2.2 汽车人机交互界面的设计历史与变革

2.2.1 历史与变革：从“刚性”到“弹性”的人机关系演变

任何事物的发展都取决于事物内部的矛盾，人机界面的发展反映了人和机器或者“人造物”之间关系和矛盾的发展。如果说人机关系矛盾驱动工具的演变和进步，那么由工具所导致的劳动方式与生产方式的变革又影响作为劳动主体的人的需求发展^[6]。汽车人机关系从“刚性”到“弹性”的演变折射出汽车界面从离散的部件向软硬结合的整体、从简陋的作业空间向宜人的移动运载空间的转化（图2.2）。

2.2.1.1 刚性关系：约束与服从

汽车作为运载工具从诞生之始就携带着“刚性”的人机关系，即机器对于人具有强大的“约束力”，人必须服从机器，必须严格按照机器规定的技术、动作来操作，人在人机关系中不具备主导关系^[7]。汽车作为移动工具是马车的替代，最开始的拥有者为贵族和富裕阶层，通常驾驶任务由专职司机担任，而非车主本人，因此人机关系中关于舒适性的设计和考虑都倾向于乘坐者，例如具有装饰意味的车厢、皮质座椅等。而与人操作相关的驾驶界面却被疏忽。在蒸汽机车的时代，还未形成独立的显示界面，压力、水温等机器状态的信息需要通过驾驶者的观察来获得，驾驶者一方面要根据机器状态的判断来进行复杂的操作，另一方面还要保持航道，关注路面情况，在驾驶与控制驾驶机器的双重负载之下通常无法由同一人执行，例如手动点火需要副驾驶的协助，副驾驶大多为机械师，同时兼顾随时可能出现的机器故障维修^[8]。

在交互模式方面，汽车最初成为“无马之车”（Horseless Carriage），传统的马车以口令和缰绳指导，没有马也就意味着互动模式的完全变革。首先，汽车前轴是可以在驾驶过程中产生不同转弯角度，所以要解决的问题是前轴的控制方式，有些汽车通过在左右两侧安装刹车来控制，有些则尝试类似船上的舵柄，通过方向盘来控制，并沿用至今。方向盘之所以胜出就是因为具有控制的直观性。对于启动与停车模式，最初是用插着红旗的平台作为警示，后来设计出控制杆与脚踏板，提供变速与刹车功能，以控制引擎的运作^[9]。随着汽车批量化生产，车内的人机交互模式也稳固下来，方向盘、脚踏板、操纵杆三大重要操作部件定格了主要的驾驶行为。仪表的产生对于人机关系的改善也具有重要意义。仪表反映出对机器状态的实时掌控，此外仪表所显示的状态信息对驾驶决策具有辅助意义。最初仪表刻度的形式和位置是不规范的，但是大部分车的速度表安装于仪表台的中心位置。在早期车内仪表台上仅仅安装开关和油表，速度器安装于脚踏板上，而温度计则直接安装于散热器，虽然离机器元件很近便于采集数据，可是却离驾驶员很远，妨碍读取数据^[10]。图2.3所示早期汽车造型及人机界面。

图2.4中福特T型车的控制器，进行操作时需要驾驶员手脚交替离散控制，就是典型的人匹配机器，反映了“刚性”的关系。

2.2.1.2 “塑性”关系：延伸与协调

第二个时期是汽车步入快速发展的时代。这个阶段人机关系的特征是当汽车拥有者成为驾驶者，人与机器之间产生对抗性的矛盾后，人对人机关系的协调，即主体对工具的反思。人机工程学的诞生，倡导“使机器适应人”的原则，无疑是将机器的“约束力”转化为“执行力”，强调工具的辅助意义而非对人的主导。尤其是1956年福特公司成立人因工程部，这标识着汽车工业领域开始从对车的关注转到对人的关注^[11]。在车内，机器替代了人的部分操作，例如车内出现的警示灯，具有状态反馈和信息提醒的作用，代替了驾驶者进行经验判断，减轻了驾驶者的信息认知加工负载。警示灯作为机器代替人进行“信息加工”，并通过相应状态反馈，反映出人协调处理人机关系，使得机器“刚性”的一面体现出可改造性，或者说可延伸性，也就是工具在主体的改造下使之符合主体的需求，体现出一种“塑性”的人机关系。

在这个阶段，人机界面中主仪表显示逐渐规范和稳定，在布局上形成了以两个表盘为主要显示，其他为辅助显示的组合仪表盘模式。仪表的刻度显示逐渐规范，避免表盘反光的玻璃技术也日趋成熟。空调系统开始在车内普及，空调口的位置、控制与仪表板的造型形成一体^[12]。此外，电台在车内的搭载是车与外界发生信息联系的重要里程碑，这标志着汽车由一个封闭的移动空间开始演变成移动的信息接受点，折射出驾驶人的群体与社会需求。最早的车载电台出现在美国（1926年），而欧洲则是在1930年代才出现。电台在车内的搭载并非一帆风顺，开始也受到不少保守派的反对，他们认为这给集中精力驾驶带来了风险^[13]。电台的大范围推广是在1950年代，随着电台在车内广泛的搭载，与电台相关的车内控制部件也开始丰富起来。对音量及电台的调节控制，使主仪表板和中控区域的按键数量急剧扩增，而功能及调节任务的操作反映出新的人机交互特征：一方面，扩充的功能使控制键的形式和数量剧增，这给原本单纯的驾驶任务增添了难度，也使得在设计上需要关注驾驶者的驾驶分心与负载；另一方面，新的控制键丰富了人机界面的形式，影响内室零部件造型设计风格的变化。

从20世纪60年代末开始，由于中控台功能增加导致控制区域空间扩增，主仪表板的下端开始出现斜面设计，同时斜面造型也使仪表板区域间的部件衔接更加自然和谐，具备整体感，也促成副仪表台的功能分区。以驾驶者为中心的主副仪表台、中控等功能区域的划分开始规范，汽车内室人机界面的格局逐渐形成（图2.5）。从具体对象层面，机械仪表的显示成为界面主体，出现各种警示灯和警示符号。控制键的形式逐渐丰富，匹配不同的功能任务，有旋钮、拨杆、按键、滑块等不同的控制形式。

2.2.1.3 “柔性”关系：可靠与优化

第三个阶段是在技术发展驱动下人与机器之间的对抗性矛盾已经转化，寻求的是一种更优化的互动关系，优化意味着更符合驾驶的操作方式与反馈；意味着对于乘员身体的安全保护、对于心理因素的关怀尊重；意味着操作环境由简陋的作业空间向“生活空间”的品质迈进。这一切的变化传达出一种“柔性”的人机关系，即通过可靠的品质反映设计对人的尊重，以及人对人机关系的主导。

从安全层面：首先，车内饰面板材料和成型工艺的进步使得原本外露的机械部件得以隐藏；第二，通过改良安全带的穿戴方式、舒适度，及其在车内的装配位置、协调与内饰的色彩关系，使得原本被驾驶者排斥的保护设施得以推广；此外还有安全气囊的设计与推广；方向盘、开关、换挡器的硬边被设计成具有倒角的软边，以防止人在二次冲击中受伤；内室中的金属控制杆、按键渐渐被织物、塑料所替代，裸露的金属件慢慢消失^[14]。

从舒适层面，首先，彩色玻璃作为车窗玻璃的应用，在降低车内温度的同时能够使车内人员与外部环境产生一定的“隔离”，即在心理意义上具有隐私保护的作用；第二，空调系统的进步使得车内外空气循环、制冷、制热等功能完善，使车内的温控舒适度得以提升，并且能够被用户灵活控制调节；第三，地毯、木纹、装饰面板等与色彩、材质、工艺品质（CMF）相关的内饰设计被重视，通过这些元素的设计，一方面借助色彩和材质的区分传达给驾驶者不同功能模块的含义，另一方面，也使得车内环境由简陋的“作业空间”向宜人的“生活空间”发生转变。

在人机交互设备方面，数字显示器开始出现，虽然面积较小，以单色显示为主，但是数字显示具有信息读取的直观性，从而优化了用户对于刻度表认知反应的时间。此外，CD播放器在中控区域应用也为驾驶者增添了新的娱乐途径。

2.2.1.4 “弹性”关系：适应与自主

汽车发展至今已有百年历史，当今计算机与网络赋予机器“思考”的能力、“互联”的能力，机器的“内部信息过程”使机器具备一定的“自主性”，这是人机关系的重大演变，体现出人与机器的相互适应，即一种“弹性”的人机关系^[15]。从长远看，自动驾驶是汽车发展的趋势，也就意味着汽车实现完全“自主”，那么人机之间由信任感而产生的良好的用户体验就是技术问题之外的重要问题，人对车的信任感可以通过人车之间“弹性”的交互关系增强，例如人的操作介入程度是弹性的，可以自动驾驶或者半自动驾驶，在特殊情况下也可以人手动驾驶。从近期的趋势看，由智能驾驶与互联驾驶所导致的人车之间多元的交互方式使得汽车实现部分“自主”。自适应的多通道就是部分“自主”的一种表现，对于用户在动态变化的使用情境下自然输入的支持有着突出作用，它能够适应性地给用户提供当前驾驶情境下最合适、最有效的输入方式^[16]。例如在驾驶过程中执行导航的路径选择任务，匹配语音输入与三维手势选择，不仅能够减少驾驶分心，同时还能一定程度的解决复杂信息输入的问题。从部分“自主”发展到完全“自主”具有一个演变的过程，同时还涉及人类是否愿意“放手”，这又是一个伦理问题。然而从人类发展的历程，主体与工具之间的矛盾最终还是通过主体的理性和智力来平衡，机器的适应性体现了“以人为本”的设计思想。

“弹性”人机关系借助于特定的技术平台，这也促使了当前汽车人机交互软硬界面的设计整合，目前主要的发展有以下方向^[17]：

（1）整体互联的汽车，比如Tesla Model S、BMWi3。其内室造型与人机交互系统属于整车研发模式。人机交互系统不仅深度集成了多媒体系统，而且提供开放的网络联接和车辆诊断服务，支持API（应用程序）接口，允许独立研发应用软件程序。图2.6所示特斯拉人机交互系统。

（2）可定制的汽车人机交互模块，例如微软的Automotive 7、黑莓的QNX软件平台，作为统一的软件平台管理，集成车内不同的设备和传感器。比较典型的有福特使用微软提供的软件平台构建“Ford Sync”系统（图2.7），并且基于驾驶情境对车载信息系统的图形用户界面进行深度优化。

（3）与移动设备端集成同一软件平台的汽车人机交互系统，如苹果的Carplay和谷歌的Android Auto（图2.8），用户可以将车载系统和日常生活的智能设备（如手机或者平板电脑）紧密结合在一起。此外，通过智能设备与车载设备的镜像，将智能设备的使用延伸至车内，减少学习成本，同时使得车载系统更具符合个人的操作和使用习惯。

2.2.2 现代设计变革的社会背景

当前社会正在从一个以“抗变结构”为基础的主流价值社会转变为以“自变结构”为基础的非主流价值社会，设计所依赖的物质基础、技术基础和社会基础都处于快速变化中^[18]。借助技术人们再次聚集在“巴比伦塔”下，试图摆脱各种传统的束缚，竭力证明自身的能力。美国著名思想家丹尼尔·贝尔把人类社会按照工业技术的演变和发展划分为前工业社会、工业社会和后工业社会^[19]。随着“国际工业设计协会”（ICSID）更名为“世界设计组织”（WDO），以及对设计新的定义：设计是一种战略性地解决问题的方法和流程，它能够应用于产品、系统、服务和体验，从而实现创新、商业成功和生活品质的提升^[20]。这意味着传统的工业设计与交互设计泾渭分明的领域特征已不复存在。

在汽车设计领域，摩根斯坦利的一份报告显示，科技正在“以人们无法想象的速度和力度”改变传统汽车产业^[21]。一方面，互联网行业向汽车行业全面渗透，汽车正向着无人驾驶、互联智能的交通工具迈进。另一方面，宝马、福特、奔驰等传统汽车企业以及英伟达、大陆、德尔福等零部件生产商也将新一轮的技术浪潮视为发展的契机。福特CEO马克（Mark Fields）在CES大会的演讲中提到未来的福特将不仅是一家汽车企业，还会是一家提供交通出行服务的企业^[22]。此外，从沃尔沃（Volvo）汽车与爱立信（Ericsson）、福特（Ford）汽车与亚马逊（Amazon）的技术联姻可见越来越多的传统车企与互联网企业正通过分部分、模块化的合作形式，进行着软硬件产品的创新与用户体验的多重优化。

技术、行业的融合驱动汽车领域的发展，孕育着汽车人机交互界面的变革，其中包括设计模式与设计对象的革新。

2.2.3 设计模式的变革：从分离到整合的研发模式

在传统的汽车造型设计中，由于企业、研发周期、战略、产品属性等差异，产生不同的研发模式与设计流程。按照研发周期的长短可以分为长期和短期的流程；按照参与项目设计团队性质可分为内部设计和外部设计。从研发模式角度分为长期内部合作研发、快速单一团队研发、长期外部参与研发和概念研发^[23]。传统的汽车人机界面属于造型设计范畴，其设计流程与汽车造型流程一致，通常作为零部件，与汽车的内室造型共同研发，例如主仪表的显示界面、中控面板的控制界面等。而具有车载信息服务功能的软件则作为电子系统（electrical and electronic systems，E/E）的一部分，例如车载信息系统、导航系统等，由外部供应商或外部设计团队提供，比较著名的有日本的先锋（Pionner）公司、美国的哈曼（Harman）公司，中国的博泰公司等。然而，目前汽车人机交互界面分离的设计模式正趋向于整合。主要的原因来自两方面：一方面，人在车内的时间越来越长，就越需要一个与汽车进行对话和交流的平台；另一方面，在供应商外包模式下，界面中的某些部件生硬的嵌套，脱离了整车设计的艺术文脉。如图2.9所示，法拉利（Ferrari California）充满激情和运动感的车身造型与呆板而乏味的信息系统界面（显示屏）就形成了强烈对比，品牌的美学特征在图形用户界面中荡然无存。此外根据欧洲的一项关于汽车驾驶满意度的网上用户调查结果显示，用户对于福特汽车性能的认可和对福特SYNC车载系统的失望，就存在天壤之别的态度，对操作系统挫败的使用体验导致用户对福特品牌产生消极影响^[24]。因此，从品牌和设计感知的完整性看，汽车企业越来越倾向于将汽车人机交互软硬界面作为整体研发对象由内部设计团队整合研发。然而，从零部件外包模式转变为自主研发也将对原有的设计流程、项目管理带来根本性的改变。目前，将原来的零部件设计部、UI设计部、内室设计部的一部分合并，成立全新的“用户体验设计部”，也反映了这一趋势^[25]。

从外部参与到内部合作的设计模式变革的现象表明，研究汽车人机交互软硬界面整合设计，提出整合设计流程和设计工具，具有重要的现实意义和理论价值。