智能座舱设计的人机工程学准则

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智能座舱的人机工程学准则还可以再做出进一步的细分,这篇文章里,作者就介绍了新型智能座舱的人机工程学准则,包括法规、人机工程和人机交互三个模块,一起来看看,或许可以帮你更了解智能座舱与HMI设计。

智能座舱的人机工程学准则,大致可以细分为整车的人机工程准则和座舱内的人机交互设计准则。人机工程设计更侧重于整车尺寸的定义、驾乘空间的布置和种子系统的人机布置等。而人机交互设计是一个相对宽泛且宏观的概念,座舱设计中更关注人与各种多感官交互媒介的互动,包括触摸屏、仪表、HUD等,智能硬件如座椅、后视镜等。

人机工程是人机交互设计的基础,人机交互的媒介设备的位置需要遵循人机工程的基本准则,以保证不遮挡驾驶时的视野,或者有足够好的操作便利性。除此之外,人机交互设计还需要综合考虑多种感官媒介信息传达的有效性、效率和用户感受。下面我们概要介绍一下新型智能座舱的人机工程学准则,包括法规、人机工程和人机交互三个模块。

一、法规及标准

法规是国家机关制定的规范性文件,多是为了保证产品和服务的基本质量,能满足大部分人的使用及安全要求。汽车设计领域相关的法规很多,有针对整车的,也有针对座舱内部各种子系统的,不同国家的法规标准可能有所差异,如果不满足某一国家的法规要求,则产品很可能无法在该国家销售。

因此座舱设计中,首先应该根据目标市场,了解涉及国家或地区的法规,并在设计中遵守。下整理了人机工程和人机交互设计中部分常用的法规要求,供大家在设计中查阅。

我国汽车行业目前普遍采用美国汽车工程师学会(SAE)的人体尺寸模板开展研发工作。SAE与人因工程师合作,开发了大部分用于汽车工业的乘员布置和方法标准(SAE 2009)。

但设计师需要认识到中美人体尺寸存在较大差异,基于错误的人体尺寸进行座舱设计会让我国部分驾驶员的局限性直接加大,例如驾驶员背部贴紧座椅时手臂伸直仍摸不着中控屏幕,这时需要身体向前倾,这无疑是不适、低效和不安全的。

我们应该基于中国成年人人体模板开展研发工作。但是目前能使用的《中国成年人人体尺寸》是1988 年发布的,其中的成年人人体数据已完全无法准确反映当前我国国民的身体状况。为此,我国人体基础数据调查在2018年已经启动并完成了最新的人体尺寸数据测量,具体标准已完成审查正在批准中,有可能会在近期发布并实施。

智能座舱 HMI设计尚在发展中,目前国内并没有专门针对HMI的法规标准。在国外,美国高速公路安全管理局(NHTSA)与相关研究者合作,编写了相对全面的人车界面及车内电子设备的人因设计指南。其中对驾驶员、视线偏离和车内电子设备的响应时间均有一定的建议和要求。

二、人机工程要求

人机工程在具体设计中主要考量三大方面:驾乘舒适性、视野可视性和操作便利性。

驾乘舒适性指根据主要目标用户群体的人体尺寸进行驾乘空间布置,保证驾驶员和乘客静态空间舒适,以及进行任务操作时姿态舒适。具体的人机设计需要考虑驾驶员和乘客的位置、眼椭圆、不同的触及范围、空隙和可视区,以及其他相关的车辆细节(如转向盘、地板、各种踏板、座椅、扶手、变速杆、停车制动、视镜、硬点、基准标记/点、视线点、视线)和尺寸。

视野可视性指的是考虑三个视镜的位置与尺寸、汽车上车身(立柱和车窗)和驾驶员眼位置,以保证驾驶员以合适的角度和方式瞄看三个视镜,能通过直接和间接视野获得周围车辆360°的可视性(至少能看到周围每辆车的一部分),下图展示了坐在自车内的驾驶员通过直接、间接视野和外围设备获得汽车周围360°的可视性。

座舱内驾驶员通过直接、间接视野和外围设备获得的360度可视性

直接视野是驾驶员通过转动眼睛和头部从前风窗玻璃和侧面窗口所看到的区域,也包括驾驶员查看左或右外视镜时驾驶员可以看见的外围直接视野(表示为左外周视野和右外周视野):间接视野是驾驶员通过左右外视镜、内后视镜或其他传感器探测物体位置所间接看到的视野,即上图中LMF、IMF和RMF 表示的范围。

操作便利性指在设计时考虑、权衡控制和显示及相关设备的位置的使用条件和驾驶场景,保证驾驶员以最小的心理和生理负担迅速地操作控制装置。这一方面需要考虑大部分用户在完成这项任务时的人体尺寸,以保证控制装置在可触及范围内。

另一方面也需要考虑显示设备位置,以保证信息显示在驾驶员自然视野范围内,或者不需要过多的头部或躯干运动查看在确定了车辆中的驾驶员位置后,人机工程师应确定控件和显示设备的位置。控制和显示区的制约因素有最大到达区域、最小到达区域、穿过转向盘的可见区域、35°下视角区域等。

三、人机交互要求

智能座舱的人机交互按空间位置可分为车内和车外,按交互通道可分为操作输入和显示输出。随着交互技术的快速发展,智能座舱的操作、显示的位置和方式都呈现出多样化的特点,智能座舱的人机交互设计逐渐走向多感官通道的自然融合交互。

下面是智能座舱交互媒介的分类:操作输入除了传统的物理控制装置(如方向盘、加减速踏板、驾驶员周边操控按钮),还包括触控屏幕、智能语音,以及眼动、手势识别、头部追踪、姿态识别等隐式交互;信息输出设备除了传统位置的仪表屏和中控,逐渐扩展到更多位置,如平视显示(HUD)、电子后视镜、后排娱乐屏、氛围灯等,也扩展到多个感官通道,如听觉、触觉(座椅、安全带、方向盘的震动等)和嗅觉(智能香氛等)。

车外交互主要用于传达车辆状态,实现车辆与路面行人、基础设施之间的互动,也可以提供驾驶员上车前的人车互认。而在高级别自动驾驶中,除了与行人的交互,还可以向周边其他车辆传达车辆意图和状态。

根据百度智能驾驶体验中心的车外交互设计探索,乘用车辆的车外交互媒介一般包括车本身的灯光(转向灯、刹车灯等)、喇叭,还可以根据车辆定位考虑配置车外的屏幕、地面投影和氛围灯等。进行车外交互设计时,需要充分考虑驾驶环境、车辆状态、展示的位置及内容,以保证信息传达效率。

驾驶场景下驾驶员既需要观察车外环境信息,还需要时刻理解车辆系统的信息,以综合来自“环境”和“机”的信息,做出正确的理解和互动响应。在座舱人机交互设计中,我们需要考虑当前驾驶情境下用户获取的信息,以及需要其进行的交互行为,分析用户被占用的认知通道,并根据不同交互方式的特点选用更合适的交互通道,考虑多种方式的自然融合,在满足驾乘人员完成复杂操作需求的同时,创造丰富和全方位的驾乘体验。

下面是整理的不同通道的操作与显示方式的HMI设计准则。

不同通道的操作方式及设计原则

不同通道的信息显示方式及设计准则

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题图来自Unsplash,基于CC0协议

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