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入门必看!8000字完整梳理车载HMI设计的前世今生

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发表于 2023-2-16 20:03:11 | 显示全部楼层 |阅读模式
近期因为工作调度,有时间去对车载 HMI 历史进行研究。文章主要从车载中控的诞生开始讲起,涉及最新的各大品牌车载 HMI 演变路线。汽车作为代步工具距今已有 130 多年的历史。目前,在视觉范围内如此关注车载 HMI 的历史也只是近十年的事情,因为在过去,人们最注重的还是汽车技术的发展。但随着以交通安全为主的自动驾驶技术的不断发展,智能设计和交互设计的重要性才逐渐显现出来。
首先来科普一下 HMI (Human Machine Interface)的定义:在汽车领域的交互体验设计(Interation Disign),既然说到人机界面,我们先来看看作为交互设计的车载系统是如何演变的。
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6000字干货!四大章节掌握HMI车载设计指南(进阶篇)
HMI车载设计成为当今的热门行业,本文通过HMI车载交互设计基础、需求分析的要点、创新的交互形式和视觉设计四大章节,帮你掌握HMI车载设计。
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一、车载中控系统的演变
1. 以机械按钮为主的车载系统诞生
一般来讲,我们把车载中控系统分成两部分,一部分是与汽车驾驶直接相关的汽车驾驶系统,另一部分是与驾驶不直接相关的各类娱乐系统等。存在两者之间的有车载导航系统和各种与地理相关的功能系统,他们与驾驶操作本身没有关联。但汽车作为交通工具,现代人已经越来越离不开电子导航系统。
这些车载系统最开始应用到汽车上时的交互载体是按键和表盘。 接下来看看它们都是如何被加入到汽车上来的。
① 汽车驾驶系统
1886 年,卡尔·本茨获得燃气汽车第一项专利。世界上第一台汽车,除了三个车轮和一张简易沙发外,似乎看不到任何称得上内饰的设计,那会儿对于这样一台新兴的事物来说,它能开动就已经不错了。
真正的车载系统的诞生,应该从汽车界的老大哥福特 T 型车开始讲起。亨利·福特在 1908 年发明了 T 型车,还没有中控台面板的概念,仪表分布于车内外各个地方,所有的机械结构均裸露在外,甚至挡杆和手刹都被设计在车门外。
除此之外,亨利·福特赢得的另一场胜利是 与乔治·B·塞尔登的专利战。从未制造过汽车的塞尔登拥有“公路发动机”的专利,所有美国汽车制造商都以此为基础向塞尔登支付专利费。福特推翻了塞尔登的专利并打开了美国汽车市场以制造廉价汽车。换句话来说,今天我们普通老百姓能开上家用汽车,是托福特老爷子的福气。
② 汽车娱乐系统
1910 年,爱立信创始人拉什·马格拉斯·爱立信(Lars Magnus Ericsson)驱车在瑞典街道行驶,他将车停在路边,然后,他的妻子则拿出两个长杆,分别将它们钩在电话线上。爱立信则给电话机插上手柄,然后从运营商处获得信号,在车里进行通话。这便算是最早的车载电话。
时间来到 1922 年,雪佛兰与西屋公司合作,打造出了第一款搭载收音机的汽车。这在当时引起极大轰动,导致雪佛兰销量节节攀升。不过,车载收音机刚诞生的时候,也是遭受了很多的质疑,人们觉得它会影响司机的驾驶,甚至当时美国还出台了相应的法律来制约它。
后来雪佛兰重新设计收音机的操作逻辑,消除了美国政府的顾虑的同时,也实现了汽车领域早期的“盲操作”。
1930 年的意大利,一款名为:Iter Avto 的自动导航系统出现了,屏幕只有 5-7 寸的大小,在那个年代,没有人造卫星,甚至连电脑也还没有发明,更不会有语音提示了,它只是将纸质的路线地图,卷进一个小盒子,随着车辆的行驶自动展开。从当时的角度来看,这套导航系统相当神奇,这或许就是车载导航的雏形。直到今天,这项技术呢,仍然运用于汽车拉力赛中,只不过它换了个名字,叫“路书”。
早在 1986 年,别克公司就展现出了惊人的远见。在别克 Riviera 上搭载了第一个触控中控屏,这个搭载 GCC 的系统的 3*4 英寸触控屏,不仅能调节空调温度和收音机,还能显示车辆故障诊断、剩余燃油量和里程信息。
另外 80 年代盛行的车载电话也在这时被蓝牙所取代,伴随着空调系统、音响系统的完善,再加上车辆控制的功能越来越多,豪华品牌的中控台终于被各种按键排满,这样不仅看起来不够美观,使用起来也非常繁琐,甚至影响到了行车中的安全性,怎样简化中控,成为一个问题。
2. 车载系统跨入有屏时代—以中控屏作为信息交互枢纽
① 跨入有屏时代的关键节点
2000 年之后,车载中控屏随着 GPS 和电子后视镜技术的出现,以及当时苹果和三星推出的智能手机,这一次人们对这个新技术已经做好了准备,彻底跨入有屏时代,有屏的意义是什么呢?互联网传奇人物,凯文凯利曾经预言到:汽车将成第四空间,车机将成为继电视、电脑、手机后的第四块屏。
关键节点一,宝马为 2001 款宝马 7 系引入 iDrive 系统,其(非触摸式)中央显示屏的位置较高,紧邻仪表板,通过一个可以四向控制的主按键与几个快捷键,将 700 多项功能整合其中,大大的简化了中控台实体按键。随后各豪华品牌竞相推出类似的系统,随后实体按键与屏幕的组合占据了中控台的主要位置。
关键节点二,2012 年,特斯拉 Model S 的 17 寸中控竖屏横空出世,正如乔布斯当年推出 iPhone4 般惊艳,这可是在那些传统车型上从来没见过的新鲜玩意儿,它的出现让实体按键全部失去意义,标志着汽车内饰正式迈向一个新的时代。
② 车载中控屏的演变路线
随着自动驾驶的发展,通过观察各个品牌动向,我们可以预见未来汽车将朝着两个不同的方向发展。
一方面,汽车会依旧保留驾驶乐趣的体验,让驾驶者能够自主控制,“驾驶”将成为现代人的一种娱乐方式而得以保留;另一方面,汽车会作为一个高度智能的交通工具,为人类提供安全、高效的运输功能,人们用汽车从 A 点到 B 点,在途中可以完全沉浸在自己的世界里,做自己想做的事,这点类似于航天飞船的全自动驾驶系统。
车载中控屏会根据汽车的发展方向去发展,归纳总结一下近年来座舱屏幕的演变路线,主要有四大主线和其他支线:
  • 主线一:传统派一一仪表屏和娱乐屏分列布置,均为小横屏;
  • 主线二:双联屏派一一仪表屏和娱乐屏并列布置,均为横屏;
  • 主线三:大竖屏派一一仪表屏和娱乐屏分列布置,娱乐屏是大竖屏;
  • 主线四:大电视派一一仪表屏和娱乐屏分列布置,娱乐屏是大横屏;
  • 支线一:由双联屏派衍生出的多连屏派;
  • 支线二:旋转派。
传统派
顾名思义,传统派就是传统的车内屏幕布局方式。也是绝大多数传统汽油汽车的屏幕布局形式,传统汽车主要卖点在于驾驶乐趣,那么车载中控大屏完全就是一个多余的设备,车载中控小屏也仅显示极少的必要信息,车载中控大屏对于提升驾驶乐趣毫无用处,从现在的各类超级跑车、小钢炮、硬派越野上,都能得到佐证。
值得注意的是,类似奥迪的三块屏,下面一块屏幕其实是开关的替代,因此我个人仍然把它归为传统派。目前,仍在使用传统派布局的主流车企有:大众、丰田、本田、日产、马自达、奥迪...等
双联屏派
仪表屏和娱乐屏并列布置。真双连屏的创始者是 2013 年上市的上一代奔驰 S 级,并且当上一代奔驰的内饰语言得到广泛认可后,双联屏这一浪潮也对过内外车企产生了不小的影响。
很多的自主品牌开始偏向于采用奔驰的双联屏设计,就像在今年上市的长安 UNI-T 不仅外观吸睛,内饰采用液晶仪表盘和中控大屏组成的双屏联动也是科技感满满。此外,小鹏 P7、奔腾 T99 运动版等自主车型也都采用了双联屏的设计。而国外车企方面,通用、宝马.....也对双联屏爱不释手。
双联屏的主要优势在于两点,一是视觉冲击力强、二是有科技感
但在实际使用方面,双联屏也有两个非常大的缺点。
一是双联屏布局下的中控屏一般都是 14:1 的比例,很扁,这就导致在导航界面下能够显示的前方路线非常有限。
二是双联屏的中控屏位置其实是比较高比较深的,这就导致驾驶员在触摸操作时手的触及性并不好,经常需要向前移动身体,对驾驶安全有一定的影响。
而奔驰在使用双联屏的时候,其实中控屏是不能触摸的,都是依靠方向盘开关,或者下中控区域的触控面板来控制中控屏的内容。
所以说这方面,虽然国内的车企在智能座舱方面的整体实力都要强于海外企业,但是也暴露了部分国内车企在人机工程的 Know-how 方面有很长的一段路要走。
也正是基于以上两点原因,我个人预计后续采用双联屏设计的车企可能会越来越少,目前看来,短期内可能只有宝马在坚守。
大竖屏
仪表屏和娱乐屏分列布置,娱乐屏是大竖屏。大竖屏的开拓者毫无疑问是 2012 年上市的特斯拉 Mode S。
此后无论是造车新势力(蔚来、小鹏),还是积极拥抱变化的传统势力(沃尔沃 XC90、荣威 RX5)都不约而同的选择了大竖屏。
从体验上来说,大竖屏的优势在于:
  • 面积比之前的所有类型的屏幕都大,可同时显示的内容多;
  • 导航的布局非常好;
  • 驾驶员触摸较为方便,开关进展的体验较好;
因此我个人认为,正是基于上诉这些原因,奔驰才在最新一代的奔驰 S 上抛弃了双联屏而采用了大竖屏。
与此同时,国内某些车型则是走了一些完全相反的道路....
当然了,大竖屏也并不是完美,比如:
  • 大竖屏整体的布置位置较低,经常需要驾驶员低头;
  • 播放视频时,大竖屏的利用率较低;
目前,仍然在坚持使用大竖屏的代表车企是蔚来,其新一代 NT2.0 平台仍然在使用与旧版 NT2.0 平台相同的屏幕布局。
大横屏
仪表屏和娱乐屏分列布置,娱乐屏是大横屏。与大竖屏一样,大横屏流派的开创者仍然是特斯拉(要不怎么说特斯拉在电动车领域的地位高呢)。
在我个人看来,特斯拉从大竖屏转变为大电视的原因主要是因为其在 Modle 3 和 Modle Y 上取消了仪表盘,需要依靠大电视的左侧区域显示驾驶信息。与此同时,大电视的布局虽然是横屏,但由于其面积大,在导航界面的显示体验总体也比较好,并且播放视频的利用率很高。
有人问,为什么新款 SX 并没有取消仪表屏,不再采用竖屏?
答案是竖屏并不利于车载软件适配。况且新款 SX 的车载娱乐系统算力高达 10 Tops,足以游玩一些 3A 大作。既然如此,中控屏做成像电脑显示屏那样的大横屏也是情理之中——总不可能有人觉得用竖屏、窄屏、小屏或不规则屏玩游戏会感觉到舒服吧?
总体来看,四条主流路线中,对于电动汽车,我个人认为大电视其实当前的最佳布局,燃油车的最佳布局则是大竖屏。
多联屏
在多联屏流派中,影响最大的当属是理想 One 了。
一般来说,典型的多联屏是在双联屏的基础上再增加一个副驾屏,有的车型还会怎加一块开关屏,从而组成一套完整的前排座舱交互系统。增加的副驾屏可以照顾副驾驶的娱乐需求,而增加的开关屏则可以解决触摸不便的问题。
但是双联屏遗留的对地图界面不友好的问题仍然没有能够解决,此外,多联屏最大的缺点就是贵。
相比之下,奔驰 EQS 的多联屏则是另外一种形态,更像是把仪表、大电视和副驾驶屏做成一体,解决了副驾驶的美观问题。
如果说,上一代奔驰 S 级的内饰是燃油车时代的美学巅峰,那么,EQS 自一出场就拥有这种底气,相信 EQS 的内饰也将成为大学汽车设计专业课堂上的模版典范。
旋转派
最后咱们来说说我个人眼里另类——比亚迪旋转屏
在到底是横屏好用还是竖屏好用这件事上,或许不同的人会有不同的答案,但比亚迪把单选题做成了多选题。
我可以转,你爱用哪种模式就用哪种模式。
但是,这不代表旋转屏就是完美的。
为了保证两种模式均不遮挡空调出风口,比亚迪只能把出风口布置在非常靠下的地方,导致空调吹脸效果受到很大影响。
二、新科技:HUD 抬头显示器
1. HUD 的诞生:从航空领域到汽车行业
HUD(Heads Up Display)抬头显示系统,作为一种综合电子显示设备,可以将车辆的信息,如车速、油耗、发动机转速、导航等,投影到前挡风玻璃上或其他显示介质上,供驾驶者查看,从而减少驾驶者因低头或视线转移而带来的安全隐患。
HUD 起源于航空领域, 1988 年通用汽车首次将 HUD 应用在汽车领域。2003 年,宝马成为欧洲车企中第一家配备 HUD 的公司,此后多家整车厂,如奔驰、奥迪、丰田、本田等,也开始推出装配 HUD 的车型。
随着 2020 年奔驰新 S 级推出业界首款量产 AR-HUD(增强现实型抬头显示系统),整个 HUD 市场再次按下加速键。
2. HUD 的发展现状:W-HUD 为市场主流,AR-HUD 初露锋芒
车载 HUD 经历三代升级,成像质量不断优化,信息量持续增加,科技感大幅增强。目前市场上 W-HUD 为主流,AR-HUD 加速落地量产。
第一代为 C-HUD(Combiner HUD),组合式抬头显示系统。C-HUD 采用半透明树脂板作为显示介质,具有安装便利的优点,但是成像区域小、显示信息少,由于 C-HUD 是以配件的形式加装在车辆上,在发生事故时容易对驾驶员造成二次伤害。
第二代 W-HUD(Windshield HUD)风挡式抬头显示系统,是目前应用最广泛的 HUD,已经实现量产。W-HUD 利用光学反射将行车信息投射到汽车前挡风玻璃上。W-HUD 较 C-HUD 显示范围更大、投影距离更远。
第三代 AR-HUD(Augmented Reality HUD)增强现实抬头显示系统,是一种全新的抬头显示技术,和传统的 W-HUD 相比,AR-HUD 投影范围大、信息量多,可以更好地结合 ADAS 采集到的数据,进行场景融合,通过数字图像与真实场景的叠加,增强 HUD 的实用性和科技感。
接触过 AR 成像技术的读者可能知道,目前行业主流的 AR 成像技术普遍存在重影眩晕、画面较小、强光倒灌难以看清的小问题,市面上做的比较好的 AR-HUD 是是奔驰和华为。
虽说市面上的 AR-HUD 仍显鸡肋,但随着以交通安全为目的自动驾驶得以普及,HUD 就会变得更加可有可无。毕竟如果不用依靠表面上的显示信息,在无需花费全部的注意力的情况下,系统就能在无形之中助力驾驶,对驾驶人来说是更理想的选项。
三、汽车大脑:车载操作系统
在汽车智能化时代,汽车的动力、内饰与机械性能不再是评估汽车好坏的核心标准,取而代之的是汽车大脑车载操作系统。
根据佐思汽研公布的报告,广义上的汽车操作系统分为四类,分别是手机映射系统、ROM 型汽车操作系统、定制型汽车操作系统以及基础汽车操作系统。
1. 手机映射系统——Android Auto、CarPlay
很容易理解,就是打开手机,通过有线、无线连接车载大屏,将手机中的地图、音乐、社交、语音软件投射到汽车大屏中,可以满足用户多样化需求。车主们常用的 CarPlay、Carlife、Hicar 都属于这一类。
在目前已知的车载系统中,手机映射普及率相对较高,只要有汽车大屏与无线功能的汽车,几乎都可以使用手机映射系统。
2. ROM 型汽车操作系统——小鹏与蔚来以及宝马、奔驰等
通常情况下,像在手机操作系统中的小米 MIUI 一样,在基础操作系统的平台上定制 UI 与个性化功能。造车新势力中的小鹏与蔚来,以及宝马、奔驰等国际品牌,纷纷选择该思路。
汽车底层操作系统主要有 QNX、Linux、安卓以及阿里巴巴旗下的 AliOS。这些操作系统包含系统内核、底层驱动等底层组件,等同于手机操作系统中的 iOS、安卓。
3. 深度定制车载操作系统——小度车载 OS
如今,不少汽车系统还可以深度定制,修改系统内核、实现座舱系统以及自动驾驶平台等。小度车载 OS 就属于深度定制车载操作系统。
手机除了屏幕就没有更多显示终端,可汽车不一样,有电池组、发动机、车窗、车门、方向盘等诸多组件,所以需要深度定制。
4. 国产车载系统,群雄纷起
从基础功能上来看,汽车操作系统其实只有三类,分别是基础系统、定制系统与深度定制系统。在这三大类别中,有许多国产操作系统存在。它们仿效鸿蒙系统,试图在车载系统中打出一片天。
① AliOS
十年前,中国三大互联网公司百度、阿里巴巴、腾讯作为这波汽车操作系统国产化浪潮中的领头羊,其中最早开始研究的当属阿里巴巴,AliOS 的历史最早可追溯到 2011 年。
那时候,鸿蒙系统尚未诞生,苹果 iOS 系统、安卓系统与 Windows Phone 在手机操作系统领域三分天下。阿里巴巴抱着打破垄断的念头,毅然进入该领域,推出 YunOS 操作系统。只可惜由于系统使用人数过低,以及与安卓系统的抄袭纠纷,最终被迫放弃开发。
一个失败的手机操作系统,该如何处理研发团队?阿里巴巴想到的法子是转型,向整个物联网领域扩展,把汽车视作了一个重要的物联网切入点。于是在 2016 年,阿里巴巴与上汽集团合作成立了新公司斑马智行,而 YunOS 也摇身一变改名 AliOS,开始在汽车操作系统中大展拳脚。
② 小度车载 OS
与 AliOS 离奇的身世相比,百度旗下的小度车载 OS 诞生历程相对简单。从五六年前开始,百度就不满足于搜索业务,全力进军 AI 相关产业,而智能汽车正是 AI 重要的落地场景。百度 Apollo 是向汽车行业及自动驾驶领域的合作伙伴提供的软件平台。
小度车载 OS,就是智能车联开放平台(Apollo )的外在形式。囊括了几百家生态合作伙伴,支持上千个车载小程序,智能语音助手连接万物,百度的车载系统在底层系统并未做多少改变,核心在于定制化服务以及个性化交互。
③ 腾讯车载小程序
腾讯小程序是一套跨 OS、云端轻量化的车载应用开发框架,基于微信小程序的基础,能够让 300 万量级的微信小程序生态以更低成本、更快速地上车。简单来说,腾讯希望通过自己海量的小程序优势,通过数量优势战胜对手,在车载系统领域打造全新的超级 App。
④ 华为 HiCar
阿里、百度、腾讯,切入方式不同,带来的车载系统生态也各有特色。然而,它们并不是最有希望取得成功的国产车载操作系统。因为,华为也来了。
华为觊觎智能汽车市场多年,一开始华为推出了手机映射系统 HiCar,HUAWEI HiCar 将移动设备和汽车连接起来,把手机的应用和服务延展到汽车,实现手机为核心的全场景体验,给消费者创造智慧出行体验。据介绍,华为 HiCar 运用了很多鸿蒙系统的设计元素,某种程度上可以理解为鸿蒙的初级形态。
华为鸿蒙车机的主界面由多个卡片式小组件构成,显示的是推荐使用的应用程序与场景。至于鸿蒙系统广为传播的分布式能力,华为支持车机与智慧家庭联动。在车上轻轻一点,家中的智能家居产品也会随之运动。
在原理上,华为鸿蒙车载系统基于 Linux 核心打造,属于定制型车载系统。不过,随着华为与长安和宁德时代共同打造的阿维塔推出,华为鸿蒙系统正在朝着深度定制系统迈进。接下来,拥有智能座舱、与自动驾驶系统联动的鸿蒙系统或许会给我们带来惊喜。
四、6 大车载系统开源地址
最后我想说,从阿里到华为,他们已经向世界证明了中国制造。
当前全球汽车产业目前已进入产品价值被重新定义的全新阶段,各种类型的车载系统方案暂时也无法评估优劣。但随着自动驾驶技术的不断发展,以人为本的用户体验成为决定产品成败的关键因素,如何让消费者感受到与众不同的体验成为产品开发工作中的重中之重。

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