汽车人机交互课件：人机交互发展概述

汽车人机交互1

人机交互发展概述CONTENT1.1

人机交互与汽车人机交互1.1.1

什么是人机交互1.1.2什么是汽车人机交互1.2

人机交互与汽车人机交互1.2.1发展历史1.2.2主流产品形态1.3未来汽车人机交互发展趋势1.3.1智能座舱人机交互技术1.3.2智能汽车人机交互发展趋势1.1.1什么是人机交互020301广义的人机交互（HMI）指人与各类机械或电子设备的互动，机械依赖结构与原理运行，电子设备则通过电信号处理信息，计算机是其中典型代表；狭义的人机交互（HCI）特指人与计算机的交互，包括通用与专用计算机。随着各行业机械装置使用减少，HMI与HCI概念日益趋同，已无需严格区分。广义与狭义的人机交互人机交互（HCI，Huma-machineInteraction或HMI，Human-computerInteraction）是一门研究供人们直接使用的交互式机器系统的设计、评价、实施以及其他相关现象的学科。人机交互的定义人机交互应用的场景不仅包含个人计算机、手机等通用场景，同样存在于使用各类家用电器、汽车或银行POS机等专用设备的场景中，用户通过操作电子设备这类与用户直接接触的交互载体，实现用户与计算机之间操作指令和反馈的传达，以实现交互的目的。人机交互的应用场景41.1.2什么是汽车人机交互汽车人机交互是人通过直接或间接控制车内外交互接口，从而实现人与汽车之间传递动态信息和情感的交互系统。在汽车相关的人机交互中，人们通常使用HMI一词。汽车人机交互的定义汽车人机交互的基本功能是信息传递，以确保人与车之间的信息交流顺畅。信息按形式可分为语音和视觉（如图像、文字），按来源可分为驾驶员输入和车辆输出，按功能则包括车控、导航等。不同信息的使用频率与重要程度也各不相同。传递信息的功能汽车人机交互对情感传递的需求，源于产品用户从专业群体转向大众，以及“以人为本”设计思想的兴起。这体现为人们对汽车的需求从基础功能扩展到情感满足。随着汽车用户日益大众化，以及座舱成为继工作、生活空间之后的“第三空间”，情感传递在人机交互中的重要性愈发凸显。传递情感的需求51.2汽车人机交互发展历程（20世纪）01人机交互随着工业时代的开始而产生，并在电子设备出现后快速发展20世纪60年代中期，命令行界面开启了计算机人机交互。80年代后，个人电脑的普及催生了大量图形用户界面（GUI），极大地丰富了人机交互形式，并为后来各类通用与专用计算机的交互界面奠定了基础。02汽车人机交互伴随汽车同时产生和发展20世纪20年代起，无线电与导航概念开始进入汽车座舱，如1921年Bovy的滚动地图专利，标志着座舱功能向驾驶辅助拓展。50年代后，车载电话、音响等更多功能也陆续搭载于量产车。03这些技术多在发明商用十余年后应用于汽车，表明娱乐功能长期是汽车制造商在人机交互中的关注重点。1986年，美国通用汽车公司将可触摸式中控屏作为虚拟显示单元首次搭载在别克Riviera上；1999年德国戴姆勒公司推出的梅赛德斯奔驰S级轿车搭载的“Command系统”中带有一块非触摸式的彩色中控屏，成为了车载中控屏快速发展的起点。61.2汽车人机交互发展历程（21世纪）0102032011年，福特Sync系统凭借Nuance语音识别技术，可支持超1万条语音指令，标志着语音控制开始从简单指令迈向自然语言理解。2012年，特斯拉ModelS以17英寸中控屏取代传统物理按键，确立了中控屏作为车内交互核心的地位。21世纪初至10年代的发展2014至2015年，苹果与百度先后推出CarPlay与CarLife，使手机智能功能得以通过无线方式接入汽车。2016年，上汽发布荣威RX5，搭载与阿里巴巴合作的斑马系统，集成实时地图、在线娱乐及自然语言语音控制，推动汽车座舱进入智能网联时代。2014年至2016年的突破2020年后，人机交互已成为汽车的核心功能模块，智能化也成为用户选购新能源汽车的重要考量。至2023年，车内中控屏渗透率超90%，抬头显示器（HUD）接近10%，大屏化、多屏化趋势显著。与此同时，车载语音控制在2021年渗透率已达86%，标志着触屏与语音交互的广泛普及。如今，即便5万元左右的低端车型，也普遍配备中控屏与语音控制系统。2020年后的普及与趋势71.2.2主流产品形态当前人机交互以图形界面为主，涵盖计算机、带屏及掌上设备，通过触控或按键输入，屏幕输出。近年来语音交互快速发展，基于语音识别与合成技术的语音用户界面（VUI）日益成熟，2014年亚马逊Echo即为其标志性产品。总体而言，当前人机交互呈现视觉为主、语音为辅的格局。当前人机交互主流产品形态典型汽车的人机交互系统主要由中控屏、仪表屏、方向盘按键和语音控制等组成。中控屏作为核心，通过层级设计在有限面积内呈现丰富信息，并集输入输出于一体。仪表屏由机械仪表演进而来，可个性化显示导航、音乐等，提升信息获取效率。方向盘按键便于驾驶员手不离盘即可操作，保障安全。语音控制则以其自然交互优势，日益成为座舱功能控制的重要方式。典型汽车人机交互系统组成在汽车人机交互中，视觉交互主要依靠按键和触屏的视觉与触觉输入，结合中控屏等屏显方式传递视觉输出；听觉交互使用车载语音助手利用人的听觉通道。用户单独或同时使用两种交互方式。提升了车内人机交互的效率，体现出了“以人为本”的设计进化思维。汽车人机交互中的视觉与听觉交互81.2.2主流产品形态广义的人机交互还包括车门上的升窗按键、座椅侧面的调节按键、转向柱上的灯光拨杆等。这些功能多为专用控制机构，功能相对独立且不同车型间设计无显著差异，故不是本书主要研究对象。广义人机交互控制机构04下控屏是中控屏下方的屏幕，用来取代大部分或全部的中控区域按键，下控屏层级结构简单，使用逻辑更加接近按键，而非中控屏。下控屏02抬头显示器（HUD）通过投影与反射技术，将车况、导航等信息投射至前风挡区域，使驾驶员无需移开视线即可读取信息，有效提升驾驶安全。增强现实型抬头显示器（AR-HUD）更可将虚拟图形叠加于真实道路上，在驾驶员正前方呈现更为丰富直观的指引信息。抬头显示器（HUD）01副驾屏为前排乘客显示信息，包括音乐、视频、游戏等，功能与后排屏相似。由于这些屏幕为车内乘客而非驾驶者所使用，对驾驶者的视觉与听觉干扰都较小，因而其功能与体验与平板电脑更加接近。副驾屏与后排屏0391.3未来汽车人机交互发展趋势随着网络、通信、人工智能等技术的进步，汽车正向智能化与网联化发展，催生了环境感知、车联网及智能人机交互等一系列新技术。在交互领域，主要体现为多模态交互与智能座舱系统的革新。多模态交互融合视觉、听觉、触觉等多种感官通道，通过多通道输入模拟人与人之间的自然交流方式。为追求更直觉的交互体验，智能座舱集成传感、AI、显示与通信等技术，开发出基于触控、语音、手势、HUD、AR/MR及嗅觉等模态的自然用户界面（NUI）。NUI通过多维度感知更精准地理解用户意图，增强驾驶员的环境感知、决策能力与驾驶乐趣。101.3.1智能座舱人机交互技术03各大汽车厂商纷纷自主研发智能座舱人机交互系统，通过将汽车直接接入互联网（而非依赖移动设备），实现旅程管理、车辆服务、出行服务及生活娱乐等多元化功能。汽车厂商的自主开发与互联网接入01智能座舱人机交互系统是人操作智能汽车的媒介，智能座舱发展初期利用Carplay等功能，实际将车机作为iOS手机镜像，由智能手机执行人机交互任务。人机交互系统的定义与初期发展02面对智能座舱功能不断扩张，各类娱乐及舒适性配置（如氛围灯控制、座椅按摩等）日益多样化且呈现差异化，通用型人机交互系统已难以适配座舱丰富的功能与用户体验需求。智能座舱功能扩张与差异化趋势04当前，众多新势力车企与合资品牌均在旗下车型中搭载了自主研发的智能座舱系统，例如福特与百度合作的SYNC+、上汽与阿里联合推出的斑马智行等。这些系统在芯片性能与功能丰富性上持续提升，展现出智能座舱人机交互领域的蓬勃发展趋势。自主研发车机系统的案例与发展111.3.2智能汽车人机交互发展趋势未来汽车人机交互将深化多模态融合与创新。当前主流触屏、按键与语音交互将向更高阶形态演进：眼动交互实现无肢体视觉控制，语音向连续对话发展，系统主动理解意图；隔空手势、表情识别精度持续优化，远期或引入脑机接口。多模态发展使交互更自然流畅，但中短期仍以视听为主，新兴模态作为辅助提升精准度与场景适应力。多模态交互的发展汽车人机交互正向场景化与主动化演进。座舱功能增多导致信息过载，易分散驾驶员注意力。场景化交互能依据实时情境筛选并呈现关键信息，简化操作流程，提升交互体验。同时，系统借助环境感知与数据分析技术，主动识别用户需求并提供服务，改变传统指令交互模式，有效减少驾驶干扰，优化行车体验。场景化与主动化交互未来汽车人机交互将更聚焦用户体验提升，而非功能堆砌。用户既看重硬件性