宝沃黄超俊：智能座舱人机交互参数化设计研究

12月1日-2日，由盖世汽车主办的“2020第二届车联网与智能座舱大会”隆重召开。本次会议主要围绕车联网、座舱域控制器、车载操作系统OS、OTA、座舱显示等车联网及智能座舱领域热门话题展开探讨，共谋产业未来发展之路。下面是宝沃汽车人机工程高级经理、整车人机工程开发总负责人黄超俊在本次大会上的演讲。

宝沃汽车人机工程高级经理、整车人机工程开发总负责人 黄超俊

大家上午好！我是来自宝沃汽车的黄超俊，一直致力于人机工程、人机交互设计和前瞻技术落地的研究，今天我跟大家分享的主题是智能座舱人机交互参数化设计的研究。主要分为3个方面，分别是智能座舱人机交互的设计框架，人机交互设计的参数化设计，智能座舱人机交互未来的挑战。

大家都知道智能座舱过去的5年是从概念到落地的5年，这5年来有几个大的变化，首先是液晶屏的大量使用，它的造型越来越简洁，然后是黑科技、新技术也在大量应用，包括人脸识别、AR-HUD等等，现在的设计更加注重人文关怀，而且开始向无人驾驶积极探索。下一个阶段而言，智能座舱不仅仅关注在舱内，应该还渗透到舱外，包括智能的进入系统，注重智能驾车的仪式感，智能灯光的指导等等，这些我觉得是智能座舱下一个阶段重点发展的方向。

不管智能座舱怎么发展，目前我们都在逐渐回归到以人为本。以人为本不再是功能堆积，车厂不是一定要上不同的配置，上很多黑科技，而是更多的是从场景出发，从目标人群出发，然后回到以人为本的方向上。这里我想问一个问题，什么才是真正的以人为本呢？汽车人机交互只要把所有的页面做得非常好就可以了吗？我想这应该还是不够的，真正的以人为本应该是在我们的昌产品战略、目标人群定义阶段，包括系统和物理集成阶段就应该进行总体的规划。

举个例子，我们曾经对新出车型进行主观评价，现在很多车企的大屏很酷炫，但是人去触这个屏的其实是够不着的，即使是系统内做到了以人为本，但是对于使用者够不着，这样的设计还是有缺陷的。

所以我们认为人机交互的设计框架应该包括两大方面，一个是传统人机设计，另外一方面是人机交互设计，这两方面必须要紧密结合在一起的。从人机设计的框架来讲，目前相对来说是比较成熟的，因为不管在任何一个车企，这是一个很传统的设计，对于宝沃来讲，我们把人机设计会分为5个维度：进出方便性、舒适性、空间感受、视野可视性、操作方便性，这些都是有很完善的参数可以进行控制的。

人机交互设计要从三个流程节点去控制的，分别从产品定义阶段、设计评估阶段和测试验证阶段进行全方面的分析，从最开始我们所说的场景建立、用户画像、UE的设计、UI的设计，这个阶段我们必须同步考虑用户体验，多做一下测试，不仅仅只是做一个demo，我们希望这个测试可以在一个动态化的实验室或者有一个实车去进行完整的评估，这样才有机会成为是一个完整的体系。

人机交互设计方面，宝沃从人的需求出发搭建了五感设计框架。

先从视觉角度来看，交互设计屏一定要考虑它的风格、色彩、整体布局以及协调性冲击力和美观性，从主机厂角度来讲，还需要保证设计风格跟家族的风格是否匹配。

还有听觉，目前智能语音是非常重要的体系，但是除了智能语音外，车机系统声音的响应度、舒适度、准确性、智能化是否是合适的，这几个维度都是需要考量的。

嗅觉，主要包括香氛功能，或者它从营造个舒适氛围进行研究。

触觉，这是非常重要的一大块，包括触控、反馈、响应性，这里面需要综合物理集成和生理集成两方面进行考虑。

最后是感官。很多主机厂都是从这几个维度来考虑，例如说页面要扁平化、一致性，包括家族的一致性，屏内设计风格、设计元素、色彩的一致性，还有包括我们的系统是否易用、安全的、逻辑性是否OK，还有品质感是否足够。这就是宝沃以人为本搭建了完整的五感人机交互设计框架。

对于宝沃讲，在人机交互业务建设过程中，就像一个爬坡的过程，没有太多的参考，通过这几年的努力我们把人机交互包括我们的标杆数据库建立起来了，对标杆车的每一个页面都进行了收集和分析，包括功能的逻辑图，页面分布，同时也建立了完善的标准、流程、规范、和项目交付物。这个体系在外面公司产品BX7和BX5改款小麦都进行了应用，另外，这两款改款车明年就会跟大家见面。

以上就是我们人机交互的设计框架，接下来我想跟大家分享一下我们参数化设计的一些案例。

什么是参数化设计？其实我认为就是设计参数化，大家都知道汽车其实是由N个尺寸链来组成的，从整体的架构搭建到具体系统、零部件的分析都有庞大尺寸支持，人机交互设计也是一样的。我认为参数化设计的核心是用具体的参数控制交互载体和人的物理关系及指导交互载体本身系统设计的集合。

这句话有点拗口，但其实我想说两个方面的信息，第一是我们要控制人的生理需求，用参数来控制交互载体和人的物理关系，第二是我们要研究人的心理需求，那就是交互载体本身系统设计有要求，把我们的生理和心理需求进行全面的管控。

我们一直基于前瞻技术进行研究分析，交互设计我们也做了大量的分析，包括疲劳监测、智能语音等等。今天重点跟大家分享显示屏系统以及ARHUD参数化设计。目前来讲显示屏系统大家都有一个一致的方向，那就是最高配车型都会往8屏设计看齐，包括仪表、中控、方向盘屏、Console屏、间接视野屏、后排娱乐屏、后排Console屏、ARHUD等。想问一下，这些屏我们怎么才能做到以人为本？怎么才能在车里让它搭载得更好呢？

我这边罗列了一个分析，我们认为有几个因素是必须要考虑的，首先必须要考虑直接可视性。我们首先要评估组合仪表到人的距离，这是一个很重要的基准参数，另外就是屏是否被遮挡，大家都知道组合仪表是有法规要求的，方向盘的遮挡也是有要求的，所以在考量组合仪表屏与方向盘的关系时，一定要满足可视性的要求。还有中央显示屏的遮挡和可视化是否能OK，一般来讲一字屏式中央显示屏在左下角位置都会被遮挡，所以这个方面我们会设计一些常用的功能键，也就是说可以盲操的功能键。

对屏的设计要素进行控制，包括屏里面的文字和字符的大小，这些也是很关键的。我印象中在车展我经常看到一些车的屏特别小，屏小了以后字符也小，从驾驶员的角度来看是很难看得清楚的，这是有一定的风险的。

反光成像，这是我们必须要解决的问题，屏幕反光，屏幕成像，特别是透明区里的成像，这些是需要规避的。从我们的研究发现来说，一字屏在前风挡的成像相对来讲是比较困难的，除非把这个屏更靠近人体，那也会带来IP搭接困难等一系列的问题。

操作方便，重要考虑的是屏幕和人的位置和物理关系，如图所示。同时交互页面系统也是有法规要求的。今天想重点讲一个参数，就是屏与人的距离关系的要求，我们称之为视距，就是人体中心点到屏几何中心点的距离，大家知道在传统汽车里面组合仪表是机械仪表，目前智能驾舱发展来看，用的都是用液晶仪表，布置形式包括镶嵌式、悬浮式等，悬浮的效果我认为是更加迎合目前造型的要求的。

所以这个视距应该怎么来控制呢？在这里我跟大家直接讲一下我们的研究结果。屏的大小和视距其实是有关系的，传统的组合仪表如果是12.3英寸的话，我们认为这个视距应该控制在710mm到750mm，如果是10.25英寸到12.3英寸的话控制在680mm到710mm，小于10.25英寸应该控制在600mm到680mm范围。同时我们发现这些字符的大小跟距离也是有关系的，从传统意义上来讲，一般文字高度3mm到4mm、字符高度4mm到6mm，当屏幕小于10.25英寸时，文字高度介于2.5mm到3mm、字符高度介于3mm到4mm。

下一个案例想跟大家重点提一下AR-HUD的参数化设计，我认为这应该是所有车企未来2到3年里面重点布局的一个技术。而且从我们的研究方向上来讲，W-HUD目前来讲是相对成熟的，但是下一个阶段肯定是AR-HUD的发展，AR-HUD会分为两种，一个是2D AR-HUD和3D AR-HUD。其中，3D AR-HUD我们认为有一定的技术风险，所以目前我们倾向于2D的AR-HUD。2DAR-HUD它分为单层和双层的，双层最经典的案例就是大众ID.3和ID.4了。那么AR HUD最大的问题是什么呢？就是太大了，这对于我们物理空间来讲是一个很大的挑战。举个例子，一个双层的AR-HUD12升，相当于24瓶矿泉水，这么大的体积要放到到IP里面去是很难受的。

我给大家看一下剖视图，目前5L的W-HUD布置空间基本可行，但如果是8L的3D AR-HUD的话就会有一些干涉的问题了。而双层的12L的AR-HUD带来的问题将会是非常严重。首先它会和前面流水槽的钣金发生严重的干涉，另外还将侵占IP风道大量的空间，最要命的是和CCB的干涉。其实主要的问题还是在X方向，前后方向的问题。

这三个问题从物理角度来讲是有机会解决的。首先是流水槽钣金的优化，传统汽车流水槽宽度为278毫米，调查一款可布置HUD的车分析，其流水槽宽度只有110mm，所以我们在做架构定义或者在做改款车的时候，流水槽后端一定要往车的方向给拍过去。如果要进行平台搭建，我们认为流水槽的宽度一定要控制在150mm以内，这样AR-HUD才有可能布置下去。

另外就是风道的优化，我们做了一个取巧的办法。就是把我们的屏做小，更靠近人体，也就就是IP后端也更好的靠近人体，但是这样的话视距也变小，所以说为什么现在很多车型液晶仪表要做小，我个人认为跟这个方面还是有一定的关系的。

第三个就是最要命的CCB优化，再好的办法就是从“一字形“的CCB变成“几字形“，来腾出更大的空间。以上我们只是给大家提供了一个方向。AR-HUD从设计角度看还有其他的考量吗？我认为还有的。

首先就是AR-HUD应该显示的内容是什么？我们做了一些分析，包括标杆分析、功能逻辑分析等等，总结下来包括5大方面，行驶状态信息、导航信息、驾驶辅助信息、安全提醒信息和社交娱乐信息，二层详细系统具体分布如上图，这些信息又应该怎么去分布呢？

这有一个原则，从人生理来讲，绿色的区域是我们眼睛动、头不动的舒适区域，这个区域应该布置一些核心的信息，眼睛和头都能很舒服的动应该也是重要的信息，另外眼睛和头相对舒适的区域应该是布局辅助的信息，如图，核心的导航、驾驶辅助、行驶状态、导航和安全提醒等信息其分布建议如上所示。

这些信息的页面设计应该怎么优化呢？应该考量三个方面，一个就是信息的布局，我们认为它的设计元素要留适当间隙，不要排的太满，层级化一定要进行相应突出，避免重叠。另外就是AR-HUD和组合仪表是匹配着用的，这个里面要有一定的差异化，要避免非重要信息的重复，重要信息可以叠加。

第二个是信息显示，驾驶状态一定要避免使用过多的文字，更多以图形和简短动图来呈现。另外同等重要度信息数量不要超过3个。

第三个是界面色彩，我们建议色彩搭配不宜过多，色彩的透明度以及重要信息的程度也需要注意。

此外，如果从平台化考虑，AR-HUD应该怎么进行平台化系统规划呢？大家可以看到这样一个案例，一个是SUV，一个是轿车。AR-HUD会受几个因素的影响，重要的因素就是座高H30-1，前风挡的角度A130-1，还有就是前面空间的距离L，这三个因素对AR-HUD都是有重大的影响，但是最重要的还是H30-1。

对于H30我们做了很多的分析，我们发现H30和AR-HUD所需要的空间L是一个反比的关系，也就是说如果H30越高这个距离L就会越小。换句话说， SUV布置ARHUD会更加容易一点，对于轿车来讲则会更困难一点。另外还有一个重要的参数就是L113，就是前轮心到脚踏点x方向的距离，大众的MQB平台L113是不变的。还有一个很有趣的事情就是丰田的架构的平台L113是变的，这是因为公司的理念是不一样的，丰田更加以人为本，人是可以进行调节的，所以L113是变化的，MQB侧重的是平台化，所以这是两个车企不同的风格。我们发现电动车比燃油车L113大的多，电动车一般550mm，燃油车一般是450mm，相差了100mm，L113越大对于布置AR-HUD也会更加容易，综上，我们给出了一个建议，ARHUD匹配的顺序应该是电动车SUV到电动车的轿车，燃油车的SUV到燃油车的电动车。

验证是正向开发最重要的基准，我们一直在探索一个事情，就是如何让人机参数化设计和实时可视化同步验证。这个问题大概在三四年前，我在德国研究中心和国外的专家进行探讨，后来发现其实是有这样的实验室可以做这样的事情的，后来通过这几年的搭建我们目前也完成了这样的一个人机VR的实验室。目前我们也可以进行类似的实时验证和测试。可以看到，这个实验室分为三部分，显示区域、动捕区域和评审区域，在造型CAS阶段进行整车级人机工程及HMI人机交互“沉浸式”静态动态设计验证，对智能座舱参数化设计进行设计验证及修正，大大提升设计品质。

以上给大家分享了一些案例以及我们对于这种参数化设计验证的方法。那么智能座舱未来的挑战究竟是什么？目前“Z世代”这个词很火，因为所有的车企都将目标人群瞄准了95后。95后更喜欢科技感、极简风格、以及良好的人机交互体验，所以一定要兼顾到Z世代的审美。

宝沃智能座舱也在这个方面做了一些规划和畅想。从趋势来说，我们认为造型是往极简方向在走。从功能配置来说，我们在往疲劳监测、人脸识别、多模交互等新技术都将搭载到宝沃新的车型中去。

回到刚才的问题，那未来的挑战是什么呢？我认为第一个问题就是0实物按键是否会到来？目前极简或者智能交互真的是一个物理按键是否都不需要了？我们做了一个分析以后发现，物理按键的确是一个很明显往下走的趋势，我们从传统的车企百分之六七十的比例一直下降到大概23%-24%，那未来的方向是否会下降到0？我个人认为应该不会。

最起码我们方向盘上的实物按键是要保留的，因为方向盘两侧的物理按键是人最理想的操作位置，所以这个区域我们肯定要保留一些物理按键。包括定速巡航，大屏控制等。IP、console是可以没有实物按键的，不过传统的要求例如双闪都是需要保留的。

座椅门板，我们也对其做了模拟验证。如果是触屏的话其实是有一定的风险，因为实物按键是可以盲操的，但如果是触摸按键会有一定的分神，所以座椅门板处可以保留一定的实物按键。

顶棚区域我们认为该保留物理按键保留，包括天窗和SOS功能。所以我觉得目前0实物按键还没有到，但是下降到15%左右应该是非常有可能的。

目前大家都在讲多模交互，这是一个很明确的未来方向，那多模交互谁跟谁组合是最佳的呢？从我的理解来讲，我认为智能语音还是首选的，另外视觉识别也是要搭配进来的，视觉给到人体的感触应该是80%左右，非常重要，所以说智能语音和视觉这两个匹配我认为是最底层的，在这个基础上你可以搭载别的技术，但是这两个集成是未来最重要的两个底层多模交互的基础。

还有就是未来的智能座舱不仅仅是一个汽车，它应该还有更多的一些功能，是灵活的、多变、宜人的，这都对我们物理的机构提出了更多的挑战。

根据分析发现，无人驾驶汽车带来的新要求其实是非常具有挑战的，它对于我们的架构定义包括横向空间、座椅设计、碰撞安全、底盘转向、共线生产等都提出了很高的要求。

以上就是我们的一个分享，简单总结一下，主要想跟大家传达的是这样的理念：智能驾舱要回归到以人为本的原则，以全方位的方式进行严格把控。目前，我们宝沃汽车的下一代智能驾舱会在燃油车平台、电动车平台好几款车型进行配件，所以借此次机会也希望各优秀的供应商有空到北京进行更深入的交流与分享，谢谢大家！