车载HUD的人机界面设计

Design of the Human-machine Interface for Automobile HUD

王建美　罗卫东　曹　博　贾　亮　马秀勤

(贵州大学机械工程学院，贵州 贵阳　550025)

车载HUD的人机界面设计

Design of the Human-machine Interface for Automobile HUD

王建美罗卫东曹博贾亮马秀勤

(贵州大学机械工程学院，贵州 贵阳550025)

摘要：车载抬头显示系统(HUD)人机界面主要用于驾驶员与车辆以及外界环境之间的信息交互，其界面设计与驾驶安全性直接相关。针对现有的HUD相关信息，开展了以驾驶员为主体的HUD人机界面信息关注度的问卷调查。根据调查结果，对各项信息进行功能分类。在此基础上，从人机工程学和驾驶安全的角度出发，对HUD人机界面进行了整体布局、功能分区和视觉设计。通过对界面的整体布局和功能分区，明确了不同种类信息在界面上的显示位置，并对界面信息的显示形式、显示色彩以及提示方法进行了设计。

关键词：抬头显示系统(HUD)人机界面整体布局功能分区显示区域视觉设计

Abstract：The human-machine interface of automobile HUD is mainly used for information interaction among driver, vehicle and external environmental. The design of interface is directly related to driving safety. Aiming at existing information related to HUD, the questionnaire survey with drivers as the main body about information mostly concerned for human-machine interface of HUD is launched. In accordance with the results of survey, the information is functionally classified. On this basis, from the view point of ergonomics and driving safety, the overall layout, functional partition and visual design for human-machine interface of HUD are conducted. Through overall layout and functional partition of the interface, the display position for different kinds of information on the interface is determined, and the display form, color and prompting method for information are designed.

Keywords：Head-up display (HUD)Human-machine interfaceOverall layoutFunctional partitionDisplay areaVisual design

0引言

抬头显示系统(head up display，HUD)[1-3]是汽车行驶安全中的一种视觉辅助安全系统，最初是运用在航空器上的飞行辅助仪器，目前被广泛运用在汽车上。作为汽车的车载电子设备之一，HUD显示系统和航空器上的平视显示器的主要功能类似，它主要将车况、路况和外界环境等信息投射到汽车前方玻璃上，经过汽车前方玻璃对光的反射将这些投影信息反射到驾驶员的眼睛中。HUD抬头显示系统的目的是使驾驶员不需要低头查看仪表的显示信息，始终保持抬头的姿态，避免忽略的外界环境变化以及调整焦距的延迟与不适。HUD人机界面的设计[4]直接关系到驾驶安全，而人机界面设计的核心问题又聚焦于界面信息的传达上。人机界面信息的选择与布置方式及界面信息给驾驶员带来的视觉效果是影响界面设计效果的关键因素。

1HUD人机界面信息选择及分类

针对HUD相关信息，我们对近百名驾驶员做了问卷调查。调查问卷如图1所示。

图1　调查问卷

随着科技的发展，HUD人机界面信息日趋丰富，如果将众多复杂的信息全部呈现于HUD人机界面，很容易造成界面信息布置混乱，驾驶员对信息的辨识困难。因此对于众多信息的筛选和分类是HUD人机界面设计的关键。

问卷调查主要针对贵阳市内驾驶员，80%的驾驶员是男性。调查结果显示，56%的驾驶员对HUD有一定的了解，90%的被调查者都肯定了HUD的功能。对于表中问题4，我们将HUD所能承载的信息列出，供被调查者选择，得出了HUD人机界面信息的支持人数。通过对每种信息支持人数的统计，得到如图2所示的调查结果。

图2　HUD界面信息问卷调查结果

由图2可以看出被调查的驾驶员对HUD信息关注程度的整体排序。针对图2所示被调查者比较关注的信息，可将人机界面信息分为常显信息和随机显示信息两部分。具体分类如图3所示。

图3　HUD人机界面信息分类

2HUD人机界面信息的总体布局

HUD人机界面信息的总体布局根据信息的两大分类及重要性程度进行分区域显示，即常显信息显示在一个区域，随机信息显示在另一个区域。这种分区布局既能方便驾驶员分辨所需要查看的信息，又不会影响驾驶员视线，造成驾驶员视觉疲劳[5]。具体分区方式如图4所示。信息分左右区域显示，左侧区域为随机信息显示区域，主要显示汽车故障、导航、倒车影像等信息；右侧区域为常显信息显示区域，主要显示车速、发动机转速、冷却液温度、实时油耗以及左右转向指示灯等信息。

图4　车载HUD人机界面的分区设计

导航信息在选择开启导航时或倒车影像在挂入倒车档后自动开启时，在显示区域一直显示，直到导航关闭或退出倒车档后不再显示。其他随机显示信息都与一般汽车仪表板指示灯的显示条件一样，在控制开关开启或者该故障发生时在左侧显示区域显示。这种对HUD人机界面进行功能分区的设计既能满足驾驶员对各类信息的需求，又能减少在有限界面上的信息显示量，避免干扰驾驶员行车视线和对信息的辨识。

3HUD人机界面信息的视觉设计

HUD人机界面面向复杂的人机交互环境，信息的呈现应直观准确、及时有效。良好的视觉效果可以帮助驾驶员迅速辨识信息，提高驾驶安全性。

3.1　界面信息显示形式的设计

为了清楚地显示界面信息，使驾驶员能够准确而迅速地认读，应根据人机工程学的要求[6]，寻求信息显示形式的最优设计。HUD人机界面信息元素的呈现主要有文字符号和图形标志两种形式。界面设计中使用最多的文字符号是数字和各种汽车专用符号。

3.1.1常显区域信息显示形式

如图4所示右侧常显区域中，左右转向灯开启情况宜采用左右箭头的形式，简单醒目[7]。实时油耗和车速采用数字形式，黑体加粗的字体使字形显得方正、庄重醒目。发动机转速采用扇形刻度盘表示，结合传统的仪表盘信息显示设计方法，将发动机转速信息及单位标注于扇形刻度盘上，根据人机工程学的要求，标度数字采用正竖立位显示。冷却液温度采用竖直刻度盘表示，由下而上，标度数字采用递增形式。

3.1.2随机显示区域信息显示形式

如图4所示左侧随机显示区域中，主要信息显示布局如图5所示。这些警示类和提示类信息采用图形标志的形式进行显示具有直观形象的优点，同时能够简化人对编码信息的识别和加工过程，从而提高信息传递效率。倒车影像和导航信息显示在整个随机显示区域。

图5　HUD随机信息显示区域

3.2　界面信息色彩及提示方法的设计

HUD人机界面通常与背景影像相互重叠，而且背景影像在行车过程中变化多端，因此界面信息通常采用亮色色调，增加可辨识性。信息色彩通常根据信息性质和汽车或交通行业规定的图标、字符颜色选择[8]。

3.2.1信息元素色彩的设定

界面信息色彩不仅要符合驾驶员的认知心理，而且要符合它的使用目的。常显区域的车速、发动机转速、实时油耗等信息宜采用不同亮色进行区别显示，如绿色、红色、紫色；起到警示作用的信息，如故障警告、碰撞预警、车道偏离警示、低电压警示等应使用红色；提请注意的信息，如车门车窗关闭情况，远近光灯、雾灯开启情况，实时油耗等宜使用黄色。

3.2.2信息元素提示方法的设定

HUD需要应对的是车外复杂的交互环境，外界环境的变化如路况、光线、气候等都会严重影响界面信息的辨识[7]。因此，HUD人机界面的所有信息应根据变化的环境做出适当的色彩、明亮程度的调节或自适应。常显区域信息在光线暗、路况和气候恶劣的情况下应能自动增加显示亮度。随机信息显示区域的提示和警示类信息通常情况下应处在低亮度或不亮的状态，在需要的时候以显示、增加亮度、闪烁或发出提示声音等方式来引起驾驶员的注意[9]。这样不仅精简了界面信息的显示内容，降低驾驶员视觉上的干扰，而且能在关键时刻起到有效的提示或警示作用。

4结束语

本文首先针对车载HUD抬头显示系统界面信息做相关调查问卷，通过对驾驶员的问卷调查，筛选出了HUD人机界面显示信息，并对这些信息进行了驾驶员关注度排序。通过对问卷调查筛选出的HUD人机界面信息的详细分类和分析，提出了界面信息的整体布局，并进行了不同种类信息的功能分区设计。在整体布局和功能分区设计的基础上，通过对显示信息视觉性设计的分析，确定了HUD人机界面左右区域信息的显示形式、显示色彩和提示方法。

参考文献

[1] 胡宇.车载抬头显示器系统的研究[D].武汉：武汉理工大学，2012.

[2] 曹增辰,戴磊.HUD技术的汽车应用以及国内外发展情况[J].中国建材科技，2010(10):16-18.

[3] 朴范鎮,李锋,姜元义.基于模拟驾驶器的HUD信息分析[J].交通标准化，2012(22):82-85.

[4] 杨博.车载导航系统的界面设计研究[D]．上海：同济大学，2009.

[5] 于杨.现代网络信息界面的“视觉情感”[J].新闻界，2013(3):50-52.

[6] 清水直茂,南庭.面目一新的汽车人机界面[J].电子设计应用，2008(6):18-28.

[7] Krittiya T,Sakol T.Effects of guided arrows on head-up display towards the vehicle windshield[C]//IEEE,2012.

[8] 张剑.车载HUD界面的信息架构与视觉设计[J].设计艺术，2014(2):41-46.

[9] 孙奕颖.基于用户认知心理学的界面信息符号设计[J].艺术科技,2014(4):303.

中图分类号：TP273；U463+.7

文献标志码：A

DOI:10.16086/j.cnki.issn1000-0380.201507022

通讯作者罗卫东(1962-)，男，教授，硕士生导师， E-mail：wdluo@gzu.edu.cn。

贵阳市科技计划基金资助项目(编号：筑科合同(2011101)1-27号)；

贵州大学研究生创新基金资助项目(编号：研理工2014022)。

修改稿收到日期：2015-01-07。

第一作者王建美(1990-)，女，现为贵州大学车辆专业在读硕士研究生；主要从事汽车及关键零部件设计理论与方法的研究。