智能交互在新能源汽車中的應用及思考

關鍵詞：新能源汽車；智能交互；智能駕駛

0 前言

在新能源汽車的研發設計中，人機交互這一智能化設計理念，本質上是來自于用戶的實際需求。現階段，消費者對汽車智能的需求十分多樣，例如技術必須先進，能夠分擔駕駛負擔，安全便捷等。隨著語音識別、視覺增強、人工智能等技術的不斷成熟，當前智能交互技術在新能源汽車中的應用程度不斷增強，給用戶帶來了良好的駕乘體驗。

1 智能交互的分類和技術構成

新能源汽車的智能交互分為3 類：人車交互（V2P）、車車交互（V2V）和車與萬物的交互（V2X），其中V2P 是當前汽車智能交互的主要發展趨勢。以交互路徑來區分，V2P 可以分為7 種交互方式，分別是觸覺交互、視覺交互、語音交互、體感交互、嗅覺交互、生物交互和情緒交互［1］。

1. 1 觸覺交互

觸覺交互是最基礎也是技術最為成熟的交互模式，主要依靠駕乘人員的手部動作來完成與車輛的信息交互，從早期的操作按鍵、旋鈕到現在的觸屏、滑屏，都屬于觸覺交互，其優勢在于交互指令具有唯一性，車輛的反饋即時、明確。

1. 2 視覺交互

視覺在駕車行為中應用最廣泛，駕駛人讀取信息、操控汽車、查看車況路況都需要依靠視覺。在智能交互技術的輔助下，實體化按鍵逐漸消失，取而代之的是各類智能屏幕，視覺顯示和交互的方式也日趨多樣，在信息展示和信息提供方面具有重要作用。

1. 3 語音交互

語音交互是眾多人機交互手段中，最安全、最暢達的方式，駕駛者的眼睛和雙手都用于駕駛，通過語音指令下達的方式能夠很好地避免危險駕駛行為的發生［2］。除新能源汽車外，消費類電子領域、家居領域語音交互的應用也十分廣泛。

語音交互的原理較為簡單，主要是分為語音接收和識別（ASR）、語言處理（NLP）、回復（SKILL）和執行（TTS）4 個階段，如圖1 所示。首先，ASR 階段，智能設備在接收了語音信息后，通過前期訓練所建立的語音指令模型，將語音信息進行解碼和識別，獲取其中概率最大的指令字符串。其次，NLP階段，將用戶所下達的指令轉化為機器可以處理的結構化數據。最后，SKILL 和TTS 階段，機器根據所獲得的結構化數據，采用指令執行和語音回復的方式輸出處理結果。

1. 4 體感交互

體感交互主要是指手勢識別，駕駛者通過特定的手勢來表達指令需求，并讓智能設備進行執行。手勢識別主要是起輔助作用，例如當車內環境較為嘈雜、多種聲音混雜或者車內必須保持安靜等情況時，手勢識別能夠代替語言發出指令，操作方式便捷、不受其他干擾，與語音、觸覺等交互形式形成良好的互補效果［3］?，F階段手勢識別主要通過3 種技術來實現，分別是光飛時間、結構光及多目視覺，見表1。

光飛時間技術是通過光子的發射和反射來計算其中的時間差，獲取距離數據，并通過2 個鏡頭構建立體手勢圖像，判定使用者的手勢?，F階段光飛時間技術所需的感光芯片成本較高，技術普及的難度較大。

結構光技術先由激光發射器射出激光，經過圖樣光柵折射后對物體進行投射，最后借助紅外傳感器獲取的圖像與手勢特征點進行算法匹配，完成手勢識別。結構光技術所采用的三角測距法，對光折射距離要求較高，容易出現識別誤差。

多目視覺技術采用2 個或多個攝像頭進行圖像拍攝，并通過對比和組合的方式獲取立體空間信息，完成手勢識別。與前2 種技術相比，多目視覺技術為被動測距，識別難度較高，盡管成本相對較低，但應用效果較差。

總之，當前手勢識別仍然是一種輔助性技術，技術難點尚未完全攻克，因此利用率較低。

1. 5 嗅覺交互

在人體感官中，對嗅覺的開發利用相對較少，現階段嗅覺交互主要停留在車內通風系統的啟動和車載香氛的應用上。車輛通過感應裝置自動監測車內的空氣質量，當出現異味、污染物時，將自動開啟過濾設備、調節通風循環模式，從而實現空氣的凈化，提升駕乘人員的體驗。

1. 6 生物交互

生物交互是指通過駕乘人員的生物信息來實現指令的下達。一般而言，可用于智能交互的人體生物信息包括人臉、指紋、虹膜等，其中指紋應用最為廣泛［4］。奧迪、奔馳、現代、大眾等車企已有多款車型可以通過指紋打開車門。此外，奔馳在德國還推出了車內數字支付服務——Mercedes Pay+，車主通過指紋即可完成支付行為。隨著技術的不斷發展，未來腦波探測、眼球轉動等方式或許也將融入到人車智能交互體系之中。

1. 7 情緒交互

目前，情緒交互是一種較為理想的交互方式，也是未來智能交互技術的重要發展方向。情緒交互是指車輛內的人工智能借助圖像識別、語音識別和深度學習等方式，分析駕乘人員的情緒波動，并根據情緒的變化趨勢主動地調節車內的通風狀況、環境氣氛，例如調整空調溫度、播放音樂，從而完成車與人的情緒交互。情緒交互的優勢在于消除了信息的冗余，實現了主動的智能響應［5］。

2 智能交互在新能源汽車中的應用

應用智能交互技術的新能源汽車在進行功能層設計時，可以從主動響應、信息提供、智能駕駛等功能角度出發。

2. 1 主動響應

主動響應是智能交互技術的高階形態，以語音助手為例，現階段的語音識別和交互功能需要通過喚醒詞來啟動，而在主動響應模式下，智能系統能夠主動感知駕乘人員的需求和環境變化信息，對用戶意圖進行預測，進而主動觸發相應的功能。

主動響應功能建立在人工智能深度學習能力之上，通過學習和了解駕駛者的駕駛行為、習慣偏好來構建需求響應模型［6］。在油量提醒和智能加油功能模塊中，低油量提示的初始設定值為30%，當智能系統監測到駕駛者通常在油量為20% 左右才去加油時，就會自動將油量提醒值改為20%。系統還會監測駕駛者的加油習慣，例如固定去某一加油站加油或者對優惠折扣信息較為敏感，從而調整導航信息和語言交互信息。

2. 2 信息提供

信息展示和提供是智能交互的重要功能，主要基于視覺和聽覺方式實現交互。隨著有機發光半導體（OLED）車載顯示屏、迷你發光二極管（miniLED）車載顯示屏、抬頭顯示（HUD）設備等新技術的融入，駕駛者可以更加輕松便捷地獲取各類信息。

相比于傳統的發光二極管（LED）顯示屏，OLED 車載顯示屏的圖像色彩、對比度更好，響應效率更高，可視角度更大，同時還實現了交互的智能化。OLED 不僅能夠用于中控顯示屏，還可以應用在車窗上，顯示各類信息。

當前，OLED 車載顯示屏在普及上仍然存在一定困難。一方面，材料和技術主要由國外掌控，國內尚未實現全面自主，并且相較于LED，OLED 的穩定性和使用周期仍然存在不足；另一方面，OLED 車載顯示屏的技術成本較高，將顯著增加整車成本。

mini LED 車載顯示屏采用尺寸為50～200 μm的LED 芯片。相較于穩定性不足、成本較高的OLED，mini LED 車載顯示屏不僅顯示效果強、響應速度快，而且穩定性和成本也具有明顯優勢。當前，理想L9、蔚來ES 系列等車型均采用mini LED屏幕。

HUD 設備在視覺交互上較為直觀、便捷，駕駛者只需要保持駕駛姿態，即可在擋風玻璃上看到車輛的狀態信息和駕駛信息，而不需要低頭查看儀表盤，在降低事故概率、提升駕駛安全性上有突出作用。HUD 主要經歷了3 個發展階段。① C-HUD階段：將樹脂玻璃作為顯示屏，利用光學成像技術將顯示信息經過3 次折射投影在儀表上方的顯示屏上，顯示屏面積小，顯示內容較為有限。同時，由于成像的位置較低、距離較近，如果發生事故可能會對駕駛員造成二次傷害［7］。② W-HUD 階段：將車輛信息直接投影在擋風玻璃上，因此在呈現效果上更為一體化，但缺點在于只能呈現靜態信息，無法發揮輔助駕駛的動態指示功能。③ AR-HUD 階段，即通過增強現實技術將駕駛信息、引導信息投射至車輛前方，將現實的路面與虛擬的導航信息結合起來，為駕駛員提供動態直觀的駕駛指示，實現更加智能、安全的行車體驗。自奔馳S 級汽車發布AR-HUD 后，紅旗E-HS9、大眾ID.4 電動車也先后搭載了AR-HUD 設備。

2. 3 智能駕駛

消費者對于智能駕駛的需求可以歸納為安全和舒適2 類。

從安全角度來看，一是汽車基于軟硬件水平所表現出的安全性能，例如碰撞預警、事故避險、緊急制動等功能，二是汽車基于人機交互所帶給駕乘人員的內心的安全感和信任感。例如，汽車所搭載的某項功能在啟用時能夠讓駕乘人員更加安心，那就說明這項功能具有主觀上的安全性。以輔助駕駛系統中的自動變道功能為例，當智能駕駛系統控制車輛進行自動變道時，汽車應當通過視覺、語音等交互方式來展示車輛的變道場景、周邊的危險源，語音實時提示駕駛者變道操作中的具體情況，讓駕乘人員能夠準確、清楚地感知車輛狀態、環境狀態和操作控制行為，自發地感覺到本次自動變道操作是安全的。

從舒適角度來看，一是分擔駕駛壓力，二是功能操作便捷。分擔駕駛壓力是智能駕駛這一功能誕生的主要目的。從智能交互角度來看，分擔駕駛壓力的最優解是借助視覺、語音、觸覺等多種交互方式，讓駕駛者的思想、行為能夠有所解放，由機器來替代部分操作行為，當前發展和應用較為成熟的功能包括自適應巡航控制（ACC）系統等。功能操作便捷是為了減輕駕駛員的操作負擔，應當具備功能設置簡單、狀態顯示清晰等特征。

在智能交互技術的支撐下，新能源汽車的智能駕駛應當具備2 大功能，一是人對車的操控功能，二是車對人的交互和輔助功能。

人對車的操控功能，主要體現在掌控和接管2 個方面。掌控是指人能夠主動地對車輛功能進行操控，包括直接操作指令和功能設置指令［8］。當駕駛者踩下剎車時，車輛應當停下；當駕駛者操作某個功能開關時，該功能應當啟動或關閉。接管是智能駕駛功能中，人對車操控的重要體現。當駕駛者選擇自主駕駛，主動地操控車輛時，智能控制系統應該立刻解除對車輛的控制，將控制權交給駕駛者。智能控制系統的解除分為2 種情況：一是不自動恢復，二是自動恢復。以ACC 功能為例，當駕駛者踩下剎車時，ACC 功能應當立即解除，進入人工駕駛狀態，并且在松開剎車后，該功能仍然處于退出狀態，并不自動恢復；而當駕駛者踩下油門時，ACC 功能臨時地解除控制，并在松開油門踏板后，功能立刻自動恢復。

車對人的交互和輔助功能主要表現在顯示和提示功能上。其中，視覺交互是主要的顯示方式，而聽覺、觸覺等屬于輔助的提示方式。顯示和提示的內容主要包括車輛狀態、系統狀態、環境信息、接管信息等。提示功能主要是針對特定信息，例如碰撞預警時，可以采用提示音的方式喚起駕駛員的注意力。

3 結語

綜上所述，在信息技術、智能技術的輔助下，智能交互技術在新能源汽車研發設計中的應用不斷深入，不僅提升了駕駛的安全性，還提高了駕乘的舒適性。但從目前的實際應用和普及力度來看，智能交互在新能源汽車上的應用還有很長的路要走，相關人員需要不斷加強對智能交互技術的深入研究，解決現階段的信息冗余、識別誤差等問題，讓技術更好地為用戶服務。