未来汽车人机交互发展的探讨

李鹏龙

摘要：汽车是我们日常生活的重要因素，因为它们为许多人带来了流动性和自由。对一些人来说，汽车是身份的象征，而对一些人来说则是必需品。由于技术的发展，汽车发生了翻天覆地的变化：新的信息和通信技术被引入汽车领域;初级自动驾驶汽车已经问世一段时间，未来可能会改变我们与汽车的互动方式。这些发展改变了人类与其汽车之间的互动。本文对驾驶员和乘客的整体交互体验及发展展开探讨。

关键词：交互设计;人车互动;驾驶体验

1.前言

汽车产业的发展模式正在发生巨大的变化，特别是云端一体化技术，通过创造场景化的体验，把人车交互模式解放出来，人机技术延伸到人对汽车远程控制的能力，通过实时收集和监测车辆的里程数据和驾驶数据，这意味着互联网时代，整个汽车业正在产生革命性的变化。

汽车设计，尤其是在数字世界中，仍然不成熟。许多人在考虑汽车的数字设计时会想到花哨的 3D 屏幕、荒谬的颜色渐变和未来派的科幻感觉。但是有意义的设计来自以用户为中心，我们应该考虑什么对驾驶员有意义，什么在实现出色的用户体验的情况下有意义。例如，当您遇到交通拥堵或倒车时。你只需要在某些情况下看到某些东西，交互设计应该带给对用户来说更简单、直观和愉悦的东西。

2.分析热门汽车的交互设计

2.1以特斯拉为例

将信息娱乐屏幕放置在靠近道路的位置现在成为一种趋势，因为现在几乎所有制造商都在这样做。不可否认的是特斯拉的出现已经动摇了汽车行业。他们几乎所做的一切都与竞争对手不同，包括他们的信息娱乐系统。一方面，他们已经证明他们制造了优质、快速和可靠的汽车。美国国家公路交通安全管理局授予特斯拉Model 3五颗星。Model S 和 X 在发布时也取得了令人印象深刻的结果，但这些结果表明在发生碰撞时保护了乘客。当开车时，他们的信息娱乐系统引起的分心是另一回事。

特斯拉 Model S 需要“非常高”的需求用户可以与之互动，这要归功于巨大的触摸屏显示器以及列表中其他令人惊讶的汽车。极简主义的设计方法导致 Model 3 上的按钮较少，但存在一些不是良好用户体验的地方，例如，如果您想调整侧视镜，必须转到菜单并从屏幕上选择它，然后您可以使用滚轮上的按钮来调整角度，包括从扶手箱里拿物品，也需使用信息娱乐屏幕转到菜单并选择它。是因为按钮更少而更简单，还是因为需要使用触摸屏而更复杂？

2.2分心的危险

驾驶是一个高投入的环境，每年有数十万人死于车祸。人类很容易出错，在大多数情况下，我们无法记住超过6-9个操作项目。这就是为什么安全驾驶应该是每个汽车界面设计师的主要目标。

使用更少的按钮和旋钮看起来更易于使用，但外观可能具有欺骗性，研究后我们得出了结论：司机都在努力与信息娱乐系统交互和他们分心。如果车辆静止状态，那可以随心所欲，慢慢来，享受触手可及的内容，但车辆正在行驶状态，那就存在分心的风险，假设驾驶员遵守法律并且在开车时不使用手机，那么汽车中的第二大干扰就是您的信息娱乐屏幕，很明显，随着汽车制造商推出更多功能，情况只会变得更糟。在这一点上，驾驶员可能正在考虑将Apple CarPlay和百度Carlife 作为所有这些问题的解决方案，但我们研究发现，尽管它们经过深思熟虑并且比您汽车中的信息娱乐系统要求低，但它们仍然令人分心，这些系统的视觉和认知需求太多了。

2.3车企交互设计师可以做些什么呢？

我们需要从一开始就减少对触摸屏的依赖。一些制造商已经通过将主要交互放回旋钮来解决这些问题，比如德国汽车制造商，我们对驾驶时创新交互方式的关注都是从BMW iDrive开始的，在 iDrive 之前，主要的交互方式是屏幕上的物理按钮。

2001年，宝马在新7系上推出了第一代iDrive。该系统具有一个旋钮和一个基于 Windows CE 修改版的主屏幕。由于它直观且易于使用，因此立即大受欢迎。無需伸出屏幕按下某些按钮或触摸屏幕，用户的手会处于舒适的位置，但仍可与显示的信息进行交互，这要归功于大控制旋钮，这是 2000 年代初期汽车交互的游戏规则改变者。

今天的iDrive不仅可以旋转和推动，还可以像操纵杆一样使用它在 4 个方向上移动它。顶部也变得对触摸敏感，因此用户也可以用指尖写任何字母，它会比较准确的识别。iDrive现在已经是第7代了，并且仍然很强劲。第 8 版即将问世，但核心技术几乎保持不变，或许在接下来的几年里，其他车辆制造商都试图在他们的汽车上复制旋钮的成功，比如其他德国品牌：奔驰的“鼠标”控制。

就在认为旋钮会变得更好的时候，另一种趋势出现了，涉及放置更多的触摸屏。比如路虎和奥迪，其中奥迪除了主打的三联屏（仪表+中控+空调控制面板），在e-tron上还采用了电子后视镜，在车门上放两个小屏幕来代替后视镜。

3.汽车应以更多更好的方式可视化数据

3.1视觉方面

智能汽车系统本身数据、车内外信息交互数据及用户状态数据快速增长，使得显示信息的数量快速上升。目前，在车内需要显示的信息已经远远超过了驾驶本身的信息。娱乐、资讯、社交等讯息大量进入了汽车内部。与此同时，显示信息的维度也出现复杂化的趋势。基于前方路况的自然显示、辅助驾驶显示、车内多屏显示、车内外信息显示、移动设备与汽车的整合显示等，都会成为多维度显示的内容。信息数量和维度的复杂性，使得智能汽车的显示需要更多的空间。[2]

然而，随着触摸显示器和数字界面的出现，用于可视化相关数据的可用空间已经爆炸式增长。随着先进的电子驾驶舱和巨大的信息娱乐系统的发展，仪表板几乎完全数字化了。大量的平视显示器 （HUD）正在弹出以向驾驶员显示信息，而他们的视线不会离开道路。现在，几乎所有有信息交互空间的地方都安装了显示器。即使是窗户，随着 OLED 触摸显示器的出现，也正在成为数据可视化点和乘客互动的新机会。

随着触摸显示器、全息技术和增强表面的不断发展，驾驶员和乘客消费有意义数据并与之互动的机会变得越来越重要。最大的挑战之一将是熟练的 UI 和 UX 设计师的任务，即以不会让乘客分心或烦扰的方式呈现信息。

3.2语音控制作为私人助手

在过去十年中，谷歌智能助理、Alexa和Siri等人工智能语音控制个人助理在移动设备或智能扬声器上的出现改变了人们执行多项任务的方式。在汽车中使用个人语音助手的趋势始于人们随身携带移动设备来拨打电话、接听消息以及通过导航应用程序寻找路线。

无可否认，当今的车载语音助手时好时坏，但世界正在走向全自动驾驶汽车。车载人工智能驱动的语音控制个人助理将在日益自动化的未来汽车中发挥关键作用。随着明天的车辆走向完全自动驾驶，在这些车辆上花费的时间将不再用于车辆操作，而更多地用于信息娱乐和工作。汽车制造商和车队运营商认为，人工智能语音控制个人助理形式的增值服务将成为其业务的重要组成部分。此外，从共享移动性而非个人拥有的车辆的趋势来看，基于云的语音控制的个人助理将是关键。

3.3可以读取我们大脑和运动的汽车

围绕车辆内部新交互开发的许多技术都植根于消除驾驶员与其车辆之间的障碍。在互动的意义上，几乎没有什么能比与我们的思想、脑电波和微妙的手势的联系更接近或亲密。

当今的大多数仪表板和中控台都有大量的按钮、旋钮和刻度盘，通常与直观的交互无关。相反，它们是分散注意力和混乱的障碍，通常会分散驾驶员的主要任务注意力。相反，我们能否想象汽车基于更直观的手势来控制车辆内部的功能？为什么简单的抬手不能增加汽车中播放的音乐音量？与其移动操纵杆来激活转向灯，为什么我们不能简单地将一只手指向一个方向来表明我们的意图？基于手势的交互可能是一种非常有趣的方式，可以与我们的车辆进行更无缝的合作。

3.4手势控制

一些主要功能可以分配给新的交互，例如手势，使驾驶时的交互更容易。谷歌拥有一些关于如何通过手势使用汽车的专利，但宝马已经提供了基于手势的交互功能，比如他们的新5系列和7系列。

直到今天，触摸屏仍然是主要交互之一，我们研究发现，汽车设定的固定手势动作必然增加了对汽车的学习成本，如果可以设置自定义手势去控制一些事务，这是不错的办法。

3.5未来更多的互动方式

2017年国际消费类电子产品展览会上，BMW概念车i InsideFuture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。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，驾驶者在駕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。

4.汽车适应我们的活动模式

随着自动驾驶汽车和技术的巨大飞跃，汽车内部调整到驾驶以外的不同焦点的想法变得越来越现实。尽管此类车辆的许多愿景在其实用性方面仍然非常概念化且难以实现，但它们所呈现的诱人机会是有吸引力的。真正进入L5完全自动驾驶阶段，汽车内饰无处不是界面。这将给予人们极大的驾驶乐趣，无处不在的交互界面给予了驾驶员操作方式的多种可能性与自由性。信息输入方式则是通过生物识别（脸部、指纹、等）、眼动、脑动、语音、手势、触摸;而信息输出方式，例如语音、HUD、AR-HUD。基于未来人工智能技术的迅速发展，这将使汽车不在是一个冰冷的躯壳，转而逐渐走向为一个极为智能的机械，其发展前景不可估量。

5.融合5G以及未来的6G等

5.1无线更新

目前，我们购买的大多数汽车的车机或一些软件方面的设备都按原样提供。对运行车辆的软件的进一步更新需要个人寻找汽车经销商或者第三方车行，以应对软件相关问题。然而，随着提供5G数据传输服务的软件系统和连接网络的快速发展，汽车可以像智能手机软件更新一样轻松地自我更新。

5.2升级和性能增强

5G网络传输速度不仅允许汽车改进自己的软件和安全系统，推进 5G 网络还将允许驾驶员通过专门的算法，增强升级来增强和最大化车内现有系统。想象一下，能够通过专门定制的数字附加组件和插件为您的车辆解锁更多马力、更好的燃油效率或电池性能。

5.3处理和分析

将车辆连接到5G网络最令人兴奋的进步之一是海量数据收集和处理服务。未来，汽车将被用作数据分析引擎，捕获有关道路状况、天气灾害和交通问题的信息，同时将其数据包发送到集体云。汽车云服务将能够将当前和相关的驾驶信息快速或实时传输到连接到其服务的所有车辆。

6.总结

2021年中国汽车人际交互HMI创新大会提出了很多新的观点，例如引入3D技术，以及云端计算与互联，人工智能和自动化等。现阶段，主流的人际交互模式是文字界面交互和手势交互，语音交互和脑机接口的应用领域则相对偏窄，利用率偏低。不同的人机交互模式有着不同的优缺点，需要进一步地发展和优化。未来人机交互则重点放到减少用户操作方面，从以往被动接受用户操作指令，到主动感知用户操作需求。多模态交互模式，通过系统感知，感知用户所处的情境，经过数据分析，做出相应地判断，减少用户的操作。

汽车发展的几十年来，我们在驾驶和与车辆互动的方式并没有发生太大变化，终于是时候以我们可以与它们互动的新方式重新思考车辆了，技术终于进步到足以实现我们以前只能梦想的概念。万物互联时代的到来，感知执行的模式变得更加可行。

参考文献：

[1]李云辉.智能网联汽车人机交互研究及多通道交互设计[D].北京理工大学，2016.

[2]谭浩，孙家豪，关岱松，周茉莉，齐健平，赵颖.智能汽车人机交互发展趋势研究[J].包装工程，2019，40（20）：32-42.

[3]罗颖博，马宏宇.汽车内饰设计的人机交互前沿技术及设计趋势研究[J].设计，2019，32（13）：38-40.

[4]郑博伟，吴亚生.新能源汽车时代车载HMI交互界面发展方向的探索[J].设计，2018（05）：13-15.

[5]陆鑫，滕支强，范亮亮.智能时代人机交互未来发展趋势探讨[J].无线互联科技，2021，18（03）：7-8.

（本文受江苏省大学生创新创业训练计划项目资助（项目编号：202113988002Y））