项目编号：? 1719?

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未来汽车智能互联 HMI 交互设计研究

Future Automotive Intelligent Connected HMI Interaction Design Study

 

项目研制单位：同济大学 上海汽车集团股份有限公司技术中心

主要研制人员：孙效华 陈红高? 李璟璐? 周雯洁? 皇甫奕霖?

黄晴辉 郭天骄? 王笑春

主题词：智能互联 汽车人机交互? HMI设计? 交互设计

 

1、研究内容介绍

（一）研究目的及意义：

本研究的意义包括以下几点：

梳理人车交互的现状与发展趋势。汽车 HMI 在国内外的发展都经历了较长 的时间，但目前较为缺乏统一、规范、可供直接查阅的综述研究报告，本文将通 过以“汽车 HMI”、“人车交互界面”等关键词整理、综述人车交互界面的发展起源、 演进、目前状态和发展趋势，以补充该方面的研究欠缺。

为人车交互的创新发展研究提供新的思路。当前汽车 HMI 的设计基本与消 费级电子产品的交互框架、逻辑流程类似，都是产品设计师预先设定好产品的功 能边界与操作流程，然后用户主动发起交互后界面根据指定操作反馈对应的内容，这种交互方式在以人为主导驾驶的场景下会给驾驶安全带来较大的负面影响。而本文提出的自组织人车交互界面概念可以较好的缓解这种问题，且这是一种全新的以系统为主动响应的交互模式，可为人车交互的发展研究提供创新性的思路。

为用户提供智能化、场景化、个性化的安全驾乘体验。社会不断发展，人们 对精神文明的追求超过了以往任何时候，其具体表现在追求差异化、多样化、个 性化以及自我表达。用户倾向于不再给自己一个确定、一成不变的定位，而是在 不同场景和阶段中尝试尽可能多的花样。本文提出的自组织人车交互界面能通 过场景、上下文环境和用户数据的变化提供场景化、个性化的人车交互体验，并 通过自组织交互界面缩短交互流程与分心时间来提高驾驶安全性。

为车厂的生产实践提供理论支持。通过产学研一体化研究、设计、制造、 生产模式，不仅会给车厂的实际生产制造提供理论支持，也能根据实际用户的使用反馈不断打磨、优化交互模型，并不断更新迭代，以通过理论-实践结合的方式共同创造前瞻的设计模式。

（二）研究方法：

在理论研究阶段，本研究主要采用文献研究法。通过对国内外大量与“汽车 HMI”、 “人车交互界面设计”、“原子化设计”等相关文献或研究报告的整理与阅读，更加全面的了解人车交互界面设计领域的背景与研究现状，并对汽车 HMI 领域建立了初步印象，为进一步研究交互模型、机制框架、策略原则提供理论支持; 同时依据此阶段的研究成果，展开文献综述、制定本文的研究框架和方法。

在案例研究阶段，主要采用个案研究与分类研究法。通过在人车交互界面领域，选取商业案例、概念设计案例，分别研究它们在使用场景、界面布局、容器边界、组件库的系统框架，从而获取现有和概念产品的模型框架，并通过本质分类法了解产品的分类特征与原则，将这些产品在交互模型维度划分出类别;进一步结合用户对这些产品的反馈和评价，对比发现它们的设计依据与缺陷，从而为提出自组织人车交互界面模型提供策略与原则支撑。

在设计实践阶段，本研究将从以下几个方面展开:

1. 通过专家工作坊，研究在各种驾驶场景下(高速驾驶、普通道路驾驶、红绿灯停车、路边停靠等场景)用户对汽车 HMI 界面的使用路径和偏好，以明确用户的心智模型;
2. 拆解汽车HMI界面的基础构成，形成以组件、容器、布局、界面等自下而上、由简单到复杂、由可视到可交互的层次模型;
3. 设计自组织人车交互界面的初始态、环境驱动模型、用户数据驱动模型、 交互行为与系统反馈驱动模型、系统迭代驱动，以支持自组织人车交互界面通畅、 稳定的运转起来;

（三）研究路线

本研究的研究框架和路线如下图所示：

（四）设计说明

本次设计实践的界面载体是一块 1920*1080px 分辨率的 13 寸横向屏幕，位于左舵驾驶员的右手边，这块中控屏幕是本次项目车载 HMI 的唯一交互组件(本次项目不包括实体物理按钮、拨杆等交互组件)，它的主要作用是承载用户的以下交互行为:调节信息娱乐系统、查询车辆状态、设置车辆氛围、使用车载互联服务等，如图1所示：

图1.自组织人车交互界面设计效果图

因此，结合项目背景的设计和演示需求，本文将自组织人车交互界面的功能特性定义为 :

1.行车助理:在驾驶过程中，为驾乘人员提供驾驶与巡航、导航与停泊、车辆状态信息等功能;

2.健康与呵护:根据驾驶员的生理和心理状体，提供合适的驾驶建议与改善车内环境等功能;

3.数字互联:车机打通和手机/智能家居/办公设备、网联服务等的连接，通过互联网为汽车提供更多服务内容;

4.个性化体验:通过对个人偏好的不断追踪和修正，为驾驶人员提供精准的个性化服务和内容。

基于以上功能特性和用户已熟知的传统汽车 HMI 的内容划分，将本次设计系统分为导航、媒体、设备连接、车内环境、日历、天气、语音、能源、智能家居、购物、互联服务等 11 个功能模块。

2、技术创新点

本次研究的主要创新点在于提出了适用于人车交互场景下的自组织界面模型:

1. 提出了“全局目的”-“约束规则”-“结构层级”为自组织交互界面的基础架构，拓宽了智能时代新型交互设计的思路与方法;
2. 通过对原子化设计模型的研究，提出了以“组件”-“容器”-“布局”-“界面”四个层级的自下而上的交互界面组织模型，为模态的自组织界面提供了理论支持，并为汽车 HMI的设计方法拓宽了道路;
3. 自组织交互界面的设计策略和原则为整车厂开发驾驶安全、满足用户个性化和场景化诉求的 HMI方案提供了一种新的思路和参考。

3、专利/论文/获奖情况

论文：(已发表)

[1] Xiaohua Sun, Honggao Chen, Jiantian Shi, Weiwei Guo, Jingcheng Li. From. HMI to HRI: Human-Vehicle Interaction Design for Smart Cockpit[M]// Human-Computer Interaction. Interaction in Context.Springer, Cham, 2018.

专利：（同济大学申请，受理编号：）

《一种基于智能互联的自组织人车交互界面及系统设计》

4、成果应用及经济效益预测

项目的主要研究成果提出了自组织人车交互界面模型框架与作用机制，交互界面模型的设计策略与原则，根据驾驶场景的特征，定义自组织人车交互界面的基础布局规则，然后根据车载 HMI 常用的功能模块和多媒体信息内容，定义自组织人车交互界面的基础布局样式，最后根据车载 HMI 的信息复杂度和驾驶场景下的信息可用性原则，定义自组织人车交互界面的布局尺寸范围;同时定义自组织界面会在用户主动开始交互、数据打破临界条件时触发;最后提出了自组织界面模型应学习用户的行为和反馈，以不断优化组织的界面内容和布局，以更符合用户的个性化需求。

未来继续推进，转化，及应用的打算：一、可以继续研究应用到L2-3级自动驾驶的车型的可能性。二、在算法和硬件更为成熟的条件下，再进行详细设计各个界面功能，满足不同的品牌的风格和布局习惯。三、随着车内设备的逐渐增多，多屏互动也是未来发展的趋势，可以再自组织界面的基础之上，继续发散为全舱自组织交互，更能满足用户的需求。四、利用后续大量的用户数据，可以支持交互系统进行自我学习，有利于开发人员优化现有的设计。