淺談電動汽車內室軟硬人機介面的整合設計論文
汽車人機介面設計是汽車設計領域的一個重要課題，對於電動汽車人機介面的設計研究和實踐，具有一定的現實意義。一方面由於新能源、新技術對車身結構和動力總成的革新，使得內室空間格局發生變化，這對內室造型(硬體)設計具有一定的驅動作用;另一方面，物理空間的拓展也驅動著互動(軟體)設計空間的拓展，表現為車載系統資訊容量的擴增、多維資訊模型的構建以及全新互動方式的設計等，因此，汽車內室人機介面呈現出軟硬設計相結合的特徵。然而，目前的開發流程卻是二者互為獨立、各自發展，這影響了設計質量，導致了使用者體驗的碎片化傾向。針對該問題，這裡對比造型與互動設計流程，提出並構建了設計整合的框架，並透過自主品牌量產電動車人機介面的設計例項，初步驗證了該框架的有效性。
1汽車內室的軟硬人機介面設計
在新能源與網際網路的發展與驅動下，汽車內室人機介面呈現出造型(硬體)設計與互動(軟體)設計結合的趨勢。造型(硬體)設計是指以工業設計為背景的內室及零部件設計，互動(軟體)設計是指以資訊內容為主體的車載系統顯示、控制與互動方式的設計，二者具有不同的設計方法、工具和流程。而使用者體驗不分“軟硬”，尤其在執行駕駛任務時，使用者對介面的認知與反饋是兼顧視覺、聽覺和觸覺等多通道連續體驗的綜合反映，因此，有必要將分離的研發團隊和設計流程進行資源、物件和平臺的整合，這對於汽車人機介面使用者體驗的概念詮釋與設計表達有著積極的意義。
2汽車內室造型與互動設計流程對比
汽車內室造型設計具有高複雜性、高投人和長設計週期的特點，是一個環環相扣具有時序性與階段性特徵的過程。Kunio Lwata將宏觀汽車造型設計流程分解為概念設計階段、三維模型構建階段、造型效果虛擬表現階段、油泥模型製作階段和基於油泥模型的反求數模階段，一般的開發週期1~3年不等。互動設計從需求確立、設計到評估是一個快速迭代、多次迴圈的過程，一般情況下互動設計的開發週期為一個月至半年不等。根據快速應用開發方法，互動設計的研發流程包括理解使用者需求、提出概念模型、構建互動原型、測試評估等階段。對比兩個流程可見，造型(硬體)設計與互動(軟體)設計在流程載體、設計物件等層面都有較大差異，造成設計方法和設計人的分離，嚴重影響了設計的質量，也造成了軟硬介面互動體驗分離的碎片化現象，因此，這裡就汽車人機介面設計流程分離的問題展開研究。
3汽車內室造型與互動設計流程整合
卡耐基梅隆大學的Asim Smailagic基於跨領域設計流程的整合，提出了以使用者為中心的跨領域並行系統設計方法，簡稱UICSM (a User-Centered InterdisciplinaryConcurrent System Design Methodology),其目的是為了協同工業設計師、人機互動設計師、電氣及機械工程設計師進行跨領域、跨流程的系統開發，並結合終端使用者的測試評估進行產品的迭代與最佳化。UICSM透過整合各學科全流程的設計活動，對設計過程和物件進行抽象化，構建了產品開發的整合框架，從宏觀上將各領域並行且分離的`設計活動按照開發的時序關係，整合成3個階段，即概念設計、深化設計和設計實施。
這裡基於UICSM所提出的面向流程整合的3個階段，將造型設計與互動設計的開發流程整合成概念發散、完善設計、測試評估3個階段概念發散階段是指，透過軟硬體關係的匹配將造型設計中的內室部件、人機引數與互動設計的資訊構架、互動方式進行對映，在整合設計輸人的基礎上進行概念發散。完善設計階段是指，透過軟硬體設計風格的匹配來整合造型設計、材質、色彩、工藝(CMF)、圖形使用者介面(GUI)的視覺語言，進行造型和介面的視覺設計。測試評估階段是指，透過實體評估與虛擬測試相結合的方法，對內室模型與互動系統的工作原型進行測試評估，在此基礎上進行設計的迭代和最佳化。
4自主研發電動車人機介面設計實踐
本案例基於湖南大學汽車車身先進設計製造國家重點實驗室自主電動車研發專案，透過電動車內室造型設計與車載系統互動設計的實踐，對造型與互動設計流程整合框架進行例項驗證，開發過程共分為3個階段，即概念發散、完善設計和測試評估。
4.1概念發散
概念發散整合造型(硬體)與互動(軟體)設計的前期輸人，整合設計的關鍵是在軟硬體關係匹配的基礎上進行概念發散。所謂軟硬體關係，是指造型與互動設計關聯與制約的驅動機制，在本次電動車人機介面設計中表現為3個層面。
第一，在概念發散階段內室總佈置、人機引數的輸人制約著顯示、控制介面的設定，在這一層關係中是造型(硬體)對互動(軟體)的設計驅動。例如總佈置的內部空間及寬度方向尺寸，就直接制約著主儀表板顯示介面的分佈位置、方向和尺寸;副儀表板寬度則對該區域控制介面的按鍵及其互動方式產生直接影響。
第二，概念發散階段確定車載系統採用手勢控制的互動方式，因此實現手勢功能的感測器及元件的安裝、設定就成為主、副儀表板造型設計的約束，在這一層關係中是互動(軟體)對造型(硬體)的設計驅動。在本次設計中，感測器的感應區域尺寸為:200 mm x10 mm，空間高度需大於500 mm;經測試，手勢控制介面的最佳位置在駕駛者右側前臂舒適區域，因此，感測器的設定成為副儀表板造型設計的重要因素，這也是透過互動方式的創新驅動造型(硬體)設計的表現。
第三，在概念設計的工具層面構建情景板，旨在建立造型(硬體)與互動(軟體)設計的“情境依存”關係，即二者受同一情境材料的驅動，使原本分離的設計活動具有相似的觸發情境，在原本獨立的設計過程中建立二者的情境依存關係，因此，是造型(硬體)與互動(軟體)設計互為驅動。在本次設計中，概念主題定位為“科技感”，視覺看板表達科技感概念之下的“靈動、優雅”設計主題和視覺線索。圍繞這一設計概念，造型設計師和互動設計師分別獲取表達主題的多張產品圖片和互動技術圖片。整合概念和視覺的情景板，透過相似風格、相似概念和相似景象為設計師提供了溝通與交流的平臺，確保了軟硬體介面風格的匹配和設計元素的統一，為電動車人機介面互動設計的軟硬體整合起到了積極的驅動作用。
4.2完善設計
本階段整合造型(硬體)與互動(軟體)設計的設計風格，進行內室造型,CMF與GUI的完善設計，在此過程中，造型(硬體)與互動(軟體)設計並行，分為兩個步驟。
1)內室造型草圖和互動設計流程探索。內室造型草圖設計基於對外觀造型主要特徵的提取，即硬朗的折面和型體的巢狀關係，主要體現在主、副儀表板的“T”字型特徵。此外，透過主儀表板在空間高度上的造型設計，用來安裝顯示和控制介面，分別是位於儀表面罩板上部的嵌人介面、方向盤中部的嵌人介面和中控介面，三者的顯示內容分別對應行車資訊、駕駛輔助和娛樂資訊。由於3塊介面的不同方位和不同功能，因此需要分別構建相應的資訊構架和互動流程。
2)造型效果圖和介面視覺設計。在這一步中軟硬體設計共同體現“科技感(靈動、優雅)”的概念主題，造型(硬體)設計是在草圖的基礎上對內室造型、材質、色彩、工藝進行深人的推敲和效果圖繪製。手勢互動感測器佈置於中控面板上部，處於空調出風口之間，在材質上採用與出風口設計一致的金屬裝飾件，與方向盤、側門板的金屬裝飾條形成內飾材質的呼應，同時，銀色的質感也強化了科技感的概念主題。互動介面的視覺設計分為3個部分:平視顯示輔助駕駛資訊介面、方向盤行車資訊介面及中控娛樂資訊介面。在進行視覺設計時，首先對介面元素進行簡化處理，提煉出體現“科技感(靈動、優雅)”的視覺元素，例如環繞的光暈和漸變的線條。為了與中控面板的部件造型保持風格一致，摒棄了複雜的效果和多餘的裝飾，採用了短弧線和小圓角為系統介面的裝飾元素，這些元素在圖示和字型設計中均有所體現。
4.3測試評估
本階段是將造型(硬體)模型與互動(軟體)工作原型相結合進行測試與設計最佳化。本次電動車人機介面設計的測試評估，分為數字模型評審與系統原型的使用者測評。首先透過數字模型的評審對型面細節進行推敲和調整，同時結合手勢互動的感測器原件、工作原型，在虛擬駕駛室進行系統的測試評估。透過邀請使用者參與測試，獲取了有價值的反饋，例如在感測器位置和手勢動作之間存在空間上不配合的問題，感測器位於中控螢幕上方，使用者進行手勢操作時易產生誤操作，需要對感測器位置進行向下移動，因此與之緊密相關的中控出風口位置也需作相應調整。在介面視覺方面，介面色彩的飽和度、明度及字型大小的設計，也需根據不同的顯示位置而作出相應改變。透過本階段的整合測試，造型(硬體)和互動(軟體)設計並行最佳化，加速了迭代週期。
5結語
對於汽車人機介面設計工具、方法的探索還在不斷完善，這也是本研究的理論價值所在。這裡就造型(硬體)與互動(軟體)設計流程進行了對比分析，提出並構建了軟硬體整合設計的框架，即將汽車人機介面設計流程整合成概念發散、完善設計、測試評估3個階段，對軟硬體關係匹配、設計風格匹配、實體評估與虛擬測試相結合等設計問題展開了研究，並透過設計實踐得到了初步驗證。當前，結合成熟的汽車造型設計方法與互動設計方法將為相關領域的設計和開發提供一定的可行思路，對汽車人機互動介面設計具有現實意義。