车载设备中的用户交互技术

李剑炜 刘素兵（等同第一作者）

国家知识产权局专利局专利审查协作天津中心 天津 300000

摘要：随着模式识别与互联网技术的广泛应用，车载设备向着更加高效、智能的方向发展。作为车辆与驾驶员沟通的主要途径，车载设备的用户交互技术承载着当前时代最为先进的交互方式和识别手段，也存在更稳定更严格的技术要求。本文对车载用户交互技术进行分类和举例，展示了现有用户交互技术的脉络和发展前景。

关键词：车载设备；用户交互；手势识别

用户交互是指通过两个或多个个体之间的交流，使之互相配合，共同达成某种目的。而电子设备的人机交互，都是通过用户与设备之间的信息传输，使设备能够了解用户的需求，执行用户的操作。因此，大部分的用户交互系统都希望用户能够更多的投入到系统创造的环境中，也就是沉浸式操作模式。

然而，当应用于车辆上时，驾驶员必须以完成控制汽车、保持车道、监控道路状况等任务作为主要驾驶任务。由于必要的安全因素，交互系统不能过多的分散驾驶员的注意力，并且在能够实现交互操作的前提下，最大限度的减少驾驶员的操作时间。这样一来，车载设备中的用户交互技术将如何快速、直接的进行交互放在了首要位置。

本文对现有的车载用户交互技术进行总结，分析概括出车载用户交互技术的主要手段，并在此基础上展望未来的车载用户交互技术的发展方向。

车载用户交互技术分析

从1885年第一辆汽车发明之日起，车载设备与驾驶员之间的信息交互就成为了每一代车辆研发的重点问题。车辆的人机交互界面，也体现着时代下最具特色的技术方向。但是，无论在何种时代，无论车载终端使用何种显示方式，驾驶员始终要以驾驶安全为首要任务。这就要求车载终端的用户交互时间尽可能短，车辆的交互逻辑、信息布局必须在最短的时间内以最清晰的方式呈现。现有的车载用户交互方式包括视觉交互、手势交互、语音交互和自动式交互四种。

1 视觉交互

辅助驾驶界面是驾驶员获取车辆信息、执行车辆次级控制的主要途径。包括查看仪表盘信息、灯光以及雨刷器控制、车距提示、警告各种潜在危险等辅助驾驶操作。车辆的各种内、外部监控及传感器都通过辅助驾驶界面向驾驶员反馈信息。因此，在驾驶员不用转换视线范围的同时，将辅助驾驶信息进行展示，是现如今车载视觉交互设备采用的方式。例如被应用于车辆中的抬头显示（HUD）。HUD可以把当前时速、导航等信息投影到风挡玻璃上。驾驶员不用转头、低头就能看到导航、车速信息。HUD很大程度上解决了当前驾驶员查看汽车显示设备时需要视线扫视带来的安全隐患。

2 手势交互

在控制车辆行驶的过程中，手势交互仍然是最自然直观的交互方式。然而，过多的滑动或者长按操作由于在时间上的延迟性，会极大的增加操作难度和驾驶危险系数。由于驾驶场景的特殊性，用户通常无法像使用移动设备一样精准的点击或触摸，因此如何快速、准确的识别用户手势，是车载手势交互技术的首要问题。

2.1 二维手势交互

手势交互分为二维手势和三维手势。二维手势应用于平面的交互界面，例如传统的实体按键界面、以及触摸屏界面。

现有的实体按键界面也摆脱了老式车载设备那样大量按钮的简单排列。通过距离传感器的介入，在用户触摸到按键表面之前，对应的功能就已经预先加载并反馈到显示界面。这样一来，当用户执行按压操作时车辆即可迅速响应，不但减少了等待时间，也可以大大减少误触的产生，防止车辆行驶时造成不可挽回的灾难。

与实体按键界面相比，触摸屏的优势在于可以基于情景自由的变换布局。例如特斯拉的控制界面采用了场景化设计方案，根据车辆在停止、行驶等不同的场景下，更换触摸屏中功能操作的布局。在驾驶过程中，导航占据最大空间，而多媒体控件只在mini栏中显示少量信息。当车速较低时，系统会开启寻找车位画面，由用户决定是否开启自动泊车。触摸屏为自定义功能展示区提供了最大的自由度。

2.2 三维手势交互

三维手势在车载场景中有着更为明显的优势，其脱离平面化的特点使得用户在驾驶时有更大的操作空间，也已经成为了各大车企研发创新的趋势。

根据硬件实现方式的不同，目前行业内所采用的手势识别大致有三种：光飞时间、结构光以及双目立体成像。宝马家族的高端系列已经带有手势识别功能，其中7系是全球第一个装载手势识别的量产车型。它的手势识别采用的是光飞时间检测。拜腾在 2019 年底量产的车型采用了48寸的大屏，手势控制也作为其中必不可少的交互方式之一。它的供应商是国内的凌感科技，采用的是双目立体成像方案。而福特在 Mobbi 车载系统上可以通过结构光方案实现控制空调、导航、音量、座椅位置等功能。

3 语音交互

由于语音识别技术发展时间较早，以及人工智能的兴起，电子设备使用语音控制进行人机交互已成为用户交互领域中的常用手段。语音控制交互技术已被大量应用于各种车载控制系统中。从最原始的语音控制接打电话、导航等初级功能，到通过语音对话系统进行车内环境调节、座椅具体操作、调整环境照明功能，以及通过智能语音与车联网结合分析用户意图等。语音交互技术在车载交互领域既有扎实的技术基础，又有无限的发展空间。

4 自动式交互

无论手势交互、或者语音交互，都不可避免的分散驾驶员的注意力，增大了驾驶事故的风险。如何最大限度的减少驾驶员与车辆的主动交互行为，成为了车载交互设计的关键。而各种传感器的使用，可以在解决用户需求的同时，大大减少驾驶员主动行为的发生。常见的自动式交互有通过光线传感器自动控制开启车灯、自动控制雨刷器速度等。

更进一步，如何主动地通过智能辅助技术来获取驾驶员的状态，并在一些特殊情况下采取预防性的措施是目前车内交互设计的其中一个方向。随着科技的不断进步，对驾驶状态的监测方法更多的采用了自动式交互的方案，如眼球追踪监测驾驶员疲劳程度、方向盘操作监测驾驶员健康状态等监测方法。使用自动式交互方法，更加体现科技以人为本的思路。

结束语

随着5G网络和人工智能技术快速发展，多模态的车载设备用户交互技术层出不穷。而且接下来汽车厂商将会大力发展自动驾驶和远程控制的相关技术，对车载设备用户交互领域将带来更大的机遇和挑战。如何把握好机遇，创造出我国自主研发的车辆用户交互系统，是我们应当完成的任务。