嘉賓介紹：

馮泇鋮，國家智能網(wǎng)聯(lián)汽車創(chuàng)新中心-整車虛擬與人機交互實驗室 技術(shù)負責(zé)人。專注汽車智能系統(tǒng)、HMI、仿真領(lǐng)域，國家智能網(wǎng)聯(lián)汽車創(chuàng)新中心整車虛擬與人機交互實驗室技術(shù)方案設(shè)計者、負責(zé)人，參加過多項國家級項目與課題研究，研究成果發(fā)表 SCI 及 EI論文 7 篇，發(fā)明與實用新型專利 6 項，參與《中國智能網(wǎng)聯(lián)汽車藍皮書》著作以及多項公開獨立研究報告。多年國內(nèi)外車企技術(shù)與工程服務(wù)，豐富的行業(yè)合作生態(tài)和汽車領(lǐng)域國際合作關(guān)系。

關(guān)鍵詞：智能駕駛，虛擬仿真，人機協(xié)同，智能網(wǎng)聯(lián)汽車

講座正文：

本次報告分為四部分：仿真的價值和意義、技術(shù)概況與實現(xiàn)方式、技術(shù)路徑與工程實踐及從工程開發(fā)到人機協(xié)同。

一、仿真的價值與意義

車企有零部件供應(yīng)商、工廠、測試場、經(jīng)驗豐富的工程師和設(shè)計師，為什么要讓虛擬仿真技術(shù)參與到開發(fā)和測試中呢？為什么要用人機協(xié)同設(shè)計來進行智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)品的研發(fā)和評價呢？智能網(wǎng)聯(lián)汽車發(fā)展越來越成熟，用戶需求也越來越多：用戶多變、正向開發(fā)、研發(fā)概念難以快速驗證、多方案驗證成本高、優(yōu)化迭代周期長、無法實時同步優(yōu)化驗證、實際環(huán)境難以搭建、實際測試效率低、極限工況測試危險、難以開展深度研究……這些需求如何滿足呢？虛擬仿真技術(shù)、半實物仿真、人機雙在環(huán)仿真及人-車-路交通系統(tǒng)仿真。

（一）什么是虛擬仿真

仿真是對于設(shè)計對象進行研究和建立邏輯關(guān)系的過程，它不僅僅是方法，其本身過程就是研發(fā)的過程，完成仿真系統(tǒng)的搭建和建模，也就完成了產(chǎn)品的理論設(shè)計、功能設(shè)計及性能設(shè)計。通過對于真實汽車及相關(guān)系統(tǒng)的解析，基于物理原理與經(jīng)驗數(shù)據(jù)，包括外特性，建立數(shù)學(xué)模型或經(jīng)驗?zāi)Ｐ?、半?jīng)驗?zāi)Ｐ?。然后通過軟硬件系統(tǒng)重構(gòu)真實完整的汽車及交通環(huán)境，使被測對象能夠在構(gòu)建的虛擬仿真環(huán)境中形成與真實情況，包括交通動態(tài)、智能控制、駕駛操縱能夠高度吻合的場景映射關(guān)系。

對于開發(fā)而言，仿真環(huán)境建立其實也是整個研發(fā)最基礎(chǔ)的一個階段，提供了原理透明、易改變、可迭代的技術(shù)理論平臺。無論對企業(yè)還是高校來講，都是技術(shù)的一個積累過程，也是技術(shù)的一個儲備過程。

仿真包括很多類型的仿真，包括最傳統(tǒng)的汽車動力學(xué)、空氣動力學(xué)仿真、有限元模型、面向智能網(wǎng)聯(lián)汽車的智能駕駛系統(tǒng)仿真，以及面向智能座艙的HMI系統(tǒng)仿真。

二、技術(shù)概況及主流實現(xiàn)方案

（一）方法論及工具鏈

要構(gòu)建一個智能網(wǎng)聯(lián)汽車研發(fā)和測試的工具鏈，邏輯及合理性對于整個研發(fā)來說非常關(guān)鍵。就主流方案而言，從模型開發(fā)到軟件在環(huán)、硬件在環(huán)，再到整車和駕駛員在環(huán)，形成從虛到實的完整研發(fā)測試流程。研發(fā)測試的工具鏈和研發(fā)過程的階段性交付物呈現(xiàn)高度吻合的狀態(tài)（整個研發(fā)過程與產(chǎn)品的交付階段能夠形成時間軸的匹配），包括顯化重點、快速構(gòu)建、柔性測試、多維分析等優(yōu)勢。

從虛到實的過程也是逐步增加環(huán)境變量和干擾因素的過程，所以也是產(chǎn)品從概念雛形走向成熟和高魯棒性的低成本的實現(xiàn)路徑。

總體上講分為三個階段。第一階段、功能實現(xiàn)。通過MIL開展算法開發(fā)驗證，對整個系統(tǒng)建立一個控制邏輯，建立一個最基礎(chǔ)的理論模型，然后由這個模型的基礎(chǔ)功能進行最基本的測試。接下來會開展SIL完成代碼的分析驗證。SIL其實是一致性的測試，是將算法進行代碼化后對軟件進行工程化之后的功能測試。MIL和SIL都可以通過純虛擬仿真環(huán)境來完成，是整個研發(fā)功能實現(xiàn)的一個階段。第二階段、物理驗證，也叫半實物仿真階段。把研究對象通過軟硬件集成形成一個比較完整的系統(tǒng)或控制器零部件，然后對零部件進行相關(guān)的測試。第三階段、高度實物化仿真。通過DIL（駕駛員在環(huán)）及VIL（整車在環(huán)）的形式開展。會加上很多車輛監(jiān)測及人體的監(jiān)測設(shè)備來進行多通道的同步分析，從性能角度上來講，定量的判斷產(chǎn)品設(shè)計輸出的工況是否能滿足當(dāng)初設(shè)計需求。

（二）研發(fā)初期的純虛擬仿真：模型與軟件在環(huán)（MIL、SIL）

研發(fā)初期，開發(fā)者完成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及控制策略(算法)后，需要對設(shè)計系統(tǒng)在設(shè)計環(huán)境中進行測試，驗證設(shè)計產(chǎn)品是否能夠在理想環(huán)境下實現(xiàn)預(yù)期設(shè)計的功能。這是整個開發(fā)最基礎(chǔ)的一步。通過虛擬場景、虛擬車輛模型、仿真環(huán)境構(gòu)成純虛擬的研發(fā)測試平臺，實現(xiàn)各種算法邏輯的柔性在環(huán)測試。

無論使用怎樣的工具鏈，基本流程是一樣的：道路仿真（對靜態(tài)道路建模，是最基本的靜態(tài)建模）--環(huán)境仿真--車輛仿真（包括整車動力學(xué)建模）--智能系統(tǒng)仿真--測試用例構(gòu)建--測試數(shù)據(jù)處理?？傮w也是分為三個模塊。第一、虛擬場景模塊。通過各種方式構(gòu)建場景，比如可以通過實際的路采、激光雷達、攝像頭的實際融合形成三維的場景，或者直接用三維軟件進行虛擬建模，再就是通過RSU進行動態(tài)場景采集，對實際道路的交通流進行1:1復(fù)現(xiàn)。整個場景其實相當(dāng)于整個實驗的劇本。第二、虛擬車輛模塊，是建模工作難度最大的一個模塊。包括傳統(tǒng)的車輛動力學(xué)模型、激光雷達、毫米波以及攝像頭模型的建模，加上仿真平臺（仿真系統(tǒng)交互模型的搭建）。第三、仿真測試模塊。所有數(shù)據(jù)的輸出，包括實時監(jiān)控及仿真結(jié)果。

（三)研發(fā)中后期的半實物仿真：硬件在環(huán)（HIL）及智能系統(tǒng)整車在環(huán)（HIL+VIL）

硬件在環(huán)測試是研發(fā)中期完成控制器或系統(tǒng)開發(fā)后的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是軟硬件結(jié)合后的算法一致性驗證。通過HIL測試能夠快速、柔性、安全的驗證算法在各種理想、約束、故障環(huán)境下的功能實現(xiàn)效果。幫助開發(fā)者在系統(tǒng)整車集成前規(guī)避大量的開發(fā)缺陷和BUG。實驗可以基于虛擬車輛模型執(zhí)行，也可以基于實際車輛執(zhí)行，滿足不同階段的測試需求。

隨著仿真技術(shù)的升級和迭代，HIL已經(jīng)走向“X-in the loop”這樣一個萬物皆可在環(huán)的高自由度階段。不僅僅是控制器，包括轉(zhuǎn)向、制動、各個汽車零部件的環(huán)境，都可以進行HIL搭建實現(xiàn)比較聚焦的測試。對智能駕駛系統(tǒng)、線控系統(tǒng)以及智能交互系統(tǒng)等開發(fā)提供了方便的研發(fā)測試平臺。

（四）人-車-環(huán)境動態(tài)綜合仿真：駕駛員在環(huán)（DIL）

駕駛員在環(huán)是一種通過環(huán)境及車輛動力學(xué)模型虛擬仿真的手段，利用動態(tài)或靜態(tài)駕駛模擬器及生理監(jiān)測設(shè)備重構(gòu)或重現(xiàn)“人-車-環(huán)境”的方法。研究在實際車輛駕駛中各系統(tǒng)及相互作用的新型測試系統(tǒng)，尤其對車輛性能開發(fā)（虛擬調(diào)校）、智能駕駛系統(tǒng)的功能性能（安全性、可靠性、控制品質(zhì)）、人機交互、復(fù)雜交通以及創(chuàng)新系統(tǒng)驗證等方面開展研究和評價。

就整個系統(tǒng)而言，包括四大部分。與HIL和SIL相比，DIL有更多的硬件的和實驗系統(tǒng)搭配。包括最關(guān)鍵的運動駕艙模塊（HMI智能駕艙及運動平臺，實現(xiàn)駕駛環(huán)境及體感的仿真），人體監(jiān)測模塊（眼動儀、肌電采集儀、腦部檢測設(shè)備），虛擬車輛模型（傳感器模型），以及場景模型。

（五）人-機雙在環(huán)中的駕駛員監(jiān)測技術(shù)

駕駛員監(jiān)測對于汽車設(shè)計的主客觀評至關(guān)重要。對于載人工具，操縱者和乘坐著對于車輛可用性、易用性、感知危險性、舒適性以及駕駛易控性的直接感受是對產(chǎn)品設(shè)計合理性和科學(xué)性驗證的關(guān)鍵，也是現(xiàn)代化汽車設(shè)計中用戶體驗的深度測試方法，在智能駕駛和主動安全領(lǐng)域，生理監(jiān)測技術(shù)在人駕駛能力短暫性不足的工況下實現(xiàn)主動安全介入或自動駕駛系統(tǒng)接管，實現(xiàn)相對最優(yōu)駕控能力輸出，保證車輛處于相對安全的受控狀態(tài)。這是HMI與智能駕駛結(jié)合的閉環(huán)控制策略。另外在HMI的測試評價中，監(jiān)測技術(shù)也能規(guī)避一部分傳統(tǒng)主觀評價的人因和個體差異。

基于此技術(shù)，可開展的測試項目有很多：交互系統(tǒng)測試、主動安全開發(fā)、內(nèi)飾方案評價、人機共駕設(shè)計、交互系統(tǒng)分析、智能駕駛分析、駕駛員認知研究及駕駛性研究。

（六）駕駛模擬器與智能駕艙

駕駛模擬器通過駕駛操縱設(shè)備、駕艙系統(tǒng)實現(xiàn)駕駛環(huán)境的擬車化仿真，在視覺和聽覺系統(tǒng)加持下給駕駛員和乘客帶來沉浸式的體驗。動態(tài)模擬器還會將動力學(xué)計算出的各自由度的加速度通過一系列計算（洗出算法）通過運動平臺實現(xiàn)體感仿真。駕艙的構(gòu)成主要包括駕駛操縱系統(tǒng)的仿真（轉(zhuǎn)向、三踏板、換擋機構(gòu)），轉(zhuǎn)向一般采用直驅(qū)電機工況模擬或者基于實車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)加裝阻力模擬電機來進行仿真。HMI系統(tǒng)包括主駕屏幕、中控、電子后視鏡等。

目前，全球范圍內(nèi)研發(fā)商用級別的高性能模擬器有幾種：第一、電缸驅(qū)動的運動平臺，也是六自由度的動態(tài)模擬實現(xiàn)。第二、磁氣懸浮+電缸運動平臺，是一個低頻的負責(zé)車輛轉(zhuǎn)動的模擬，加上六自由度的車輛姿態(tài)還原，實現(xiàn)綜合的九自由度模擬。第三、分層短距軌道運動平臺，一些運動型車輛及賽車的駕駛模擬會采用這樣的方案。第四、大型軌道+電缸運動平臺，實現(xiàn)范圍更廣，加速模擬更加高逼真的仿真。

對于駕艙系統(tǒng)，場景的仿真度和駕艙設(shè)計是駕駛員和乘客沉浸感的關(guān)鍵，包括視場范圍內(nèi)合理的畫幅隨動性能、尺寸和視覺高度、距離、車寬道路比例等。面向HMI開發(fā)的平臺要滿足盡可能豐富的交互模態(tài)、交互區(qū)域、駕控數(shù)采系統(tǒng)等，實現(xiàn)高逼真的人機還原。同時還要搭載駕駛模擬器專有的設(shè)備，比如通話系統(tǒng)、視頻系統(tǒng)、遠程控制系統(tǒng)、緊急停車按鍵等，在操作和駕駛前需要系統(tǒng)化的培訓(xùn)和準(zhǔn)備，保證實驗的順利開展和人員的安全性。

右圖是動態(tài)駕艙的基本布局，是我們和德國團隊一起做的規(guī)劃，包括HUD、眼動儀、主駕駛屏、中控屏、中控副屏、急停按鍵、中央及兩側(cè)后視鏡等，顯示不同需求、不同區(qū)域、不同模態(tài)的交互任務(wù)。

三、技術(shù)路徑與工程實踐

（一）智能駕駛與主動安全開發(fā)測試流程

智能駕駛的研發(fā)測試中已經(jīng)有70%的工作可以通過仿真來完成、包括算法設(shè)計、模型搭建、功能分析、算法訓(xùn)練、算法測試及控制策略設(shè)計，控制品質(zhì)分析等。通過“人-機-環(huán)境”系統(tǒng)及功能解析，跨學(xué)科、跨領(lǐng)域融合分析，結(jié)合系統(tǒng)的物理性能、人機工程及人因工程多角度的進行安全性、舒適性分析，多領(lǐng)域的協(xié)同設(shè)計已經(jīng)成為面向用戶和量產(chǎn)級智能駕駛汽車設(shè)計的關(guān)鍵因素和趨勢。在智能駕駛的仿真測試中，核心工作包括：第一、車輛模型設(shè)計。第二、傳感器模型搭建及虛擬標(biāo)定。第三、智能駕駛控制算法集成。第四、虛擬測試道路環(huán)境與交通流場景構(gòu)建。第五、人機共駕及HMI模塊仿真。

智能駕駛的仿真測試內(nèi)容及從過去單純的功能開發(fā)發(fā)展到更加傾向于性能的測試。包括：車輛在不同危險工況下的極限安全邊界，通過仿真可以安全的進行測試；車輛自動駕駛控制的品質(zhì)，包括與環(huán)境交通參與體的博弈、加減速的控制過程、橫向的動態(tài)控制、駕駛員感知危險性與信任分析、舒適性的分析，尤其是乘坐的主觀感受，是自動駕駛規(guī)?；虡I(yè)化落地的關(guān)鍵因素。

右圖是智能駕駛測試環(huán)境的搭建流程，包括車輛建模（車輛動力學(xué)及傳感器）、場景建模（實現(xiàn)測試劇本的構(gòu)建）、生理監(jiān)測設(shè)備搭載（實現(xiàn)人車多通道數(shù)據(jù)輸出，給到測試環(huán)境）。

（二）整車虛擬建模與性能開發(fā)流程

整車性能開發(fā)的大量前期結(jié)構(gòu)設(shè)計、標(biāo)定、匹配分析等工作依賴于虛擬仿真建模和測試。車輛車身系統(tǒng)（懸架、轉(zhuǎn)向等）性能的設(shè)計、標(biāo)定、調(diào)校、輪胎選型等，都可以通過虛實結(jié)合的開發(fā)策略，將實驗室的仿真模擬和道路實測結(jié)合起來，對整車操穩(wěn)、平順性進行主客觀的分析。尤其是架控品質(zhì)的分析，包括轉(zhuǎn)向手感主客觀分析、動力與底盤駕駛感受分析、極限工況的場景測試、操控安全性分析、用戶體驗。

線控底盤和性能開發(fā)過程中，構(gòu)建精準(zhǔn)的車輛動力學(xué)模型，能夠為車輛性能開發(fā)、標(biāo)定、調(diào)校提供可靠的仿真平臺。在整車定義初期和風(fēng)格設(shè)計驗證有很大的工程意義，助力于快速原型定義、低成本虛擬開發(fā)、快速設(shè)計與實時調(diào)校、安全的極限測試。

在駕艙的人機交互中，駕駛操縱和車輛的駕駛性是影響行駛安全及用戶體驗的關(guān)鍵因素，也是整車品質(zhì)的重要體現(xiàn)。駕駛性涉及到駕駛的各個環(huán)節(jié)，包括點火啟動、關(guān)閉、車輛加速、制動、車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)手感和可控性以及車輛行駛中的舒適性。另外還包括輔助駕駛類（主動安全)的功能對駕駛員的干預(yù)帶來的主客觀影響。

比如左下圖，加速踏板操縱與加速體感的同步性、持續(xù)性，以及油門踏板在不同開合度的靈敏性等各方面都可以進行仿真和測試。

（三）智能駕艙與人機交互的開發(fā)測試流程

智能駕艙的研發(fā)和測試目前呈現(xiàn)出快速增長的需求，也是汽車產(chǎn)品設(shè)計力和溢價的體現(xiàn)。基于仿真環(huán)境的HMI開發(fā)和測試是目前車企高效、低成本的解決方案。我把HMI核心的關(guān)注點大概分為五類。第一類，安全性，包括駕駛保持、注視偏移、功能限制以及智能駕駛。第二類，有用性。包括功能支持、任務(wù)成功率、可及性、穩(wěn)定性、交互模態(tài)等。第三類，高效性，任務(wù)時間、操作復(fù)雜度。第四類，可用性/易用性，邏輯結(jié)構(gòu)、元素可見性、元素可理解、元素可記憶、易學(xué)性、系統(tǒng)反饋、個性化幫助設(shè)計、容錯性。第五類，智能性，功能智能、場景智能。

在仿真實現(xiàn)方面，基于預(yù)設(shè)典型場景（日常交互場景、人機共駕場景），通過眼動儀或別的生理監(jiān)測設(shè)備對駕駛員在預(yù)設(shè)工況下的生理指標(biāo)進行采集，結(jié)合駕駛員或乘客的主觀感感受進行分析。比如通過眼動儀采集駕駛員的眼動信號、注視點、掃視軌跡，判斷交互設(shè)計的合理性，以及人機工程標(biāo)定的合理性；通過皮膚定位測試駕駛員在不同場景下的緊張度，判斷交接系統(tǒng)包括人機共駕系統(tǒng)是否合理；通過腦電波判斷駕駛員在操縱行為中的認知負荷，判斷駕駛員當(dāng)前狀態(tài)下的腦力負荷調(diào)用。

未來的汽車設(shè)計已經(jīng)從單純的功能實現(xiàn)性設(shè)計走向人機系統(tǒng)的協(xié)同設(shè)計，智能駕艙的設(shè)計已經(jīng)涉及到整車方案的人際關(guān)系分析、海量智能化系統(tǒng)的科學(xué)集成、智能駕駛?cè)藱C共駕交互分析、個性化設(shè)計與柔性設(shè)計、從人車交互到V2X交互、基于市場需求的用戶導(dǎo)向設(shè)計，覆蓋了概念設(shè)計、工程設(shè)計、測試驗證的全流程。逐漸復(fù)雜化的HMI設(shè)計對于交互的科學(xué)性和合理性有更高的要求。汽車交互功能越來越多，駕艙可能要布置幾十甚至上百個交互功能，如此復(fù)雜的功能分布不能通過矩陣式把功能全部扁平化的擺出來，需要通過科學(xué)的設(shè)計使得在不同功能、不同場景下能夠科學(xué)的顯示出來，滿足最小學(xué)習(xí)成本下的交互。需要建立系統(tǒng)化的測試評價體系與優(yōu)化方法，結(jié)合實驗系統(tǒng)進行分析。

人機交互的需求階段分為：必要階層，保證汽車的安全性；功能階層，高效的發(fā)揮汽車的核心性能，提高功能實現(xiàn)的便捷性；享受階層，降低操縱汽車的疲勞感，提高操縱汽車的愉悅感。

（四）虛實結(jié)合的元宇宙混合仿真（車路協(xié)同）

車路協(xié)同是未來智能駕駛實現(xiàn)的一個重要方式，也是智能網(wǎng)聯(lián)汽車中國方案的體現(xiàn)。對于車路協(xié)同的仿真，能夠結(jié)合虛擬和真實世界的關(guān)鍵變量，實現(xiàn)虛擬世界和真實世界的選擇性融合。實現(xiàn)路徑是通過路測設(shè)施RSU采集道路中車流量和其他交通參與者的動態(tài)信息，包括坐標(biāo)、運動速度、運動方向及車輛類型等，將監(jiān)測到的車輛信息同步映射到我們通過三維建立的1:1交通道路虛擬環(huán)境中，

將虛擬的道路、虛擬的交通流和真實的交通流結(jié)合，共同顯示在虛擬世界中，駕駛員在主車的自動或人工駕駛中能夠更加直接的感受真實交通環(huán)境下的交互，滿足測試真實性和可信度的要求。其主要功能和優(yōu)點包括：自然交通場景的實時導(dǎo)入；虛擬被測車輛的實時交通場景接入；真實的測試車輛在特定交通環(huán)境下自動駕駛效果；有利于對整個交通系統(tǒng)的評價。

（五）部分國際領(lǐng)先案例

整車企業(yè)：瑪莎拉蒂通過VIL+DIL的綜合虛擬開發(fā)在環(huán)實現(xiàn)兩個實驗室跨物理區(qū)域的聯(lián)合仿真及聯(lián)合研發(fā)。沃爾沃通過建立車輛多系統(tǒng)及人機在環(huán)仿真平臺，實現(xiàn)動力學(xué)研發(fā)和輪胎選型、全數(shù)字儀表開發(fā)（HMI）、變速器、空氣與結(jié)構(gòu)產(chǎn)生噪音隔離，高保真音響等。

測試機構(gòu)、檢測機構(gòu)及研發(fā)機構(gòu)：IDIADA（伊狄達）結(jié)合測試場及實驗室實現(xiàn)了實際和虛擬雙重的仿真對照，開展了自動駕駛算法研究、自動駕駛算法測試，以及自動駕駛?cè)藱C交互信任研究。也做了大量的工作。國家智能網(wǎng)聯(lián)汽車創(chuàng)新中心（CICV），建立了整車仿真與整車及駕駛員在環(huán)系列實驗室，實現(xiàn)了從MIL、SIL、HIL到DIL全列的仿真，涉及虛擬建模、控制器在環(huán)和人機交互測試等等各領(lǐng)域。

四、從工程開發(fā)到人機協(xié)同開發(fā)

（一）設(shè)計理念的升級與研發(fā)復(fù)雜性增加

未來的汽車設(shè)計已經(jīng)從單純的功能實現(xiàn)性設(shè)計走向“人-機”系統(tǒng)，甚至是“人-機-路”的協(xié)同設(shè)計。從簡單的機械電子系統(tǒng)設(shè)計，轉(zhuǎn)變到功能開發(fā)、人機關(guān)系協(xié)同設(shè)計、智慧交通系統(tǒng)接入的立體化多維度的信息物理系統(tǒng)設(shè)計。呈現(xiàn)出從傳統(tǒng)單一功能滿足型研發(fā)走向多領(lǐng)域耦合、虛實結(jié)合、生態(tài)融入的多變量影響下的優(yōu)化設(shè)計。

左下圖是一個多系統(tǒng)協(xié)同工作的模型構(gòu)建，包括車輛物理模型（以白盒模型為主），加上輪胎模型（經(jīng)驗?zāi)Ｐ停?，然后是駕駛員模型（黑盒模型），通過控制輸入、路面輸入以及駕駛環(huán)境輸入等進行動態(tài)輸出，實現(xiàn)車輛和人的交互。右下圖是多實驗系統(tǒng)協(xié)同開發(fā)的架構(gòu)。包括我們DIL、HIL、VIL各實驗系統(tǒng)間的交互關(guān)系及信息的交互關(guān)系。

（二）人機、人因?qū)氲墓δ茉O(shè)計與開發(fā)流程

隨著智能化、網(wǎng)聯(lián)化的發(fā)展趨勢，未來汽車的主流設(shè)計理念是如何讓車更好的適應(yīng)人，而不是人去適應(yīng)車。汽車的設(shè)計原則是降低人駕駛和使用汽車的學(xué)習(xí)成本，從工業(yè)設(shè)計角度講，就是提高車輛系統(tǒng)的安全性、可用性、易用性，降低駕駛和乘坐過程中的心理負荷和生理負荷。汽車也從單一的工程設(shè)計轉(zhuǎn)向以用戶為中心的導(dǎo)向，以人的使用習(xí)慣和需求反向?qū)δ苓M行設(shè)計和優(yōu)化，將智能化的優(yōu)勢和人的因素做適應(yīng)性協(xié)調(diào)，形成高效的人機系統(tǒng)。

（三）HMI與智能駕駛的耦合設(shè)計：人機協(xié)同控制策略

智能駕駛的滲透率逐年增加，從L1-L5實現(xiàn)了輔助駕駛到自動駕駛。智能駕駛由于功能的可靠性與場景的適應(yīng)性，存在人機共駕的需求，高級別自動駕駛也存在駕駛系統(tǒng)故障之后的緊急接管避險能力儲備。人也會由于疲勞駕駛、分心駕駛出現(xiàn)駕控能力不足或判斷有誤的現(xiàn)象。所以，人機共駕不僅僅是中低級別自動駕駛的功能需求，也是高級別自動駕駛的儲備功能。通過對多變量信息采集，包括駕駛員狀態(tài)、駕駛操縱行為、駕駛環(huán)境狀態(tài)、感知傳感器狀態(tài)、算力儲備，甚至是遠程控制下的通信狀態(tài)，來進行多維度實時動態(tài)評估，綜合分析當(dāng)前駕駛權(quán)、合理性以及最優(yōu)交接主體，實現(xiàn)車輛的全工況實時安全駕駛，構(gòu)建HMI、智能駕駛系統(tǒng)、人、車輛的閉環(huán)控制。

對駕駛權(quán)接管的分析是評價人機接口設(shè)計合理性的關(guān)鍵，人機交互方案直接關(guān)系到智能網(wǎng)聯(lián)汽車交互工效，策略和合理性也關(guān)系到交互功能的效率及行駛安全。對于智能駕駛車輛來說，重點在于人機接口的設(shè)計，尤其L2~L4級別的自動駕駛汽車，只有合理的人機接口設(shè)計，才能保證安全的駕駛與自動駕駛功能的合理輸出及耦合，充分發(fā)揮自動駕駛系統(tǒng)。

駕駛權(quán)接管分為幾個階段：感知-認知-決策-人工接管-機器接管。當(dāng)自動駕駛系統(tǒng)發(fā)生脫離時，人類感知到HMI系統(tǒng)或交互系統(tǒng)相關(guān)提示，進行信號識別（搜索時間），然后進行內(nèi)容認知（感知時間），接著駕駛員要對車輛狀態(tài)進行評估并給出操作決策。接管信息搜索時間和認知、決策時間統(tǒng)稱為人機接口延遲時間。在完成識別接管的執(zhí)行后，就開始人工接管，包括開始執(zhí)行、執(zhí)行保持和干預(yù)結(jié)束。最后，再回到自動駕駛機器接管狀態(tài)。 對過程進行拆解要達到這些目標(biāo)：高效的“人駕-機駕”模式切換；清晰智能的信息傳遞；危險工況下快速的交互方案；合理的人機共駕策略；符合人機工程學(xué)和人因工程的UI設(shè)計。這些都是人機協(xié)同控制策略的設(shè)計目標(biāo)。

（四）基于V2X的多模駕駛場景中的汽車設(shè)計

“車-人-路-環(huán)境”的協(xié)同將成為未來車輛智能交互生態(tài)拓展的重要方向，在智能駕駛逐漸成熟后，人駕-機駕-云控三種協(xié)同駕駛將對車輛人機接口設(shè)計提出更高的要求和新的需求、調(diào)整。如何安全、快速的進行模式的切換和權(quán)限的分配，也將成為HMI策略和層級設(shè)計的關(guān)鍵，尤其是多模交互的引入、車輛安全狀態(tài)識別、基于路測監(jiān)測設(shè)備的V2X信息交互，以及結(jié)合駕駛員狀態(tài)的監(jiān)測等。