浅谈电动汽车内室软硬人机界面的整合设计

　　汽车人机界面设计是汽车设计领域的一个重要课题，对于电动汽车人机界面的设计研究和实践，具有一定的现实意义。一方面由于新能源、新技术对车身结构和动力总成的革新，使得内室空间格局发生变化，这对内室造型(硬件)设计具有一定的驱动作用;另一方面，物理空间的拓展也驱动着交互(软件)设计空间的拓展，表现为车载系统信息容量的扩增、多维信息模型的构建以及全新交互方式的设计等，因此，汽车内室人机界面呈现出软硬设计相结合的特征。然而，目前的开发流程却是二者互为独立、各自发展，这影响了设计质量，导致了用户体验的碎片化倾向。针对该问题，这里对比造型与交互设计流程，提出并构建了设计整合的框架，并通过自主品牌量产电动车人机界面的设计实例，初步验证了该框架的有效性。
　　1汽车内室的软硬人机界面设计
　　在新能源与互联网的发展与驱动下，汽车内室人机界面呈现出造型(硬件)设计与交互(软件)设计结合的趋势。造型(硬件)设计是指以工业设计为背景的内室及零部件设计，交互(软件)设计是指以信息内容为主体的车载系统显示、控制与交互方式的设计，二者具有不同的设计方法、工具和流程。而用户体验不分软硬，尤其在执行驾驶任务时，用户对界面的认知与反馈是兼顾视觉、听觉和触觉等多通道连续体验的综合反映，因此，有必要将分离的研发团队和设计流程进行资源、对象和平台的整合，这对于汽车人机界面用户体验的概念诠释与设计表达有着积极的意义。
　　2汽车内室造型与交互设计流程对比
　　汽车内室造型设计具有高复杂性、高投人和长设计周期的特点，是一个环环相扣具有时序性与阶段性特征的过程。Kunio Lwata将宏观汽车造型设计流程分解为概念设计阶段、三维模型构建阶段、造型效果虚拟表现阶段、油泥模型制作阶段和基于油泥模型的反求数模阶段，一般的开发周期1~3年不等。交互设计从需求确立、设计到评估是一个快速迭代、多次循环的过程，一般情况下交互设计的开发周期为一个月至半年不等。根据快速应用开发方法，交互设计的研发流程包括理解用户需求、提出概念模型、构建交互原型、测试评估等阶段。对比两个流程可见，造型(硬件)设计与交互(软件)设计在流程载体、设计对象等层面都有较大差异，造成设计方法和设计人的分离，严重影响了设计的质量，也造成了软硬界面交互体验分离的碎片化现象，因此，这里就汽车人机界面设计流程分离的问题展开研究。
　　3汽车内室造型与交互设计流程整合卡耐基梅隆大学的Asim Smailagic基于跨领域设计流程的整合，提出了以用户为中心的跨领域并行系统设计方法，简称UICSM (a User-Centered InterdisciplinaryConcurrent System Design Methodology),其目的是为了协同工业设计师、人机交互设计师、电气及机械工程设计师进行跨领域、跨流程的系统开发，并结合终端用户的测试评估进行产品的迭代与优化。UICSM通过整合各学科全流程的设计活动，对设计过程和对象进行抽象化，构建了产品开发的整合框架，从宏观上将各领域并行且分离的设计活动按照开发的时序关系，整合成3个阶段，即概念设计、深化设计和设计实施。
　　这里基于UICSM所提出的面向流程整合的3个阶段，将造型设计与交互设计的开发流程整合成概念发散、完善设计、测试评估3个阶段概念发散阶段是指，通过软硬件关系的匹配将造型设计中的内室部件、人机参数与交互设计的信息构架、交互方式进行映射，在整合设计输人的基础上进行概念发散。完善设计阶段是指，通过软硬件设计风格的匹配来整合造型设计、材质、色彩、工艺(CMF)、图形用户界面(GUI)的视觉语言，进行造型和界面的视觉设计。测试评估阶段是指，通过实体评估与虚拟测试相结合的方法，对内室模型与交互系统的工作原型进行测试评估，在此基础上进行设计的迭代和优化。
　　4自主研发电动车人机界面设计实践
　　本案例基于湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室自主电动车研发项目，通过电动车内室造型设计与车载系统交互设计的实践，对造型与交互设计流程整合框架进行实例验证，开发过程共分为3个阶段，即概念发散、完善设计和测试评估。
　　4.1概念发散
　　概念发散整合造型(硬件)与交互(软件)设计的前期输人，整合设计的关键是在软硬件关系匹配的基础上进行概念发散。所谓软硬件关系，是指造型与交互设计关联与制约的驱动机制，在本次电动车人机界面设计中表现为3个层面。
　　第一，在概念发散阶段内室总布置、人机参数的输人制约着显示、控制界面的设定，在这一层关系中是造型(硬件)对交互(软件)的设计驱动。例如总布置的内部空间及宽度方向尺寸，就直接制约着主仪表板显示界面的分布位置、方向和尺寸;副仪表板宽度则对该区域控制界面的按键及其交互方式产生直接影响。
　　第二，概念发散阶段确定车载系统采用手势控制的交互方式，因此实现手势功能的传感器及元件的安装、设置就成为主、副仪表板造型设计的约束，在这一层关系中是交互(软件)对造型(硬件)的设计驱动。在本次设计中，传感器的感应区域尺寸为:200 mm x10 mm，空间高度需大于500 mm;经测试，手势控制界面的最佳位置在驾驶者右侧前臂舒适区域，因此，传感器的设置成为副仪表板造型设计的重要因素，这也是通过交互方式的创新驱动造型(硬件)设计的表现。
　　第三，在概念设计的工具层面构建情景板，旨在建立造型(硬件)与交互(软件)设计的情境依存关系，即二者受同一情境材料的驱动，使原本分离的设计活动具有相似的触发情境，在原本独立的设计过程中建立二者的情境依存关系，因此，是造型(硬件)与交互(软件)设计互为驱动。在本次设计中，概念主题定位为科技感，视觉看板表达科技感概念之下的灵动、优雅设计主题和视觉线索。围绕这一设计概念，造型设计师和交互设计师分别获取表达主题的多张产品图片和交互技术图片。整合概念和视觉的情景板，通过相似风格、相似概念和相似景象为设计师提供了沟通与交流的平台，确保了软硬件界面风格的匹配和设计元素的统一，为电动车人机界面交互设计的软硬件整合起到了积极的驱动作用。
　　4.2完善设计
　　本阶段整合造型(硬件)与交互(软件)设计的设计风格，进行内室造型,CMF与GUI的完善设计，在此过程中，造型(硬件)与交互(软件)设计并行，分为两个步骤。
　　1)内室造型草图和交互设计流程探索。内室造型草图设计基于对外观造型主要特征的提取，即硬朗的折面和型体的嵌套关系，主要体现在主、副仪表板的T字型特征。此外，通过主仪表板在空间高度上的造型设计，用来安装显示和控制界面，分别是位于仪表面罩板上部的嵌人界面、方向盘中部的嵌人界面和中控界面，三者的显示内容分别对应行车信息、驾驶辅助和娱乐信息。由于3块界面的不同方位和不同功能，因此需要分别构建相应的信息构架和交互流程。
　　2)造型效果图和界面视觉设计。在这一步中软硬件设计共同体现科技感(灵动、优雅)的概念主题，造型(硬件)设计是在草图的基础上对内室造型、材质、色彩、工艺进行深人的推敲和效果图绘制。手势交互传感器布置于中控面板上部，处于空调出风口之间，在材质上采用与出风口设计一致的金属装饰件，与方向盘、侧门板的金属装饰条形成内饰材质的呼应，同时，银色的质感也强化了科技感的概念主题。交互界面的视觉设计分为3个部分:平视显示辅助驾驶信息界面、方向盘行车信息界面及中控娱乐信息界面。在进行视觉设计时，首先对界面元素进行简化处理，提炼出体现科技感(灵动、优雅)的视觉元素，例如环绕的光晕和渐变的线条。为了与中控面板的部件造型保持风格一致，摒弃了复杂的效果和多余的装饰，采用了短弧线和小圆角为系统界面的装饰元素，这些元素在图标和字体设计中均有所体现。
　　4.3测试评估
　　本阶段是将造型(硬件)模型与交互(软件)工作原型相结合进行测试与设计优化。本次电动车人机界面设计的测试评估，分为数字模型评审与系统原型的用户测评。首先通过数字模型的评审对型面细节进行推敲和调整，同时结合手势交互的传感器原件、工作原型，在虚拟驾驶室进行系统的测试评估。通过邀请用户参与测试，获取了有价值的反馈，例如在传感器位置和手势动作之间存在空间上不配合的问题，传感器位于中控屏幕上方，用户进行手势操作时易产生误操作，需要对传感器位置进行向下移动，因此与之紧密相关的中控出风口位置也需作相应调整。在界面视觉方面，界面色彩的饱和度、明度及字体大小的设计，也需根据不同的显示位置而作出相应改变。通过本阶段的整合测试，造型(硬件)和交互(软件)设计并行优化，加速了迭代周期。
　　5结语
　　对于汽车人机界面设计工具、方法的探索还在不断完善，这也是本研究的理论价值所在。这里就造型(硬件)与交互(软件)设计流程进行了对比分析，提出并构建了软硬件整合设计的框架，即将汽车人机界面设计流程整合成概念发散、完善设计、测试评估3个阶段，对软硬件关系匹配、设计风格匹配、实体评估与虚拟测试相结合等设计问题展开了研究，并通过设计实践得到了初步验证。当前，结合成熟的汽车造型设计方法与交互设计方法将为相关领域的设计和开发提供一定的可行思路，对汽车人机交互界面设计具有现实意义。