1.2 智能网联汽车人机交互定义与多学科交叉知识体系

1.2.1 智能网联汽车人机交互定义

“人机交互”这个词语源于计算机领域，最早是人机工程学的分支，1970—1973年出版了 4 本与计算机相关的人机工程学专著，奠定了“人机交互”的学科基础。20世纪 80 年代初期，学术界相继出版了 6 本专著，对最新的人机交互研究成果进行了总结。人机交互学科逐渐形成了自己的理论体系和实践范畴的架构，从人机工程学中独立出来，更加强调认知心理学以及行为学和社会学的某些人文科学的理论指导。

一方面，机械领域人机工程学对“人机交互”的发展起着前期理论支撑作用；另一方面，计算机技术也逐渐应用到机械领域，用于智能控制机器装置，计算机技术的迅速发展带动了机械装备人机界面的革新，从最早的手工作业控制到交互命令语言再到图形用户界面、网络用户界面和多模态交互界面。因此，“人机交互”逐渐在机械工程学、机器人、人机工程学、工程心理学等学科领域被提及，至此，人机交互的概念扩展至机械领域，英文称为Human Machine Interaction，简称HMI。

1）HCI在国内外的定义

（1）HCI国内定义

人机交互是研究人与计算机之间通过相互理解的交流与通信，在最大限度上为人们完成信息管理、服务和处理等功能，使计算机真正成为人们工作、学习和谐助手的一门技术学科，是伴随计算机诞生而发展起来的。

（2）HCI国外定义

定义 1：有关交互式计算机系统设计、评估、实现以及与之相关现象的学科（ACM）。

定义 2：研究人、计算机以及他们之间相互作用方式的学科，学习人机交互的目的是使计算机技术更好地为人类服务（Alan Dix）。

定义 3：有关可用性的学习和实践，是关于理解和构建用户乐于使用的软件和技术并能在使用时发现产品有效性的学科（Carroll）。

定义 4：人机交互事实上是信息空间（Cyberspace）的交互。

2）HMI在国内外的定义

（1）HMI国内定义

HMI即人机接口，也称为人机界面。当人们使用某个系统时，人、机器和使用的环境三者是相互联系的，构成一个整体。人和机器要互相通信，也就是告诉机器做什么或者怎么做，机器得到命令后要反馈结果，那么让他们的交流通信、相互作用的这个面，就是人机界面。

（2）HMI国外定义

定义 1：人与机器之间的行为。

定义 2：人与机器之间的交互。

如果将人机交互的定义迁移到智能网联汽车上，那么从狭义的视角可以将“智能网联汽车人机交互”定义为驾驶人与智能信息终端的交互行为。随着车联网、网络通信等技术的不断发展，智能网联汽车的人机交互将不只局限于驾驶人与智能信息终端之间的交互行为，还将涵盖更多隐式交互，也就是与车载环境或用于完成某种任务的实体或非实体之间的交互。实体包含汽车中的各种信息显示设备（输入），还包含方向盘、踏板、挡位、旋钮、按键等操作设备（输出）。非实体包括各类协助驾驶人进行主任务和各种次任务的非实体人工智能，非实体交互可通过语音、眼动、体感等非接触交互模式减少驾驶人完成任务的实体交互，已成为更加自然的交互方式。

本书中智能网联汽车人机交互包含人通过感知系统接收并加工车或环境中的信息，并作出决策和行为的一系列过程。汽车人机交互系统在 3 个层面上实现交互，即感知和信息交互层面、控制层面（对输入交互系统的信息进行识别、判断和决策）和执行层面，3 个层面有机结合，构成了汽车人机交互系统的总体结构。

1.2.2 智能网联汽车人机交互多学科交叉知识体系

随着车载环境感知、决策控制、路径规划、5G通信、GPS ／北斗定位、高清地图、智能路侧单元、端—边—云计算等人工智能、通信、导航、控制技术的快速发展，聪明的车与智慧的路正在加快融合，智能网联汽车人机交互也从单一的人—机交互向“人—车—路—云”多物理空间、多感知场景、多交互模态方向发展，催生了新一代智能座舱，与汽车自动驾驶技术、智能交通技术协同发展，其目的仍是以人为中心，解决安全、绿色、快捷、舒适、个性出行的路面交通需求，通过多学科知识和技术的交叉，构建智能网联汽车“人—车—路—云”交互的知识和技术体系，是智能网联汽车发展的关键技术之一，智能网联汽车“人—车—路—云”交互技术体系如图 1.17所示。

智能网联汽车“人—车—路—云”交互是一个复杂的系统工程，涉及人—车—路—云四大方面的若干学科、知识、技术以及这些学科、知识和技术相互融合而诞生的新学科、新知识和新技术，如“人—车—路—云”交互中的人，涉及人体解剖学、生理学、心理学、生物力学、人体测量学、行为学、社会学等学科、知识和技术；“人—车—路—云”交互中的车，涉及汽车原理、汽车构造、汽车动力学、汽车控制理论、人工智能、汽车电子、环境感知／信息融合／3D显示等，而人与车的知识、技术交叉融合就诞生了人因工程、用户体验、交互设计等新学科、新知识和新技术，采用这些新知识、新技术可设计制造出现代汽车智能座舱人机交互界面，实现车载触摸屏、HUD、AR、语音交互、手势交互、人的驾驶行为（疲劳、分心、情绪）监测等。随着智能交通、智慧道路、5G通信、云计算、大数据等新技术的融合发展，汽车智能座舱中出现了大量车联网的接入应用，如车载导航、车载信息服务、车载社交、车载娱乐、车载商务、车载健康监管、远程救援、ADAS高级驾驶辅助系统及人机共驾技术等，更需要“人—车—路—云”多学科交叉知识和技术去解决，从而构成了智能网联汽车“人—车—路—云”多学科交叉知识体系，如图 1.18 和表 1.1所示。