智能座舱HMI人机交互界面体验及未来趋势浅析

王镭　庞有俊　王亚芳

摘 要：随着新四化的开展，汽车已经开始从简单的交通工具逐渐向智能终端转变。智能座舱作为用户和车辆进行交流的界面，逐步成为企业产品智能化的新破局点。而HMI人机交互设计作为座舱智能化发展的基础，在汽车研发过程中占有愈发重要的地位，如何更好的量化人机交互特征性研究也成为了企业的关注重点。本文首先分析智能座舱及HMI人机交互设计在汽车研发中占据的重要地位，之后对基于驾驶模拟的人机交互评价体系进行介绍，最后通过对HMI交互方式的演化进程进行分析，进而判断未来智能座舱的发展趋势。

关键词：智能座舱 交互设计 评价体系 发展趋势

Discussion on the Experience and Future Trends of the Smart Cockpit HMI Human-computer Interaction Interface

Wang Lei，Pang Youjun，Wang Yafang

Abstract：With the development of the new four modernizations， automobiles have begun to gradually transform from simple vehicles to smart terminals. As an interface between users and vehicles， smart cockpits have gradually become a new breakthrough point for enterprise product intelligence. As the basis for the intelligent development of the cockpit， HMI human-computer interaction design plays an increasingly important role in the automotive research and development process. How to better quantify the characteristics of human-computer interaction has also become the focus of the enterprise. This article first analyzes the important position of intelligent cockpit and HMI human-computer interaction design in automobile research and development， then introduces the human-computer interaction evaluation system based on driving simulation， and finally analyzes the evolution process of HMI interaction methods to judge future intelligence and the development trend of the cockpit

Key words：smart cockpit， interactive design， evaluation system， development trend

1 智能座舱成为企业产品智能化的新破局点

自2019年以来，美国通用汽车、谷歌等企业陆续推迟了高级别自动驾驶功能的商业落地时间，停留在“路试”或“商业化试运营”阶段，自动驾驶落地面临众多技术监管瓶颈，包括高算力/低功耗/高功能安全等级要求的AI芯片、固态激光雷达的量产和降本、高精地图和高精定位、监管法规配套升级等等。此外，美国《自动驾驶法案》通过后，Uber和Waymo接二连三发生自动驾驶测试车辆交通事故，甚至造成行人死亡的严重后果，舆论对自动驾驶信赖程度降低，全社会完全自动驾驶的情景目前仍遥遥无期，研究估计从目前至未来相当一段时间内，自动驾驶汽车将始终处于L2.5-L4之间的发展阶段。

另一方面，座舱环境智能化作为与内饰设计拓展可交叉的一部分，是用户和车辆进行交流的界面，其变化非常容易被用户感知，而且其实现难度低、成果易感知，有助于迅速提升产品差异化竞争力。与此同时，智能座舱暂时不涉及底盘控制，功能落地过程中牵扯到的安全压力与监管压力较小，国内OEM在智能网联汽车商用落地困难的同时，以及在等待自动驾驶关键技术成熟的档口，部分企业逐渐将一定比例的精力逐渐由座舱外环境感知转移至座舱内，转移到智能座舱的商用落地。

从行业宏观环境看，伴随着新四化的开展，车市发展进入新阶段，通过提供易被察觉和感受的差异化功能，可以迅速提高产品竞争力;尤其在移动互联网时代的大背景下，车辆交互体验向IT领域的对齐能够使用户产生亲切感，“手机-车-家”互联打通后，可以形成用户习惯从手机向车輛的导流。

2 HMI交互设计体系在研发中占有愈发重要的地位

谈到汽车智能座舱，就必须先从HMI说起，因为座舱智能化发展的基础，便是HMI人机交互设计。所谓HMI，即为Human Machine Interface 的英文缩写，中文译为“人机接口”，也叫“人机交互界面”，它是汽车车载系统和驾驶人，甚至驾乘者之间进行信息交换和交互的媒介， 它能够实现信息的内部形式与人类可以接受形式之间的转换。汽车HMI设计主要是研究人与汽车的人机交互界面，这个界面包含了开关、按钮、大屏、语音等等使用功能。此外，汽车座舱的内饰设计和HMI也构成强相关的关系，但具体应用中也有所区分，主要差异在于：内饰设计强调的是整个座舱内部的主观整体感受，HMI则是承担人与车之间有效信息交互的载体，侧重的是人与信息操作界面、人与车各功能系统之间产生功能交互时的具体体验感受。

交互设计的智能化体现在汽车的智商和情商两个方面，企业和消费者分别作为智能座舱的研发者和使用者，对这两个方面各有侧重，如果企业一味追求智商而轻视情商，将面临新技术不落地、消费者不买单的危险，见图1。

智能座舱为用户提供体验服务，其易感知特性决定了它的设计和研发方向都需要基于用户需求反馈不断进行调整，才能最大化挖掘技术价值。

如今，汽车智能界面承载的功能越来越多，消费者在驾驶过程中受到的信息压力也会越来越大，如何将多维多样化的功能清晰明了地呈现给用户，如何在安全性、功能覆盖面、操作便利性之间进行取舍，汽车交互设计变得尤为重要，见图2。

功能智能化和信息智能化目前具备明确的分级，同时为智能座舱功能提出了要求，但针对智能交互部分目前技术路线和发展重心繁多，车辆最终交互形态如何，如何称作优秀的交互，是这个时代赋予我们的重要问题，见图3。

3 建立基于驾驶模拟的人机交互体验研究平台体系

为了进行更加量化的人机交互特征性研究，通过建立人机交互实验室，采用驾驶模拟器进行相关的测评实验，通过平台数据、眼动仪、问卷调研、专家访谈等多种形式完成体系框架的数据采集工作，基于成熟的软硬件构建科学、客观、数字化的人机交互评价体系，与此同时，构建三个模拟化驾驶平台，均具备基于虚拟场景环境下的HMI测试能力，进行量产车评价实验和迭代测试，见图4。

在传统交互性评价的基础上延伸至地图导航、生态服务以及感性评价，将AI时代下汽车的情商纳入到评价体系中，确立了HMI四维动态人机交互评价体系，见图5。

然后，我们将整体评价测试流程分为五部分：道路测试、车机坐标测量、专家深度静态测试、模拟驾驶测试以及模拟驾驶后的问卷调查，之后依据测试数据结合消费者主观评价内容进行评分，并基于专家和消费者workshop构建权重体系，见图6。

随着产品智能化层级不断提高，交互智能化的意义也在逐渐发展，通过搭建基于核心维度的“三维场景树”，并不断进行测试场景树的更新迭代，实现HMI测试体系的自我升级，保证其测试可用性，见图7。

4 HMI交互方式的演化：未来可能的智能座舱发展趋势判断

随着5G和车联网技术的发展，科技、智能、人性化，正在重新定义未来汽车人机交互新体验。智能汽车的交互设计正在结合更多场景，实现更更丰富的交互。多屏联动、全液晶仪表、车联网、车载信息娱乐系统IVI、ADAS高级驾驶辅助系统、语音识别、手势识别、HUD、AR、AI、全息、情感氛围灯、智能充电、智能表面、新材料正在迅速普及。我们大致预测一下未来几年智能座舱相关可能性技术的发展趋势：

4.1 更简洁的设计语言

智能座舱需要仪表盘、HUD、前座及后座娱乐系统等合力配合，共同对用户体验产生影响，多屏联动不仅是屏幕的物理形式一体化，更是未来交互内容的一体化，面向驾驶员和乘客，这要求用最简单的设计语言表达背后的信息，让命令一触即达。

在保证驾驶员能够快速扫描和理解屏幕内容的基础上，简洁易读的元素和一致的设计语言，是数字化和智能化的必然趋势，减少驾驶员的认知负荷，降低驾驶员的注意力分散、整合更多的ADAS内容，正在成为数字仪表和中控HMI的设计趋势。数字仪表和中控共用一块儿屏幕（物理上共用）的一字屏设计正在成为新的趋势，这为车内极简的布局创造了硬件条件。

目前多联屏和仪表的色彩设计仍然以较深的背景色设计，以确保其在不同场景下的应用，避免因阳光直射或夜间黑暗情况下看不清仪表。数字仪表的主动交互，使其可以随着光线明暗度进行相应的主题调整，从而获得更好的可读性和更少的眩光。在遇到泥泞路段时，仪表颜色会产生微妙的动效，发生危险时，通过强烈的颜色变化来吸引驾驶员的注意，以保证行车安全。

在不同场景下，界面的显示内容是不同的，如高速模式（仪表显示主要信息、减少分心）、城际模式、固定模式等等，根据主要信息内容的变化而变化。全新界面可以实现更多的创新设计，并集后视镜和其他功能于一体，实现手势、触摸操控等。

4.2 自然丰富的交互方式

汽车正在从传统交通工具向智能座舱方向转变，而面向5G的情感化智能移动空间则把主动响应式交互向车内引入。积极主动的交互有助于减少分心、提升驾驶安全性，并提升用户的体验度;比如当用户在车内感到炎热或寒冷时，通过挥动手势或触控，都能调节车内的温度。

从功能性方面来看，当我们走向车辆，汽车会通过传感器或人脸识别等技术来以语音、灯光、全息影像、车外屏等形式来给我们来打招呼。同时，会对我们进行全面识别，以确定我们是否携带行李和儿童，从而为我们提供行李搬运机器人，并为我们打开车门，安排适合我们乘坐人数的座椅配置方案。

沉浸式游戏、家庭影院、氛围灯、情感交互类的设计在越来越普遍。在下班的路上或旅行途中，我们除了观察路边的美景之外，汽车会主动展现更深层次的解读和不同心境下的游戏或情感体验，一切交互变得自然而然。

进入车内，汽车通过人脸识别和情绪交互来分析我们的心境，当检测到我们的心情明显比较低落的情况下，车载机器人或全息管家会主动和我们进行类人的交流，比如，聊天、播放有趣的内容等，当我们累了，还会给我们提供按摩服务。比如，Nomi、Walker、Panasonic-pod等都有所应用。

当我们被监测为心情比较好时，汽车会主动给我们提供游戏或舒适的音乐推荐，同时，通过调整座舱内灯光、温度、气味儿等方式来为我们的提供更好的乘坐环境，这为我们带来了更为立体的情感智能化体验。比如，本田 Neuv就搭载了名为“情绪引擎”的人工智能系统。面部监测、眼球跟踪等功能的设计在对用户驾驶安全上有很重要的作用。比如，当用户昏昏欲睡时，系统通过释放香味和音乐来唤醒驾驶员;通过生物识别技术，主动实时监测用户心跳等生理信息以确认用户身体情况，在身体出现异常时，自动向医院发出求救信号;在对外安全上，汽车灯光可以在避免直射外部行人眼睛的同时，照亮道路，以便安全通行。

4.3 由任务驱动转向场景驱动

学习能力、个性化和人性化的设计是智能座舱主动交互设计的重要内容。如梅赛德斯的MBUX，系统可以适应客户的需求，根据用户习惯来预测下一个任务，比如，你大概几点会给谁打电话等，用户可通过语音、手势、眼神等来实现与汽车的对话;车内灯光可根据不同场景来自动变暗或变亮。而汽车则会通过不断优化，综合处理复杂的信息，为用户提供最精准的解决方案，成为你越来越走心的朋友。而针对驾驶员和其他乘客提供个性化服务，具有更多的应用价值和更广的前景。

当我们通过车机互联设置了一个行程时，在进入车内时，我们无需再安排行程，汽车可以直接根据计划导航。比如，威马EX5就可以通过威马ID实现手机和車机的无缝连接，当你在下班前设置好下班后要去的地方时，汽车便会主动规划好路线。

当系统有了完备的信息架构，又构建了丰富多样的交互触点，一个强大且精准的智能化算法驱动的引擎可以将信息与交互形式融合。如百度开发的“主动式交互推荐”方案-“小度车载OS智能化场景引擎”，可以智能判断用户当前所处的场景，并根据动态的人车场景组织服务，将驾驶体验最大化，用户在驾驶过程中，当触发到场景引擎时，主动推荐面板被唤起，可以在恰当的时机把信息和服务主动呈现给用户。比如，会结合用户喜好，主动推荐即时歌单，用户只需回答“好的”，音乐就会自动播放。当车辆保养时间临近时，会主动询问用户是否需要提前预约保养，用户通过点头，即可发起后续预约流程。不仅如此，在停车场或是在加油站，当判断用户有支付场景时，小度车载OS都会推荐使用“人脸支付”功能，迅速完成订单支付，免去一系列繁复的操作流程。智能化的主动推荐，结合闭环服务体验，在提高出行效率、简化操作流程的同时，也给用户带来更舒心的用车感受。

参考文献：

[1]刘毅刚.智能座舱趋势研究[J].广东化工， 2019，v.46;No.394（08）：128-130.