什么是汽车人机界面设计?未来的发展方向是什么样的?

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汽车人机界面智能座舱用户体验设计

关于定义

人机界面即人机交互,人机交互的本质就是人与机器之间互动反馈的过程。
人机界面全称是人机界面(交互)狭义的汽车人机界面设计主要是界面设计(接口)更多强调的是系统和用户之间进行交互和信息交换的媒介, 比如说中控屏、数字仪表还有语音交互,关注的是信息在不同媒介之前的信息流转,包括中控的布局、按钮、仪表的显示及语音交互界面设计等,广义的交互(互动)更加宏观,更加强调不同技术、不同媒介、不同座舱布局等宏观信息给用户带来的主观感受,侧重的是人与自动驾驶系统、人与车机界面、人与其他车内硬件的交互体验。

什么是汽车人机界面设计?未来的发展方向是什么样的?

人机界面并不新。上世纪八九十年代,普通车辆能够执行的功能数量正在迅速增加,设计人员的任务之一是提供允许驾驶员管理新功能的控件,一个具有动态内容的屏幕出现,这个系统的设计灵感来自飞机。

日产在 1985年推出了 CUE-X概念车,该系统提供带有图形界面的彩色触摸屏,功能控件的设计和位置与现代车辆非常相似,非常超前。

接下来就是特斯拉型号3标志性意义的中控设计,成为汽车业内一个颠覆式创新。采用极简的内饰设计,精简了物理按键,甚至连仪表都不复存在,所有的一切控制都集中在中控大屏上,也引领了电动汽车的人机界面设计,目前来看无出其右。

汽车人机界面设计的流程/设计范畴/设计原则等

目前主机厂的人机界面设计已经相对成熟,一个基础的共识是:人机界面设计需要车企内部跨部门合作,以交叉的形式来完成,通常会有一到两个部门牵头组建人机界面设计团队,比如造型部门,比如软件部门。或者整车集成部门,通过项目的形式进行人机界面的设计和开发工作。市场销售部提供市场的用户画像,电子电气和软件工程部负责交互底层的软件及编程实现,设计或整车集成部提供完整的用户体验/用户界面设计内容,每一个人机界面设计背后都有多个部门的协同开发。

以人为中心的人机界面设计

  • 安全仍是第一目标:人机界面界面的设计上,最重要的考虑仍是安全因素,信息的布局、色彩、图标的呈现都为了让用户更快地理解信息并完成交互,而不是视觉上的美化。
  • 清晰的视觉对比:清晰的色彩对比、适当的字体设计有助于用户快速地完成操作,避免视觉注意力长时间停留引起安全隐患。
  • 一眼就懂的界面:不要让用户思考,直接呈现最关键的信息。
  • 设计的一致性:仪表、中控及整个车机的人机界面设计风格、色彩

部分国产品牌车载大屏设计同质化现象严重,提前进入了类似移动端更换主题的换肤时代,车载大屏视觉和交互设计,如何在体现品牌价值和商业价值同时,最大化保证驾驶安全,是每位汽车人机界面设计师思考的问题。

视觉设计原则

全自动驾驶来临之前,人依旧是驾驶过程当中的主要操控者,驾驶仍是一项复杂的信息处理过程。为了确保驾驶安全,提高驾驶者的信息获取效率,在视觉界面的设计中,设计师格外需要注意与安全相关信息的展示、视觉警告、文字易读性和显示眩光等视觉显示问题。同时,随着自动驾驶等级的发展,汽车驾舱的设计逐渐加重了数字化和智能化的比重,新的视觉设计关注点和之前忽视的视觉设计点开始成为讨论的焦点。

1.视觉显示

视觉形态在驾驶任务中占有重要的地位,并且为各种不同的感官维度服务。例如颜色、亮度和对比度,又比如刺激维度,如位置、尺寸、形状和周期性 (例如,闪光)。此外,视觉是用于呈现内容信息的通道,因此对于涉及语义内容的消息来说是最合适的信息呈现方式。

文字和易读文本特征

在对超宽一体屏使用文本时要考虑的关键性因素是:将文本的字数保持在最低限度,尽可能的避免出现成段的文字信息,以此来保证信息的可读性。一般而言, 汽车仪表与驾驶者的距离在60-85厘米之间,仪表屏物理尺寸也各有不同,在仪表盘设计中字体有着举足轻重的作用。所以在设计中仪表上的重要信息一定要以足够清晰的大小显示,不可虚化或混淆。

显示眩光和颜色选择关系

大量的汽车用户界面都选择了深色背景,是因为它们不那么分散注意力并能够减少眩光。实际上大多数汽车用户界面都选择了深灰色、深蓝作为背景色,因为深黑色对于较浅的像素来说对比度过高,而对比度较高的文本会导致用户的阅读困难。

在汽车制造业逐渐智能化的今天,汽车驾舱的视觉设计中加入了主题选择功能,设计师为用户提供更多的选择和个性化的定制。但万变不离其宗的是,为了减少显示眩光,让用户以最便捷迅速的方式获取信息,用户界面颜色的最佳选择范围永远在深色上。

安全相关信息的可视化类型

超宽一体屏的仪表区域依然可用于传递警告和其他信息。在仪表区域的视觉设计中,要考虑存在大量潜在的信息需要传达,包括与其他车辆位置或状态有关的安全警告;道路危险,如迫在眉睫的弯道或合并情况;以及驾驶性能,如燃油效率。选择信息呈现方式主要考虑的因素是信息内容类型。

  • 连续性或带有等级的图标,可以用持续增强或减弱的递进式传达,例如崩溃警告信息或进展信息。
  • 符号或简单图标可以增强对信息的理解,不需要解释说明,适用于单一状态信息。
  • 空间维度信息适合于用地图的形式展现,凸显交叉口和车道变化或合线警告。
  • 具象化图标可用于向司机提供有关车辆系统或状态的功能状态的信息。

基于新技术的视觉呈现设计

随着车联网和智能科技的发展,车与社会上所有不同角色之间的联系也将愈加复杂,这当中的角色再也不仅仅局限在人,车也会和车,甚至周边环境产生联系。为了顺应未来数字化智能驾舱的发展,在视觉呈现设计上,需要考虑新技术带来的更多样的表达形式。当视觉设计与新型智能科技达到完美融合的时候,超宽一体屏才能带给驾驶者更好的用户体验与服务。

2.品牌化设计

品牌是车辆和驾驶体验的重要组成部分。但这个概念在人机交互界面中被忽略了。在汽车的其他地方才能体现出品牌脱氧核糖核酸例如,在判断一辆跑车出自哪个品牌时,主要的判断依据是标志车身形状和内部工艺水平。人机交互界面作为用户与品牌的主要接触点之一,对于糟糕的体验与混乱的一致性并不会为品牌和驾驶者带来利益。设计师有责任在品牌展示与和成熟的设计间找到微妙的平衡,在人机交互界面中展现出品牌的特色。

3.基于自动驾驶的视觉呈现设计

自动驾驶阶段中,由于双手与注意力都得到解放,将大大增加驾驶者的空闲时间。驾驶者变成普通乘客后,将在互联设备上花费更多时间,除了考虑到乘客会在视频、音乐等的内容诉求,还需要考虑到乘客会享受前所未有的沉浸式体验,如学习、互动社交、互动游戏等等。

针对不同种类的用户群体和车型,产生了各种多样化的需求,未来超宽一体屏的视觉呈现方向分为各大类型:娱乐型、商务办公型、家庭关怀型等。

交互方式的设计原则

在对超宽一体屏驾舱的人机交互进行讨论时,需要从硬件和软件这两个维度上去考虑。硬件方面,布局和多种操作方式是被着重考虑的;而软件方面,系统框架、操作反馈以及信息提示(尤其是安全相关信息)是重点考虑对象。此外,针对未来智能化驾舱,在屏幕的设计中还需要考虑到个性化等用户体验设计元素。

1.布局合理性

在对超宽一体屏的驾舱的人机交互进行讨论时,需要从硬件和软件这两个维度上去考虑。

首先是一体屏这个硬件的的安装位置。从人体生物原理的角度进行分析,人单眼的水平视角最大可达156度,双眼的水平视角最大可达188度。

1.人眼能够看到一个超过180度鱼眼镜头的188度环形平面,类似于近期比较流行的环形电影屏幕。

2.人两眼重合视域有124度,并且只有这124度两眼重合视域内观看到的物体才有立体感。

3.单眼舒适视区域为60度。是指单眼的60度范围内的物体能够看清楚,人眼才能够聚焦,而超过水平方向视野角30度的周边部分称为诱导视野,俗称眼睛的余光,在人眼并不敏感的范围,人是无法看清楚的。

4.人视觉在10度是敏感区,10 ~20度可以正确识别信息,20~30度对动态东西比较敏感。当图像的垂直方向视角为20度,水平方向的视角为36度时,就会有非常好的视觉临场感,而且也不因为频繁转动眼球造成疲倦。

为此,屏幕的安装位置应该是符合人体工程学的,在手动驾驶的场景下能够给与驾驶者最优的视线范围,帮助其在驾驶时以最合适的角度获取相应的驾驶信息。

2.架构合理性

伴随着自动驾驶的发展,驾驶者在车舱内的多样丰富的需求得到了满足,与其同时,大量的信息数据也由此产生,信息过载会使驾驶人的认知能力下降,从而实质上导致驾驶安全性降低。为此,生态人机界面的设计要考虑到驾驶人的状态意识,建立符合人机交互、人机共生的驾驶作业界面。

第二类,自适应功能分配:考虑的是“谁在什么时候该做什么”的策略,是动态的功能分配。因为交通运行随时间变化,驾驶行为将会因为心理和生理原因逐渐变差,为保证车辆行驶安全,有必要对人机功能动态地进行再分配。第三类,生态功能分配:考虑的是“谁在什么时候做什么,该怎么做”的策略,是动态的、智能化的、实时的功能分配。

据数据显示,人们对一个手眼合作活动的期望反馈时间是100毫秒,对一个因果关系(比如单击一个按钮然后发生某事)的期望反馈时间是1.秒,他们对任何反馈时间为5.秒以上的事都会觉得沮丧和困惑。由此看出,重要的反馈,层级应该放在最高优秀级的位置上,以方便驾驶者及时作出反馈,减少交通安全事故。

3.消息特征和安全信息

增强消息可理解性对驾驶者的意义重大,理解是指驾驶者通过DVI(数字视频接口)所给出的车辆信息含义的感知和认知过程。驾驶者正确快速地回应即时性关键信息的能力在很大程度上取决于他们理解信息含义的速度。

消息理解有三个阶段:提取,识别和解释

消息复杂性

DVI消息中的复杂性通常是指消息中提供的信息量,但也包括如何让驾驶者使用信息,以及信息对驾驶者的价值。大体而言,向驱动程序提供过于复杂的DVI消息的后果可能包括:中断驾驶任务的注意力、增加眼睛越野时间、增加驾驶者工作量和可能分心,以及增加对关键道路事件的响应时间。

视觉信息的复杂性:增加DVI信息的复杂性会增加认知需求。

可视消息最适合呈现非安全关键的更复杂信息,不需要立即采取行动,可用于:

  • 提供连续(不间断地呈现旅行段,旅行或甚至更长时间段内的信息)低优先级信息,例如导航相关或警示信息。
  • 提供空间信息。在这方面,平视显示器(抬头显示器)和高头显示器(hhd)也具有呈现关键信息的潜力,特别是如果消息具有空间分量(例如,相对于驾驶者车辆的空间位置)。
  • 提供主要听觉或触觉信息附带的冗余或补充信息。
  • 在合理预期驾驶者能够看到视觉警告的情况下提供主要警告信息,作为常规信息获取过程的一部分(例如,在后视镜和侧视镜上或在A.柱上呈现的LCW系统的视觉即将发生的碰撞警告)。

听觉消息能够快速捕获驾驶者的注意力,并可用于:

  • 提供简短,简单的消息,需要快速或立即采取行动。
  • 提出高优先级警报和警告(例如即将发生的碰撞警告);在这种情况下,可以结合使用
  • 视觉(或触觉)消息为驾驶者提供冗余提示。
  • 在驾驶者可能分心或远离视觉的情况下向驾驶者提供重要信息显示(注意:这也可能适用于触觉消息)。
  • 直接关注潜在碰撞威胁的位置。
  • 表示系统故障或限制的开始。
  • 在非时间紧急的情况下增加视觉警告。

触觉消息能够快速捕获驾驶者的注意力,并且可以在以下情况下使用:

  • 听觉信息不太可能有效(例如,如果驾驶者的听觉工作量过大,如果听觉警告是广泛用于另一个CWS设备,或者如果环境噪声太高)。
  • 驾驶者可能与触觉反馈源接触(例如,驾驶者通常会感觉到座椅振动,但他们可能没有感觉到加速踏板反馈)。
  • 关于各种类型的驾驶信息和信号的视觉和听觉模式的选择已经写了很多。许多作者依赖于死亡的原始作品,他为协助设计师完成这项任务制定了一系列有用的规则。下表列出了死亡的原始八条规则,为选择听觉和视觉模式演示提供指导。
  • 选择听觉与视觉显示模式的一般规则。

汽车人机界面的未来发展方向

下一个十年,更多数字化技术将会完美融入到智能座舱的人机界面设计中,智能座舱也势会以更全新的形式呈现出来!

01从被动到主动的交互模式

真实驾驶场景中,驾驶者视线与双手被驾驶任务占据,但驾驶员拥有与外界交互的需求,在人车交互体系中,驾驶员的核心注意力一定是被“开车”这件事占据的。所以,驾驶人员和车机系统进行“沉浸式”的交互短时间内并不现实。

除了注意力这种无形的交互限制外,驾驶人员的双手和视线两个重要的交互通道也被占用了。驾驶员可以偶尔单手操作,但可交互的距离被限制在了臂长范围内,同时,由于路面可能会颠簸、单手操作时的肘部是悬空的,这些都会导致操控的精准度下降。

而另一方面,驾驶员的视线无法离开路面超过3.秒,尤其是在高速驾驶的场景下,1.秒钟内汽车的移动距离最高可达30多米,眨眼间,可能就会造成惨剧。

但是,人们其实很难在驾驶过程中老老实实的,双手握好方向盘,视线紧盯路面,别的什么都不做。但用户在开车时会做很多事情,比如看看路况、听听音乐、和朋友聊聊天,甚至下班的路上顺便定个外卖,到家刚好能吃上。

在这个数字化的智能时代,我们不可能让驾驶人员一坐进车里就突然断掉与外界的一切沟通,不去处理任何生活和工作的相关信息,只做开车这一件事。

结合前面说的驾驶场景下的交互特点,就会发现被动式交互是不适合在车内使用的。

用户需要发起和推进每一个节点,这样会导致视线需要频繁从路面上移开,不仅带来不安全的隐患,整个过程也是非常低效的。汽车能不能在我需要的时候主动的把对应的服务放到我面前,而不再需要我在开车时手忙脚乱的去找。这样美好的体验设想,就是“主动式交互”。

主动式交互特点:

智能化:随着技术,硬件和成本的发展,车里会越来越智能,智能化对交互方式影响是机器会增加担任主动输入的能力,所以随着车越来越智能化,车主在输入方面投入加少,效率更快。

自动化:随着自动驾驶的技术越来越成熟和普及,车主会逐渐释放注意力资源和手眼,可以更多投入车舱更多的娱乐操作当中。也会导致在输入输出反馈中更好利用视觉反馈。

电子化:去掉实体控件,科技感,简化内饰,降低成本,变成一种趋势。但是无论是触摸屏还是语音,都没有办法完美取代实体控件交互。然而,趋势仍然是站在触摸屏这边的。所以这也导致在车舱里交互的变化。

我们把车舱交互阶段抽象归纳为3.个阶段进程,用户主动式交互—机器建议式交互—机器主动式交互。我们目前处于用户主动式交互到机器建议式交互到过渡期。而我们能推理出用户输入,机器输出/反馈和场景信息采集在这3.个阶段进程里的趋势。

多模态交互

随着科技发展和车主的期望,车内外的信息和功能越来越多,作为人机界面设计师的任务就是让车主减少注意力资源占用,减少驾驶分神,所以交互方式由此产生阶段性变化:物理旋钮/按键——数字触屏——语音控制——多模态交互。

车内信息和功能随着越来越多,物理旋钮/按键的交互方式已经满足不了内容的扩展,数字界面由此在车内出现。但是当网联化后,娱乐信息成为了车内一大内容,数字界面的弊端也逐渐暴露出来了。界面层级导致操作效率的下降,而数字组件控件虽然解决了空间,成本,扩展迭代的问题,但是同时也缺失了物理旋钮/按键原本的触感反馈,易定位性及效率精细操作等优势,一定程度上影响到驾驶安全。

未来,车里还可以准确地识别人脸更多细节信息,如表情,微表情,精神状态(是否疲劳,是否专注),视线注意等,以判断人的情绪,疲劳状态,专注度等,并在情感互动,疲劳驾驶预警,专注力监测与应对等场景发挥作用。

03智能互联,多场景衔接

未来,将会打破单车智能的孤岛效应,形成一个互联智能场景。在此场景下,设备之间将互联互通,场景直接实现无缝衔接:一种情况是一个大脑(中控)连接并控制多个终端,例如通过智能中控,控制家里空调,窗帘等等。通过设备互通,场景融合,形成数据交互,共享的崭新智慧生态,共同提升人们的生活品质。

多终端协同,车辆调度形成体系,提高出行效率,通过大规模精准的车辆调度运营,实现出行需求和供给的高效匹配,提高车辆和城市道路资源的利用率。

04 AR-HUD等新兴交互技术的成熟与普及

在未来三年内有量产基础的八项交互新技术中,AR hud智能机器人、智能表面、空中手势等技术正在逐渐成熟。抬头显示器抬头显示中,可以有效发挥车载应收账在智能车舱中的应用价值。

不同用户如单一用户或多用户如驾驶员、副驾驶、车内乘客,针对不同的信息内容维度:安全、导航、车辆监控、娱乐交流工作等,在不同的驾驶模式下等都呈现出非常大的设计空间。分享相应的内容到抬头显示器屏幕上,通过应收账地图导航技术叠加眼动跟踪技术,可以让驾驶员体验到更加逼真的导航服务。

总结:

随着5G和车联网技术的发展,科技与智能,正在重新定义未来智能座舱人机界面新体验。更多人机界面的趋势、方向、设计及技术探讨,请关注:

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我是王亚辉,清华大学汽车人机交互方向博士后,高校副研究员,也是汽车技术公司产品创新总监,如果你对智能座舱、自动驾驶、汽车用户体验感兴趣,请关注我。

另欢迎对汽车人因学、汽车人机交互感兴趣的同学报考研究生。

来源:知乎 www.zhihu.com
作者:王亚辉

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