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，以電動化、網聯化、智能化和共享化為代表的汽車產業(yè)發(fā)展趨勢的“新四化”，已經從概念階段迅速發(fā)展進入到落地實施階段，大多數汽車企業(yè)紛紛在研發(fā)上發(fā)力。在智能化趨勢下，中控顯示屏呈現出“大尺寸”、“多功能”的特點，并且集成了車內除燈光調節(jié)、車窗控制開關和雨刮開關外的大部分物理按鍵，比如特斯拉全系標配15～17英寸顯示屏（圖1）[1]。大尺寸的中控顯示屏已經成為影響消費者購買的重要因素，研究表明，德國86%的消費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，對顯示屏的要求也更加嚴格。

汽車駕駛過程是一個復雜的人-機交互控制過程，在駕駛過程中駕駛員必須實時獲取車輛處的位置和環(huán)境信息，包括實時路況、周圍車輛、行人等大量信息，在此基礎上快速篩選、并且做出判斷并及時反應措施[3]。

圖1 特斯拉中控顯示屏[1]

駕駛員從識別信息到最后做出判斷的整個過程分為3個階段：

（1）感知階段，即對路面信息的探查和識別。

（2）判斷階段，即對獲取的信息進行篩選、分析并做出反應。

（3）響應階段，即做出判斷、實施行為[3-5]。

這3個階段發(fā)生的失誤即感知失誤、判斷失誤和響應失誤。

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

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

響應失誤：指駕駛員在對車輛控制過程中采取了與預期愿望不符的動作[3-5]。

道路交通事故中,感知失誤占48.1%,判斷失誤占36.0%,響應失誤占7.8%。感知階段，正確及時獲取的路面信息是判斷和響應階段做出正確處理的基礎。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避免交通事故至關重要[3]。

某SUV造型風格為三屏聯動設計（圖2），副儀表板顯示屏集成了空調控制、外后視鏡調節(jié)和陡坡緩降等多項功能，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，嚴重影響了駕駛員對顯示信息的讀取。本文將結合某SUV副儀表板顯示屏設計過程中出現的問題及后續(xù)解決方案，詳細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，屏幕右上角出現眩目現象，影響信息的讀??；

（2）非陽光直射條件下，車內外亮度差異明顯，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 眩目現象

根據不同的眩目形式及對視覺的影響，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生的眩目；

（2）間接眩目：又叫干擾眩目，形成機理與直接眩目相似，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；

（3）反射眩目：由于光源射出的光線經過反射進入人眼而形成的眩目[6-7]；

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

圖3 副屏眩目校核

圖4 副屏眩目區(qū)域

圖5 泛白現象

2.2 泛白現象

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，強光環(huán)境下屏幕顯示信息讀取困難，泛白現象比較嚴重（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入人眼。不同的是，眩目現象比較刺眼，鏡面成像則是因成像區(qū)域對顯示內容造成了遮蔽。某款SUV前風窗透射的物體會在副儀表板顯示屏上成像，且成像區(qū)域面積較大，嚴重影響駕駛員對屏幕顯示信息的識別（圖6）。

圖6 鏡面成像

3 問題對策研究

針對某款SUV副儀表板顯示屏出現的問題，逐項進行分析解決

3.1 屏幕位置

“大尺寸”、“多功能”的顯示屏對布置要求尤為嚴格。行車過程中，要求駕駛員觀察屏幕動作不宜過大，否則會嚴重影響駕駛安全。實驗表明觀察某一事物時，頭部自然轉動角度范圍上下各為30°，左右各為45°，在此范圍內人眼睛自然轉動范圍為上下各15°，左右各15°[8]。根據信息的重要度，建議導航顯示屏布置在眼橢圓中心點30°以上，收音機布置在35°以上，空調面板布置在40°以上（圖7）。

圖7 顯示屏位置要求

3.2 眩目現象規(guī)避措施

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

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

圖8 屏幕角度調整

（2）改變屏幕材質：某SUV屏幕材質為PC塑料，外界入射光線會產生鏡面反射，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，即不會產生眩目感，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，內部和外部都有。所有的光線從一個介質傳到另外一個介質，從空氣到實體或者在實體中間傳送，由于相鄰兩個介質的折射率不同，會增加反射光線，這些反射光線累積起來，就會影響屏幕的可讀性。為了解決這個問題，AR材料通過將光線折彎，在可視范圍內減少反射光線，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象，但同時卻會造成屏幕開發(fā)成本的上升。

3.3 泛白現象的解決

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

（1）調整屏幕亮度：亮度從400 cd/m2調整為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）調整背景顏色匹配：為保證信息清晰顯眼，應當按色覺原理進行背景顏色的匹配[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，局部字體顏色為藍色，對比度較差，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字符的粗細要求不同，亮度低、對比度差要求字符比較粗，亮度高、對比度好要求字符可較細[9]。某SUV對字符進行了加粗處理（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

改變屏幕材質能較好解決鏡面成像問題，某SUV屏幕材質為PC塑料，外界入射光線會產生鏡面反射，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瓷洌瑢⑤^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問題解決措施最終選擇如下：

●眩目問題：調整屏幕角度；

●泛白問題：增加屏幕亮度、調整背景顏色匹配和加粗字符特征；

●鏡面成像：修改屏幕材質。

4 方案驗證

為確認改正方案是否滿足要求，組織人員在實車上對更改前后的副儀表板顯示屏進行主觀評價。

4.1 評價條件

（1）在上午10～11點陽光充足的外界環(huán)境下，將車輛調整到更改前出現眩目的位置，組織人員評價“眩目現象”。

（2）調整車輛位置，避免陽光直射屏幕，再次組織人員評價“泛白現象”和“鏡面成像”。

4.2 評價人員選擇

評價人員的選擇至關重要，評價人員應具備一定的專業(yè)知識，從客戶角度出發(fā)，對產品給出中肯的評價和建議。主觀評價的結果直接影響產品的后期設計及調整方向，主觀評價人員的選擇參考下述條件：

（1）評價人員應至少具備2年及2年以上駕齡，且對汽車結構有一定的了解，保證能夠對評價項目給出合理性的建議[10]；

（2）評價人員應盡量與開發(fā)車型的目標用戶一致，身高范圍應盡量包含低、中和高等各種身材，且同一身材人員數量不少于3名[11]。

綜合考慮上面要求，選擇3組共9名評價人員，詳細信息見表1。

4.3 評價流程

（1）調整姿勢：評價人員按照自己駕駛習慣調整座椅和方向盤。

（2）評價內容：駕駛人員去觀察副儀表板顯示屏，確認“觀察動作”是否舒適，是否存在“眩目現象”，是否存在“泛白現象”，是否存在“鏡面成像”。

表1 評價人員信息

（3）評價標準：所有評價人員評分標準一致，評分標準采用“五分制”，評價前應對評價人員進行培訓，以確保在相同條件下，對同一項目不同人員給出的評價分數應盡量一致，評分標準見表2[10]。

表2 評分標準[10]

4.4 評價結果

3組的評價結果見圖16～18。

圖16 第1組評價結果

圖17 第2組評價結果

圖18 第3組評價結果

為方便橫向對比，將3組人員評價分數求平均值，結果如圖19所示。

圖19 更改前后對比

4.5 評價結論

從主觀評價結果可以得到以下結論：

（1）方案更改前評價人員對“眩目現象”評分最低，“泛白現象”和“鏡面成像”次之，“屏幕觀察動作”最高；

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

（3）第3組評價人員（身高相對較矮）“屏幕觀察動作”評分從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作更小，駕乘感覺更好。

5 結束語

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