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原文传递基于触控交互和视觉交互的汽车HMI中控屏位置评价研究

论文题名：	基于触控交互和视觉交互的汽车HMI中控屏位置评价研究
关键词：	汽车HMI中控屏;位置评价;触控交互;视觉交互
摘要：	随着汽车智能化水平的不断提高，汽车HMI中控屏的数字化和网联化成为汽车智能座舱设计的主流趋势。汽车中控屏是人机交互的信息载体，不仅为驾驶人提供与安全相关的驾驶辅助信息，如地图导航和辅助预警等，而且还为驾驶人提供座舱内的交互信息如音乐、空调和座舱灯光等。由此可见，驾驶人与汽车HMI中控屏的交互效果与驾驶舒适性和驾驶安全性存在密切联系。现有车型的汽车HMI中控屏位置存在差异，但汽车HMI中控屏位置的优劣却没有确切的定论。因此本文将评价汽车HMI中控屏的位置作为切入点进行研究。　　驾驶人与汽车HMI中控屏的交互分为两种方式，一种是通过手部运动进行的触控交互，另一种是通过视觉搜索进行的视觉交互。为了对汽车HMI中控屏位置进行全面的评价，我们从上述两个方式入手对汽车HMI中控屏位置进行分析，将研究分成两个部分，一部分是基于手部运动特征的汽车HMI中控屏位置评价，另一部分是基于眼动指标的汽车HMI中控屏位置评价。本文的研究分为以下三部分。　　第一部分是基于手部运动特征对汽车HMI中控屏位置进行评价，首先对驾驶人触控汽车HMI中控屏的手部运动过程进行分析，发现驾驶过程中驾驶人执行驾驶次任务的手部运动特征值具有整体平稳且局部波动的集群效应。同时，此种数据变化规律与经济学中证券市场的价格波动数据特征一致，因此想要通过价格波动风险的评价方法来评价手部触控汽车HMI中控屏过程的舒适性和安全性。然后，结合手部运动特征和时间序列GARCH模型，构建了基于手部运动特征的汽车HMI中控屏位置评价模型。最后，分析了驾驶人手部运动波动率与车辆横向控制、车辆纵向控制及驾驶人主观评价之间的相关性关系，并且通过斯皮尔曼相关性检验对手部运动特征波动率与上述指标进行相关性检验。验证结果表明手部运动特征波动率与车辆横向偏移均值、横向加速度、制动踏板深度均值及驾驶人主观评价分值存在强相关关系，因此判定手部运动特征波动率与操作舒适性和驾驶安全性相关，可以根据手部运动特征对汽车HMI中控屏位置进行评价。　　第二部分是基于眼动指标对汽车HMI中控屏位置进行评价，首先对驾驶人视觉搜索的相关指标进行分析，确定了扫视角度阈值、扫视时间阈值、注视时间阈值及交互界面不同交互任务的难度系数，并且根据实际意义通过隶属度函数对这些指标进行归一化处理，得到线性加权评价模型。为了计算模型的权重系数，本文选用了随机森林计算方法对指标的权重进行计算，通过对决策树的建立原则进行分析，确定随机森林算法中的基尼系数可以表征指标的重要程度，将不同指标的基尼系数进行归一化处理得到指标对应的权重。最后，将归一化的指标带入到基于眼动指标的汽车HMI中控屏位置评价模型中，计算得到量化的评价值。为了验证模型评价的有效性，将模型计算的评价值与驾驶人主观评价值进行相关性分析，通过皮尔逊相关性检验计算相关系数为0.935，证明模型构建的有效性，同时也分析了车辆行驶参数如加速度、速度、制动踏板踩踏情况等，并通过斯皮尔曼相关性检验分析基于眼动指标的汽车HMI中控屏位置评分与车辆行驶参数之间的相关性，发现基于眼动指标的汽车HMI中控屏位置评分与制动踏板踩踏深度均值呈现负相关关系，相关性系数为-0.573，进一步证明模型构建的有效性。　　第三部分，分析了触控交互和视觉交互的位置评分与汽车HMI中控屏位置X、Y、Z坐标的关系（以方向盘中心为坐标原点），并且取触控交互和视觉交互最优位置的交集作为最优的汽车HMI中控屏位置，位置6（右前上）（45.00cm， 25.00cm，35.00cm）为所选位置中最优的位置。本文的研究结果可以为汽车HMI中控屏位置的放置提供设计依据。
作者：	刘文龙
专业：	交通运输
导师：	王琳虹
授予学位：	硕士
授予学位单位：	吉林大学
学位年度：	2023