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摘要：針對汽車舒適性、底盤控制、動力控制等功能日漸增多的趨勢，總結現有的汽車中控臺布局設計的類型和人機交互方式，從安全駕駛的角度研究現有設計和交互方式存在的不足，即轉移駕駛員視線、分散駕駛員注意力等安全隱患。思考人與汽車信息交流的主要界面———中控臺設計的發展方向，探索人車交互的方式，大膽合理地使用先進技術，將傳統的實體按鍵與流行的大尺寸觸摸屏更好地結合使用，引領汽車消費審美的正確發展，以人為本，提高汽車駕駛的安全性。

關鍵詞：安全駕駛；汽車中控臺；人機交互

0引言

隨著國內外汽車技術的飛速發展，越來越多的新技術、先進的設計理念被應用于汽車上，汽車的各種安全設備、娛樂舒適功能越來越多，控制要求越來越復雜，這些繁多的功能控制按鍵大都集中于中控臺這一不大的區域內，因此對中控臺的空間利用、人機交互方式設計提出了更高的要求，且隨著時代的發展，人車信息交互方式將發生巨大的變化。本文將重點研究這些發展趨勢對汽車安全駕駛帶來的影響，思考人與汽車信息交流的主要界面———中控臺設計的發展方向。

1現有的中控臺布局設計類型

汽車中控臺是用來顯示汽車行駛中的某些參數及放置功能控制裝置的地方。顯示的參數主要有：行駛速度、發動機轉速、燃油余量、水溫、車燈提示、故障提示、電量和電機功率等?？刂频墓δ苡校盒熊嚢踩o助裝置，包括各類車燈、雨刮器、雷達報警等；行車控制裝置，包括擋位、行駛模式、定速巡航等；舒適性功能控制裝置，包括空調、影音系統等。目前市場上主流的幾種汽車中控臺布局如圖1所示，市場上主流的汽車中控臺布局設計主要分為以下幾類：（1）各功能在中控臺全部為按鍵控制。中控臺只有一臺收音機可顯示調頻，其他功能均為按鍵控制。隨著汽車電氣系統各項功能越來越多，不得不增多的按鍵必然會擠滿中控臺全部空間，單個按鍵的接觸面積越來越小，造成視覺凌亂，增加操作難度，所以該中控臺布局方式已經被淘汰，目前只在一些低端車或低配車型上可見。（2）按鍵為主，屏幕為輔。該布局將大部分功能用按鍵控制，指示清晰，但由于控制功能較多，在有限的空間內布局了過多的按鍵，導致按鍵外形尺寸較小，分布過密，視覺較混亂；屏幕主要起輔助顯示作用，一般外形尺寸較小，能夠顯示的內容有限。（3）屏幕為主，按鍵為輔。該布局目前較為流行，一般采用大尺寸觸摸屏，觸摸屏軟件集合了一些舒適性控制功能甚至行車安全輔助控制功能，外觀上更顯現代化，迎合了當下消費者的審美觀，科技感十足。部分常用功能仍然采用按鍵形式，但數量相對于第（2）種中控臺已經大大減少，通常，單個按鍵的面積也會相應增大。（4）大尺寸觸摸屏幾乎集中全部功能。隨著手機、平板電腦的發展，觸摸屏的應用越來越成熟［1］。自美國汽車制造商特斯拉開發的ModelS車型問世以來，其在中控臺使用的17寸大觸摸屏日漸成為潮流［2，3］。近些年，這種中控臺布局方式在高檔新能源汽車中尤其常見，而且觸摸屏的尺寸也在逐漸增大。借助更高端的處理器及軟件技術，汽車電氣系統的全部功能幾乎都可以在觸摸屏上調用和控制，人機交流更加集中。這種大尺寸觸摸屏占用了中控臺幾乎全部的空間，同時也簡化了中控臺的布局。中控臺作為車輛狀態信息顯示和控制接口安裝的主要部位，其布局形式反映了人車信息交互方式。目前汽車上的控制功能和需要顯示的信息越來越多，中控臺的設計布局卻愈加簡潔，控制接口愈加集中，人機交互方式向可觸摸的方向發展。

2當前人車交互設計存在的駕駛安全缺陷

隨著科技的發展、現實的需要以及消費者審美的遷移，汽車中控臺上的實體按鍵越來越少，彩色顯示屏幕升級為觸摸屏，且觸摸屏面積越來越大，集合的功能越來越多，這種人機交互形式已成為當代汽車技術的發展趨勢，但目前這種人機交互設計存在著很多方面的問題，尤其是駕駛安全方面。

2．1視野不佳

資料顯示，顯示器與駕駛員眼睛的直線距離最好為710mm左右，人眼的水平最佳視區是10°內、較為良好的視區是30°以內，最佳視區的范圍是距駕駛員兩側125mm內，良好視區的范圍是駕駛員右側410mm內，絕大部分中控臺操作區都在最佳視區外、良好視區內，如果中控臺設計為折彎形，則視野會更好一些。同樣，在垂直視區內，人眼的最佳視區范圍也在水平線上下10°內，控制面板最好與眼睛平行，但卻在現實中很難做到［4］。較為良好的垂直視區是水平視線以上10°至以下30°范圍內［5］，計算后可以看出，如果中控臺控制面板垂直方向上過長，則很有可能會超出良好視區。當駕駛員在正常坐姿下操作方向盤時，頭部一般會略微自然前傾，則中控臺面板一般要相應地傾斜，與汽車客室地板平面形成60°～75°的夾角，如此在良好視區范圍內的面板尺寸又必須略微減小。所以，隨著在汽車中控臺上使用的觸摸屏面積增大，會進一步影響駕駛員的認讀，增加駕駛員的疲勞感，從而降低駕駛的安全性。人眼的水平視區與垂直視區如圖2所示。

2．2認讀時間增加

試驗指出，當觀察距離為800mm時，若眼球不動，水平視野20°范圍內為最佳認讀范圍，其正確認讀時間為1s左右；當水平視野超過24°時，正確的認讀時間便開始迅速增加［6］，如圖3所示。若汽車以60km／h的速度行駛，認讀中控臺的信息時間為3s，則相當于這段時間內駕駛員盲開50m，安全隱患非常大。觸摸屏集中功能多，各廠商對觸摸屏人機交互界面的設計理念不同，如界面顯示內容過多或調用功能的程序較為復雜，則都會大大增加操作時間；且觸摸屏與實體按鍵的不同在于，觸摸屏對人手的觸摸操作沒有物理反饋，駕駛員只能再次通過眼睛去觀察操作結果，這也增加了操作時間［7］；在車輛轉彎、經過不平路面時，車身的不穩定會增加手指按觸屏幕特定區域的難度，而這時的駕駛尤其需要集中精力；觸摸屏復雜的功能層級和炫目的色彩及動畫對駕駛員有著極大的吸引力，人的心理作用總是要忍不住多看幾眼屏幕［8，9］?？梢?，中控臺控制區域面積的增加，會增加駕駛員認讀時間，觸摸屏雖然可以通過軟件實現與實體部件的通信與控制，但因其本身的特點，相比較于實體按鍵，在一些環境中可能會增加操作難度，同時增加駕駛的安全風險。

2．3干擾因素增多

有資料統計顯示，因為駕駛員的行為產生差錯所造成的道路交通事故占到總事故數的70％，這其中駕駛員的思想不集中、注意力轉移、雙手較長時間離開方向盤等精力受到干擾的情況占到多數［10］。進入大屏時代后，一塊屏幕上可同時顯示多種信息，顯示信息數量增多，顯示信息分類和歸屬復雜，信息調用層級增多，顯示信息的形式多樣，可平面動畫顯示，可3D顯示，即使是普通的文字顯示也可根據需要設計為不同的字體、字號、色彩。觸摸屏在操作時可以點觸、長按、雙擊、雙指控制，控制形式多樣。這些多樣的顯示信息與操控方式提升了汽車的科技感，但在枯燥的駕駛中也難免會刺激駕駛員的好奇心，吸引注意力，構成了駕駛中一個不可忽視的干擾源。

3中控臺人機交互設計的發展方向

汽車功能的增多已成必然，如何在汽車中控臺集中更多的控制功能、顯示更多的信息，優化人機交互方式成為未來的發展方向。針對現有的汽車中控臺布局形式及人機交互方式的缺點，可從以下幾個方面進行研究。

3．1優化人機交互設備結構布局

如圖4所示的中控臺人機交互設備結構布局中，將按鍵或屏幕安放在中控臺A區域，在駕駛員的右下方視野中，這一塊區域面積有限且部分面積超出駕駛員最佳視野區。在設計駕駛室布局時，可以充分開拓和利用駕駛室空間，例如，可以在左側車門扶手區域（B區域）增加按鍵或小屏幕顯示次要信息，利用扶手自然的斜度，按鍵和屏幕可設置在較高的位置且與水平地板面呈較大的角度，方便左手操作，操作時也可降低駕駛員的視野盲區；借鑒飛機駕駛室布局，在駕駛員上方頭頂區域（C區域）安放按鍵，上方頭頂區域可抬手觸及，水平視線抬起較小角度便可目視這一區域，操作時可有較大的余光范圍觀察汽車前方，熟悉按鍵位置后，可實現盲操作，對駕駛視野的影響較小，且增加了操作樂趣，還可以提升汽車客室的科技感。

3．2開發多功能集成化按鍵

汽車日益增加的功能需要更多的按鍵進行操控，在有限的空間無法布置數量過多的按鍵，這也促成了中控臺觸摸屏的流行這一趨勢，但是實體按鍵依然有其獨特的地位，不可完全拋棄不用。為了解決這一矛盾，應充分挖掘各功能之間的邏輯聯系、使用頻次，開發一種集中多個功能于一體的集成化按鍵，將2種～4種功能集合于這種按鍵上，這樣既能減少按鍵數量，又能增加操控功能，還可以增加操作樂趣。按鍵數量減少后，在有限的空間范圍內，可增大按鍵的面積，方便駕駛員尋找和操控，減少反應時間，增加駕駛安全系數。

3．3充分運用視野內空間

不論是前述的視野不佳問題還是認讀時間過長問題，從一定角度來看，其根源都是由于人機交互的界面區域有限。在3．1節中，通過優化人機交互設備結構布局，充分利用左前門扶手處、車頂處空間，可大幅增加利用區域，但如果設計不當則有駕駛室布置凌亂之嫌。而在駕駛員前方有廣大的三維空間一直沒有得到有效利用，很多先進技術可以應用在汽車上以充分開發利用這一駕駛員視野正前方的優良空間，比如HUD（Head－UpDisplay）平視顯示技術是一塊透明的放置于駕駛者前方擋風玻璃上的抬頭顯示器，其可以顯示基本行車信息；全息投影技術（見圖5）是利用干涉和衍射原理記錄并再現物體真實的三維圖像的記錄和再現地技術，可以立體地顯示動態信息［11］。這些先進的技術都正在或有極大的潛力應用于汽車上，可以創新性地利用車內空間，充分利用駕駛員正常行駛時視野內的空間，立體顯示車輛行駛的信息與重要參數，將駕駛員識讀信息的注意力轉移至平視區域，免去視線轉移帶來的駕駛安全煩惱。但需要指出的是，這些技術都是利用光線原理在空間形成的虛擬影像，如果顯示的內容過多、信息過于雜亂或虛擬影像體積過大，會影響駕駛員正常觀察車前路況，有分散駕駛員注意力和光線污染的風險。

3．4合理布置顯示屏位置和優化觸摸屏程序結構

觸摸屏屬于顯示屏的一種，其幾乎已經成了轎車的標配，大部分觸摸屏的位置設置在控制臺的中下部，集中了幾乎全部的娛樂影音功能，還有些汽車將空調控制等功能也設置在觸摸屏上，加之觸摸屏本身的操縱特點，操作過程中會嚴重分散駕駛員的注意力。顯示屏與觸摸屏可根據其特點在人車交互中有所分工，其中，顯示屏可分擔觸摸屏的部分信息顯示的作用，設在中控臺遠方位置，遠離手指可碰觸的位置，這樣可延伸和抬高視線，方便觀察，充分利用空間；觸摸屏則著重控制作用，輔以顯示功能。不論觸摸屏面板尺寸如何擴大，所有程序功能不會同時集中于同一頁面上，而觸摸屏程序結構決定了各項功能調用的順序和方式方法。為減少分散駕駛員的精力，應減少功能層級，精簡每一層級的內容，優化功能調用的方式，合理地使用字體、字號和背景色，醒目的顯示文字內容和動畫。

3．5大力發展AI語音控制功能

傳統的控制和顯示方式都是利用人的觸覺和視覺完成，而忽略了人的語言功能和聽覺。人工智能語音可以通過智能對話與即時問答，使得駕駛員不用騰出手來進行任何操作即可完成對汽車功能的控制［12］。隨著汽車中各項控制調節性功能越來越多，這種智能的語音控制可以充分利用人的語言能力，并用聽覺進行操控結果確認，既免去了視線轉移的擔憂，也無操作時間的限制，可以在不占用視覺系統的情況下進行全方位的聲音信息接收［13］。但是在使用過程中由于車內各種干擾音源較多，可利用機械按鍵作為語音控制的總開關，在駕駛員頭部附近區域安裝麥克風接收語音傳輸。

4結語

隨著互聯網及5G通信時代的到來，科技的進步也給汽車設計帶來了新的理念和發展方向，消費者的審美及對汽車的關注點也會隨之變化。但是應當看到，任何事物的發展都有其兩面性，對于汽車而言，無論時代如何發展，汽車駕駛的安全性始終應當為社會所關注，如何提高道路運輸安全性，降低事故發生率是汽車設計者首要考慮的問題。本文針對駕駛操作中最常接觸的中控臺這一部件，總結了當下常見的幾種中控臺設計布局及人車交互方式，從駕駛的安全性角度出發，提出了當下流行的中控臺設計布局和人車交互方式存在的問題和安全隱患，指出中控臺布局設計與人車交互方式合理的發展方向，鼓勵合理、有效、有度的利用先進科技，從設計上提高汽車駕駛的主動安全，造福人民。

作者：耿言 單位：南京科技職業學院 智能制造學院