智能化趨勢(shì)下中控顯示屏的認(rèn)知提升

趙國棟 劉國亮 劉偉東 秦廣義 夏華翅

（一汽轎車股份有限公司，長春 130011）

主題詞：智能化 中控顯示屏 虛擬按鍵 HMI界面 反光 炫目

1 前言

最近幾年，以電動(dòng)化、網(wǎng)聯(lián)化、智能化和共享化為代表的汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)的“新四化”，已經(jīng)從概念階段迅速發(fā)展進(jìn)入到落地實(shí)施階段，大多數(shù)汽車企業(yè)紛紛在研發(fā)上發(fā)力。在智能化趨勢(shì)下，中控顯示屏呈現(xiàn)出“大尺寸”、“多功能”的特點(diǎn)，并且集成了車內(nèi)除燈光調(diào)節(jié)、車窗控制開關(guān)和雨刮開關(guān)外的大部分物理按鍵，比如特斯拉全系標(biāo)配15～17英寸顯示屏（圖1）[1]。大尺寸的中控顯示屏已經(jīng)成為影響消費(fèi)者購買的重要因素，研究表明，德國86%的消費(fèi)者將是否具備大尺寸顯示屏作為影響購買力的重要因素[2]。但屏幕尺寸的加大、集成功能的增加，對(duì)顯示屏的要求也更加嚴(yán)格。

汽車駕駛過程是一個(gè)復(fù)雜的人-機(jī)交互控制過程，在駕駛過程中駕駛員必須實(shí)時(shí)獲取車輛處的位置和環(huán)境信息，包括實(shí)時(shí)路況、周圍車輛、行人等大量信息，在此基礎(chǔ)上快速篩選、并且做出判斷并及時(shí)反應(yīng)措施[3]。

圖1 特斯拉中控顯示屏[1]

駕駛員從識(shí)別信息到最后做出判斷的整個(gè)過程分為3個(gè)階段：

（1）感知階段，即對(duì)路面信息的探查和識(shí)別。

（2）判斷階段，即對(duì)獲取的信息進(jìn)行篩選、分析并做出反應(yīng)。

（3）響應(yīng)階段，即做出判斷、實(shí)施行為[3-5]。

這3個(gè)階段發(fā)生的失誤即感知失誤、判斷失誤和響應(yīng)失誤。

感知失誤：指駕駛員不能正確識(shí)別交通環(huán)境中的信息。感知失誤必然導(dǎo)致錯(cuò)誤的操作行為。

判斷失誤：指駕駛員對(duì)感知階段獲得的信息通過篩選、認(rèn)知，所做的判斷與實(shí)際交通環(huán)境不相符。

響應(yīng)失誤：指駕駛員在對(duì)車輛控制過程中采取了與預(yù)期愿望不符的動(dòng)作[3-5]。

道路交通事故中,感知失誤占48.1%,判斷失誤占36.0%,響應(yīng)失誤占7.8%。感知階段，正確及時(shí)獲取的路面信息是判斷和響應(yīng)階段做出正確處理的基礎(chǔ)。并且視覺獲取的信息在感知階段占比約80%～90%，所以保證良好的視覺感知對(duì)避免交通事故至關(guān)重要[3]。

某SUV造型風(fēng)格為三屏聯(lián)動(dòng)設(shè)計(jì)（圖2），副儀表板顯示屏集成了空調(diào)控制、外后視鏡調(diào)節(jié)和陡坡緩降等多項(xiàng)功能，但在試制裝車過程中，反饋有眩目、泛白和鏡面成像等多種問題，嚴(yán)重影響了駕駛員對(duì)顯示信息的讀取。本文將結(jié)合某SUV副儀表板顯示屏設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)的問題及后續(xù)解決方案，詳細(xì)介紹中控顯示屏的布置方法及HMI界面的匹配原則。

圖2 某SUV內(nèi)飾造型

2 問題描述

某款SUV副儀表板顯示屏在試制過程中反饋的問題主要包括：

（1）特定的角度下，屏幕右上角出現(xiàn)眩目現(xiàn)象，影響信息的讀??；

（2）非陽光直射條件下，車內(nèi)外亮度差異明顯，屏幕顯示信息讀取困難；

（3）外界物體在顯示屏上成像，遮蔽顯示信息。

2.1 眩目現(xiàn)象

根據(jù)不同的眩目形式及對(duì)視覺的影響，目前主要包括直接眩目、間接眩目和反射眩目[6-7]。

（1）直接眩目：在直接視線方向存在高亮光源而產(chǎn)生的眩目；

（2）間接眩目：又叫干擾眩目，形成機(jī)理與直接眩目相似，也是由高亮光源所引起，但不同的是高亮光源并不在視野范圍內(nèi)；

（3）反射眩目：由于光源射出的光線經(jīng)過反射進(jìn)入人眼而形成的眩目[6-7]；

某款SUV的反饋屬于反射眩目，即前風(fēng)窗入射光線經(jīng)副儀表板顯示屏反射進(jìn)入人眼（圖3），眩目面積占比約1/3（圖4）；眩目現(xiàn)象雖然只在特定時(shí)間、特定角度下才能發(fā)生，但對(duì)眼睛傷害最大，客戶接受度最低，尤其在常用顯示屏幕上應(yīng)堅(jiān)決避免。

圖3 副屏眩目校核

圖4 副屏眩目區(qū)域

圖5 泛白現(xiàn)象

2.2 泛白現(xiàn)象

泛白主要是在非陽光直射狀態(tài)下，屏幕自身亮度和外界光線亮度差異明顯造成的信息讀取困難的現(xiàn)象。影響因素包括屏幕自身亮度、背景顏色匹配和自身字符特征等三方面。某款SUV自身亮度較低，背景顏色匹配較差，強(qiáng)光環(huán)境下屏幕顯示信息讀取困難，泛白現(xiàn)象比較嚴(yán)重（圖5）。

2.3 鏡面成像

成像原理與眩目相似，都是在特定的條件下外界物體反射進(jìn)入人眼。不同的是，眩目現(xiàn)象比較刺眼，鏡面成像則是因成像區(qū)域?qū)︼@示內(nèi)容造成了遮蔽。某款SUV前風(fēng)窗透射的物體會(huì)在副儀表板顯示屏上成像，且成像區(qū)域面積較大，嚴(yán)重影響駕駛員對(duì)屏幕顯示信息的識(shí)別（圖6）。

圖6 鏡面成像

3 問題對(duì)策研究

針對(duì)某款SUV副儀表板顯示屏出現(xiàn)的問題，逐項(xiàng)進(jìn)行分析解決

3.1 屏幕位置

“大尺寸”、“多功能”的顯示屏對(duì)布置要求尤為嚴(yán)格。行車過程中，要求駕駛員觀察屏幕動(dòng)作不宜過大，否則會(huì)嚴(yán)重影響駕駛安全。實(shí)驗(yàn)表明觀察某一事物時(shí)，頭部自然轉(zhuǎn)動(dòng)角度范圍上下各為30°，左右各為45°，在此范圍內(nèi)人眼睛自然轉(zhuǎn)動(dòng)范圍為上下各15°，左右各15°[8]。根據(jù)信息的重要度，建議導(dǎo)航顯示屏布置在眼橢圓中心點(diǎn)30°以上，收音機(jī)布置在35°以上，空調(diào)面板布置在40°以上（圖7）。

圖7 顯示屏位置要求

3.2 眩目現(xiàn)象規(guī)避措施

眩目現(xiàn)象的規(guī)避措施主要包括調(diào)整屏幕角度、改變屏幕材質(zhì)和貼膜等3種方法；

（1）調(diào)整屏幕角度：為徹底規(guī)避前風(fēng)窗入射光線造成的眩目，需將屏幕角度繞上軸向下旋轉(zhuǎn)10°（圖8），屏幕更加直立，內(nèi)飾造型影響較大。

圖8 屏幕角度調(diào)整

（2）改變屏幕材質(zhì)：某SUV屏幕材質(zhì)為PC塑料，外界入射光線會(huì)產(chǎn)生鏡面反射，如屏幕表面改為比較“粗糙”的磨砂玻璃，光線反射方式變?yōu)槁瓷?，將很大程度減弱眩目。

（3）貼膜：目前規(guī)避眩目的貼膜技術(shù)主要有AG和AR膜。

AG（全稱Anti-Glare）膜處理：用于處理外部光源引起的反光眩目，比如日光或者較亮的環(huán)境光，它可以提高圖片或者信息的可讀性。

Anti-Glare的作用機(jī)制是漫反射原理，將反射的光線在物體表面打亂，即將反射圖像的連貫性打亂，讓反光的圖片不聚焦于人眼，即不會(huì)產(chǎn)生眩目感，但是這種方法也有缺陷，它犧牲了清晰度和分辨率，使得我們想要看的圖像變得模糊；

AR（Anti-Reflection）膜處理：考慮所有的光源，內(nèi)部和外部都有。所有的光線從一個(gè)介質(zhì)傳到另外一個(gè)介質(zhì)，從空氣到實(shí)體或者在實(shí)體中間傳送，由于相鄰兩個(gè)介質(zhì)的折射率不同，會(huì)增加反射光線，這些反射光線累積起來，就會(huì)影響屏幕的可讀性。為了解決這個(gè)問題，AR材料通過將光線折彎，在可視范圍內(nèi)減少反射光線，增加光線的透視，提高信息的可讀性；

AG和AR膜都能有效規(guī)避外界陽光造成的眩目現(xiàn)象，但同時(shí)卻會(huì)造成屏幕開發(fā)成本的上升。

3.3 泛白現(xiàn)象的解決

解決泛白現(xiàn)象的措施主要包括提高屏幕亮度、調(diào)整背景顏色的匹配和更改字符特征等3種方法；

（1）調(diào)整屏幕亮度：亮度從400 cd/m2調(diào)整為640 cd/m2，屏幕觀察效果有很大改善（圖9和圖10）。

圖9 原屏幕亮度效果

圖10 屏幕增大亮度效果

（2）調(diào)整背景顏色匹配：為保證信息清晰顯眼，應(yīng)當(dāng)按色覺原理進(jìn)行背景顏色的匹配[9]，顏色匹配較好（圖11）能獲得更好的感知效果，顏色匹配較差（圖12）會(huì)造成信息讀取困難。

圖11 顏色匹配較好

圖12 顏色匹配較差

某SUV屏幕背景為黑色，局部字體顏色為藍(lán)色，對(duì)比度較差，后續(xù)討論修改為黑底黃字和黑底白字（如圖13所示），能改善屏幕觀察效果。

（3）更改字符自身特征：不同的屏幕亮度和顏色背景對(duì)字符的粗細(xì)要求不同，亮度低、對(duì)比度差要求字符比較粗，亮度高、對(duì)比度好要求字符可較細(xì)[9]。某SUV對(duì)字符進(jìn)行了加粗處理（圖14），提高了顯示信息的讀取性。

圖13 顏色匹配改善效果

圖14 字符加粗改善效果

3.4 鏡面成像的解決

改變屏幕材質(zhì)能較好解決鏡面成像問題，某SUV屏幕材質(zhì)為PC塑料，外界入射光線會(huì)產(chǎn)生鏡面反射，如屏幕表面改為比較“粗糙”的磨砂玻璃，光線反射方式變?yōu)槁瓷?，將較好的解決鏡面成像問題（圖15）。

圖15 鏡面成像改善效果

綜合考慮各方面因素，副儀表板顯示屏相關(guān)問題解決措施最終選擇如下：

●眩目問題：調(diào)整屏幕角度；

●泛白問題：增加屏幕亮度、調(diào)整背景顏色匹配和加粗字符特征；

●鏡面成像：修改屏幕材質(zhì)。

4 方案驗(yàn)證

為確認(rèn)改正方案是否滿足要求，組織人員在實(shí)車上對(duì)更改前后的副儀表板顯示屏進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)。

4.1 評(píng)價(jià)條件

（1）在上午10～11點(diǎn)陽光充足的外界環(huán)境下，將車輛調(diào)整到更改前出現(xiàn)眩目的位置，組織人員評(píng)價(jià)“眩目現(xiàn)象”。

（2）調(diào)整車輛位置，避免陽光直射屏幕，再次組織人員評(píng)價(jià)“泛白現(xiàn)象”和“鏡面成像”。

4.2 評(píng)價(jià)人員選擇

評(píng)價(jià)人員的選擇至關(guān)重要，評(píng)價(jià)人員應(yīng)具備一定的專業(yè)知識(shí)，從客戶角度出發(fā)，對(duì)產(chǎn)品給出中肯的評(píng)價(jià)和建議。主觀評(píng)價(jià)的結(jié)果直接影響產(chǎn)品的后期設(shè)計(jì)及調(diào)整方向，主觀評(píng)價(jià)人員的選擇參考下述條件：

（1）評(píng)價(jià)人員應(yīng)至少具備2年及2年以上駕齡，且對(duì)汽車結(jié)構(gòu)有一定的了解，保證能夠?qū)υu(píng)價(jià)項(xiàng)目給出合理性的建議[10]；

（2）評(píng)價(jià)人員應(yīng)盡量與開發(fā)車型的目標(biāo)用戶一致，身高范圍應(yīng)盡量包含低、中和高等各種身材，且同一身材人員數(shù)量不少于3名[11]。

綜合考慮上面要求，選擇3組共9名評(píng)價(jià)人員，詳細(xì)信息見表1。

4.3 評(píng)價(jià)流程

（1）調(diào)整姿勢(shì)：評(píng)價(jià)人員按照自己駕駛習(xí)慣調(diào)整座椅和方向盤。

（2）評(píng)價(jià)內(nèi)容：駕駛?cè)藛T去觀察副儀表板顯示屏，確認(rèn)“觀察動(dòng)作”是否舒適，是否存在“眩目現(xiàn)象”，是否存在“泛白現(xiàn)象”，是否存在“鏡面成像”。

表1 評(píng)價(jià)人員信息

（3）評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：所有評(píng)價(jià)人員評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)一致，評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)采用“五分制”，評(píng)價(jià)前應(yīng)對(duì)評(píng)價(jià)人員進(jìn)行培訓(xùn)，以確保在相同條件下，對(duì)同一項(xiàng)目不同人員給出的評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)應(yīng)盡量一致，評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見表2[10]。

表2 評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)[10]

4.4 評(píng)價(jià)結(jié)果

3組的評(píng)價(jià)結(jié)果見圖16～18。

圖16 第1組評(píng)價(jià)結(jié)果

圖17 第2組評(píng)價(jià)結(jié)果

圖18 第3組評(píng)價(jià)結(jié)果

為方便橫向?qū)Ρ?，?組人員評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)求平均值，結(jié)果如圖19所示。

圖19 更改前后對(duì)比

4.5 評(píng)價(jià)結(jié)論

從主觀評(píng)價(jià)結(jié)果可以得到以下結(jié)論：

（1）方案更改前評(píng)價(jià)人員對(duì)“眩目現(xiàn)象”評(píng)分最低，“泛白現(xiàn)象”和“鏡面成像”次之，“屏幕觀察動(dòng)作”最高；

（2）副儀表板顯示屏的各項(xiàng)改正方案都有效的解決原有問題，尤其是“眩目現(xiàn)象”，所有參評(píng)人員評(píng)分最高；

（3）第3組評(píng)價(jià)人員（身高相對(duì)較矮）“屏幕觀察動(dòng)作”評(píng)分從3提高到4.3，表明方案更改后的屏幕位置，身材較矮人員觀察動(dòng)作更小，駕乘感覺更好。

5 結(jié)束語

智能化趨勢(shì)下“大尺寸”“多功能”的中控顯示屏已成為汽車必選配置之一。中控顯示屏的設(shè)計(jì)要綜合考慮“布置角度”、“HMI界面匹配”和“材質(zhì)定義”等多方面因素，并且在布置完成后組織人員評(píng)價(jià)，確保中控顯示屏“布置位置”、“顯示界面”和“使用感知”等多方面滿足消費(fèi)者需求。