智能座舱HMI设计：从人因理论到设计实践

《智能座舱HMI设计：从人因理论到设计实践》结合当下汽车行业发展趋势，以智能座舱为基础，从人因学出发，详细讲解了智能座舱中的数字仪表HMI设计、信息娱乐系统HMI设计、多模交互设计、驾驶自动化HMI设计的知识，从多个角度解释了车载系统、智能驾驶和多模交互的设计方法，涵盖人因学理论、行业规范、设计案例、设计原则，以及相关领域的趋势和挑战。

前言

新一轮的智能革命推动了全球汽车产业的深刻变革，在这种变革下，汽车的产品形态也发生了较大变化，汽车正在由传统的工业及机械产品，向“第三空间”和移动的智能化数字终端转变。一方面，汽车座舱不再受到传统物理按键和显示屏物理性能的约束，汽车的使用场景和用户体验不断拓宽；另一方面，汽车摆脱了功能至上的设计趋势，更有趣、更有情感、更人性化的车内交互设计正在成为车企关注的重点。

然而，在这个转折点上，车企却面临着消费需求下降，市场竞争激烈的大浪淘沙阶段，无论是国内新势力、传统汽车品牌还是外资品牌，都处于“逆水行舟，不进则退”的危机之中。几年前，智能化和电动化趋势让造车“看起来没那么难”，催生了大量场外玩家进入，生长在数字化时代的新玩家为百年汽车工业带来了不小的冲击。即使大量的资金在品牌初创期造就了一定的优势，但是这种优势难以在单车利润几乎为零的情况下持续，结果是十不存一。另外，白热化的市场竞争正在不断压缩汽车的开发周期，以往某豪华品牌车型整体开发周期60个月的情况一去不复返，20~30个月的快速迭代量产变得越来越普遍。在这种情况下，如何快速响应用户在不同场景下的新需求，基于用户实际需求进行正向研发，并通过前瞻技术或设计创新实现“差异化的用户价值”，让用户安全、高效、舒适地完成车内交互体验，成为车企的核心关注点。

智能座舱是由庞大、复杂的系统工程组织起来的智能载体，是当前智能汽车的重要组成部分。一方面，智能座舱的设计创新给用户带来了丰富的体验，而另一方面，座舱的交互信息越来越复杂、新兴技术或设计越来越多，给驾驶安全带来新的隐患。因此，在具体的智能座舱HMI设计中要时刻守住汽车安全的基本盘，这需要综合考虑座舱交互媒介和实际驾驶场景，选择最佳的信息展示和交互通道，同时全面考虑HMI设计是否符合人的认知习惯和沟通方式，保证交互过程的自然高效。

然而知易行难，如何以人为中心，全方位思考智能汽车与人的关系，并通过人-系统整合的思维，以及用户价值驱动的创新性技术或设计，最终面向用户打造“安全、高效、舒适”的驾驶体验，是整个汽车行业共同的难题，也是本书想要为读者尝试回答的问题。

再说说这本书的定位。首先，这本书不是一本学术著作或设计教科书，因为晦涩难懂的理论、学术名词和实验会大大提高读者的学习成本和阅读门槛，这样对设计实践的指导作用就会很有限，这是我们不想看到的。其次，这本书也不是一本纯设计工具书，我们没有把大量的篇幅放到“技法”的表现层面，而是将更多的篇幅放到人因思维 “道”的应用层面，我们更关注理论如何应用于设计实践，实验结论如何指导HMI设计底层的信息框架搭建，或者如何运用本书的知识来解决具体的设计问题。从内容形式上讲，本书主要通过案例来呈现从人因工程、人机交互、心理学的理论及方法中所提炼出来的设计原则及思维方式，以及其在智能座舱HMI设计中的具体应用，让读者建立系统工程思维、用户思维、以人为中心的设计思维，而不仅仅是停留于“设计美学”的层面。

这本书从2018年我读博期间就开始酝酿，后来在人机交互专家薛志荣的推动下才真正迈出了第一步。从确定书的行文风格和内容方向，到具体的大纲和二级标题确定，经历了半年之久，这期间每周都会和志荣讨论到深夜， 我们的初心就是为汽车HMI设计、汽车产品经理、用户体验设计师等车企从业人员，提供一本能够看得懂、用得上、有价值的书。

这本书包括7章：第1章主要向大家呈现智能座舱HMI的概览，以及智能座舱HMI设计背后的一些机会和挑战；第2章引入了人因工程的概念和发展史，讲述了将人因思想引入智能座舱HMI设计的必要性和急迫性；第3章系统阐述了智能座舱HMI设计过程中需要直面的问题以及HMI设计评估的方法，引导设计师不仅要跳出移动端的思维惯性进行设计，还要从空间和信息传递等角度去重新思考HMI设计给用户带来的价值；第4章和第5章主要将人因和人机交互的模型和方法，通过数字仪表和信息娱乐系统的HMI设计案例，进行了拆解和分析，并整理出了一些实用的设计原则、设计方法供大家参考；智能座舱多模交互体验的优劣是影响用户价值感知的重要因素，第6章基于人因和人机交互的理论，全面讲述了多模交互的内涵、价值及设计方法，重点呈现了GUI和VUI融合过程中的各类思考和实用的设计准则；第7章从人-系统整合角度介绍驾驶自动化HMI设计，并从人因信任、安全感、反馈等角度，通过案例全面讲解了人-系统接管、干预等过程中的设计原则及方法。

这本书如何看？如果你是产品经理，我建议从头到尾整体看一遍，这样可能会较全面地理解智能座舱研发过程中的用户价值，建立以人为中心的用户思维；如果你是HMI设计师，无论做视觉还是交互，我建议第2、3、6章必读，第4、5章选读，这样可以很快将理论及应用串起来；如果你是用户体验设计师，建议先读一下第2、3、6、7章，建立智能座舱方法论，再将其具体应用到你的实际工作中；汽车专业的学生和行业其他职位的从业者，建议根据自己的实际需求进行阅读。

读这本书的同时，建议大家关注“薛志荣”“MiX跨学科知识分享”“无界社区mixlab”“未来出行实验室”和“未来出行学院”的公众号内容，这里会分享更多关于跨学科知识融合、HCI、汽车HMI和汽车产品经理等领域的专业知识。

本书的编写得到各位作者的大力支持和配合，本书各章撰写的情况如下：第1章和附录由杨宝玲撰写，第2章由李俊、王亚辉和薛志荣共同撰写，第3章由王亚辉撰写，第4、5章由贾思玉撰写，第6章由薛志荣撰写，第7章由李俊撰写，全书由王亚辉和薛志荣统稿。

在本书的编写过程中，尽管各位同仁精益求精，力求完善，但是书中仍然有很多值得推敲和完善的部分，我们期待和感谢各位读者的批评指正，愿与您共同前进！

王亚辉

2023年3月

目录

第1章 智能座舱人机交互介绍

1.1 智能座舱HMI概览 2

1.1.1 智能座舱的定义和发展史 2

1.1.2 智能座舱HMI的发展趋势 5

1.1.3 智能座舱HMI的场景设计 9

1.2 智能座舱HMI中的机会和挑战 14

1.2.1 驾驶安全的挑战 14

1.2.2 智能驾驶的挑战 16

1.2.3 信息安全的挑战 18

1.2.4 人因工程的挑战 19

第2章 智能座舱中的人因学

2.1 什么是人因学 22

2.1.1 人因学的基本概念 22

2.1.2 人因学的发展历程 23

2.1.3 人因研究的价值和意义 26

2.2 智能座舱为什么关注人因学 26

2.2.1 智能座舱人因学的挑战增多 26

2.2.2 智能座舱任务多样化 29

2.2.3 智能座舱中人的生理及心理需求更复杂 30

2.3 智能座舱的人因学应用 33

2.3.1 智能座舱设计要知道的人因学及人机交互理论模型 33

2.3.2 智能座舱的总体人因学要求 40

2.3.3 考虑人因学要求的智能座舱设计流程 48

第3章 智能座舱HMI设计的核心问题

3.1 跳出移动端的设计惯性看智能座舱HMI设计 52

3.1.1 安全需求不同 52

3.1.2 注意资源占用需求不同 52

3.1.3 使用场景不同 53

3.1.4 生态系统与设计规范不同 55

3.2 智能座舱HMI设计要处理好“空间关系” 56

3.2.1 乘坐空间 56

3.2.2 视觉交互空间 57

3.2.3 手部交互空间 59

3.2.4 智能座舱硬件布局 62

3.3 智能座舱HMI设计要关注“信息” 63

3.3.1 信息的视觉传达 63

3.3.2 视觉界面信息密度 66

3.3.3 视觉界面信息层级 68

3.3.4 如何提升信息传递效率 69

3.4 智能座舱HMI设计评估与测试 71

3.4.1 HMI设计评估概述 71

3.4.2 HMI 设计评估维度及指标 71

3.4.3 HMI 设计评价评估方法 77

3.4.4 如何落地进行测试应用 79

第4章 智能座舱中数字仪表的HMI设计

4.1 汽车仪表的功能及发展概述 82

4.1.1 汽车仪表发展的四个时期 82

4.1.2 汽车仪表进化为驾驶员带来的好处 86

4.2 数字仪表HMI设计原则及实施 87

4.2.1 汽车仪表设计的人因及人机工程要求 87

4.2.2 数字仪表HMI设计原则 91

4.2.3 数字仪表HMI设计实例 99

4.3 AR-HUD与仪表的竞争104

4.3.1 AR-HUD的出现 104

4.3.2 AR-HUD的现状及挑战 106

4.3.3 AR-HUD与仪表的关系 108

4.4 数字仪表HMI设计趋势和挑战 110

第5章 智能座舱信息娱乐系统的HMI设计

5.1 车载信娱系统发展概述 116

5.1.1 狭义和广义的车载信娱系统 116

5.1.2 车载信娱系统的三大现状 117

5.2 车载信娱系统HMI设计原则及设计要点 119

5.2.1 车载信娱系统的十大设计原则 119

5.2.2 车载信娱系统HMI设计要点 121

5.3 车载系统的多屏交互 128

5.3.1 智能座舱的“多屏”有哪些 128

5.3.2 车载系统多屏交互设计原则 131

5.4 车载信娱系统HMI设计的挑战 135

第6章 智能座舱中的多模交互设计

6.1 智能座舱中的多模交互包含了什么 141

6.1.1 HMI设计中可用的感官通道 141

6.1.2 逐渐成熟的交互模态和技术 144

6.1.3 基于机器人的情感交互 146

6.2 智能座舱中多模交互的重要性 148

6.2.1 多模交互的价值所在 148

6.2.2 多模交互在驾驶状态下的作用 148

6.2.3 设计多模交互体验的4个思考点 150

6.3 语音交互中的多模体验设计 151

6.3.1 基于多模态的语音交互体验 151

6.3.2 为什么要提升语音交互的使用效率和频率 153

6.3.3 GUI和VUI融合时存在的问题 155

6.3.4 GUI和VUI融合时的8条设计原则 158

6.3.5 GUI和VUI融合时注意的细节 161

6.4 智能座舱中多模交互发展存在的瓶颈 165

第7章 驾驶自动化HMI设计

7.1 驾驶自动化HMI设计概述 168

7.1.1 不同等级的驾驶自动化 168

7.1.2 驾驶自动化如何改变HMI设计 171

7.1.3 驾驶自动化HMI设计需要解决的难题 173

7.2 如何构建对自动化系统的恰当信任 176

7.2.1 建立对系统的正确认知 176

7.2.2 传递透明化感知—驾驶可视化界面设计 177

7.2.3 构建自然有效沟通 184

7.2.4 提升系统的可控感 186

7.3 如何进行接管HMI设计 189

7.3.1 明确不同接管场景的差异 189

7.3.2 被动接管：更安全的驾驶权切换 191

7.3.3 主动干预：更自然的人机共驾 197

7.4 L4级自动驾驶的HMI设计 199

7.4.1 L4级自动驾驶的产品形态 199

7.4.2 L4级自动驾驶HMI的设计要点201

7.4.3 自动驾驶HMI的设计概念方向 205

附录A 智能座舱设计的未来探索

2023/9/7 11:38:26