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谈谈智能驾驶的人机交互
2022-02-21 13:29:02· 来源：九章智驾 作者：Engineer X
引文随着硬件水平的提升、算法的迭代，汽车的智能化水平也逐渐提升。从L1到L4，从简单的车道巡航功能到城区内自动驾驶，我们可以看到智能驾驶逐渐落地和普及。在
引文
随着硬件水平的提升、算法的迭代，汽车的智能化水平也逐渐提升。从L1到L4，从简单的车道巡航功能到城区内自动驾驶，我们可以看到智能驾驶逐渐落地和普及。
在智能驾驶水平不断进步的同时，我们也看到，当前行业内更多关注的是汽车本身的功能表现，而对伴随这些智能驾驶功能的人机交互效果，却相对没那么关注。其实，作为汽车智能化的一部分，人机交互直接影响到用户对智能驾驶功能的体验，所以也应该得到重点关注。
本文就来谈谈，智能驾驶人机交互的设计理念、内容，以及行业现状。
Part1理念
人机交互的设计理念，来源于用户的需求。
目前用户对智能驾驶功能的需求有很多，如技术先进、减轻疲劳、更安全、方便好用等等。仔细分析，这些需求可以归纳为两大项：安全与舒适。
1.1 安全
智能驾驶的安全，包含两层含义：一是车辆客观表现出的安全性，如碰撞预警、避免事故、紧急辅助制动等主动安全功能的表现；二是车辆给人带来的安全感和信任感。
车辆本身客观表现的安全性，称为客观安全，主要是车辆在面对外部的复杂环境和紧急状况时的功能表现，主要考察的是车辆的软硬件水平。一项功能通过横纵向控制，能够帮助车辆安全行驶，降低事故概率和危害程度，就可以说这项功能在客观上是安全的。
车辆给人带来的安全感和信任感，可以称为主观安全，主要依赖人机交互实现。如果一项功能在启用时给人带来安全感，让用户非常放心和信任地使用它，那我们可以说这项功能在主观上是安全的。
对于主观安全来说，在人机交互设计时，需要充分考虑到某项功能给用户带来的生理和心理上的安全感。
先以领航辅助驾驶中的自动变道为例，当系统开始控制车辆自动变道时，车辆应该准确地在车机屏幕或仪表上，重构出本次变道涉及的周边场景，如车道线、自车、其他车、车辆位置、是否有危险车辆等，并且通过语音和触感提示驾驶员当前正在变道，让用户清楚地知道目前车辆的状态和周围环境的状态，感觉到本次变道是安全的。
图1 自动变道的场景重构
（图片来源：体验｜小鹏最后一公里泊车功能更新 全场景自动泊车指日可待|自动泊车_新浪财经_新浪网 (sina.com.cn)）
再以自适应巡航为例，当车辆开启自适应巡航功能时，车辆应该实时显示当前车道的信息，包括车道线和车道内的其他车辆，并告知驾驶员当前设定的巡航车速和道路限速，让用户有一种可控感，也就是“心中有数”。
1.2舒适
智能驾驶功能给用户带来的舒适感，包括缓解驾驶疲劳和功能使用便捷两个方面，最终目的是让用户达到身心放松、感觉舒服的状态。
缓解驾驶疲劳是智能驾驶功能开发的初衷，典型功能如自适应巡航ACC、交通拥堵辅助TJA等。对于人机交互设计来说，缓解驾驶疲劳的最优方法，是通过多种交互途径，如视觉、听觉、触觉，让驾驶员解放大脑、解放双手、解放双脚，放松身心。
功能开启时，如果一切正常，不需要驾驶员过多关注，那么应该尽可能少地打扰驾驶员，最大程度地帮助用户分担驾驶压力；如果遇到突发情况需要驾驶员及时关注，那么应该及时通过各种途径给到驾驶员必要的提醒。这样，用户可以真正地放松身心，不用时刻处于紧张的状态。
功能使用便捷，是为了让功能“好用”、“易用”，主要体现在功能设置便捷、功能状态显示清晰等。
功能设置便捷，是指用户可以用最方便快捷的方式，实现功能的开关和参数设置。功能设置应该简单易记、步骤简单、操作方便。
比如特斯拉的NOA功能开关，可以通过中控界面的软开关，开启与关闭功能；然后通过方向盘右侧拨杆，激活与退出功能；另外，当用户使用地图导航时，导航下方也会有NOA的快捷开关。用户可以很清楚地记住操作方式，并且操作便捷。
图2 特斯拉NOA功能开关
（图片来源：http://www.cheyun.com/content/12655，https://www.d1ev.com/carnews/pingce/93854）
功能状态主要靠状态灯，以及行驶场景重构中的各种显示元素来体现。
仍以特斯拉为例，当ACC功能激活时，会显示蓝色框的设定车速；进一步激活HWA功能，会增加显示蓝底白色的方向盘图标；当进入高速公路时，系统激活NOA功能，此时虚拟场景中的自车前方，出现蓝色的引导线。通过以上的状态显示策略，用户可以非常清楚地知道，车辆当前在运行什么功能。
图3 特斯拉智能驾驶功能状态的显示元素
（图片来源：虽好用但还有进步空间 体验特斯拉 NOA 自动辅助导航驾驶-新浪汽车 (sina.com.cn)）
Part 2内容
秉承安全和舒适的人机交互设计理念，我们具体要做的设计内容有哪些呢？
既然是人机交互，那么设计内容也应分为两大部分：人对车的操控和车对人的显示与提示。
2.1 人-车（Person To Car）
人对车的操控，包括功能设置和介入按管两方面。
功能设置指功能的开关和功能的参数设置。
功能的开关内容有开启与关闭、激活与退出；开关方式有软开关（触摸开关）、硬开关（物理开关）、声控开关等。当前的主流做法是通过车机界面的软开关，实现功能的开启与关闭，再通过方向盘的硬开关，实现功能的激活与退出。
软开关的设计中，需要从整体上考虑所有智驾功能的开关设置。
首先，每个功能都应该有唯一对应的软开关，不应存在一个开关对应多个功能，或者多个开关对应一个功能的情况。
其次，需要充分梳理各功能之前的关系：包含、部分包含或独立。
对于存在包含关系的功能，应合理设置功能开关之间的联动关系。如领航辅助驾驶功能包含了自适应巡航功能，那么领航辅助功能开启时，就应联动地自动开启自适应巡航；反之，自适应巡航关闭时，应该联动关闭领航辅助功能。
对于相互独立的功能，除了各功能单独的开关外，还可以将属于某个大类的功能开关，合并在同一个大的开关下面，简化操作。例如前向碰撞辅助和侧向变道辅助都属于主动安全类功能，可以在两者的开关之上，设置一级主动安全的开关。当驾驶员想要保证安全时，就可以一键开启所有的主动安全功能，而不必再去逐个开启。
图4 同一类开关的分级设计示意图
设计硬开关时，要兼顾操作便捷和开关逻辑。由于硬开关的使用场景大多是在行驶过程中，因此操作便捷、不分散驾驶员注意力，显得尤为重要；另外，简单清晰的开关逻辑，能让用户易懂易用，形成下意识的操作，而不用在开车时分心思考具体的开关过程。
目前主流的硬开关都是方向盘的按键或拨杆操作，如特斯拉通过右侧拨杆的拨动次数，激活不同级别的自动驾驶功能；蔚来则通过方向盘左侧的不同按健，来激活ACC、HWA、NOP等功能。这样设计的好处在于容易操作，甚至可以实现“盲开”，驾驶员不用转移视线。
除了触摸开关和物理开关外，人机交互还引入了声控开关，但是出于功能安全方面的考虑，目前声控开关极少用于智能驾驶功能，多与舒适性和娱乐功能相关。
参数设置是功能设置的另一部分内容。典型的参数设置包括主动安全的系统灵敏度、ACC的设定速度和跟车时距、自动驾驶的风格（激进或保守）、驾驶员状态和接管时机的提示时间等等。
理论上说，每一项功能都有需要设置的参数，但是我们可以从安全和舒适的角度，分析可以让用户自行设置的程度。如AEB功能作为保命功能，应该强制按默认的参数运行，最大程度保证安全，不允许用户更改；ACC功能作为舒适性功能，可以让用户根据自己的喜好，设定不同档的跟车时距，满足各类风格驾驶员的需求。
图5 蔚来的ACC跟车时距设置
（图片来源：8a66a723g00qv4a4001ujc000ku00duc.gif (750×498) (126.net)）
接管是智驾功能中，人对车操控的另一部分内容。
当驾驶员主动控制车辆时，系统应该退出当前对车辆的控制，把控制权交给用户。接管包括纵向控制的油门和刹车，和横向控制的方向盘。应该保证在驾驶员开始接管的时刻，系统就立即退出控制，给用户无缝衔接的体验感，保证安全和舒适。
系统退出分两种情况：一种是不自动恢复，另一种是自动恢复。以ACC功能为例，当驾驶员踩下刹车时，ACC应立即退出，转入人工驾驶状态，并且驾驶员松开刹车踏板后，功能也不恢复；当驾驶员踩下油门时，ACC临时退出控制，但当驾驶员松开油门踏板后，系统仍然能保持对油门的控制。是否自动恢复，需要综合考虑安全、舒适、场景等因素，做出合理的设计。
2.2 车-人（Car To Person）
车对人的显示和提示，在方式上，包含视觉、听觉、触觉；在内容上，包含系统状态、信息、驾驶员状态、接管等。
视觉方式主要是通过车机、仪表、HUD以及其他区域，实现信息的实时显示。
从人机工程学的角度，仪表和HUD是信息展示的最优区域：驾驶员最小程度地转移视线，就可以看到相关信息。
车机可以实现尺寸最大化，因此可以显示大量的驾驶信息，包括车辆状态和交通环境等，典型如地图导航和当前场景重构还原。
图6 吉利的仪表、车机和HUD显示
（图片来源：跟星越L聊了一整天，你猜它到底有多懂我？丨CC-1000T智能座舱评测 【图】- 车云网 (cheyun.com)）
此外，在其他区域也可以做一些视觉显示，如透明A柱解决前侧向的盲点问题，副驾驶侧屏幕为副驾的乘员提供驾驶信息。这些区域可以作为主体区域外的补充。
目前，视觉是主要的信息交互方式，几乎所有的驾驶信息都通过视觉方式呈现，而听觉和触觉一般用于提醒驾驶员需要重点关注的信息。
听觉方式主要指语音播报和特定的提示音。
当前主流的智能化座舱产品基本都打造了智能伙伴的概念，如小鹏的小P、蔚来的NOMI、华为的小艺等。在智驾功能运行时，智能伙伴会发出语音提示，告诉用户必要的驾驶信息，如环境变化和操作提示等，提升安全感和信任感。
特定的提示音大多用于主动安全的功能，如碰撞预警。通过不同频率和强度的电子提示音，提醒驾驶员安全风险。另外，在驾驶员状态监测、接管提示等功能中，也可以用到电子提示音，提醒驾驶员集中注意力。
触觉的交互方式通过与驾驶员接触的区域实现，典型如方向盘和座椅。在特斯拉的自动变道功能中，当车辆准备自动变道时，方向盘会发出振动，提示驾驶员注意观察。此外，在一些车型的主动安全功能中，当系统识别到高级别风险时，会通过座椅振动和自动拉紧安全带的方式，提醒车内人员注意安全。
下面说说车对人显示和提示的内容。
完整的智能驾驶功能，涉及到汽车、环境、驾驶员三个方面，因此显示的信息也需要包含这三方面的内容。
车辆的信息包括车辆的运行参数，如纵向运动的速度、加减速状态，横向运动的变道、转弯轨迹等，以及功能运行是否存在异常和故障。目的是让用户清楚车辆的运行状态，保证可控感，提升安全和舒适体验。
以领航辅助为例（图3），需要显示车辆的当前速度、目标速度、变道时车辆的转弯路径、预计的车辆落位等。通过这些信息，清晰明确地告诉用户，在这项功能运行中，车辆的实时状态，确保用户对信息的知情权。
环境信息是智驾功能的核心显示内容，包括周边场景和全局地图两部分。
周边场景是车辆当前位置周围的交通环境信息，由静态要素和动态要素组成。静态要素如车道线、交通标志、隔离带、绿化带、隔离障碍物等，动态要素如其他车辆、行人等。各类要素组成了完整的车辆周边场景，而交互显示就需要把探测到的要素分析处理，在屏幕上显示出虚拟的原始场景，实现场景重构。
图7 小马智行的场景重构
全局地图适用于导航功能。当用户开启车载导航后，需要实时显示从起点到终点的地图，以及车辆在全局地图中的位置、行驶路径、剩余时间和路程等信息，让用户总览全局，对整段行程有掌控感。
除了路和车的信息，驾驶员的信息也是必须的，系统需要保持对驾驶员状态的监测，以便当驾驶员出现分心、疲劳，或者需要驾驶员及时接管时，做出必要的提示。
当前 DMS（驾驶员监测系统）的主流做法是通过一颗摄像头，实时观察驾驶员的生理状态，通过眼睛和面部特征，判断驾驶员是否有异常驾驶状态，并在出现异常状态时做出提示。
图8 驾驶员监测系统
（图片来源：地平线上海车展蓄势待发，四大看点震撼登场_搜狐汽车_搜狐网 (sohu.com)）
另外，当前的法规要求无论任何情况下，驾驶员都要保持双手不离开方向盘，因此可以通过方向盘来监测驾驶员的脱手情况。如果脱手达到一定时长，则提示驾驶员双手把握方向盘。
目前的技术实现方式有电容和扭力两种。效果较好的是电容式，只要手离开方向盘就能检测到，不需要施加扭力，但成本较高；量产车型大多采用扭力式，需要驾驶员施加一定的扭力，才能判定双手在方向盘上，在用户中引起了一定的抱怨。
我们认为，电容式方向盘更优，车企应该想办法降低成本，而不是采用降低体验的扭力式方案。
对于驾驶员的提示，分级是比较好的方案，也是当前的主流做法。以脱手检测为例，脱手时长可以分为15s、30s、60s，分别对应不同的提示方式，直至功能退出、自动停车。通过分级提示，兼顾安全性和功能连续性，可以达到较好的体验效果。
表1 人机交互的设计内容汇总
Part 3 行业现状与发展趋势
说了这么多，当前行业内的智驾人机交互产品现状如何呢？未来会有怎么样的发展趋势？
目前主流玩家都推出了智能座舱的概念，也就是我们说的智能化人机交互，交互的方式和内容也基本按前文的描述来设计，但不同公司的产品还是存在一定的差异，呈现出不同的风格。
以智能化前沿的量产车型特斯拉Model 3、蔚来ES8、小鹏P7为例。
Model 3的人机交互风格简洁，但提供给用户的信息量少，并且缺失语音交互，降低了体验。
ES8属于信息多而全，但风格相对繁杂，用户操作以传统的按键为主。ES8的语音交互和HUD显示，则是其加分项。
P7的人机交互风格处于Model3和ES8之间，用户操作也结合了拨杆和按键的方式。语音交互则是P7的一大亮点：合理的语音提示内容、恰当的语音提示时机，提供给了用户很好的交互体验。
随着各家对智能座舱关注度的增强，以及交互技术的不断提升，人机交互正向着高科技感、高便捷度的方向发展。
引入其他领域的交互方式是目前的一大趋势，如模拟宇宙飞船的一体化多连屏显示、赛车的方向盘小仪表等，通过学习高科技领域的交互方式，提升汽车的科技感。
图9 一体化大屏与方向盘小仪表
（图片来源：智能座舱 — 数字多屏化设计|UI-工业/产品|观点|Pursuer设计 - 原创文章 - 站酷 (ZCOOL)）
引入新的技术是另一大趋势。三维屏幕、AR／VR眼镜、手势识别等，都已经进入汽车智能化的日程。甚至目前国内已经有关于脑机接口实现人机交互的研究。
图10 三维屏幕
（图片来源：未来技术 | 几年后的汽车智能座舱由这几家公司说了算_搜狐汽车_搜狐网 (sohu.com)）
当然，除了引入新技术、新概念，更能快速出效果的，还是通过改善当前的交互方式和交互内容，设计出能提升用户体验的人机交互产品。这就需要在智驾功能开发的同时，同步考虑人机交互的细节，实现功能和体验的完美结合。
结语
智能驾驶的人机交互是智能化汽车的一部分，是提升用户对智能驾驶的信任感和安全感的重要途径。优秀的人机交互设计需要给用户带来安全和舒适的体验，让用户愿意并且乐于使用智能驾驶功能，从而增强产品竞争力。
当前智能驾驶的人机交互设计还在探索前进阶段，正在基于传统的交互方式，逐渐升级，并向着高科技的方向迈进。
相信随着人机交互的不断完善和进步，汽车最终不仅会有智能化的功能，更可以具备智能化的交流。从人机交互变成人车交流，汽车将真正成为人类的智能出行伙伴。
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