隨著網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)駕駛水平不斷提高。但自動(dòng)駕駛技術(shù)在解放人力、減輕司機(jī)負(fù)擔(dān)的同時(shí)，也引發(fā)了一些恐懼。為了解決這個(gè)問題，行人與自動(dòng)駕駛車輛之間需要一定程度的“交流”，這對(duì)于解決交通中的各種潛在模糊性具有重要作用。目前實(shí)現(xiàn)行人與自動(dòng)駕駛車輛之間的通信有兩種方式：一種是顯式eHMI，另一種是隱式eHMI?，F(xiàn)有產(chǎn)品中，顯式eHMI是汽車外飾的延伸，尤其是前照燈。其部件包括大燈、燈帶、車外顯示屏和其他車外顯示設(shè)備。與傳統(tǒng)的大燈相比， eHMI更加美觀，表現(xiàn)形式和載體也更多。它可以承載更多的信息，并有更多的情感表達(dá)。它不僅可以顯示車輛的行駛狀態(tài)，還可以與用戶進(jìn)行互動(dòng)，為他們提供多樣化的服務(wù)。

02 EHMI設(shè)計(jì)研究

新興的外部-人類-機(jī)器交互面向智能汽車和智能交通，目前在文獻(xiàn)中很少見，主要見于各汽車廠商的概念車型。因此，本版塊主要選取業(yè)界已推出的十款搭載eHMII的汽車產(chǎn)品進(jìn)行研究。

A． 位置分布

10款入選概念車產(chǎn)品分別為：Nissan IDS Concept 2015、Toyota Concept-i、Mercedes-Benz F015 Concept、WM EX5 、Drive.AI、Audi AI: ME、Mercedes-Benz ESF 2019、長(zhǎng)城WEY-X、Toyoda Gosei和 GYON，概念車的定位大致可以分為四個(gè)主要部分：車頭；車輛后部；車身側(cè)面和車輛附近的數(shù)字投影。

車輛前部是當(dāng)前eHMI 設(shè)計(jì)中最受青睞的位置。大多數(shù)車輛選擇前大燈和格柵設(shè)計(jì)不同的燈光顏色和動(dòng)態(tài)效果，從而直接傳達(dá)“汽車 情感”和對(duì)行人的駕駛意圖?；?dòng)式設(shè)計(jì)在車側(cè)面，主要集中在車側(cè)的窗戶和屏幕上。它的作用主要是向外界展示車輛的狀態(tài)以及是否給行人讓路等的提示，主要以文字和動(dòng)態(tài)效果的形式呈現(xiàn)?；?dòng)式設(shè)計(jì)在路上，主要集中在后擋風(fēng)玻璃和組合燈上。其作用側(cè)重于以文字和燈光效果的形式向后方車輛傳達(dá)汽車的駕駛意圖和警示。

B． 設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

目前， eHMI設(shè)計(jì)傳達(dá)的主要內(nèi)容大多與駕駛安全相關(guān)，例如通過e HMI向行人或其他交通參與者傳達(dá)駕駛意圖和駕駛類型。就顯示載體而言，屏幕和燈光是主要的載體，通過簡(jiǎn)單的圖案、簡(jiǎn)短的文字和燈光的動(dòng)態(tài)效果來呈現(xiàn)。在情感功能方面，目前大多數(shù)的eHMI設(shè)計(jì)都是通過汽車大燈的擬人化設(shè)計(jì)向用戶傳達(dá)一些信息或情感，從而提高用戶的接受度、信任度以及“溝通”的效率。

C． 未來趨勢(shì)

1）擬人化設(shè)計(jì)：對(duì)于行人和人類駕駛員來說，注意到無人駕駛汽車并與之互動(dòng)非常重要。在這種情況下，使用表情符號(hào)是幫助道路使用者的一種方式。帶有交互式表情符號(hào)的全自動(dòng)汽車將有助于提高道路使用者的接受度。

2）數(shù)字燈光交互：數(shù)字前照燈旨在提醒駕駛員注意前方的危險(xiǎn)。

3）功能多樣性：隨著自動(dòng)駕駛和車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，eHMI的功能將超越當(dāng)前的安全演示。

4）保護(hù)環(huán)境：可持續(xù)出行、資源節(jié)約、環(huán)境保護(hù)以及人機(jī)自然和諧共生的理念。

04 校園無人物流車外屏設(shè)計(jì)案例

基于第3節(jié)提出的外屏設(shè)計(jì)框架，本節(jié)給出了校園等半封閉環(huán)境下無人物流車eHMI的設(shè)計(jì)案例。

A． 策略

在戰(zhàn)略上，我們需要考慮外部環(huán)境因素、交互對(duì)象和整體設(shè)計(jì)要求。從車與人、車與車、車與環(huán)境三個(gè)方面分析設(shè)計(jì)需求。從這三個(gè)方面可以細(xì)分為六大利益相關(guān)者：快遞無人車和普通用戶、其他道路用戶和管理員、在車隊(duì)的車輛，車隊(duì)出去的車輛、道路環(huán)境和車隊(duì)管理平臺(tái)。

B． 范圍

在范圍上，需要考慮e H MI應(yīng)用的具體場(chǎng)景，根據(jù)這些場(chǎng)景中的實(shí)際情況以及策略中確定的交互對(duì)象，確定e HMI可以展示的功能。針對(duì)未來無人駕駛快遞車的使用場(chǎng)景，采用樂高Serious Play的方式進(jìn)行模擬演練，旨在梳理無人駕駛快遞車使用服務(wù)過程中的典型場(chǎng)景、各利益相關(guān)者之間的使用過程以及整體使用過程。從而指導(dǎo)無人駕駛快車外屏的人機(jī)交互設(shè)計(jì)。在得到各利益相關(guān)者的訴求后，對(duì)兩次用戶研究的結(jié)果進(jìn)行了相互驗(yàn)證，最終梳理出基于不同用戶的功能需求，如圖4所示。

圖4 不同用戶的功能需求

根據(jù)特點(diǎn)對(duì)于不同的設(shè)備，信息主要分為兩類：適合在移動(dòng)終端上顯示的信息和適合在汽車外屏上顯示的信息，分類結(jié)果如圖5和圖6所示。

圖5 外部功能信息架構(gòu)屏幕

圖6 移動(dòng)功能信息架構(gòu)終端

圖9 文本高保真原型

05 基于Unity3D的eHMI仿真方法及實(shí)現(xiàn)

A． 軟件環(huán)境建設(shè)

Unity3D是Unity Technologies開發(fā)的一款開發(fā)工具，可以讓用戶輕松創(chuàng)建視覺虛擬場(chǎng)景、動(dòng)態(tài)仿真、建模模型等交互內(nèi)容。它具有強(qiáng)大的功能，多種擴(kuò)展，并且易于開發(fā)和維護(hù)。本文利用Unity從環(huán)境搭建和車輛控制兩個(gè)方面完成虛擬駕駛仿真系統(tǒng)的基礎(chǔ)搭建。

B．硬件

LED燈條采用WS2812B全彩燈條，圖案顯示采用16*16像素屏，文字顯示采用1632像素屏。Arduino Uno R3的單片機(jī)作為燈帶和LED屏的控制器。顏色、亮度和時(shí)間 可以使用內(nèi)置功能設(shè)置每個(gè)燈珠的延遲時(shí)間。

C． 數(shù)據(jù)傳輸與通訊

1）數(shù)據(jù)的定義和采集：根據(jù) 常見的駕駛場(chǎng)景，需要獲取行車距離、車輛是否轉(zhuǎn)彎、剎車、自身狀態(tài)等數(shù)據(jù)。在下面的表 1 中，根據(jù)每個(gè)場(chǎng)景定義了所有需要的數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)源、按鍵控件和要傳輸?shù)闹黝}值。

表1 數(shù)據(jù)的定義與采集

具體的 執(zhí)行 方法 是 在 Unity中新建腳本，創(chuàng)建DataArduino對(duì)象，繼承MonoBehaviou類，從 Update()函數(shù)中獲取所需數(shù)據(jù)，然后使用 if 條件語句過濾器更改對(duì)應(yīng)字符串類型的 Topic 值。并調(diào)用上一節(jié)提到的Serial.write()函數(shù)將Topic值發(fā)送給Arduino單片機(jī)。然后，在Arduino中使用Serial.read()函數(shù)讀取數(shù)據(jù)，獲取Topic值，判斷其值以達(dá)到相應(yīng)的效果。

2）Unity 和 Arduino 之間的通信：Unity 有自己的串口通信接口。在 Unity 項(xiàng)目中創(chuàng)建一個(gè)新腳本，然后 然后 創(chuàng)建串行類。整個(gè)程序流程如圖 11 所示。

圖10 unity串口通訊程序流程圖

然后 可以在項(xiàng)目的任何腳本中使用 serial.write() 函數(shù)發(fā)送字符串?dāng)?shù)據(jù)。將Arduino程序中的波特率設(shè)置為與Unity中的腳本相同，并使用Serial.read ()讀取數(shù)據(jù)。

D．仿真結(jié)果

本節(jié)我們使用Arduino驅(qū)動(dòng)LED燈條、LED顯示屏等硬件，在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中針對(duì)問候、轉(zhuǎn)機(jī)、到達(dá)、停止四種典型場(chǎng)景進(jìn)行仿真。結(jié)果如圖 12 所示。

圖11 模擬結(jié)果

本文從市場(chǎng)上各大汽車廠商推出的eHMI設(shè)計(jì)概念車型入手，分析了eHMI設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀和未來的發(fā)展趨勢(shì)。然后 我們 提出了一套基于五要素用戶體驗(yàn)?zāi)Ｐ偷膃HMI設(shè)計(jì)基礎(chǔ)框架，并在此框架的基礎(chǔ)上完成了半封閉園區(qū)物流無人車eHMI設(shè)計(jì)。最后，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室環(huán)境中使用Arduino驅(qū)動(dòng)LED顯示屏等硬件進(jìn)行仿真。

在下一步的研究中，還有一些領(lǐng)域需要進(jìn)一步探索。例如，需要根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的政策結(jié)果設(shè)計(jì)一套完整的可用性測(cè)試，并根據(jù)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行設(shè)計(jì)迭代，以進(jìn)一步完善eHMI的設(shè)計(jì)。此外，還需要語音交互、手勢(shì)交互等交互方式 到 實(shí)現(xiàn)多渠道交互，優(yōu)化用戶體驗(yàn)。