浅析汽车人机交互的发展与未来趋势

虞慧岚，李金樱

（大连理工大学，辽宁 大连 116024）

浅析汽车人机交互的发展与未来趋势

虞慧岚，李金樱

（大连理工大学，辽宁 大连 116024）

汽车是当前人们日常出行最常用的工具，驾驶室更是人与汽车之间的交互所发生的主要场所，其设计对于驾驶的安全、效率都有着至关重要的影响，特别是现如今的复杂交通情况对汽车的人机交互提出了更高的要求。文章通过典型案例的收集与分析，比照汽车发展的四个时期，发现其交互方式与功能的不同特征。文章在分析与归纳汽车人机交互发展的基础上，结合时代需求进行了未来展望，简要总结了汽车人机交互的发展与未来趋势。

人机交互；工业设计；汽车设计

Internet :www.artdesign.org.cn

引言

交通对于人类社会的发展有着重要意义，作为商品交换的先决条件，交通的提升让人类能够将物质生产逐步由自给自足过渡到分工交换，而物质产品的分工交换，是现代工业社会的基础之一。自古以来，人们出门远行大多需要借助一定的交通工具。马车在人类数千年的历史长河中，一直都是不可或缺的出行工具，直到发动机取代马匹成为交通工具的动力。不到百年间，马匹卸下了牵引车辆的使命，取而代之的汽车逐渐成为人们日常生活中最主要的交通工具。随着时代的推移、技术的发展，汽车早已成为广泛投入民用的交通工具。同时，人们所面对的交通状况与千百年前相比已经有了巨大变化。

汽车，简单来说可以定义为由动力驱动，具有四个或以上车轮的非轨道承载车辆。汽车在相当长的发展过程中，从“无马的马车”发展到如今尖端的无人驾驶汽车，不计其数的人在造型、性能、功能等方面的不断改进、做出贡献，浓缩了众多发明家和设计师的辛勤付出与不懈努力。

交互设计，指的是定义、设计人造系统的行为的设计领域，换言之，交互设计定义的是人造物的行为方式，是基于行为逻辑的设计。与汽车的发展历史相比较，交互设计的历史要简短得多。从学科发展来说，比尔·摩格理吉在20世纪80年代后期提出了交互设计的概念，随后交互设计快速发展，皇家艺术学院于1989年创建了交互设计的硕士学位教育。如今，交互设计的研究与教育已经遍布全球众多的教育机构。除了学科的快速发展，交互设计作为一门应用学科广泛应用于多个领域，无论软件产品的界面设计，还是硬件产品的人机交互，大到轮船飞机的驾驶室，小至一个按钮如何设置，其设计都需要斟酌、思考，如何才能变得友好，让用户无障碍使用。交互设计对产品设计的各方面都有着莫大的影响，包括用户的行为模式、使用习惯、认知方式等等。交互学科的发展让人们开始重视交互的重要性，认可了人机交互在提升可用性、易用性方面的重要作用，更是为友好的产品提供了理论支持。

如今人们所面对的交通已经是四通八达、复杂且密集。但是不容忽视的另一现状是交通事故高发，交通系统中所包含的信息量显著提升，中国国家统计局在其官网上所发布有关交通事故的最新数据显示，2015年我国交通事故发生总计187781起，受伤人数近20万 。在这样的背景下，汽车驾驶室的交互设计若是不够合理，用户所承担的风险就会更大，更容易遭遇人身伤害。好的交互设计能够帮助驾驶人更高效地操作、更轻松地驾驶，除了更舒适的驾驶室环境外，最重要的是能够帮助避免事故的发生。目前汽车庞大的用户数量，加之汽车交互设计的重要意义，使得人与汽车之间的交互方式成为设计师思考的一大热点。尤其是驾驶室作为驾驶的主要场所，更是人机交互的重中之重。结合最新的信息技术、传感器技术、现实增强技术等高科技手段，汽车驾驶室的交互设计也有了新的思路，从而帮助人们在复杂的交通环境中减少驾驶者的负担，提升操作的效率，改善整个交通系统的安全性并提高效率。

> 图1 奔驰一号（左）及其专利图（右）

> 图2 福特T型车

一、汽车人机交互发展

汽车的发展大致可以划分为四个时期：发明与开发实验时期、汽车技术性能完善时期、汽车技术迅速发展时期、汽车综合技术与高科技广泛应用时期。虽然交互设计学科的起步要晚于现代汽车的诞生，但实际上汽车内部的人机交互一直客观存在于驾驶者和汽车之间。比照汽车的发展历程，汽车与其他科学技术的发展对于内部交互的设计也有着直接的影响，随着汽车的发展，汽车的驾驶室也相应有着各时期的特点。

（一）汽车发明与开发试验时期（1886—1910）

在这个时期，汽车基本要靠手工制造，汽车成本极高，且寿命非常有限，基本只有富豪才能够负担。虽然汽车诞生于德国，但是汽车工业中心却在法国，巴黎的奢靡风气让这里成为早期汽车工业成长的沃土。

现代汽车诞生的标志被公认为是奔驰一号（图1），其发明人卡尔·奔驰于1885年完成了这辆装备汽油发动机的三轮车，并于1886年1月29日完成了专利申请，这一天成为世界汽车诞生日，汽车的人机交互应运而生。奔驰一号的驾驶舱完全暴露在空气中。此时的交互极其简单，只有一个呈水平状的方向杆，以及左手的一个操作杆。这辆车当时存在着车身笨重、不够舒适、安全性能不可靠，惯性过大、坡面停车不便等问题。

自奔驰一号之后，汽车技术开始了发展。初期集中于法国，早期的汽车功能有限，行业发展不够成熟所以各个制造商生产的汽车并没有统一的设计标准，相互之间的使用经验不能够借鉴，遑论通用。这个时期另一辆极具代表性的车当属号称“世纪之车”的福特T型车。诞生于1908年的T型车（图2），被视为汽车发展史上的一座里程碑，首个采用流水生产线进行制造。

在这个时期的汽车驾驶室比较简单，功能方面只配备了驾驶功能，交互方式多位机械师操作，且已经具备了现代汽车部分功能模块的雏形，如最开始的方向杆、后来改善的方向盘、刹车手柄、换挡踏板等等，这些机械操作已经要求驾驶者手脚并用地进行操作。当时汽车已经有了仪表，没有后视镜，这里原因包括两点，一则当时的汽车技术尚不能容许车辆高速驾驶，再者当时的交通状况比较简单，路上没有很多的其他车辆需要时刻注意避让。不过，在交互上还是有所差异。以T型车为例，启动需要使用手摇启动柄，刹车、换挡需要借助踏板、油门操作是需要借助方向盘后的一个手柄控制等等。

该时期的车辆在安全性方面尚未完善，虽然配备了挡风板，但开放式的驾驶室不能够在特殊情况中有效保护驾驶者与乘客，驾驶方面的性能同样没有保障，存在不能及时刹车等问题，在特殊情况或地形条件中都使得乘客处于危险之中。

（二）汽车技术性能完善时期（1911—1940）

在这个时期，汽车各方面的技术不断进步，行驶速度、安全保障、使用寿命等当面的性能均有大幅提升。同时，汽车工业的中心转移向美国，使之成为汽车工业的巨擘。

这个时期的汽车人机交互开始为人们所重视，由于焊接技术的成熟，封闭式驾驶室开始出现。本时期比较有代表性的汽车包括大众甲壳虫、奔驰260D、帕卡德等。（图3）

由图片可见，该时期汽车内饰已经相当复杂，内饰设计的已经开始为设计师重视。帕卡德是高档汽车，配置豪华，内饰采用皮革装饰和铬合金仪表板，而甲壳虫是时值战后复兴，是经济耐用型车款，内饰采用经典红白配色，功能与仪表都相对简洁。此时汽车主要在于提升安全性能与驾驶性能，基本都开始采用封闭式驾驶室，操作方式开始变得更加多样，包括除了前一时期已经采用的方向盘、踏板、操作杆等，这个时期又多了按压式按钮、旋转式按钮、拨动式按钮、摇杆式窗户开合、拉动式车门开关等等。可以看到由于技术的限制，方向盘抖较大，借此省力。交互信息也开始变多，车内外已经配备后视镜，车内仪表与按键数量开始增加。虽然已经开始考量舒适性、装饰性，不过看图分析仍然不够舒适，帕卡德的座椅与方向盘的距离看起来也不够科学。

（三）汽车技术迅速发展时期（1941—1960）

汽车在各发达国家大量地进入人们的生活，其技术性能面临更高的要求。汽车及发动机的理论研究和设计被提高到了重要地位，并根据不同用途而严格分类、系列生产，质量达到相当高的水平，步入技术成熟阶段。

这一阶段，汽车内部的非驾驶功能越发多样，汽车内的人机交互也开始变得更加丰富。这个时期中比较有代表性的车型包括凯迪拉克Eldorado Brougham、BMC的MINI等（图4）。凯迪拉克Eldorado Brougham“黄金车”是一款个人豪华车，是顶尖型号，价格不菲，车内结构复杂，功能多样。仪表显示种类多样，值得一提的是，该车首次应用电动车窗技术。而MINI是小型经济车，内部风格极为简单，有80%的车厢地板面积可用于乘客乘坐与行李放置，尺寸设计上已经有了人机工程学的思想，利用真人感受保障该车既紧凑有舒适。

该时期的汽车一方面在安全性能上不断提升，如配备三点式安全带。另一方面，舒适性和娱乐性功能，包括空调、电动座椅等，开始应用于汽车，操作方式变得更加简单快捷。汽车驾驶室内的交互方式也开始变得丰富，如车载收音机开始应用于车内，增加了声觉信息。

（四）汽车综合技术与高科技广泛应用时期（1960年至今）

从空气动力学、人体工程学到自动化技术、材料加工技术，汽车综合了各工业门类的众多技术，造型细腻，曲线流畅，动力澎湃，操作安全，乘坐舒适，成为现代工业发展的象征。世界汽车工业形成了美、日、欧三足鼎立的格局。

> 图3 帕卡德1934年超轻型双人轿车内饰（左中）大众1938年甲壳虫（右）

> 图5-上-保时捷904（上）和特斯拉Model S（下）（美编注意：图5由上下2图组成）

> 图4 凯迪拉克Eldorado Brougham（左）和BMC的MINI（右）

在这一时期，比较具有代表性的车型包括保时捷911、Chevrolet Corvette sting（P149）和 福特Seattle-ite XXI以及具有划时代意义的特斯拉Model S。（图5）

1960年以后，技术飞速发展，应用于车上的技术越发多样，这使得汽车的舒适性得到了极大提高，另一方面随着信息技术的发展，车载娱乐功能与其他驾驶辅助功能也越来越丰富，汽车驾驶室的交互设计慢慢形成了我们所熟悉的样子。以保时捷904GTS和特斯拉Model S为例，保时捷904GTS是高端跑车，内饰设计即能够体现高档感，而特斯拉Model S首次使用液晶显示屏来替代原有的仪表、中控区，车内大部分功能都可以通过触摸屏幕来进行操作，定义了用户与汽车交互的新方式，看成划时代产品，引领新的汽车驾驶室交互设计方向。这样的改变很重要的一部分原因在于现在复杂的交通状况，交通系统中需要驾驶人注意的信息过多，造成了认知上的超负荷，而忽略某些信息又会导致事故的发生，所以自动驾驶技术、视觉识别等技术应用于汽车，成为驾驶辅助功能。

> 汽车驾驶室交互发展不完整年表

纵观汽车人机交互的发展历程，可以总结出过去的发展方向最初是提高安全性、与驾驶性能，后来随着交通发展和其他学科技术的应用以及经济的发展，辅助性、舒适性、娱乐性和美观性的要求开始被满足。驾驶室空间由于各种功能越来越丰富，交互界面也变得越来越复杂、多样，控制区的按键排布越发讲究且数量增加，仪表的显示内容越来越多，多媒体开始在车内出现，并通过车联网融入信息时代。

二、未来趋势猜想

现如今，在信息化时代的背景下，各种产品极其丰富的市场中，可以预测未来交通必然对智能化和舒适性提出了更高要求，大数据、车联网、无人驾驶等技术引进已经是行业目标。结合未来交通的发展趋势，汽车驾驶室同样离不开智能化、情感化。

（一）智能化

智能化这一趋势可以说在诸多产品之中都有所体现，汽车也不例外，智能汽车的已经成为众多品牌的发展方向。简单来说，智能汽车就是在现有车辆的基础上，加之计算机等研究成果，使得车辆智能化，具备以下能力：感应能力、分析能力、自适应能力、行为决策能力。智能化的驾驶室人机交互也会随之变得更加智能、方便，能够有效分担驾驶者的认知负荷，帮助其减少犯错误的可能性，从而增加安全性并提高效率。

（二）情感化

交互设计中，情感化设计师必不可少的因素。汽车的人机交互中，本能水平的要求就是汽车的造型设计只管易懂且具有吸引力；行为水平则要求汽车的操作符合人机工学，保证可用性与易用性；而反思水平比较复杂，不同的品牌效应、文化背景等等，从不用角度满足人们的情感需求，构建一个更加轻松的驾驶环境，有助于集中注意力、避免事故发生。

三、结论

一直以来人们对交通的需求都在不断提高，交通状况在不断向着更加复杂、快节奏、路网扩大等方向发展，人们今时今日所面临的交通状况已经过于复杂，让驾驶者更容易出现失误，导致事故发生，这引发了人们对汽车人机交互设计的深入思考。文章认为更加智能化、情感化的人机交互设计能够帮助驾驶者更加精确地行驶在复杂的交通环境中。

如何设计才能帮助驾驶者更加安全、高效地行驶在交通系统中，减少危险并适应现有环境与未来趋势，这一课题对于这个交通持续飞速发展、人们对交通的需求不断增加的时代，具有重要意义。文章在对汽车交互设计的发展历程进行分析与归纳的基础上，对结合未来交通的趋势对汽车人机交互设计进行思考，并未设计实践提供一定的理论基础。■

[1]辛向阳. 交互设计：从物理逻辑到行为逻辑[J].装饰，2015（01）：58-62.

[2]国家统计局官网

[3]林平.汽车史话[M].北京：电子工业出版社，2005：32.

[4]Benz Patent-Motorwagen[OL].维基百科https://en.wikipedia.org/wiki/Benz_Patent-Motorwagen.

[5]陶永，闫学东，王田苗，刘旸. 面向未来智能社会的智能交通系统发展策略[J].科技导报，2016（07）：48-53.

Brief Analysis of the Development and Future Trends in Automotive Human-computer Interaction

YU Hui-lan，LI Jin-ying
（Dalian University of Technology, Dalian 116024, China）

The car is the most commonly used tool for people's daily travel and the cab is the main place where drivers interact with the automobile. The design of cab has a vital influence on the safety and efficiency of driving. Especially nowadays, the complex traffic conditions have put forward higher requirements on the car’s humanautomobile interaction design. Through the collection and analysis of typical cases, the paper discovers the different characteristics of the interaction modes and functions of the four periods of automobile development. This paper summarizes the development on the basis of analyzing and outlining the development of automobile human - computer interaction, and future trend based on the demand of current traffic.

human-computer interaction; industrial design; automobile design

TB47

A

：1008-2832(2017)05-0095-03

检 索:www.artdesign.org.cn