整车显控界面的工效学研究

2020-10-12杨琴刘成义严智远

湖北汽车工业学院学报 2020年3期

杨琴，刘成义，严智远

（武汉第二船舶设计研究所，湖北武汉430205）

汽车显控界面由仪表盘、方向盘、加速踏板和制动踏板等组成，其设计优劣主要是依据驾驶员的主观感受，如何建立一套有效的工效学测评方法，对于汽车显控界面设计有着重要的意义［1-2］。朱磊等基于模糊综合评价对汽车仪表板进行评价［3］。Galer和颜春萍等在布局、颜色搭配、图标、符号、刻度盘和显示屏等指标进行了工效学分析及评价［4-5］，认为仪表盘盲区是汽车人机工程学中需要较多研究的方向。曾满林和朱燕辉认为方向盘轮毂会遮挡仪表视野［6-7］，避免盲区需要结合眼椭圆及方向盘进行分析。由于脚踏板控制对使用者的姿势有限制，不合适的踏板会导致肌肉疲劳，造成驾驶员的不舒适感［8］，Pannetier R 等结合驾驶员主观感受及生物力学分析方法［9］，对踏板阻力、踏板行程、踏板行程倾角和座椅高度进行组合实验，结果表明较小的踏板力和较小踏板行程更受驾驶员欢迎。Luo H 等基于力学传感器测量了驾驶员踩踏板能够达到的最大力及舒适力［10］。张福勇等综合座椅、仪表盘、操纵器等显控装置［11］，将神经网络相关理论运用到汽车人机界面评价中，开发了可独立操作的界面评估软件，通过软件来进行综合评价。上述文献多从某方面对显控界面进行评价，较少从整个显控界面来建立评价体系进行评估，文中基于文献［12］的指标体系，建立了一套显控界面测评体系，对汽车显控界面进行全面的整体评价，同时也通过单个指标发现工效学设计不足之处。

1 测评体系

1.1 测评设计

根据汽车的功能和人机交互过程中人的特征，建立人机界面工效学评价指标体系（表1），用于系统评价汽车的不同工效学特性。调查问卷设计从主观评分、详细说明、自信度3 个方面考虑。为了保证驾驶员充分了解调研汽车的情况，要求按照规定线路去驾驶体验，然后进行调查问卷评分。

表1 显控界面工效学指标体系及主观调研表

根据汽车显控界面的人机交互情况，工效学评价指标分为2个级别：一级指标从汽车的驾驶功能进行分级，包括仪表盘、方向盘、加速踏板和制动踏板；二级指标将一级指标从人机交互特征来进行分解，每个指标的评价内容涉及操纵力、视野、空间布局、颜色搭配、尺寸、角度及操作质感等方面，如表1所示，这主要与驾驶员的人机交互感受相关。

由于驾驶员自身对汽车的熟悉程度以及对人机交互的理解不一样，因此调研过程中，结合驾驶员自身驾驶经验和能力等因素进行问卷设计。针对驾驶员自身的情况，设计了主观评分、详细说明、自信度等3个方面的内容用于评估自身的情况。

1）主观评分值设计评分范围为0～10，分度为0.1。6 分为可接受限度；0～6 分为不可接受范围，不可接受程度逐渐减弱；7～8分为良好操作状态分值；9 分以上为优秀状态分值（表2）。由于主观评分的主观因素比较大，为了让驾驶员更好地理解“接受”的程度，根据不同的工效学指标设计了如表3 所示的主观分值对应的评价方式。每个工效学指标的详细说明（表1）使驾驶员能够从常用的驾驶体验理解工效学指标需要评价的内容。

表2 主观量表评分

表3 不同工效学评价指标对应的评价方式

2）自信度由于驾驶水平和能力等的影响，驾驶员对不同工效学指标的评估存在不同自信程度，因此对自信度也设计了可波动的范围，评分范围为0～1，分度为0.1。最终评分分数由“评分值±自信度”构成，自信度分值越小，说明该指标总分值越准确。驾驶员对同一指标作出相同分数评价情况下，可以通过自信度分值高低判断指标分数的合理性，如驾驶员对某项指标分值十分肯定时，以“这项分数很肯定，可认为自信度分值为0”回答，反之，驾驶员的回答偏向于“1”。自信度分数能够更好反映指标的优缺点及重要程度等。如果总分值偏向于极端（如6分以下或9分以上），此时自信度分数也很低，可以认为驾驶员对该车型的指标设计表示强烈满意或不满意，并且关注程度很高，驾驶员的表现是“我认为该车这部分设计很满意（不满意），该指标评分为9分（6分），并且自信度分数为0”。

3）其他要求及安排为保证实验不受干扰，对实验过程进行3个方面的安排：驾驶场地是实际行车路段和明亮平坦的地方；除驾驶员和主试人员外，车辆不能承载他人，车辆轮胎处于标准状态；进行评价工作之前，组织者必须向参加评价的人员讲解安全注意事项、评价步骤，并禁止相互讨论。

1.2 测评设备、驾驶员及测评步骤

选择5种车型进行显控界面评估，根据销量选取尽量符合消费者需求的车型，测评车辆主要涉及普通乘用车和SUV：A型汽车是某品牌较高端轿车代表，排量2.0T（图1a）；B 型汽车是某品牌SUV 代表，排量1.4T（图1b）；C型汽车是2015年中国汽车市场销量领先，排量1.2T（图1c）；D 型汽车是某品牌2015年销量第一，排量1.4T（图1d）；E型汽车销量靠前，流行于普通消费者群体，排量1.4T（图1e）。

图1 不同车型显控界面

由于驾驶员对汽车的熟悉程度、驾驶要求及驾驶员的驾驶里程等因素都会影响驾驶员对真车的评价，因此选取驾驶员时，不仅考虑驾龄、驾驶里程等因素，还兼顾具有明显胖瘦特征的驾驶员，以及对汽车熟悉的专家和普通消费者。选取18名驾驶员参与测评，基本信息如表4所示。

测评步骤如下：1）向驾驶员讲解调研和体验内容；2）向驾驶员介绍行车路况、车辆显控界面的基本情况，强调行车安全等事宜；3）驾驶员在指定道路上行驶，需要留意仪表盘、方向盘、制动踏板、加速踏板等显控界面使用情况；4）体验第1辆车后，驾驶员先回答满意或不满意问题，再根据记录表依次填写分值、自信度、详细说明；5）完成调研后，随机选择第2辆车驾驶，重复3）和4）；6）完成所有车辆的调研。

表4 驾驶员信息

2 实验结果

通过对18 名驾驶员体验5 种车型驾驶后的调研，每辆车显控界面的评分平均值如表5 所示，可以看出：A 型汽车各项指标基本高于平均值，在评分上优于其他车型；其他车型之间趋势上相差不大，互有高低差异。

不同指标在驾驶时重要程度不同，因此采用层次分析法对指标进行权重计算［12］，得到不同指标权重关系（表6），根据式（1）计算5辆车的测评分值。

如表7 所示，通过5 辆车不同指标的权重分值得到主观调研结果为A 型汽车最优；B 型汽车与C型汽车分值相差0.06分；D型汽车和E型汽车分值相差0.05分，可认为差不多。

表5 评分结果统计

表6 指标权重

表7 权重分值

3 讨论

3.1 驾驶员自信度

根据“自信度分值”的定义，自信度分值为“0”时，表明驾驶员在评分时的确定程度较高，同时说明该指标的可量化程度及关注程度越高。对于每个指标，共有90 个自信度分值（5 辆车，18 名驾驶员），统计自信度评分为“0”的指标如图2所示。将自信度评分为“0”、总数不小于20的指标划分为自信度较高的指标，结果如下：1）仪表盘指标中仅有“方向盘对仪表盘盲区”为22 个；2）方向盘指标中有“方向盘前后位置”、“方向盘高度”、“方向盘直径、“方向盘轮缘直径”、“方向盘操纵力”、“方向盘表面触感”自信度评分为“0”的个数不小于20；3）踏板指标中有“加速踏板位置”、“加速踏板倾角”、“制动踏板位置”、“制动踏板宽度”、“制动踏板操纵力”自信度评分为“0”的个数不小于20。对比驾驶情况，专家和熟练驾驶员的自信度较高，对汽车显控界面工效学的理解也比较准确；新手的关注重心是熟悉显控界面、驾驶好车辆，难以有过多精力去评估工效学设计的优劣。

图2 自信度0分统计结果

3.2 仪表盘

1）布局问题主要是转速表、时速表、油箱表及水温表的布局。一般而言，应将重要信息放置在易于看到的位置。驾驶过程中车速是非常重要的信息，车速表应布局在中间位置，车速数字应以数字显示，如A 型汽车（图3a）仪表设计较为合理，而B型汽车、D型汽车、E型汽车在中间位置布局的是油量表及冷却液温度表，不符合工效学所强调的最重要信息应布置在最显著位置的原则。

2）视野方面驾驶员认为：D型和E型汽车的4个仪表上加上圆筒，造成更多视野盲区，容易遮挡观察仪表信息，同时也影响美观（图3b）；E 型汽车的方向盘对仪表盘造成盲区的情况严重（图3c）。从评分值可看出，E型汽车该项指标评分最低。

3）其他问题E型汽车仪表盘色彩搭配效果欠佳，属于E 型汽车评分第二低的指标，相比其他车型的仪表盘，E 型汽车的圆筒缺乏光润的镶边，整体看起来暗淡无光，因此从评价结果来看，仪表盘的边框使用光润金属材质更好（图3c）。

图3 仪表盘设计

3.3 方向盘

从与驾驶员的交流和问卷结果来看，驾驶员对方向盘较为不满主要在于方向盘色彩搭配及质感指标上，除A 型汽车外，其余车型的方向盘色彩普遍单调，且质感较粗糙。方向盘操作灵活性方面，E型汽车分值较低，A型汽车与C型汽车分值较高；结合方向盘的最大操纵力及缓冲时间，E型汽车操纵力较大且缓冲时间短。

3.4 加速与制动踏板

调研中发现，踏板之间的位置关系问题明显，高百分位男性驾驶员认为C 型和E 型汽车的加速踏板与制动踏板相对距离太近，容易误碰或误操作；对于女性驾驶员而言，这2 款车型的制动踏板高度过高是造成踏板操作不舒适的主要原因。此外，D型汽车制动踏板与E型汽车加速踏板前半程反馈不足，后半程过于灵敏，E 型汽车制动踏板倾角太陡，导致其该指标评分不高。

3.5 总体评估

根据权重分值的综合得分，A型汽车的工效学设计最优，某种程度上讲，这与A 型汽车的车价明显高于其他车辆也相关。B 型、C 型和D 型汽车都是市场上销售较好的汽车，价格适中，对于一般驾驶员而言，其显控界面工效学设计能满足基本要求，评分也比较接近。E 型汽车虽然综合得分最低，但实际上与B型、C型和D型汽车的评分相比，大部分指标差别不大，主要是“方向盘对仪表盘盲区”和“仪表色彩搭配”2 个指标评价较差，影响总体评分略差。