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1、智能汽車人機交互 2018 年年 12 月月 28 日日 2018 年第年第 03 期（總期（總 003 期）期） 智能汽車人機交互現狀及發展趨勢研究報告智能汽車人機交互現狀及發展趨勢研究報告 【內容摘要內容摘要】汽車智能化、網聯化趨勢不斷加深汽車產業數字化變革，對人、車、環境關系帶來新的影響，人機交互設計已經成為智能汽車發展和創新的核心要素。 圍繞智能化的自動駕駛系統、車載信息娛樂系統、智能車載語音交互系統、道路狀況信息系統等一系列功能將以汽車作為載體建立起一個特殊的生態系統，實現智能汽車的場景化應用和拓展。為此，本報告展開對智能汽車人機交互現狀和發展趨勢的研究， 為未來智能汽車人機交互設計

2、提供參考。智能汽車人機交互現狀及發展趨勢研究報告 1 近年來， 隨著全球新一輪科技和產業革命的蓬勃發展， 我國智能網聯汽車產業發展勢頭迅猛，產業規模不斷擴大。2018 年 1 月，我國發改委公布了智能汽車創新發展戰略 （征求意見稿） ，提出到 2025 年新車基本智能化，高級別智能汽車將實現規?；瘧?，汽車智能化已經成為我國產業發展的戰略方向。 未來，汽車智能化、網聯化、電動化、共享化的趨勢將深刻影響人、車、環境的關系， 人機交互設計也將成為智能汽車發展和創新的核心要素。 隨著用戶需求的不斷提升，越來越多的功能集成于汽車，汽車不僅僅是簡單的交通工具，也將滿足用戶對信息、娛樂、辦公、生活等方面的

3、需求。同時，汽車作為互聯網的入口， 還包括車載信息娛樂系統、 智能車載語音交互系統、 道路狀況信息系統等，智能汽車的功能走向多樣化和復雜化趨勢， 人機交互系統的設計是否科學合理將在很大程度上影響了汽車的安全性和便捷性。 多種交互方式的使用、 新技術的應用、基于場景化的設計將在未來打造全新的智能汽車駕駛艙。 一、一、研究背景研究背景和和意義意義 （一）（一）人機交互人機交互與與人機交互界面人機交互界面 人機交互 （Human-Computer Interaction, 簡寫 HCI） ： 是指人與計算機之間使用某種對話語言， 以一定的交互方式， 為完成確定任務的人與計算機之間的信息交換過程，是一

4、門研究系統與用戶之間的交互關系的學科，涉及機械工程學、人機工程學、 認知學、 心理學等學科領域。 人機交互界面通常是指用戶可見的部分，用戶通過人機交互界面與系統交流，并進行操作。 圖1 汽車人機交互系統 （二二）人機交互人機交互發展發展趨于趨于人性人性化化、高效化、高效化 人機交互的發展歷史， 是從人類通過學習適應機器到機器不斷地適應人類的過程， 人機交互的發展降低了人類使用機器的學習時間和難度壁壘。 主要經歷了智能汽車人機交互現狀及發展趨勢研究報告 2 幾個階段: 圖2 人機交互發展歷程 1、早期手工作業階段早期手工作業階段 早期人機交互的特點是由設計者本人來操作計算機， 沒有顯示設備， 采

5、用手工操作和依賴機器（二進制機器代碼）的方法，通過電傳打字機完成數據的輸入和輸出，實現簡單的交互，具有很高的專業要求和操作難度。 2、作業控制語言及交互命令語言階段作業控制語言及交互命令語言階段 20 世紀 60-80 年代，計算機顯示設備出現，磁芯存儲器和操作系統問世，采用批處理作業語言或交互命令語言的方式與計算機交互, 需要記憶命令和熟練使用鍵盤, 可調試程序、了解計算機執行情況，采用專用語言的交互具有較高的專業要求。 3、圖形用戶界面圖形用戶界面(GUI)階段階段 20 世紀 80 年代后，人機交互主要特點是桌面隱喻、WIMP 技術、直接操縱和所見即所得。普通用戶通過視窗、菜單、圖標、按

6、鈕可以與計算機交互，菜單選擇和圖像化的交互方式降低了交互難度壁壘，擴大了用戶人群。 4、網絡用戶界面階段網絡用戶界面階段 20 世紀 90 年代后， 以超文本標記語言 HTML 和超文本傳輸協議 HTTP 為主的網絡瀏覽器是網絡用戶界面的代表，多媒體、搜索引擎、社交工具新技術高頻出現，多元化的交互方式拓展了系統的功能性和實用性。 5、多通道人機交互階段多通道人機交互階段 未來人機交互將使用多種通道與計算機通信的人機交互方式， 適應了 “以人為中心”的自然交互準則。使用觸覺、語音、手勢面部表情、體感等多種方式實現人與機器的交互， 提高了交互效率和便捷性， 使得人機交互更加接近人與人直接的交互。

7、智能汽車人機交互現狀及發展趨勢研究報告 3 （三三）人機交互人機交互已成為智能汽車的已成為智能汽車的發展發展的核心的核心問題問題 未來智能汽車將作為平臺集成大量的功能， 人機交互對于汽車安全性和操作效率起到關鍵的作用。 任何汽車都是由人來操作或者使用的， 人機交互系統設計的工作效率、安全性、便捷性，甚至是人在操作設備時的心理愉悅感和疲勞感，都直接影響到汽車的使用安全和工作狀態， 要盡可能發揮人機各自的特點和優勢，采用科學有效的交互方式， 最大限度的利用機器， 同時發揮人的積極作用和智慧，使人機協同工作，形成合理的人機交互系統。另外，隨著汽車智能駕駛水平的提高和商業化落地， 汽車的場景化趨勢更加

8、突出， 基于不同場景的人機交互設計將滿足用戶更多的功能需求。 圖 3 人機交互發展歷程 二二、智能汽車人機交互智能汽車人機交互設計現狀設計現狀 （一一）人機交互人機交互研究研究呈呈多學科融合多學科融合特征特征 人機交互是一門綜合學科， 智能汽車的交互設計涉及到車輛工程、 人機工程學、 心理學、 計算機科學等多個研究領域。 車輛工程的研究， 包括汽車動力系統、汽車制動系統、 汽車導航系統、 汽車多媒體系統等與駕駛員之間的關系研究以及人-車-路模型；工業設計的研究包人機交互系統中顯示方式設計（圖形、顏色、顯示設備） ，操作裝置設計（按鍵形狀、布局，操作裝置結構、形狀）等；心理學研究包括基于心理學角

9、度研究人機界面設計與評價、 駕駛行為、 心理負荷與情境意識等；人機工程學研究包括“人-機-環境”系統中人、機、環境三大要素之間的關系，為解決系統中人的效能、健康問題提供理論與方法；計算機科學研究包括研究人機交互系統軟硬件的開發，圖像識別和處理、自然語言處理、數據分析和決策等。 智能汽車人機交互現狀及發展趨勢研究報告 4 圖 4 人機交互涉及研究領域 （二二）以用戶為中心的設計理念和設計流程以用戶為中心的設計理念和設計流程 汽車智能化程度的加深使得各功能的操作趨于復雜化， 對人機交互設計帶來新的挑戰。 智能汽車的人機交互設計必須以保證汽車安全性、 提高核心功能操作效率、簡化操作流程為出發點，以提

10、高車內駕乘人員的用戶體驗，充分發揮汽車的功能和性能。 圖 5 智能汽車交互設計方式 人機交互系統的設計流程主要包括需求分析階段、 調查研究階段、 系統分析規劃階段、系統設計階段、測試階段、人機系統的生產制造及提交使用階段。在設計過程中， 通過調研和分析明確系統服務對象的特征和需求， 以用戶為中心展開產品規劃和設計工作，包括交互方式、各部件造型和尺寸、硬件和軟件等，在完成相關項目的測試后投入使用。 智能汽車人機交互現狀及發展趨勢研究報告 5 圖 6 智能汽車交互設計方式 （三三）智能智能化趨勢對化趨勢對人機交互人機交互提出提出更高更高的要求的要求 未來智能駕駛汽車將實現基于使用場景定制化的人機交

11、互設計。 智能駕駛汽車由于操縱機構的簡化， 有大量空間可以釋放， 所以智能駕駛汽車的內部設計將被重新定義，并且向定制化、多功能化的方向發展。功能的增加使智能駕駛汽車的人機交互系統有更多的發展空間， 傳統汽車以駕駛為核心要素的人機交互設計理念將被弱化， 多種場景功能的實現將成為主要考慮的人機交互設計問題。 相比傳統汽車， 智能駕駛汽車的車載信息系統也將更為強大， 支撐汽車實現自動駕駛或輔助駕駛、狀態監測、娛樂、辦公、通訊等多種功能。 圖 7 智能駕駛汽車車載信息系統平臺 多功能、 多通道的交互設計使智能駕駛汽車趨于定制化方向發展。 智能駕駛汽車中自動駕駛功能、多媒體娛樂功能、移動辦公功能、智能導

12、航功能等的交互設計理念、優先級、設計風格將更多的依賴于場景定義，交互方式也由于空間的擴大和功能的擴展趨于多通道化，實現智能語音交互、手勢控制、觸屏交互、物理按鍵交互等多種方式融合。 場景化將驅動智能汽車及交互設計走向基于用途導向的特定功能組合， 例如搭載了移動辦公系統和移動網絡的智能駕駛汽車可以變成移動辦公室、 移動會議室； 搭載了多媒體娛樂系統和移動網絡的智能駕駛汽車可以成為移動休息娛樂室。 智能汽車人機交互現狀及發展趨勢研究報告 6 圖 8 無人駕駛汽車功能性及發展趨勢 （四四）國內外國內外典型的人機交互系統典型的人機交互系統 目前，大多數汽車企業都推出人機交互系統，交互方式基本以觸摸顯示

13、屏、物理按鍵/旋鈕、 語音控制等方式為主。 基于各廠家的不同設計理念， 控制方式、操作流程和控制區的設計各有特色， 部分廠家支持后臺人工遠程控制和售后支持等深度服務。 表 1 國內外部分汽車人機交互系統 人機交互系統 廠家 iDrive 系統 寶馬 COMAND 系統 奔馳 MMI 系統 奧迪 安吉星系統 通用汽車、上汽集團、上海通用汽車 MyFordTouch 系統 福特 SENSUS 系統 沃爾沃 CARWINGS 系統 日產 G-book 系統 豐田 MMCS 系統 三菱 cf-net 系統 馬自達 inkaNet 系統 榮威 DiLink 智能網聯系統 比亞迪 D-Partner 車聯

14、網系統 中國一汽 智能汽車人機交互現狀及發展趨勢研究報告 7 1、寶馬寶馬 iDrive 系統系統 iDrive 系統（intelligent-Drive system）是寶馬公司的智能駕駛控制系統，采用了簡單、 安全和方便的未來駕駛理念。 寶馬 iDrive 系統的外顯裝置是一個位于傳統轎車排檔桿位置的旋鈕控制器和儀表板中部的一個顯示屏。 旋鈕具有類似電腦鼠標的功能，通過推拉、旋轉和下按等動作，可以控制顯示屏菜單，實現數百個功能的選控。 圖 9 寶馬 iDrive 系統 2、奔馳奔馳 COMAND 系統系統 COMAND 是奔馳研發的獨立影音控制系統，這套系統由前臺液晶屏下方的一排按鍵和中央

15、扶手箱上的一個旋鈕來控制?？刂平K端的旋鈕可以進行向下按、旋轉和前后左右四向移動控制，實現菜單功能的選控。 圖 10 奔馳 COMAND 系統 3、奧迪奧迪 MMI 系統系統 奧迪 MMI（Multi Media Interface）是多媒體交互系統，MMI 在一個顯示屏和操作系統中融合了所有信息娛樂系統的操作。MMI 采用統一邏輯，通過精簡控制器幾個按鍵完成所有功能的設置和操作，快速、直觀地使用相應的功能。 智能汽車人機交互現狀及發展趨勢研究報告 8 圖 11 奧迪 MMI 系統 4、安吉星安吉星系統系統 安吉星是通用汽車、 上汽集團和上海通用汽車的合資公司， 應用于凱迪拉克、別克、雪佛蘭的多

16、種車型。通過應用全球衛星定位系統（GPS）和無線通信技術為用戶提供汽車安全信息服務，包括碰撞自動求助、路邊救援協助、全音控免提電話、實時按需檢測和全程音控領航等十多項。 圖 12 安吉星系統 5、福特福特 MyFordTouch 系統系統 MyFordTouch 系統是福特的車載多媒體互動系統。 主要包括一個可觸摸的顯示屏，界面和圖像由新一代福特 SYNC 支持，并以微軟 Windows Embedded Auto為平臺，集成三維彩色導航、多媒體娛樂、無線網絡、藍牙電話、空調控制等功能于一體，駕駛員可以通過彩色顯示屏和語音來控制各種功能。 智能汽車人機交互現狀及發展趨勢研究報告 9 圖 13

17、福特 MyFord 系統 6、沃爾沃沃爾沃 SENSUS 系統系統 沃爾沃全新 Sensus 系統主要由“智能在線（Sensus Connect） ”和“隨車管家（Volvo On Call） ”兩大核心功能組成。系統包括了互聯、服務、娛樂、導航、控制在內的車載互聯功能，采用了人性化設計的控制系統，屏幕由多個“功能模塊”構成，各模塊可以交互展開，方向盤上增加 Sensus 相關功能快捷鍵、集成式語音控制、自適應巡航等功能。 圖 14 沃爾沃 SENSUS 系統 7、日產日產 CARWINGS 系統系統 CARWINGS 是日產的車載信息服務系統。其中，中央屏幕支持觸摸和旋鈕兩種操作方式，方向盤

18、右手側有一鍵語音的快捷鍵，能夠對電話、導航、音響進行簡單控制，娛樂系統方面支持多種音源。人工后臺為車輛提供遠程服務，可以通過電話、網絡對駕駛員及車輛提供服務，還能夠實現人工導航。 智能汽車人機交互現狀及發展趨勢研究報告 10 圖 15 日產 CARWINGS 系統 8、豐田豐田 G-book 系統系統 G-BOOK 智能副駕即車載智能通信系統，由豪華汽車品牌雷克薩斯推出。G-BOOK 平臺的操控集中于變速桿的右側，通過一個 G-BOOK 的操作搖桿進行操作。其中，雷克薩斯用戶能夠通過車載智能通信系統 G-BOOK 智能副駕，以無線網絡連接數據中心，獲得包括緊急救援、防盜追蹤、道路救援、保養通知

19、、話務員服務、資訊服務、G 路徑檢索、預訂服務、網絡地圖接收、高速公路安全駕駛提醒以及圖形交通信息服務在內的 15 大智能通信服務。 圖 16 豐田 G-book 系統 9、榮威榮威 inkanet 系統系統 inkaNet 是上汽集團發布的 3G 智能網絡行車系統， 基于 3G 互聯實現了豐富的車載功能，涵蓋了導航、收音機、對講機、電話、網絡、音樂、視頻等多項內容， 采用物理按鍵和觸摸顯示屏結合的交互方式。 同時， 還具備了 “一鍵服務” ，能夠接通榮威客服中心，進行遠程問題溝通。 智能汽車人機交互現狀及發展趨勢研究報告 11 圖 17 榮威 inkanet 系統 10、比亞迪比亞迪 DiL

20、ink 智能網聯系統智能網聯系統 DiLink 智能網聯系統是比亞迪基于移動互聯、人工智能、語音識別、車聯網等技術獨立自主研發的交互系統。采用了智能自動旋轉大屏 DiPad，可根據軟件的應用場景和交互方式提前預判，進行智能自動旋轉。同時，大屏還支持分屏功能，可以同時顯示多個軟件界面。DiLink 智能網聯系統包含 DiPad、Di 云、Di 生態和 Di 開放四大能力平臺，可以實現連接人-機-車-云。 圖 18 比亞迪 DiLink 智能網聯系統 三三、智能汽車人機交互發展趨勢智能汽車人機交互發展趨勢 （一）（一）交互交互內容內容和場景的擴展和場景的擴展 智能汽車人機交互將以“人-車-環境”作

21、為整體來設計，同時場景化驅動汽內設計走向定制化。 對于智能網聯汽車時代， 汽車只是整個交通系統中的一部分，智能汽車的交互設計需要考慮到整個交通系統的頂層設計， 不僅僅要以提高車內駕乘人員的交互效率為目標，同時要考慮優化整合交通系統和環境。 智能汽車人機交互現狀及發展趨勢研究報告 12 1、智能汽車與環境智能汽車與環境充分充分交互交互 未來的人機交互不僅僅是人與車之間的單一交互， 更是人、 車輛、 基礎設施、城市和環境等所構成的跨交通工具的交通系統。汽車的智能化將更多的體現在V2X 方面，汽車智能化和環境智能化的互通為汽車帶來全新的功能擴展，不僅僅是對汽車本身智能駕駛、實時環境數據分析、智能導航

22、、能量補給策略等功能的增強，也是對整個城市交通系統的智能化升級，有助于城市交通擁堵的緩解、城市車輛監控和管理、駕駛行為和違章信息統計等。 圖 19 車輛與環境的交互發展趨勢 2、智能汽車智能汽車的的多場景多場景化交互化交互 智能汽車基于自身的智能網聯設備與周圍場景進行信息和服務的交互， 實現多種車載功能的場景落地。 智能汽車通過自身或者車內的移動設備連接網絡， 與周邊物理和虛擬環境進行互聯， 作為一個新的移動終端和周邊環境或網絡進行信息傳遞與交互，實現更多的場景功能。例如，新能源智能汽車可以通過車載智能導航尋找周圍汽車剩余電量可以到達的充電樁， 提供最優的能源補給方案； 智能網聯汽車還可以通過

23、車載網絡進行周邊餐館訂餐和目的地酒店訂房等服務。 智能汽車人機交互現狀及發展趨勢研究報告 13 圖 20 智能汽車與多場景的交互 3、車內及車外信息顯示車內及車外信息顯示與分析與分析 智能汽車對車內外信息進行采集和顯示， 幫助駕駛員判斷汽車當前狀態和環境情況。 通過環境感知設備、 車內設備檢測系統、 車載移動網絡等進行車輛數據、車內外信息交互數據、 周圍車輛信息等多種數據的獲取， 經過分析實現重要數據的顯示，包括：車輛狀態信息（汽車行駛信息、汽車設備和系統工作情況、汽車保養維護情況等） 、車外環境信息（天氣、溫度等） 、周圍其他車輛信息、周邊交通信息等。 圖 21 智能汽車信息顯示內容 4、智

24、能汽車人機共駕交互智能汽車人機共駕交互設計設計 隨著智能汽車逐步實現自動駕駛功能， 新的人機交互方式將改變汽車現有駕駛模式。智能駕駛汽車有人工駕駛、輔助駕駛和無人駕駛不同的模式，包括人與車之間轉換，實現任務的接管與移交，緊急情況的任務轉移和處理，以及智能駕駛車輛和綜合信息管理平臺的信息交互。 人車協同駕駛將成為智能駕駛汽車的核心交互設計方向，交互方式、交互流程、交互安全和交互效率將成為重點研究的智能汽車人機交互現狀及發展趨勢研究報告 14 對象。 圖 22 智能駕駛汽車任務接管與移交 （二）（二）交互方式交互方式的創新的創新和新技術和新技術的應用的應用 新材料的研發和電子信息技術的進步催生了新

25、交互模式和交互技術出現。 智能網聯汽車集成的功能越來越多， 人機交互界面的復雜化促使新交互模式的出現，新的交互方式將致力于簡化操作、 提高功能實現的便利性、 提高汽車行駛的安全性。在媒介材料上，其材質、柔韌度、彎曲度等性能實現了多樣化實體，通過控制交互傳感器的線性度、靈敏度、重復性等條件構建新交互形式。 1、顯控一體化顯控一體化交互交互 對于多功能集成的智能網聯汽車，顯示控制一體化是一種高效的交互方式。顯控一體化可以使駕駛員在信息數據獲取的同時操作相應的功能， 縮短操作時間，提高駕駛過程中的安全性。 顯控一體化也可以有多種方式， 例如顯示屏和物理 （虛擬）按鍵和組合，抬頭顯示和物理（虛擬）按鍵

26、的組合等，這種人機交互方式可以使駕駛員在駕駛汽車時候視線處于汽車行駛方向， 或者視線可以在行駛方向和屏幕之間快速切換，根據顯示內容迅速完成功能的操作。 圖 23 顯示屏集成與方向盤的人機交互模式 智能汽車人機交互現狀及發展趨勢研究報告 15 2、多通道協同交互多通道協同交互 基于觸覺、 聽覺、 視覺等多通道的人機交互是智能汽車未來的發展趨勢。 隨著各種智能化技術的成熟，可以實現視覺交互、語音交互、手勢交互等多種交互形式的融合， 根據不同場景實現不同功能的協同交互。 嗅覺和味覺交互目前沒有成為主流交互方式，也沒有在量產車中規?；瘧?。 圖 24 多通道人機交互模式 多通道人機交互系統將具有場景識

27、別功能。 車內人機交互系統可以根據駕駛員當前所處的狀態按照優先級實現單通道、多通道的交互，多種方式實現功能。例如， 在高速駕駛或者激烈駕駛時可以優先語音交互， 以確保駕駛員的視線不離路面，手不離轉向盤，保障行車安全。在車內噪音干擾較大時候優先按鍵交互或手勢交互，保證操作的成功率，同時也可以多種交互模式同優先級，根據駕駛員的習慣選擇。 3、基于生物識別和感知技術的人機交互基于生物識別和感知技術的人機交互 生物識別與感知技術使汽車具備一些類似生物的感知能力， 能夠更加人性化的和車內人員進行交互。 通過對人體數據的采集， 線上數據和線下生物識別的整合，對人的生理和心理狀態實時監控，快速實現一些功能。

28、例如，通過身份識別和心理感知技術，對駕駛員狀態進行檢測，實現汽車人機界面的實時調整，使車內氣氛、 交互環境與駕駛員當前駕駛狀態吻合， 這也是未來智能汽車人性化和情感化的表現。生物數據對于智能汽車來說，能夠提高汽車與人的交互效率，但由于智能汽車的入網也會存在隱私泄露的風險， 后期的數據保存和管理將是一個值得關注的問題。 智能汽車人機交互現狀及發展趨勢研究報告 16 圖 25 生物識別功能 4、基于智能化技術的情感交互基于智能化技術的情感交互 智能情感交互是汽車人機交互的重要趨勢和終極體現。 隨著人工智能技術和生物識別技術的發展， 智能汽車將具備類似人的感知功能、 思維功能和行為功能，具有情感識別、情感理解和情感表達能力。同時交互范圍也會擴大，能夠與車內乘客進行交互、與車外的行人進行交互，更加的智能和人性化。例如，車內駕駛員在疲勞時，汽車可以通過振動、聲音或者燈光提醒駕駛員，引導去就近停車場休息或者啟動自動駕駛模式。 在識別出車內乘員暈車時候， 提醒駕駛員調整駕駛風格或者開啟車內通風等功能，實現功能的情感化執行。 圖 26 智能汽車情感交互