汽车交互趋势研究

“大数据”时代的作战创新现在已经是“大数据”时代了，不断需要接触数字化终端的所谓“数字化一代”，需要我们不断利用新的信息技术手段创新学习环境。军事工业提出要利用包括可穿戴设备、机载检测系统、远程监控系统等技术手段和“大数据”分析技术，同时监控和分析车与人的健康状态，监控内容包括车辆运动参数和飞行环境参数，用户的生理心理参数、人体客观体征以及用户的操纵动作和行为等。监控的目的是在驾驶安全问题出现前做好处置，使问题尽可能少的发生，协助用户确保安全。

 

 

 

 

HMI的定义

随着工业化进程，自动化设备几乎已经渗透到人们生活的每个领域和工作环境之中。因此，处理好机器与用户之间的相互作用是工业自动化、自动化控制和工业生产的核心。HMI 称作人机交互，是为了研究人与机器在系统中如何相互作用。驾驶军用交通工具是交互式空间，存在大量的设备需要人进行操作。

国内外研究现状近年来，在学术研究上已经有了诸多相关研究。 从技术领域细分，在汽车语音交互方面，Zhaohui Huang 和 Xiemin Huang 在研究中构建了驾驶环境中 基于语音交互的 HMI 系统框架，研究以任务为导向的语音交互场景，并通过问答式的交互语言提升用户的信任度和驾驶体验^[]

在无人驾驶领域，Chia-Ming Chang、Koki Toda 等人研究在自动驾驶技术成熟之后，驾驶员如何与路上行人进行信息交流，在车辆穿越十字路口等场景下，保障行人安全。他们设计了一款名为“汽车之眼”的交互界面安装在车辆前部的大灯区域，在车辆减速时，与行人进行互动，提升行车安全 [6] 。

 

人机交互方式

人机交互

人机交互(Human一ComputerInteraCtion)人机交互是指用户与计算机系统之间的通信,它是人与计算机之间各种符号和动作的双向信息交换。如图1所示，这里的“交互”定义为一种通信,即人和计算信息交换,而且是一种双向的信息交换,可由人向计算机输入信息,也可由计算机向使用者反馈信息。这种信息交换的形式可以采用各种方式出现,如键盘上的击键、鼠标的移动、显示屏幕上的符号或图形等,也可以用声音、姿势或身体的动作等。

人机交互技术的发展是与计算机硬件技术、软件技术发展密切相关的,以上的交互方式很多沿用了人与人之间的对话所使用的技术。随着计算机技术的发展,目前广泛用于人与人之间对话的语音、文字、图形、图象、人的表情、手势等方式,也己经或将要为未来的人机交互所采用,这将是人工智能及多媒体技术的研究内容。

 

汽车电子设备与人机界面也在悄无声息的发生变化，最显著的特征体现为行车电脑所匹配的盈示界面和车载信息交互系统功能的升级，人机界面的设计趋势由硬件界面主导向软件界面主导演变。人机界面的设计内涵由硬件界面设计发展为软硬界面设计。造型设计师负责战车内硬件界面的显示、控制设计，而车载信息系统中导航作为重要的功能又再次细分给专业的地图公司研发，例如高德等公司。交互设计师将互联网产品的典型设计范式带入到了HMI界面，一定程度上规范了车载系统的信息构架，延续了用户的操作习惯，例如车载系统的信息构架就是桌面系统的直接移植。第二，车载界面与其它数字产品的设汁出现同质化，无法体现车载产品的差异和特征。个人智能产品的界面与车载系统的界面如此相似，导致了驾驶人机界面交互设计的可用性问题。

特斯拉电动汽车的诞生就具有探索性的意义，其完全摒弃物理控制的车载系统界面挑战和颠覆了车内人机关系。虽然这种激进的设计在真实的驾驶过程中存在可用性问题，然而大简至极的界面风格与开放的应用程序接口，却引发汽车人机互动的种种可能性。此外，在智能产品领域备受关注的多通道交互、可穿戴设备等先进的交互技术也对传统的汽车人机关系产生影响，这一切的变化反映出汽车人机交互软硬界面整合的超势，同时体现出跨领域设计师主体的设计知识誕合与设计信息共享。

 

基于设计任务和设计求解路径提出：设计问题分析、设计方案综合、设计结果评价和迭代的逻辑结构，梳理出构思、演化、构造、提炼的软硬界面整合设计逻辑线索。

从整合设计流程的逻辑线索分析，＂构思＂意味着对设计边界和设计要素的解读与发散，根据信息匹配的设计要求，提出和表达构思。构思是对设计问题的条理化与结构化的过程。^[]构思阶段中确定设计边界和设计目标。

    

设计分析

  

界面设计要符合人的身体操作习惯,同时还要增加界面的认知功能和审美功能。首先我们要进行人机分析。开发用户友好性系统的设计原则沟人机界面及人机系统的设计人员要把这些人文因素概念结合到系统设计中,并转换成开发用户友好性系统的基本设计原理。^[]

1、确定用户。

2、尽量减少用户的工作。

3、应用程序和人机界面分离的原则。

4、一致性原则。

5、系统要给用户提供反馈。

6、尽量减少用户的记忆要求。

7、应有及时的出错处理和帮助功能。

8、使用图形比喻。

 

  

1、用户分析

通过用户调研建立用户画像，预测用户与汽车交互过程中涉及的整体信息，包括了交互过程中相关的人、车、时间、地点、环境、任务、明确和隐含的交互等内容。设计心理学中，诺曼教授明确指出，追求复杂是人类对产品功能和情感需求的体现，为了保证产品的易用性和复杂功能，设计师需要通过精心设计来良好的管理复杂。

根据人种学相关信息，即职业、年龄、受教育程度等人口统计学属性影响下不同文化背景的用户，对信息的理解和处理可能存在差异，用户在驾驶过程中对于复杂情境的处理方式，如果用户具备丰富的知识和经验的不同，能够理解记忆的信息就更多。进行用户分析，如图二所示。

分析用户对驾驶交互功能的使用情境体验流程，挖掘用户痛点。设计师需要充分调动自己的创造力，对情境信息进行编码。通过感知相关情境，汽车人机交互界面将呈现情境感知的结果，在驾驶过程中用户会根据界面显示的信息分析当前的状态，以此形成对当前情况的整体认知，从而做出下一步行为决策。用户思维模型如图

  

 

 

2、交互环境分析

  了解用户在面临复杂环境下的问题和感受，获取用户的需求。

  整理出的情境信息如下：（1）用户身份，如性别、年龄等；（2）时空信息，如时间、日期、方向、位置；（3）生理信息，如脉搏、血压、视力、力量、身高、体重；（4）环境信息，如温度、湿度、气压、光照、声音、天气；（5）设备资源，如附近可用的硬件设备；（6）设备信息，如燃料储存、信号状态。

获得的情境信息主要包括静态情境信息和动态情境信息，其中静态情境信息是指用户基本信息、人脸数据等方面，动态情境信息是指地理位置、环境、交通状况等。

给初始的情境数据赋予具体的语义，将感知和推理结果呈现给用户，为用户提供各种信息和服务，如导航定位、健康信息、智能语音辅助驾驶等。 

 

 

 

设计定位简述

情境数据获取是进行情境感知计算的基础，而情境信息的应用是情境感知计算的目标，旨在为用户提供信息内容和服务，服务和应用是针对特定场景和任务而设计开发的。获取信息的主要应用方式包括了驾驶信息、控制、信息等方面。智能语音人机交互系统能够为用户提供智能服务，随着大数据和人工智能技术不断进步。如图1所示，下面根据用户使用体验旅行图介绍未来战斗的多元情境信息几个应用的场景。

场景一：假设驾驶新手第一天到执行任务，由于第一次经验不足，尽管受过相关模拟作战训练。但是如果缺乏实战经验导致对复杂仪表盘操作上生疏产生诸多不便，为了让驾驶员更加方便操作，针对此需求可以建立情境感知的智能语音助手对话模式，从此情境出发，当新手驾驶员在简便的操作下，更加轻松应对作战的紧张环境。

场景二：汽车通过车载摄像头捕捉到用户瞳孔状态，当驾驶员在执行完紧张的任务后，处于疲劳驾驶状态，用户可以放松休息，关于驾驶安全的信息反馈需要提醒，所以一般会采用多通道人机交互方式将信息反馈给用户，从声音、界面显示、震动等渠道上将警示信息反馈给用户。

 

用户体验旅程图

用户需要对计算机实时监控信息进行理解分析。如果产品界面操作难度较大则会降低用户对信息解码的效率，造成用户不能短时间理解导致用户决策时间延长，在驾驶过程中，这些因素都会直接影响用户的驾驶效率。

通过控制系统和智能监控系统进行状态和周边环境，为用户更加简易方便完成驾驶任务提供信息支撑并缓解心理压力，还可以在适当的时间地点以适当的方式为用户提供信息和服务，减轻用户的认知和操作负荷。软件侧重于为用户提供任务过程中所需的信息和服务，收集记录用户的使用历史和习惯，以此推断用户的喜好和需求，为用户提供个性化的内容服务。例如用户在使用车载导航系统时，系统会记录用户的输入历史，在用户再次使用导航功能时，系统会根据用户的历史记录自动生成导航位置列表，供用户进行快速选择。

 

  

感知交互模型

 

  导航、定位、车舱控制、驾驶员健康数据等内容是平级的功能和服务信息，利用分屏显示的原理，这些信息布局于界面左半部分，主要归纳为三个区域（控制、信息）在信息选择与切换的过程中这些内容能够根据用户的任务和操作需求交替显示。

信息构架是信息展示的载体，它包含了界面信息的内容、组织形式、层级，涵盖了信息构建的逻辑关系。

信息模块设计

信息显示的切换能够在有限的显示范围内更好的呈现相关信息，从当前任务需求出发，实时监控驾驶舱环境和用户生理信息，能够更好的满足用户的使用需求。

本模块的特色是对驾驶员的生理信息如心血管功能、心肺功能、脑功能等呈现简单易理解的信息数据可视化显示。参考目前航空医学和工程技术人员把生理信息测量内容集中到头部水平的动脉搏动，脑电谱及心率等，应用用这些参数来评估显示器布局工效。

 

任务执行工作区设计

用户驾驶安全和辅助驾驶，还能够感知用户行为偏好为用户提供个性化服务，本文在观察用户驾驶情境的基础上，从用户需求出发，结合战车对于任务执行所需要的特殊需要，设计了相应的功能感知的的部分功能，具有有4个功能，通讯功能、语音助手、武器控制等功能，达到简化操作执行的难度。

智能系统自动感知用户的地理位置情境信息、时间情境信息、偏好情境信息，在执行任务时间阶段方便为用户使用雷达监测敌方位置信息，结合作战实况更加快捷锁定作战目标，其信息结果的呈现清晰明了，用户可以直接查看相关信息，在驾驶过程中能够减轻用户的操作负荷。其中定位导航系统对于用户习惯偏好的把握是通过第一次使用时提供关键词供用户选择自己喜欢的食物口味，同时结合用户以往的选择历史，经过智能系统的分析以此给用户形成准确的推荐，能够较好的把握用户需求，更为智能的作战特殊情境为用户提供服务。

 

实况信息和警示信息是反映车辆状况和道路交通环境的辅助驾驶信息，这些信息受环境和车辆状况影响，呈现突发性和临时性特点，故此界面显示并非常态显示，而是根据功能是否开启和突发状况产生的临时提醒的信息，适宜布局在界面左上区域，为了更加符合人眼视觉观察流程和特性，系统提醒位于靠近人眼的位置能够吸引人的注意力。实时监控用车环境和车体的实际状态系统自动的方式以文字或语音反馈车道保持、车距提醒和导航方向指引功能。