智能化趋势下中控显示屏的认知提升

2019-11-28赵国栋刘国亮刘伟东秦广义夏华翅

汽车文摘 2019年12期

赵国栋刘国亮刘伟东秦广义夏华翅

（一汽轿车股份有限公司，长春 130011）

主题词：智能化中控显示屏虚拟按键 HMI界面反光炫目

1 前言

最近几年，以电动化、网联化、智能化和共享化为代表的汽车产业发展趋势的“新四化”，已经从概念阶段迅速发展进入到落地实施阶段，大多数汽车企业纷纷在研发上发力。在智能化趋势下，中控显示屏呈现出“大尺寸”、“多功能”的特点，并且集成了车内除灯光调节、车窗控制开关和雨刮开关外的大部分物理按键，比如特斯拉全系标配15～17英寸显示屏（图1）[1]。大尺寸的中控显示屏已经成为影响消费者购买的重要因素，研究表明，德国86%的消费者将是否具备大尺寸显示屏作为影响购买力的重要因素[2]。但屏幕尺寸的加大、集成功能的增加，对显示屏的要求也更加严格。

汽车驾驶过程是一个复杂的人-机交互控制过程，在驾驶过程中驾驶员必须实时获取车辆处的位置和环境信息，包括实时路况、周围车辆、行人等大量信息，在此基础上快速筛选、并且做出判断并及时反应措施[3]。

图1 特斯拉中控显示屏[1]

驾驶员从识别信息到最后做出判断的整个过程分为3个阶段：

（1）感知阶段，即对路面信息的探查和识别。

（2）判断阶段，即对获取的信息进行筛选、分析并做出反应。

（3）响应阶段，即做出判断、实施行为[3-5]。

这3个阶段发生的失误即感知失误、判断失误和响应失误。

感知失误：指驾驶员不能正确识别交通环境中的信息。感知失误必然导致错误的操作行为。

判断失误：指驾驶员对感知阶段获得的信息通过筛选、认知，所做的判断与实际交通环境不相符。

响应失误：指驾驶员在对车辆控制过程中采取了与预期愿望不符的动作[3-5]。

道路交通事故中,感知失误占48.1%,判断失误占36.0%,响应失误占7.8%。感知阶段，正确及时获取的路面信息是判断和响应阶段做出正确处理的基础。并且视觉获取的信息在感知阶段占比约80%～90%，所以保证良好的视觉感知对避免交通事故至关重要[3]。

某SUV造型风格为三屏联动设计（图2），副仪表板显示屏集成了空调控制、外后视镜调节和陡坡缓降等多项功能，但在试制装车过程中，反馈有眩目、泛白和镜面成像等多种问题，严重影响了驾驶员对显示信息的读取。本文将结合某SUV副仪表板显示屏设计过程中出现的问题及后续解决方案，详细介绍中控显示屏的布置方法及HMI界面的匹配原则。

图2 某SUV内饰造型

2 问题描述

某款SUV副仪表板显示屏在试制过程中反馈的问题主要包括：

（1）特定的角度下，屏幕右上角出现眩目现象，影响信息的读取；

（2）非阳光直射条件下，车内外亮度差异明显，屏幕显示信息读取困难；

（3）外界物体在显示屏上成像，遮蔽显示信息。

2.1 眩目现象

根据不同的眩目形式及对视觉的影响，目前主要包括直接眩目、间接眩目和反射眩目[6-7]。

（1）直接眩目：在直接视线方向存在高亮光源而产生的眩目；

（2）间接眩目：又叫干扰眩目，形成机理与直接眩目相似，也是由高亮光源所引起，但不同的是高亮光源并不在视野范围内；

（3）反射眩目：由于光源射出的光线经过反射进入人眼而形成的眩目[6-7]；

某款SUV的反馈属于反射眩目，即前风窗入射光线经副仪表板显示屏反射进入人眼（图3），眩目面积占比约1/3（图4）；眩目现象虽然只在特定时间、特定角度下才能发生，但对眼睛伤害最大，客户接受度最低，尤其在常用显示屏幕上应坚决避免。

图3 副屏眩目校核

图4 副屏眩目区域

图5 泛白现象

2.2 泛白现象

泛白主要是在非阳光直射状态下，屏幕自身亮度和外界光线亮度差异明显造成的信息读取困难的现象。影响因素包括屏幕自身亮度、背景颜色匹配和自身字符特征等三方面。某款SUV自身亮度较低，背景颜色匹配较差，强光环境下屏幕显示信息读取困难，泛白现象比较严重（图5）。

2.3 镜面成像

成像原理与眩目相似，都是在特定的条件下外界物体反射进入人眼。不同的是，眩目现象比较刺眼，镜面成像则是因成像区域对显示内容造成了遮蔽。某款SUV前风窗透射的物体会在副仪表板显示屏上成像，且成像区域面积较大，严重影响驾驶员对屏幕显示信息的识别（图6）。

图6 镜面成像

3 问题对策研究

针对某款SUV副仪表板显示屏出现的问题，逐项进行分析解决

3.1 屏幕位置

“大尺寸”、“多功能”的显示屏对布置要求尤为严格。行车过程中，要求驾驶员观察屏幕动作不宜过大，否则会严重影响驾驶安全。实验表明观察某一事物时，头部自然转动角度范围上下各为30°，左右各为45°，在此范围内人眼睛自然转动范围为上下各15°，左右各15°[8]。根据信息的重要度，建议导航显示屏布置在眼椭圆中心点30°以上，收音机布置在35°以上，空调面板布置在40°以上（图7）。

图7 显示屏位置要求

3.2 眩目现象规避措施

眩目现象的规避措施主要包括调整屏幕角度、改变屏幕材质和贴膜等3种方法；

（1）调整屏幕角度：为彻底规避前风窗入射光线造成的眩目，需将屏幕角度绕上轴向下旋转10°（图8），屏幕更加直立，内饰造型影响较大。

图8 屏幕角度调整

（2）改变屏幕材质：某SUV屏幕材质为PC塑料，外界入射光线会产生镜面反射，如屏幕表面改为比较“粗糙”的磨砂玻璃，光线反射方式变为漫反射，将很大程度减弱眩目。

（3）贴膜：目前规避眩目的贴膜技术主要有AG和AR膜。

AG（全称Anti-Glare）膜处理：用于处理外部光源引起的反光眩目，比如日光或者较亮的环境光，它可以提高图片或者信息的可读性。

Anti-Glare的作用机制是漫反射原理，将反射的光线在物体表面打乱，即将反射图像的连贯性打乱，让反光的图片不聚焦于人眼，即不会产生眩目感，但是这种方法也有缺陷，它牺牲了清晰度和分辨率，使得我们想要看的图像变得模糊；

AR（Anti-Reflection）膜处理：考虑所有的光源，内部和外部都有。所有的光线从一个介质传到另外一个介质，从空气到实体或者在实体中间传送，由于相邻两个介质的折射率不同，会增加反射光线，这些反射光线累积起来，就会影响屏幕的可读性。为了解决这个问题，AR材料通过将光线折弯，在可视范围内减少反射光线，增加光线的透视，提高信息的可读性；

AG和AR膜都能有效规避外界阳光造成的眩目现象，但同时却会造成屏幕开发成本的上升。