汽车内饰设计的人机交互前沿技术及设计趋势研究

罗颖博　马宏宇

摘要：研究汽车内饰的人机交互前沿技术，提出汽车内饰的人机交互设计趋势。文章主要采用定性研究方法，以文献研究和案例研究为基础，对现有信息和数据进行综合分析。总结出汽车内饰设计人机交互前沿技术主要有屏幕触控、虚拟触控、语音控制、物件联网、环境照明、智能交互材料六点。从工业设计专业的角度，提出了汽车内饰设计人机交互的发展趋势。汽车内饰设计的人机交互将呈现生活化——娱乐工作一体化、无人化——语音触控式操作、个性化——变动性布局、自由化——沉浸式环境四个趋势。

关键词：未来汽车 内饰设计 人机交互 设计趋势

中图分类号：TB472 文献标识码：A

2文章编号：1003-0069（2019）07-0038-03

引言

自1886年汽车诞生以来，在技术、材料、工艺、审美等方面的影响下，汽车造型和内饰设计经历了多个阶段的变化。如今人们对汽车的期待不仅仅在于造型好看、驾驶操作方便安全，也越来越强调舒适性和个性化。充分发挥汽车驾驶性能只是“车”的基础，而内饰作为使用过程中与用户相关性最大的部分，更影响用户体验。为了应对日益增长的市场竞争压力和树立品牌特征，许多车企已开始在汽车内饰的研发设计上力求突破创新，考虑的因素更为广泛，如娱乐功能、科技元素等，在更广阔的范畴内展现科技带来的人性化。友好人机交互出行体验正是未来所趋。

一、汽车内饰设计的人机交互必要性

（一）心理需求

从人的行为入手，研究使用者的行为需求，再决定如何设计产品。心理学家亚伯拉罕.马斯洛的需求层次理论将人们对产品的需求分为五个层次，从生理、安全、归属、尊重到自我实现，由低层次逐渐升级为高层次需要。对应于交通工具的操控行为，是基于人们出行的基本需求之上，追求更高层次的感性价值，即“彰显尊贵”或“自我实现”的价值体现，是马斯洛理论中较高层次的需要。

产品开发过程依赖于对用户需求的分析，KANO模型将产品服务的特性分为五类：必备属性、期望属性、魅力属性、无差异属性、反向属性，显示产品性能与顾客满意度之间的关系。汽车内饰设计从用户的需求角度出发，首先需要满足必备属性，如音响系统等最基本的功能，如果不具备，用户的满意度将大幅下降。其次则是尽量满足用户的期望属性，这是产品质量的竞争性因素，通过提供用户喜爱的额外功能如电子娱乐屏幕等，提升用户的好感。最后则是努力满足魅力属性，提供一些锦上添花的功能，可提升用户忠诚度。

（二）社会发展驱动

在实现“建成富强民主文明和谐美丽的社会主义现代化强国”这一目标的过程中，传统的市场经济与商业模式已经无法完全满足人们快速增长的生活水平，人们更加注重消费过程中的用户体验与服务。产品附加服务的需求成为经济发展的必然趋势。人们对美好出行需求的增长决定了汽车内饰设计的发展方向，即实现友好人机交互出行体验。

J.D.Power（君迪，美国权威汽车市场调查机构）2018中国汽车性能、运行和设计研究（APEAL）结果显示“自主品牌与國际主流品牌之间的总体魅力指数差距在过去三年间不断缩小，但音响/通讯/娱乐/导航系统（ACEN）仍然是差距最大的类别”。中国消费者更重视感受、体验相关要素，自主品牌还需提升车载信息娱乐系统表现。如何研发内饰创新设计，树立品牌特征，满足消费者的需求，是各大车企应对日益增长的市场竞争压力的关键所在。在汽车新四化趋势（电动化、网联化、智能化、共享化）下，新能源汽车大力普及，无人驾驶领域快速发展，智能互联手机更新迭代，未来汽车共享化发展，绝大多数车辆将失去私有化、固有化属性，面向用户个人拓展个性化属性。

二、汽车内饰设计的人机交互前沿技术

通过相关文献查阅，信息搜索，浏览世界各大汽车品牌网站及相关汽车内饰设计资讯、人工智能技术发展资讯，总结汽车内饰设计的人机交互前沿技术如下：

（一）屏幕触控

图1为特斯拉Model S，中控台繁多的实体按键和旋钮被触控大屏取代，兼具科技感与实用性，被英国《每日邮报》评为全球十大最佳汽车内饰之一。作为第一款采用大尺寸中控大屏的汽车，Model S引领了汽车设计届的“大屏潮流”。Bosch博世是德国最大的工业企业之一，也认为未来自动驾驶实现之后，全数字化设计将为用户提供更多样化的功能。宾利表明计划在汽车中使用透明OLED显示屏新技术，OLED屏幕非常薄，能浮于任何材质表面，不使用时完全看不出屏幕的存在。屏幕作为汽车内饰中传递信息的重要媒介，与其他内饰形成了一体性，简化繁杂的实体按键操作，提升了用户体验。

（二）虚拟触控

2017年国际消费类电子产品展览会上，BMW概念车i lnsideFuture展示了触控系统的新科技——HoloActiveTouch全息触摸控制技术，整合了HUD（Head Up Display平视显示器）、手势控制和全息投射技术，以及虚拟全息投影操控界面：中控位置的投影仪投射出与方向盘等高的影像，如图2。同时，车内的高灵敏度摄像头捕捉驾驶者在可显示范围内的手势动作，精确辨别指尖的活动方向，并伴随短促的声音讯号，启动或关闭相应的功能。驾驶者的操作除了视觉、听觉的反馈，甚至能从全息虚拟屏幕上接收到压力反馈。嵌入汽车中的超声波装置对驾驶者的指尖发出超声波脉冲或改变超声波的频率以提供不同的材料触觉和形状触觉，让驾驶者体验真实的触感，并确认指令已被车辆获取和接受。该技术的原理是超声波在压力之下会产生形状的改变，并且模拟出一种虚构的形状和力度，这种压力被称为“声发射压力”。该技术不仅简化了操作界面，更重要的是增加了驾驶员以及乘客的安全系数，而相对复杂的操作，如：设置功能，娱乐多媒体等，将通过虚拟触控界面来实现。因此，驾驶者在驾驶时无需低头查看中控，便可通过手势动作查看相关信息，轻松调整音响、导航等功能，全息虚拟触控屏起到与传统物理触控屏同样的作用。

（三）语音控制

过去用户必须记住设置指令，智能语音识别才能起效。如今A1人工智能技术的发展带来了新的可能性，谷歌助手的“持续性对话”功能让对话更加自然，亚马逊Alexa的自然语言理解服务提升了用户体验。当用户对MBUX（智能多数字多媒体系统）说“Hey Mercedes”时，系统的AI技术可以将其理解为间接意思——“我想买一些面包”并打开导航系统;或者理解成“我有点热”并打开空调。如何让人工智能语音交互系统更加情感化、智能化，充分理解用户命令，做出正确判断与回应，是未来汽车内饰人机交互设计新的着力点。

（四）物件联网

图3为延峰“Experience in Motion”电动概念车XiM17，采用四个座椅和地板控制台的大型平地内饰，用户选择所需模式（驾驶、家庭、会议、休息室）后，地板控制台会自动供电到特定位置使座椅产生相应移动，便于用户沟通交流。路虎New Discovery的智能座椅折叠技术允许用户通过简单控制远程移动应用程序配置座椅。用户使用Land Rover InControl智能驭领远程手机应用程序连接New Discovery车型，对车辆进行油耗查看，确认车窗关闭状况，空调设定，泊车位置锁定等操作。智能联网功能提高了用户操作的便捷性，易于控制物件变换，改变汽车内部的空间布局。

（五）环境照明

车内氛围灯照明作为内饰的一部分受到越来越多的关注，功能性的环境照明系统可满足乘客在不同环境下的感官体验。诸多量产汽车中控台内饰板、车门饰板以及中央扶手储物格等位置都增加了几何元素氛围灯，颇具科幻气息。大众ID BUZZ自动驾驶汽车切换到无人驾驶系统时，环境照明的分布延伸到后座区域，同时从白光切换到温暖和放松的情绪照明模式，充分考虑后排乘客的用户体验。DOMINANT（统明亮）公司推出的seddLED（Smart Embedded Digital Driver LED）解决了现有氛围灯的不足之处，采用Lightex照明系统与光导纤维织造技术的导光板，可以提供各种颜色的可见光光谱，营造不同的场景，如绚烂的日落，清新的森林，神秘的海洋…一提供了更多的设计自由，推动汽车环境照明系统向数字化、智能化发展，实现内饰多样性变化。

（六）智能交互材料

这是一种由传感器或敏感元件等与传统材料结合而成，能感知内外界刺激，判断并进行处理，执行相应操作，实现信息交互的新型功能材料。目前衍生出的材料有光学薄膜、OLED等新型智能材料。光学薄膜工艺具有模拟电镀效果，材料表面高分子有序排列可反射自然光线，膜内部发光时又起到透光的作用。OLED材料具有自发光的特征，它的原理是当电流通过表面涂有非常薄的有机材料涂层的玻璃基板时，无需依附背面发光结构就可以发光，且显示可视角度大，能够节省电能。

智能材料集装饰性与功能性于一体，显示信息和控制功能在未启用时隐藏，智能材料具有设计感及装饰作用，需要时通过手势动作或语音控制等形式激活，获得即时响应及反馈，可实现不同的场景设计和座椅加热、按摩等功能。全球领先的汽车零部件供应商佛吉亚Faurecia推出智能内饰，将装饰性表面（铝、木材、塑料或织物材料）与电子系统整合，形成智能表面：触摸感应、照明氛围灯、表面激活可振动……当使用者接触到这些材料时接收到触觉反馈。通过对智能材料增加电子功能形成智能表面，将内饰功能无缝整合至统一表面，是汽车内饰交互形式的发展方向之一。

汽车内饰设计的人机交互前沿技术从上述六个方面总结为表1。

三、汽车内饰设计的人机交互设计趋势

通过了解汽车内饰设计的人机交互前沿技术，结合相关文献查阅，从工业设计的角度归纳总结得出汽车内饰设计的人机交互设计趋势如下：

（一）生活化娱乐工作一体化

车联网技术的发展，使得汽车的界面交互更加丰富多元化。汽车不仅仅是传统的交通运输工具，更是成为了一个信息获取，传递，交流和娱乐的个人空间。在自动驾驶、空间宽敞、内饰功能丰富的未来汽车内，用户可随时随地进行语音、视频会议等办公操作，体验游戏、影音等娱乐方式，未来汽车将成为一个移动的智能空间。AR技术、触控技术、互联技术等新科技与新材料的结合，为用户提供更多的操作方式以体验科技之便捷。未来共享汽车的卫生问题——自我除菌功能是共享经济的考虑要素之一，结合新生物材料、新技术研发新型消毒试剂。上一用户使用完毕后，汽车在迎接新用户的途中自行完成除菌杀毒工作，为用户人体健康与安全提供保障，保证汽车内部乘坐空间的卫生与舒适度。

（二）无人化语音触控式操作

语音沟通作为最直接、最有效的信息传递方式之一，将大力应用于未来自动驾驶时代。汽车内部伴随一个能准确理解用户命令的人工智能语音助理，可轻松实现用户的需求。用户通过语音提出指令，人工智能语音助理将其转换为执行代码，从而实现相应功能，老年人、残疾人等弱势群体也能获得友好^机交互出行体验。屏幕触控及虚拟触控作为人机交互主要方式之一，用户界面设计将更加简洁易操作。人们无需进行费心劳神的驾驶操作，通过语音指令或触控操作，便可实现信息查询、影音播放、氛围灯调节等，体验舒适的内饰氛围，放松、娱乐的同时顺利到达出行目的地。

（三）个性化变动性布局

未来汽车将普遍使用电能或其他新能源，车内不再装配发动机，传统的三厢车回归最初轿厢样式，整体空间更大，以实现空间最佳利用率，内饰布局彻底改变。未来异形内饰空间可能只存在于一些具有特殊功能、用于特殊场合的汽车上。未来汽车将具备内部空间的预置功能，用户可根据自己的需要在手机APP上对座椅、桌台、电子屏幕等进行数目、位置、形态等方面的个性化布置，实现朋友聚会、家人交谈、商务会议等多种场景需求，进行自由互动。未来汽车的座椅可调节以满足不同需求，并具有记忆功能：座椅的位置，椅背的角度，轮廓与衬垫、坐垫的形状和座椅的温度等，都能由用户进行预先设置，存储在APP上的个人信息处。用户无论乘坐个人汽车或共享汽车，都能使用最适合自己的座椅。未来汽车集成温控技术、动力控制、传感器技术与智能联网功能，座椅可记录用户的生理特征，进行数据记录及分析，将其反馈至App客户端或显示在汽车内饰中的电子屏幕上，用户可以时刻关注自身健康状况，并根据数据分析结果选择按摩或常规治疗。

（四）自由化沉浸式环境

在汽车内饰设计中，五感中视觉效果通常是第一位，色彩、体量、形态、表面材料质感都通过视觉来辨识和认知，听觉和触觉方面则是辅助性的因素。

将智能材料结合光学薄膜工艺，电子控制信号改变光源特征实现氛围灯调节、影像投射等功能。通过集成智能交互材料与智能触控技术及联网功能，交互式氛围灯的颜色、纹理及动态效果均可依据用户需求进行变化，营造不同环境氛围，使得用户从生理、心理上获得愉悦使用体验。在未来汽车共享化背景下，人们同样可以展示个性化，根据年龄和个人喜好決定色彩的搭配跨度及材料类型、表面处理工艺等。使用未来共享汽车时，用户在手机APP上对预约车辆进行内饰配色风格、灯光效果、材料类型等的自行搭配，当用户进入车内时，内饰展示的便是预设效果，而由于车辆的共享身份，内饰在上一用户使用完毕后恢复至初始状态，迎接下一用户。用户将在共享经济中体验极大程度的个性化操作。

表2是一些色彩的视觉特征与心理影响特征。

结语

未来汽车的发展具有无限可能，同时拥有机遇与挑战。汽车内部空间是用户除家庭和工作场所之外的第三空间，当无人驾驶完全实现时，用户个性化、多样化的需求将为汽车内饰设计带来更多可能性。结合新科技、新材料、数据分析研究等，将形成一个融合多领域知识、以用户人机交互体验为中心的汽车内饰设计时代。在这个移动的智能载体中，汽车内饰将改变功能至上的设计趋势，更加科技化、信息化、人性化的人机交互设计将成为未来的主流。