某乘用车座舱中控屏布置与交互设计研究.docx

0引言

随着中国汽车市场向电动化、网联化、智能化、共享化方向快速转变，乘用车座舱技术深入发展。近年来，乘用车座舱正在由传统驾驶舱逐渐向智能驾驶舱过渡，有关智能座舱技术发展趋势的研究也不断增多，内容主要集中于座舱布置、人机交互（HumanMachineInterface，HMI）设计。现阶段，座舱内部造型和布局更加简洁，呈现大屏化座舱趋势。

乘用车座舱主要包括内饰和电子电气系统，主要包括仪表板、副仪表板、座椅、空调、中控屏。传统座舱通过大量物理按键实现人对车的操控，而现阶段大屏化座舱以设置在仪表板和中控屏上的虚拟按键代替物理按键，使车内交互模式由人-车交互转变为人-中控屏交互，大大缩小了驾驶员操作范围，在一定程度上提高了车辆科技感和使用便利性。

现阶段大屏化座舱也存在一些问题。一方面，驾驶员需要重新适应新型操作面板。传统座舱内对传统物理按键的操作方式主要包括：单指提拉、单指按压、两指旋转操作；而大屏化座舱的操作方式主要包括对屏幕轻触、长按、滑动、拖动、缩放，这延长了驾驶员低头操作时间，降低了操作效率，也在一定程度上影响了整车交互体验水平。另一方面，屏幕面积增大使车内反光问题更加复杂化，驾驶员可能无法正常读取屏幕内容。在座舱屏幕布置设计方面，论述了中控屏布置的工程约束条件，分析了中控屏与空调出风口的3种布置关系，并指出其优缺点。论述了组合仪表屏幕可视性的反光炫目问题，提出增加组合仪表帽檐高度和调整组合仪表与水平面夹角的优化方案。论证了使驾驶员最舒适的中控屏触摸按键尺寸范围。针对车载系统人机交互界面的整体设计原则进行了论述和分析，提出交互界面设计应注重提高用户的体验性。本文主要以某车型座舱中控屏布置开发为研究对象，系统阐述如何在开发过程中更好的进行座舱中控屏的概念定义、布置分析、交互设计和设计验证，尽量规避大屏化导致的屏幕反光和交互体验变差问题，提升人-车交互体验水平，为后续车型开发积累经验。

1座舱概念定义

在智能化趋势下，仪表板和中控屏的集成度越来越高，中控屏成为整车的控制和显示中心。现阶段座舱概念开发是在传统座舱概念开发的基础上不断细化电子电气系统（如中控屏）的过程。首先应基于市场需求展开，明确功能需求，以确定功能开发目标为起点，保证产品的前瞻性。

1.1功能定义

功能是指整车应该提供或者完成的任务或活动。整车功能可以划分为整车级、系统级和零件级，物理硬件是功能实现的基础。用户在不同使用场景下对功能的需求比较复杂，需基于多场景和多模态分析，针对一些特殊操作设置功能冗余，能最大限度提升用户使用体验。

如图1、图2所示，前期开发时基于六维使用场景，对多个功能域进行分析，对整车功能进行详细分解，确保功能定义更贴近用户需求。

图1功能分布区域

图2功能实现路径

考虑虚拟按键对人机操作的影响，在行车场景尤其是高速行车场景下，增加多模态交互功能（如语音控制[11]、手势控制）有利于提高座舱的易用性。本车型将常用功能（如空调、导航、音乐、车窗升降）定义为既可以进行触控操作，也可以进行语音控制，从而满足驾驶员在不同场景下的使用需求，如在高速行驶中通过语音控制可以实现无接触交互，从而提升行车安全性。

1.2硬件选型

如图3所示，根据功能与装备的映射关系，由功能定义推导出装备需求，使功能与装备相对应。装备定义直接影响整车各系统方案制定，本车型设计时，针对座舱内信号输入端主被动安全、舒适及方便、智能网联、空调配置进行前瞻性分析，重点考虑大尺寸中控屏、虚拟按键、驾驶员监测系统（DriverMonitoringSystem，DMS）、抬头显示（Head-UpDisplay，HUD）、语音交互。

图3硬件选型分析

DMS能在行车过程中任一时刻检测驾驶员面部行为，判断驾驶员眼睛是否朝向正前方，因此，应将其布置在驾驶员前方对准面部和眼睛的位置。在选型时，综合考虑A柱、仪表板遮光板和内后视镜位置的可行性。

如图4所示，转向护罩位置摄像头光轴水平夹角过大，且很难捕捉到驾驶员眼睛，内后视镜位置可能存在驾驶员低头时不能照到眼睛的问题，经过分析最终采用将DMS布置在左侧A柱的方案。

图4DMS位置布置示意

通过HUD，驾驶员直视前方就能看到投影到前风窗玻璃上的导航及车速信息，考虑成本和成熟度，采用风窗型抬头显示（WindshieldHead-UpDisplay，WHUD）。

大尺寸中控屏可为驾驶员提供清晰的多媒体信息，如导航信息、空调信息。各车型屏幕尺寸如图5所示，考虑到成本和布置空间，本文选择12.6英寸的横屏和竖屏分别进行概念分析。

图5各车型中控屏尺寸

驾驶舱各功能按键数量如图6所示，约有85项功能的操作按键与座舱相关，其中多媒体按键和空调按键数量最多，在中控区域所占面积最大。对空调按键进行虚拟化设计可减小中控区域高度尺