，可視角度更大，同時還實現(xiàn)了交互的智能化。OLED 不僅能夠用于中控顯示屏，還可以應(yīng)用在車窗上，顯示各類信息。

當前，OLED 車載顯示屏在普及上仍然存在一定困難。一方面，材料和技術(shù)主要由國外掌控，國內(nèi)尚未實現(xiàn)全面自主，并且相較于LED，OLED 的穩(wěn)定性和使用周期仍然存在不足；另一方面，OLED 車載顯示屏的技術(shù)成本較高，將顯著增加整車成本。

mini LED 車載顯示屏采用尺寸為50～200 μm的LED 芯片。相較于穩(wěn)定性不足、成本較高的OLED，mini LED 車載顯示屏不僅顯示效果強、響應(yīng)速度快，而且穩(wěn)定性和成本也具有明顯優(yōu)勢。當前，理想L9、蔚來ES 系列等車型均采用mini LED屏幕。

HUD 設(shè)備在視覺交互上較為直觀、便捷，駕駛者只需要保持駕駛姿態(tài)，即可在擋風玻璃上看到車輛的狀態(tài)信息和駕駛信息，而不需要低頭查看儀表盤，在降低事故概率、提升駕駛安全性上有突出作用。HUD 主要經(jīng)歷了3 個發(fā)展階段。① C-HUD階段：將樹脂玻璃作為顯示屏，利用光學(xué)成像技術(shù)將顯示信息經(jīng)過3 次折射投影在儀表上方的顯示屏上，顯示屏面積小，顯示內(nèi)容較為有限。同時，由于成像的位置較低、距離較近，如果發(fā)生事故可能會對駕駛員造成二次傷害［7］。② W-HUD 階段：將車輛信息直接投影在擋風玻璃上，因此在呈現(xiàn)效果上更為一體化，但缺點在于只能呈現(xiàn)靜態(tài)信息，無法發(fā)揮輔助駕駛的動態(tài)指示功能。③ AR-HUD 階段，即通過增強現(xiàn)實技術(shù)將駕駛信息、引導(dǎo)信息投射至車輛前方，將現(xiàn)實的路面與虛擬的導(dǎo)航信息結(jié)合起來，為駕駛員提供動態(tài)直觀的駕駛指示，實現(xiàn)更加智能、安全的行車體驗。自奔馳S 級汽車發(fā)布AR-HUD 后，紅旗E-HS9、大眾ID.4 電動車也先后搭載了AR-HUD 設(shè)備。

2. 3 智能駕駛

消費者對于智能駕駛的需求可以歸納為安全和舒適2 類。

從安全角度來看，一是汽車基于軟硬件水平所表現(xiàn)出的安全性能，例如碰撞預(yù)警、事故避險、緊急制動等功能，二是汽車基于人機交互所帶給駕乘人員的內(nèi)心的安全感和信任感。例如，汽車所搭載的某項功能在啟用時能夠讓駕乘人員更加安心，那就說明這項功能具有主觀上的安全性。以輔助駕駛系統(tǒng)中的自動變道功能為例，當智能駕駛系統(tǒng)控制車輛進行自動變道時，汽車應(yīng)當通過視覺、語音等交互方式來展示車輛的變道場景、周邊的危險源，語音實時提示駕駛者變道操作中的具體情況，讓駕乘人員能夠準確、清楚地感知車輛狀態(tài)、環(huán)境狀態(tài)和操作控制行為，自發(fā)地感覺到本次自動變道操作是安全的。

從舒適角度來看，一是分擔駕駛壓力，二是功能操作便捷。分擔駕駛壓力是智能駕駛這一功能誕生的主要目的。從智能交互角度來看，分擔駕駛壓力的最優(yōu)解是借助視覺、語音、觸覺等多種交互方式，讓駕駛者的思想、行為能夠有所解放，由機器來替代部分操作行為，當前發(fā)展和應(yīng)用較為成熟的功能包括自適應(yīng)巡航控制（ACC）系統(tǒng)等。功能操作便捷是為了減輕駕駛員的操作負擔，應(yīng)當具備功能設(shè)置簡單、狀態(tài)顯示清晰等特征。

在智能交互技術(shù)的支撐下，新能源汽車的智能駕駛應(yīng)當具備2 大功能，一是人對車的操控功能，二是車對人的交互和輔助功能。

人對車的操控功能，主要體現(xiàn)在掌控和接管2 個方面。掌控是指人能夠主動地對車輛功能進行操控，包括直接操作指令和功能設(shè)置指令［8］。當駕駛者踩下剎車時，車輛應(yīng)當停下；當駕駛者操作某個功能開關(guān)時，該功能應(yīng)當啟動或關(guān)閉。接管是智能駕駛功能中，人對車操控的重要體現(xiàn)。當駕駛者選擇自主駕駛，主動地操控車輛時，智能控制系統(tǒng)應(yīng)該立刻解除對車輛的控制，將控制權(quán)交給駕駛者。智能控制系統(tǒng)的解除分為2 種情況：一是不自動恢復(fù)，二是自動恢復(fù)。以ACC 功能為例，當駕駛者踩下剎車時，ACC 功能應(yīng)當立即解除，進入人工駕駛狀態(tài)，并且在松開剎車后，該功能仍然處于退出狀態(tài)，并不自動恢復(fù)；而當駕駛者踩下油門時，ACC 功能臨時地解除控制，并在松開油門踏板后，功能立刻自動恢復(fù)。

車對人的交互和輔助功能主要表現(xiàn)在顯示和提示功能上。其中，視覺交互是主要的顯示方式，而聽覺、觸覺等屬于輔助的提示方式。顯示和提示的內(nèi)容主要包括車輛狀態(tài)、系統(tǒng)狀態(tài)、環(huán)境信息、接管信息等。提示功能主要是針對特定信息，例如碰撞預(yù)警時，可以采用提示音的方式喚起駕駛員的注意力。

3 結(jié)語

綜上所述，在信息技術(shù)、智能技術(shù)的輔助下，智能交互技術(shù)在新能源汽車研發(fā)設(shè)計中的應(yīng)用不斷深入，不僅提升了駕駛的安全性，還提高了駕乘的舒適性。但從目前的實際應(yīng)用和普及力度來看，智能交互在新能源汽車上的應(yīng)用還有很長的路要走，相關(guān)人員需要不斷加強對智能交互技術(shù)的深入研究，解決現(xiàn)階段的信息冗余、識別誤差等問題，讓技術(shù)更好地為用戶服務(wù)。