驾驶座舱HMI浅析

引言

围绕驾驶者为核心所构建的驾驶座舱环境是近年来各大车厂比拼驾驶体验、行驶安全的必争之地。

车辆中的驾驶座性质上不同于其他乘客座，其对驾驶安全性、车辆数据实时反馈及引导性信息提示具有强烈的要求和依赖。

所以营造一个怎样的驾驶座舱环境才能满足驾驶员诉求、实现“安全、高效、先进、智能”驾驶是本文叙述的内容。

范围

首先要明确无人驾驶不属本文讨论范围，虽然当前已研发成熟并投入实验阶段，但其本质上模糊了驾驶员与乘客的角色定位。

所以其车内环境更注重于追求乘坐的舒适性，甚至都没有方向盘，故暂且不谈。

其次娱乐向的电子设备也只是锦上添花的内容，不是驾驶者的首要需求，也不进行过多赘述。

角色分析

驾驶员作为车辆的唯一控制者，其全部的注意力和关注点都集中在前方的道路、四周的车辆以及周边的设施，然后根据实时道路状况的反馈来对车辆进行操作和控制以行驶至目的地。

当驱车前往一个陌生的地点时，还需要导航来提供外部辅助信息以保证行驶道路的正确性。

随着技术的进步，ADAS高级驾驶辅助系统也增添了一种为弥补驾驶盲点的额外信息来源。



以下将从输入：视觉、听觉，输出：操作，为视点进行切入，简单回顾驾驶座舱的发展历程。

“一维度”

一个仅包含机械仪表盘以及功放机头的驾驶环境。



视觉上仅有一些车辆部件的工况读数，以了解诸如行驶车速、发动机转速、水温、燃油等基本车辆状况。

听觉上仅有简单的蜂鸣器警报音，以及基本的一些音乐播放。

能够进行的操作非常有限，主要集中在机头上，全部是物理按键的形式，辅以少量的方向盘按键进行简单的音量、切曲控制。

在驾驶过程中，所有的事件基本都由驾驶员发起，车辆被动的依照指令进行执行。
车辆也都是单独的个体，对于外界环境的感知力几乎为零，完全依赖于驾驶员的操控。

安全性：只能由驾驶员自我保障。
高效性：功能较少，操作简单，较为高效。
先进性：无
智能性：无

“一维度”驾驶环境其优缺点都是较为突出的。

缺点是无论是输入还是输出都是贫瘠的，能够提供给驾驶者的帮助极少。

而优点恰恰是因为缺点带来的，可以完全投入到车外道路环境中，是比较纯粹、本源的驾控体验。



“二维度”

这个阶段车辆不管是内部设备还是外部感知，都有了较大跨度的进步。

在内部设备上，仪表盘开始使用全液晶规格，其表现力和信息内容更为丰富。



中控设备全面进入触摸屏的触控时代，引入了导航功能以及多样化的影音娱乐和手机互联接口。

在外部感知上，GPS与AGPS的设立在宏观上给予了车辆确定位置的能力。



此外还增设了倒车摄像头甚至环绕车身四周的全景摄像头，为驾驶员了解周边环境提供了新视角。



在该驾驶座舱环境中，驾驶者的视觉、听觉和操作上，不管信息量还是操作量都是多渠道、高并发的。

驾驶者视觉上需要同时关注前方的道路情况、仪表盘一些即时弹出信息以及中控上导航道路相关指引。

鉴于全液晶仪表盘的显示特性，大部分的UI设计都是美轮美奂、科技感极强的，这是相对正面作用的。



但也有个别设计信息内容过于冗余，对辨识度和读取难度带来些许负面作用，容易造成视觉停留带来安全隐患。

中控的屏幕也有同样问题，而且中控屏在特斯拉MODEL S的引领下走了波大屏风，还带来大面积光污染的问题。



在听觉上，外界环境音、提示音、导航诱导音以及娱乐音声等不同音源的高并发是显著的特点。

驾驶者若边听歌边使用导航功能时，需要抬头找路、低头看图、左耳赏歌、右耳辨路，驾驶状态比较难以集中。

而丰富多样的控制方式也是对驾驶员的熟练掌握提出了更高的要求，需要一定的学习成本和熟悉过程。

首先仪表盘依旧维持了方向盘硬按键的输入方式，门槛最低。可以满足盲操及反馈感，一键一动作操作步骤简洁。



其次中控使用软按键触控+硬按键的方式，相对也比较好理解，但是滑动以及多指等功能略微增加了操作复杂度。

然后还有较小众的隔空手势操作，理解和记忆难度较大，且需要较标准的动作才能生效，使用效率不及直接点击或按下。

最后是近来流行的语音控制，只需一键激活对话模式，随后使用语音命令替代手部动作，可以保持双手不离开方向盘。



在保证较高的安全性同时，操作步骤却较冗长，在识别率保证的前提下也需要一到两次的对话才能完成操作。

耗时长、效率低、强烈依赖辨识性能等，且对驾驶员集中注意力也有不利因素，所以该功能真正的使用率也并不高。

安全性：较多的提示类信息分布在驾驶者正前方以外的地方，对专注力有较明显的分散作用，不利于安全驾驶。
高效性：功能丰富，操作复杂，部分需要驾驶者予以应答或确认，效能没有突出表现。
先进性：具有一定程度的先进性，全液晶仪表的UI能够展现炫丽的画面，功能强大的车机也丰富了驾驶空间的延展性。
智能性：相对智能程度较低，车辆的外部感知力表述只限于定位，而内部则更偏向于与驾驶者的被动式交互方式。



“二维度”驾驶环境为驾驶者提供了许多有帮助的信息，但是信息出口较为繁杂。

其优点是拓展了驾驶本源以外的更多辅助功能，为行驶过程增添了丰富多彩的驾享体验。

而缺点是会分散驾驶员的注意力，新增的功能没有很好的与驾驶本身相融合，没有形成一个整合化体系。

“三维度”

当前最具技术含量的驾驶座舱环境，汇聚了光学、雷达、图像识别与车辆控制逻辑等先进技术。

内部设备在全液晶仪表的基础上，另增设了HUD抬头显示组件，并融汇入AR技术实现了3D AR HUD。

中控设备突破了与仪表盘互不联结的分体格局，贯通为一体化并环抱于驾驶者前方。

另有一些高级车型设有驾驶座摄像头，用于检测驾驶员疲劳状况并提示安全信息。



外部感知能力上则是有了长足的提高，ADAS高级驾驶辅助系统在微观上实现了车辆的“视力”。

能够检测到驾驶者视野外盲区的道路动态，即时的提供重要安全信息反馈给驾驶者。

在必要的危机时刻，会果断介入、夺取车辆控制权并执行安全策略，最大程度的保护驾驶者与乘客的安全。



在视觉上，HUD首次将车速、转速等最首要的行车信息用光学技术投射在驾驶员水平正前方的前挡风上。

3D AR HUD更是直接将道路诱导信息与车前方道路环境严丝合缝的相叠加，且能框选凸显行人、障碍车辆等安全隐患。



全液晶仪表盘则使用了较大的显示面积着重用来表现ADAS的场景重构及车身周边道路动态。

与仪表盘相联的中控用来呈现大地图或音乐等次要信息，基本不含驾驶所需的关键内容信息。

最后还有车外两侧的后视镜，在驾驶者进行变道并线操作时能够显示一些安全提示信息。

从整个体系上来看，这种驾驶环境的视觉输出终端不减反增，多了前档风和后视镜这两个驾驶者最高使用频度的输出点。



但就驾驶习惯而言，却更符合安全驾驶的要义。驾驶员前行时最主要的视线焦点是正前方，而转向时为侧前方。

所以新增的重要行车信息显示在这些区域里并不会分散驾驶者的注意力，而是起到了增强和辅助的作用。



仪表盘中的ADAS场景重构并不是驾驶中需要首要关注的，也不会对驾驶员产生过多的干扰因素。

其更多的意义在于驾驶辅助逻辑启动并主动控制车辆时，向驾驶者呈现一种可视化的车辆动作的反馈。

在听觉上，由于视觉表现的集中，一些例如导航音、超速报警的音声提示被替换为UI图形的颜色变化或闪烁。

只有部分安全关联程度高的报警音会需要驾驶者目光短暂下移至仪表盘进行确认或处理。

音源的浓缩依托于视觉的整合，承载的内容却没有被裁剪，使驾乘者能够回归宁静舒缓的旅途中。



控制方式与上一阶段基本相同，没有因为新增的单元而变得更复杂，甚至有些车辆操作都不用驾驶者亲力亲为。

ACC自适应巡航使得驾驶员长途旅行更轻松惬意；LKA车道保持系统与LDW车道偏离预警帮助车辆行驶在车道内。

FCW碰撞预警、PCW行人预警与AEB自动紧急制动系统的结合，最快速度帮助驾驶员最大程度的保证行车安全。

用技术的力量、缜密的逻辑、安全的策略为车辆赋予了些许“生命”，突破了驾驶者生理机能的极限。



安全性：ADAS的配备最大程度的保障了车内与车外“人”的安全，3D AR HUD也同样为驾驶员的安全驾驶保驾护航。
高效性：超越了人体生理极限的反应速度，以及整合在前挡风区域的驾驶视野，都大大提高了驾驶行为的效率。
先进性：毋容置疑以上两点都是依靠着先进的技术为保证，结合驾驶者的需求为出发点才得以最终实现的。
智能性：具备了以安全为基石的智能化，车辆的外部感知、控制逻辑健全，开始能够主动的与驾驶者进行交互。



“三维度”驾驶环境代表了当下最为先进的技术大成，体现了最具时代感的驾驶座舱设计理念和交互方式。

优点不胜枚举，集中的视线焦点、智能的安全辅助等，是在“二维度”基础上的进化和提炼，驾驶体验优异。

其缺点是对硬件的规格和环境气候依赖性相当高，参数指标低的HUD在高强度光照下读数困难，毫米波雷达在极端天气识别率下降。

贯穿其间的思考

通过上述三个维度的回顾，分别从视觉、听觉和操作切入，就驾驶体验进行了一些剖析。行驶安全性永远是HMI系统首先要考虑的重中之重，从中控到前挡风的演变、从触控到语音的演变等等，都是围绕着安全之本。

所以在视觉设计上应尽可能的避免造成驾驶者视线长时间转移，且信息需有主次分级，非必要的信息不应充斥在驾驶视线区域内。

所选取的颜色也应避免太过鲜艳造成视觉疲劳，且日间需足够锐利易于辨识、夜间又需足够柔和避免刺眼。

字体及刻度应清晰易读，一眼就能看清楚；图标及符号应通俗易懂，一眼就能看明白。

多用于液晶仪表盘的异形表盘或量程的UI设计，也应符合大众共识习惯，“太过于科(晦)幻(涩)抽(难)象(懂)的表达方式虽然炫酷，但也会抑制驾驶者的有效阅读”，实际使用体验不佳，犹如引号这句话一般。



而在听觉上，也应本着尽可能少的打扰到驾驶者、避免干扰驾驶注意力为原则进行设计，且提示音也需有权重划分。

能够直接用图形完全表达且足够明确的场合，不要提示音也未尝不可。

比如图示HUD的导航路径显示时，无需再播放导航语音提示；再比如超速报警，只需要图标使用颜色变化或者闪烁也足以表明意图，无需再有提示音。

这样提示音可以仅用来提醒动力或刹车等最最严重的报警事件，驾驶者也不会因为低重要级的频繁报警音而草木皆兵。

在驾驶座舱这样一个较为安静的环境里，系统音效也应尽量舒缓、轻柔，突然的重音绝对是最差的体验。



在交互操作上存在着一对矛盾：驾驶的本质是操控车辆，而不管是按键、触控还是手势，都至少需要驾驶者腾出一只手来进行动作，这与以安全为准绳的设计初衷是背道而驰的。

相对来说语音命令是比较符合驾驶场景的交互方式，但是其效率比直接操作要低的多，故目前仅作为一种补充的辅助手段，用以替代比如设置目的地等步骤繁琐的操作。

所以在交互性上，简单的操作可以尽量考虑使用方向盘按键来解决，最大程度保证双手不远离方向盘；流程复杂的操作可以试图以简单扼要的语音命令进行设置。

触控，一是距离较远、二是没有触觉反馈需要视觉确认，更适用于非行驶中的场景。

至于手势嘛……私以为并不是太适合用在驾驶座舱中，无论是效率、易用性或是准确度上，都存在更好的可选方案。



综上所述，驾驶者会接收到很多形式的输入，也能做出很多形式的输出。那么再进一步深入思考的话， 是否仍存在其他更多符合驾驶环境的输入、输出形式呢？笔者列举了两三个设想如下：

车钥个性配置：
时下的全液晶仪表盘都具有多套UI界面及一些个性化的设定项，假设车主夫妇二人各有不同的设定喜好，每次上车又需要重设一遍，那是相当的不友好。

但若能够将配置信息与车钥匙绑定，在车辆解锁时便知道是男主人还是女主人，便可以立刻套用车钥对应的那套UI及设置。

手机行程设置：
当驾驶者需要为未来的某次出行计划行程时，至少需要先在手机或电脑上规划好，然后在出发的当天重新再在车载导航上设定一次路线。

但其实所有车主基本都会设置自己手机自动蓝牙连接车机，若行程计划也能事先制订并像电话簿和通话记录一样自动同步到车上，然后到达该日期自动执行，便兼具了备忘和便捷的效能。



方向盘震动提示：
具备震动功能的游戏手柄相信各位都玩过，那么若将此功能移植到方向盘中，便能够实现一种新的交互形式。

比如在变道并线时同侧后方有车驶来，此时同侧的方向盘握把位置可以单侧模拟压路肩般的震动以引起驾驶者注意。

震动可以3点/9点单侧也可以双侧，可以有节奏的几下短震也可以单次的长震，能够定义的表达句式是较为丰富的，是独立于视觉与听觉的新形式。



交互体验的创新与探索

驾驶座舱HMI的整个发展脉络是：先有一个创新的功能点，然后此功能逐渐发展成熟，随后满足了某种程度的安全等级达成基线接入座舱系统，最后与系统内其他功能产生更多的交互、相互融合，并最终被整个系统所吸收，成为推动驾驶座舱HMI进化的一段DNA，给予驾驶者一些新的交互体验，周而复始不断迭代。



微观的来看待从上车到下车整个行驶过程，是由N个驾驶场景所串联而成的。
每一个场景都是实时动态环境集合中的一个快照，可以被量化为一组场景数据。

在充分理解这组数据之后，能够依据驾驶逻辑以及安全基准制定出最适宜的处置策略。
我将它称之为“场景理解”，一种拟人化的“阅读+分析+对策”的设计构思。

阅读即通过各种传感器，采集车内外的各项环境状态，并转化为数据格式，组成一个数据矩阵结构。

分析是对该数据矩阵进行逻辑解析，判断是否满足预设的行动策略的触发条件，若满足
则执行对策。

对策的执行由一系列具体动作并发完成，可以是向驾驶者提示信息，也可以是对车辆发送控制指令。



用一个详细的示例来解释：
当前环境变量：车在高速路上120码ACC巡航、导航提示前方200米右岔路行驶出高速、限速设置值120码。

环境分析结论：前方将要到达高速路出口，应立刻减速向右前方行驶。
动作指令发送：自动关闭ACC巡航，提示靠右行驶，限速降到80码。

再举一个简单的但对车辆控制权要求较高的例子：
开着车窗或天窗在兜风，突然下起暴雨。
若雨刮是AUTO档，在雨刮启动同时，可以一并关闭车窗或天窗。

场景理解旨在以正常驾驶习惯来预判下一步的合理动作，并在控制权限范围内施加有效的帮助。

“人车合一，它最懂你 ”