Design of the Human-machine Interface for Automobile HUD

王建美　羅衛(wèi)東　曹　博　賈　亮　馬秀勤

(貴州大學(xué)機械工程學(xué)院，貴州 貴陽　550025)

車載HUD的人機界面設(shè)計

Design of the Human-machine Interface for Automobile HUD

王建美羅衛(wèi)東曹博賈亮馬秀勤

(貴州大學(xué)機械工程學(xué)院，貴州 貴陽550025)

摘要：車載抬頭顯示系統(tǒng)(HUD)人機界面主要用于駕駛員與車輛以及外界環(huán)境之間的信息交互，其界面設(shè)計與駕駛安全性直接相關(guān)。針對現(xiàn)有的HUD相關(guān)信息，開展了以駕駛員為主體的HUD人機界面信息關(guān)注度的問卷調(diào)查。根據(jù)調(diào)查結(jié)果，對各項信息進行功能分類。在此基礎(chǔ)上，從人機工程學(xué)和駕駛安全的角度出發(fā)，對HUD人機界面進行了整體布局、功能分區(qū)和視覺設(shè)計。通過對界面的整體布局和功能分區(qū)，明確了不同種類信息在界面上的顯示位置，并對界面信息的顯示形式、顯示色彩以及提示方法進行了設(shè)計。

關(guān)鍵詞：抬頭顯示系統(tǒng)(HUD)人機界面整體布局功能分區(qū)顯示區(qū)域視覺設(shè)計

Abstract：The human-machine interface of automobile HUD is mainly used for information interaction among driver, vehicle and external environmental. The design of interface is directly related to driving safety. Aiming at existing information related to HUD, the questionnaire survey with drivers as the main body about information mostly concerned for human-machine interface of HUD is launched. In accordance with the results of survey, the information is functionally classified. On this basis, from the view point of ergonomics and driving safety, the overall layout, functional partition and visual design for human-machine interface of HUD are conducted. Through overall layout and functional partition of the interface, the display position for different kinds of information on the interface is determined, and the display form, color and prompting method for information are designed.

Keywords：Head-up display (HUD)Human-machine interfaceOverall layoutFunctional partitionDisplay areaVisual design

0引言

抬頭顯示系統(tǒng)(head up display，HUD)[1-3]是汽車行駛安全中的一種視覺輔助安全系統(tǒng)，最初是運用在航空器上的飛行輔助儀器，目前被廣泛運用在汽車上。作為汽車的車載電子設(shè)備之一，HUD顯示系統(tǒng)和航空器上的平視顯示器的主要功能類似，它主要將車況、路況和外界環(huán)境等信息投射到汽車前方玻璃上，經(jīng)過汽車前方玻璃對光的反射將這些投影信息反射到駕駛員的眼睛中。HUD抬頭顯示系統(tǒng)的目的是使駕駛員不需要低頭查看儀表的顯示信息，始終保持抬頭的姿態(tài)，避免忽略的外界環(huán)境變化以及調(diào)整焦距的延遲與不適。HUD人機界面的設(shè)計[4]直接關(guān)系到駕駛安全，而人機界面設(shè)計的核心問題又聚焦于界面信息的傳達上。人機界面信息的選擇與布置方式及界面信息給駕駛員帶來的視覺效果是影響界面設(shè)計效果的關(guān)鍵因素。

1HUD人機界面信息選擇及分類

針對HUD相關(guān)信息，我們對近百名駕駛員做了問卷調(diào)查。調(diào)查問卷如圖1所示。

圖1　調(diào)查問卷

隨著科技的發(fā)展，HUD人機界面信息日趨豐富，如果將眾多復(fù)雜的信息全部呈現(xiàn)于HUD人機界面，很容易造成界面信息布置混亂，駕駛員對信息的辨識困難。因此對于眾多信息的篩選和分類是HUD人機界面設(shè)計的關(guān)鍵。

問卷調(diào)查主要針對貴陽市內(nèi)駕駛員，80%的駕駛員是男性。調(diào)查結(jié)果顯示，56%的駕駛員對HUD有一定的了解，90%的被調(diào)查者都肯定了HUD的功能。對于表中問題4，我們將HUD所能承載的信息列出，供被調(diào)查者選擇，得出了HUD人機界面信息的支持人數(shù)。通過對每種信息支持人數(shù)的統(tǒng)計，得到如圖2所示的調(diào)查結(jié)果。

圖2　HUD界面信息問卷調(diào)查結(jié)果

由圖2可以看出被調(diào)查的駕駛員對HUD信息關(guān)注程度的整體排序。針對圖2所示被調(diào)查者比較關(guān)注的信息，可將人機界面信息分為常顯信息和隨機顯示信息兩部分。具體分類如圖3所示。

圖3　HUD人機界面信息分類

2HUD人機界面信息的總體布局

HUD人機界面信息的總體布局根據(jù)信息的兩大分類及重要性程度進行分區(qū)域顯示，即常顯信息顯示在一個區(qū)域，隨機信息顯示在另一個區(qū)域。這種分區(qū)布局既能方便駕駛員分辨所需要查看的信息，又不會影響駕駛員視線，造成駕駛員視覺疲勞[5]。具體分區(qū)方式如圖4所示。信息分左右區(qū)域顯示，左側(cè)區(qū)域為隨機信息顯示區(qū)域，主要顯示汽車故障、導(dǎo)航、倒車影像等信息；右側(cè)區(qū)域為常顯信息顯示區(qū)域，主要顯示車速、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、冷卻液溫度、實時油耗以及左右轉(zhuǎn)向指示燈等信息。

圖4　車載HUD人機界面的分區(qū)設(shè)計

導(dǎo)航信息在選擇開啟導(dǎo)航時或倒車影像在掛入倒車檔后自動開啟時，在顯示區(qū)域一直顯示，直到導(dǎo)航關(guān)閉或退出倒車檔后不再顯示。其他隨機顯示信息都與一般汽車儀表板指示燈的顯示條件一樣，在控制開關(guān)開啟或者該故障發(fā)生時在左側(cè)顯示區(qū)域顯示。這種對HUD人機界面進行功能分區(qū)的設(shè)計既能滿足駕駛員對各類信息的需求，又能減少在有限界面上的信息顯示量，避免干擾駕駛員行車視線和對信息的辨識。

3HUD人機界面信息的視覺設(shè)計

HUD人機界面面向復(fù)雜的人機交互環(huán)境，信息的呈現(xiàn)應(yīng)直觀準(zhǔn)確、及時有效。良好的視覺效果可以幫助駕駛員迅速辨識信息，提高駕駛安全性。

3.1　界面信息顯示形式的設(shè)計

為了清楚地顯示界面信息，使駕駛員能夠準(zhǔn)確而迅速地認讀，應(yīng)根據(jù)人機工程學(xué)的要求[6]，尋求信息顯示形式的最優(yōu)設(shè)計。HUD人機界面信息元素的呈現(xiàn)主要有文字符號和圖形標(biāo)志兩種形式。界面設(shè)計中使用最多的文字符號是數(shù)字和各種汽車專用符號。

3.1.1常顯區(qū)域信息顯示形式

如圖4所示右側(cè)常顯區(qū)域中，左右轉(zhuǎn)向燈開啟情況宜采用左右箭頭的形式，簡單醒目[7]。實時油耗和車速采用數(shù)字形式，黑體加粗的字體使字形顯得方正、莊重醒目。發(fā)動機轉(zhuǎn)速采用扇形刻度盤表示，結(jié)合傳統(tǒng)的儀表盤信息顯示設(shè)計方法，將發(fā)動機轉(zhuǎn)速信息及單位標(biāo)注于扇形刻度盤上，根據(jù)人機工程學(xué)的要求，標(biāo)度數(shù)字采用正豎立位顯示。冷卻液溫度采用豎直刻度盤表示，由下而上，標(biāo)度數(shù)字采用遞增形式。

3.1.2隨機顯示區(qū)域信息顯示形式

如圖4所示左側(cè)隨機顯示區(qū)域中，主要信息顯示布局如圖5所示。這些警示類和提示類信息采用圖形標(biāo)志的形式進行顯示具有直觀形象的優(yōu)點，同時能夠簡化人對編碼信息的識別和加工過程，從而提高信息傳遞效率。倒車影像和導(dǎo)航信息顯示在整個隨機顯示區(qū)域。

圖5　HUD隨機信息顯示區(qū)域

3.2　界面信息色彩及提示方法的設(shè)計

HUD人機界面通常與背景影像相互重疊，而且背景影像在行車過程中變化多端，因此界面信息通常采用亮色色調(diào)，增加可辨識性。信息色彩通常根據(jù)信息性質(zhì)和汽車或交通行業(yè)規(guī)定的圖標(biāo)、字符顏色選擇[8]。

3.2.1信息元素色彩的設(shè)定

界面信息色彩不僅要符合駕駛員的認知心理，而且要符合它的使用目的。常顯區(qū)域的車速、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、實時油耗等信息宜采用不同亮色進行區(qū)別顯示，如綠色、紅色、紫色；起到警示作用的信息，如故障警告、碰撞預(yù)警、車道偏離警示、低電壓警示等應(yīng)使用紅色；提請注意的信息，如車門車窗關(guān)閉情況，遠近光燈、霧燈開啟情況，實時油耗等宜使用黃色。

3.2.2信息元素提示方法的設(shè)定

HUD需要應(yīng)對的是車外復(fù)雜的交互環(huán)境，外界環(huán)境的變化如路況、光線、氣候等都會嚴重影響界面信息的辨識[7]。因此，HUD人機界面的所有信息應(yīng)根據(jù)變化的環(huán)境做出適當(dāng)?shù)纳?、明亮程度的調(diào)節(jié)或自適應(yīng)。常顯區(qū)域信息在光線暗、路況和氣候惡劣的情況下應(yīng)能自動增加顯示亮度。隨機信息顯示區(qū)域的提示和警示類信息通常情況下應(yīng)處在低亮度或不亮的狀態(tài)，在需要的時候以顯示、增加亮度、閃爍或發(fā)出提示聲音等方式來引起駕駛員的注意[9]。這樣不僅精簡了界面信息的顯示內(nèi)容，降低駕駛員視覺上的干擾，而且能在關(guān)鍵時刻起到有效的提示或警示作用。

4結(jié)束語

本文首先針對車載HUD抬頭顯示系統(tǒng)界面信息做相關(guān)調(diào)查問卷，通過對駕駛員的問卷調(diào)查，篩選出了HUD人機界面顯示信息，并對這些信息進行了駕駛員關(guān)注度排序。通過對問卷調(diào)查篩選出的HUD人機界面信息的詳細分類和分析，提出了界面信息的整體布局，并進行了不同種類信息的功能分區(qū)設(shè)計。在整體布局和功能分區(qū)設(shè)計的基礎(chǔ)上，通過對顯示信息視覺性設(shè)計的分析，確定了HUD人機界面左右區(qū)域信息的顯示形式、顯示色彩和提示方法。

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中圖分類號：TP273；U463+.7

文獻標(biāo)志碼：A

DOI:10.16086/j.cnki.issn1000-0380.201507022

通訊作者羅衛(wèi)東(1962-)，男，教授，碩士生導(dǎo)師， E-mail：wdluo@gzu.edu.cn。

貴陽市科技計劃基金資助項目(編號：筑科合同(2011101)1-27號)；

貴州大學(xué)研究生創(chuàng)新基金資助項目(編號：研理工2014022)。

修改稿收到日期：2015-01-07。

第一作者王建美(1990-)，女，現(xiàn)為貴州大學(xué)車輛專業(yè)在讀碩士研究生；主要從事汽車及關(guān)鍵零部件設(shè)計理論與方法的研究。