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2.1 智能网联汽车人机交互行为及方式

2.1.1 智能网联汽车人机交互行为

智能网联汽车的有人驾驶和自动驾驶行为是通过人机交互界面(如行车电脑显示屏、中控屏等)的驾驶模式设置和驾驶任务执行来实现的,其他辅助驾驶交互行为,如显示车辆运行状态、路况、导航、电话、加油、维修、故障提醒、娱乐、商务、社交等信息显示与交互操作,也通过仪表屏、中控屏、后视镜显示屏等触控、语音交互控制来实现,人机交互界面如图 2.1 所示,人机交互行为见表 2.1。

图 2.1 智能网联汽车人机交互界面(车载显示屏)

表 2.1 智能网联汽车人机交互行为

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驾驶行为是指按人的驾驶意图控制车辆行驶的一种人机交互行为,如从甲地到乙地,可走高速路也可走省道,有不同的路径选择、启动、车速控制、方向控制、制动控制、避让、变道、停车等驾驶交互行为。当驾驶者生理、心理和情绪状态都处于正常水平时,人的驾驶行为称为正常驾驶行为;当驾驶者处于疲劳、生理疾病、心理障碍、情绪异常、注意力分散等状态时,驾驶者的环境感知、分析判断、决策、执行能力下降或出错,车辆处于非正常驾驶状态,此时,汽车驾驶人机交互行为称为非正常驾驶交互行为。

除表 2.1 所描述的人机交互行为外,随着汽车智能化、网联化的快速发展,越来越多的驾驶和辅助驾驶、人机交互行为和智能HMI产品将出现在汽车上。如采用AR在前挡风玻璃上显示道路场景信息,如前方看到一个停车场,车库里有无停车位等视觉信息,在前挡玻璃上显示,给驾乘者带来便利。再如汽车仪表板上的指针式仪表,中控台上的机械式按钮、旋钮、手柄、操纵杆已越来越多被数字显示屏所替代,如特斯拉纯电动车上的 17 英寸中控屏,将传统中控台上的按钮、旋钮等全部变为软件实现的虚拟按钮、旋钮,操控更加方便,将汽车物理交互界面变为软件化、虚拟化、触摸式、语音化交互界面,同时人机交互行为和方式更为丰富,车辆电池电量、续航里程、制动踏板能量回收、电池充放电状态、各种运行状态信息等可在仪表屏、中控屏上显示,娱乐、通信、交通、出行等信息交互更多,如图 2.2 所示。

图 2.2 智能网联汽车座舱内的软件化多屏交互

2.1.2 智能网联汽车人机交互方式

汽车人机交互是因驾驶、辅助驾驶、其他驾乘汽车需求而产生的交互行为,这些交互行为是通过驾乘者的感官、肢体与汽车交互界面(物理界面如方向盘、变速杆、加速踏板、制动踏板、转向灯拨杆等;信息界面如仪表板、行车电脑显示屏、中控屏、车内后视镜屏等)实现的。由于驾驶、辅助驾驶、其他交互任务多,汽车交互界面多,执行交互的感官、肢体动作组合多,从而形成多种交互方式与交互通道的组合,汽车交互界面也需按这些交互方式和通道组合来设计,才能保证汽车人机交互系统的可用性绩效高、负荷适当、体验愉悦。因此,需对汽车人机交互方式(含交互通道组合)、汽车交互界面以及两者的关联进行定义。

根据人的感知通道和执行部位,汽车驾驶与乘坐过程中人机交互方式有视觉、听觉、触觉、动觉、平衡觉、方向感、温/湿觉、风/嗅觉、痛觉、手、脚、躯体等单一通道交互或几种通道组合方式,这些交互方式根据交互任务、目的和预期效果来定义和规划,如图 2.3 所示。

图 2.3 汽车驾驶者感知、执行肢体、交互界面与交互方式

汽车驾乘交互方式,需根据驾乘者人体测量百分位数据、环境感知能力、决策判断能力、执行控制能力、驾驶经验等,从人机交互界面的可用性绩效量—质、负荷大小、愉悦高低等用户体验效果来设计。根据行驶路径、道路环境和驾驶意图不同,交互方式分为驾驶交互、辅助驾驶交互和其他交互。

1)驾驶交互方式

以完成驾驶任务为目的的人机交互方式称为驾驶交互方式,表现为驾驶者通过人机交互界面和交互动作,使车辆发动、转向、换挡、加速、减速、路径选择、变道、超车、避让、停车等,交互方式主要为眼、耳、脑、躯体、手臂与手、腿与脚的联合作用,观察路况、车况,踩制动踏板、操纵变速杆换挡、松驻车制动、松制动踏板、踩加速踏板、转动方向盘、逐步加速、再换挡、开关前大灯照明、开关转向灯、开启应急灯、开关雨刮器、按喇叭等,实现驾驶者对车辆行驶状态控制和安全保障。

为保证车辆安全行驶,驾驶交互方式由驾驶者操纵交互界面的方向盘、换挡杆、加速踏板、制动踏板、离合器踏板等物理装置来实现,如驾驶者的双手操纵方向盘控制车辆行驶方向;驾驶者的右脚踩加速踏板和制动踏板控制车辆行驶加速、减速和停止;对非自动挡汽车,驾驶者的左脚操纵离合器踏板,手操纵换挡杆进行换挡变速,如图 2.4 所示。

图 2.4 汽车驾驶人机交互方式(手操纵方向盘,脚操纵制动踏板)

2)辅助驾驶交互方式

以完成辅助驾驶任务为目的的人机交互方式称为辅助驾驶交互方式,表现为驾驶者通过人机交互界面和交互动作,实现对车辆辅助驾驶功能的操控,如开关空调、开启导航系统、打开中控屏触摸收音机按钮、开关天窗、打开车窗等。

随着汽车人机交互系统智能化程度的不断提升,一些不涉及驾驶安全的人机交互控制采用语音、非接触式手势动作等方式,如通过蓝牙通信实现无线拨打或接听车载电话、开关空调、车载导航等辅助驾驶功能,使人的驾驶体验感更好,如图 2.5所示。在右图所示的手势交互中,当有来电时,右手往外侧挥动表示拒绝,右手往内侧挥动表示接听。

图 2.5 驾驶辅助交互(语音交互听音乐、手势交互接打电话)

智能汽车的车载环境感知、高级驾驶辅助系统ADAS,在人驾驶时能感知车辆是否偏离车道线、与前方车辆的速度差和车距,当驾驶者驾驶的车辆偏离正常车道或有可能追尾时,高级驾驶辅助系统ADAS就会及时介入,纠正人的错误驾驶行为,如车道保持、防追尾报警、AEB主动紧急制动,还可实现自适应巡航、自动泊车、360°安全感知与报警等驾驶辅助功能。

3)其他交互方式

随着智能网联汽车技术的快速发展,移动通信、智能终端设备与车载信息系统融合得越来越多,智能手机与车载信息终端互联、可穿戴设备(智能手表、智能手环、智能戒指、智能眼镜等)与车载信息系统互联等新的交互界面和形式出现了,驾驶者与汽车的交互方式也更加丰富多彩,智能移动终端通过移动互联网可接收车辆状态信息,并通过APP显示给驾驶人,使驾驶者在车上和车外都能感知车辆信息。另外,通过可穿戴智能设备,驾驶者的生理状态如驾驶人的心率、脉搏、血压等也能被感知并传递给智能汽车决策系统,智能汽车能根据驾驶者的生理状态决策是否需要启动ADAS系统来保证车辆安全行驶。此外,其他车辆行驶状态、交通路况、沿途拥堵、预订停车位等信息可通过车联网传递给驾驶者,让驾驶者能及时感知更多有关信息,做出正确驾驶决策。

因此,伴随汽车智能化的快速发展,汽车人机交互方式正在从人与车的交互变为人—车—路—机(手机、手环等)交互,如图 2.6 所示。智能网联汽车人机交互方式见表 2.2。

图 2.6 可穿戴设备与智能网联汽车人机交互

表 2.2 智能网联汽车人机交互方式汇总

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