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車載HMI設計指南（基礎篇）

飛凡實驗室

2022-10-31

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36 分鐘

居民擁有汽車的數量每年都在增加，與智能電動汽車相關的汽車HMI設計也成為各個品牌重點發力的地方。本文作者根據自身工作經驗，梳理了關于車載HMI的知識點，與你分享。

當下智能電動汽車的發展勢頭越來越高漲，與智能電動汽車相關的汽車HMI設計也成為各個品牌重點發力的地方，汽車HMI設計正在前所未有的新高度。

近段時間也是參與了幾個車企的HMI咨詢設計項目，一直想寫寫關于HMI設計的一些總結和研究，本期的飛凡指南就來聊聊HMI設計的那些事。

一、HMI概念

HMI的是英文（Human Machine Interaction）的縮寫，翻譯成中文是人機交互，是一門研究系統與用戶之間交互關系的學問，系統可以是各種各樣的機器，也可以是計算機化的系統和軟件。應用在車輛上的人機交互系統可以實現人與車之間的溝通。駕駛者可以通過該系統，獲取車輛信息、車輛報警，并且進行車輛設置、實現娛樂功能等。

其中我們通常所說的“人機交互界面”是指用戶可見的部分。通過人機交互界面與系統交流并進行操作。小如收音機的播放按鍵，大至飛機上的儀表板、或是發電廠的控制室。因此，人機交互界面的設計要包含用戶對系統的理解（即心智模型），這是為了系統的可用性或者用戶友好性。

而汽車的人機交互主要分為車內娛樂系統的人機交互、車內駕乘人家交互、車外遠程人機交互，各車企均在這大交互系統里面尋找用戶體驗的突破并進行了充分的試驗和嘗試。

二、汽車座艙的進化

1. 2000年以前：機械時代

單一的機械儀表，簡單的音頻播放設備，物理操作按鍵，無中控顯示屏幕，集成度、安全度較低，智能化程度無。

機械儀表盤可以顯示出汽車發動機的轉速、水溫、油量、時速，沒有數字儀表盤精確，機械儀表盤可以直觀的顯示車速的變化趨勢，數字的儀表顯示器能精確的顯示車速的大小，但是卻不能直觀的表現出汽車處于加速狀態還是減速狀態。但是，機械水表盤畢竟是真實的指針，真實的跳動會讓人有一種直觀的跟發動機呼應的感覺。

所以即便是售價上千萬的帕加尼，仍然保留著原始的機械指針，滿滿的工業朋克感，機械儀表的指針攀爬帶來的視覺沖擊卻是液晶儀表不能比擬的。

2. 2000-2015年：電子時代

汽車電子時代的標志之一是液晶儀表盤的大量使用，液晶儀表相對機械儀表有以下3大優勢：

2.1 炫酷的科技感

機械儀表只有轉速、車速、水溫、油量等功能顯示，充其量是中間有小塊單色屏顯示車門開關、行駛里程以及檔位信息，簡簡單單功能性很單一。而液晶儀表盤可以顯示的內容非常多，除了基礎的儀表信息以外可以顯示車輛運行工況狀態、導航、車距、主動剎車距離等多樣內容，科技感十足更像現代化的產品。

2.2 絢麗的視覺效果

傳統機械儀表盤多為一種顏色或幾種顏色的組合，色彩單調容易造成視覺疲勞，而且單一的色彩也無法隨內飾顏色的變化而改變，所以機械儀表盤也一定程度的限制了對內飾色彩改裝的想象力。而液晶儀表盤本質就是個造型特殊的平板電腦，只要系統生態足夠豐富，色彩可以呈現出多種多樣的效果，內飾配色也可以隨心所欲一些。

2.3 能夠承載更多的功能

其次有些智能化程度足夠高的儀表盤可以可以與手機互聯讀取行駛中需要的信息，通過語音交互系統利用智能設備可以在不動手的前提下實現更多功能，這點是機械儀表盤遠遠不能企及的高度。

3. 2015年至今：智能時代

智能時代之下，大多數的車機屏幕都采用了大尺寸的顯示屏，有些車機廠商也使用了多聯屏，同時信息娛樂系統功能也在逐漸的豐富，人們不僅可以在車上使用常用的音樂、導航等功能，還能在汽車上看電影、玩游戲、看新聞，交互方式也變得多樣化了，比如：語音、手勢，整車的安全程度、智能化程度也有了極大的提升。

4. 未來：高度智能時代

在未來，是個高度智能化的時代，高度自動駕駛、全息投影、HUD、AR-HUD、虛擬數字人等技術更加趨近于成熟，車機趨向于一個移動的第三空間（生活空間、工作空間、娛樂空間），AI解放了人，成為了駕駛員，人有更多空閑的時間來娛樂和工作。

三、車載生態系統

1. 內置智能系統

目前主機廠，都會根據車型定位、自身技術來定制開發自己的車載系統，這樣不僅能夠實現多媒體的深度集成，還能夠讓技術更好的與汽車兼容，當然大部分傳統的車企在一些技術上并不是那么的成熟和強大，還會找一些細分領域的合作商來為自己提供技術支持，比如：語音技術、HMI設計……

2. 平臺解決方案

目前國內外的互聯網科技巨頭都在為新時代的車企提供駕駛解決方案，比如：

國外的蘋果、谷歌、亞馬遜；國內的阿里巴巴、百度、華為、騰訊都爭先創建了自己的平臺操作系統，目的是在未來萬物互聯的時代能夠搶占下一個互聯網的載體，國內可見科技巨頭和車企的合作，通過技術+制造能力的加持，讓車機體驗大步向前，比如：吉利和百度推出了集度；上汽集團、阿里巴巴與浦東新區三方聯合打造全新用戶型汽車科創公司“智己汽車；北汽和華為推出了極狐阿爾法，賽力斯和華為推出的問界系列車型……

3. 軟件應用程序

為了滿足汽車的駕駛場景，大型的互聯網公司一般都會開發自己的汽車應用程序來優化汽車的駕駛體驗，這種方式相對于平臺化的解決方案和內置智能系統來說更加的輕量，一般用戶會在傳統燃油車機上輔助使用這些功能相對完善的軟件程序，目前軟件程序應用的方式一般是通過數據線完成手機屏幕的映射，和我們將手機端的內容投屏到電視上是類似的原理，但這種方式是不能完成對車輛控制的，比如空調、溫度……

我們常用的百度Carlife、蘋果Carplay、華為Hicar ……

4. 外置屏幕顯示設備

目前外置屏幕顯示主要有2種，一種是外接顯示設備，一般使用在沒有液晶顯示設備的汽車上，比如華為最近推出的車載智慧屏，它搭載了汽車出行、汽車服務、影音娛樂、語音搜索等豐富的應用；另外一種是HUD顯示設備，HUD顯示設備可以將導航信息、速度、車輛信息顯示在一塊玻璃上，作為副屏的補充，同時也讓司機避免低頭，抬頭就能夠看到最重要的信息，讓駕駛更安全。

四、設計趨勢

1. 場景化

前面提到未來的汽車是人們的第三智能生活空間（娛樂空間、辦公空間、生活空間）未來車內的交互場景將逐漸由駕駛艙艙內的駕駛行為主導的人機交互，轉變為基于日常生活中多場景的交互，基于不同的場景，我們的設計應該也有所不同。

1.1 座艙娛樂場景模式

目前各大廠商在汽車娛樂場景化上可謂是下足了功夫，各種場景模式層出不窮，比如音樂模式、影院模式、游戲模式、汽車駕駛模式（運動、節能、雪地、越野、標準）等等，這種模式我們可以通過人的四感：視覺、聽覺、嗅覺、觸覺去加強場景化的氛圍。

1.2 多種用車場景

不僅僅是這些娛樂場景模式，場景化的功能模塊更多是可以通過發散使用場景來讓操作系統中的功能更加滿足用戶的需求，對于不同的使用場景，用戶想要看到的信息是不同的。這一點既可以在整體的信息層級上進行優化，同時也可以帶入每一個細節、深入每一個場景。

單以地圖為例，用戶在導航模式和非導航模式下所關注的重點就是不同的，進一步在導航模式中，用戶對于路線中的關鍵建筑物（例如到該建筑物后就需要左拐）和其他的建筑物的關注度也是不同的。只有深入到了場景中，才能幫助用戶獲得更好的駕駛體驗。

2. 智能化

2.1 L4、L5級別的自動駕駛

目前大部分的技術是L3級別的自動駕駛，有條件的自動化駕駛，還基本上是需要駕駛員來輔助操作，保證駕駛的安全性，相信未來人們可以完全解放自己的雙手，實現高安全級別的自動駕駛，這樣我們可以把精力的時間利用在其他更具有價值的信息處理上，目前自動駕駛主要有3種解決方案：

基于視覺主導：采用GPS和AI人工智能進行自動駕駛，例如：特斯拉，通過所有特斯拉汽車的攝像頭采集環境數據，將圖像處理和機器學習結合起來通過從而不依靠預先記錄的地圖特斯拉汽車在行駛中采集數據學習并與所有特斯拉汽車分享學習到的東西，從而實現類似于人眼睛的方式查看地形然后通過人工智能進行分析指導自動駕駛汽車做出決策。

基于激光雷達主導：視覺輔導，采用高精地圖和人工智能進行自動駕駛，目前主流的傳統主機廠通用、奔馳大部分采用的就是這種方式，但由于需要記錄地圖并使用激光雷達設備制造車輛，因此需要付出了更高的成本

基于車聯網主導：多種傳感器融合的人工智能自動駕駛，車聯網的自動駕駛需要龐大基礎設施的支持，通過投資更智能的道路，可以減少對汽車本身自動駕駛的要求，比如高速公路、碼頭、工廠這類簡單場景比較容易實現。

2.2 HUD技術的升級

HUD的技術在很多新能源車上都可以選配了，已經不是什么新鮮的技術了，它最先出現在軍用戰斗機里面除了能夠帶來更加科技的感受之外，HUD的加持，可以把信息映射在玻璃上面，駕駛員不用低頭就能看到重要的信息，提升駕駛的安全性，目前HUD主要有以下四種形式：

C-HUD：是一種將信息鏡像到透明面板（稱為Combiner）上而不是擋風玻璃上的HUD。大眾帕薩特、馬自達3和寶馬2系等采用了這種技術。目前，由于C-HUD的成本比W-HUD更低。
W-HUD：W HUD是直接投影在汽車的擋風玻璃上，顯示效果更為一體化，也有助于造型布置。但由于擋風玻璃一般為曲面玻璃，因此W HUD一定要根據擋風玻璃的尺寸和曲率去適配高精度非球面反射鏡，這也直接導致了W HUD成本的升高。高成本在一定程度上限制了W HUD的市場占有率。
AR HUD：AR技術讓導航信息和實際的路面信息合為一體，導航的時候可以直接將信息顯示到HUD上，并融合實際的路況場景進行顯示，左轉右轉一目了然。更能結合ADAS功能，及時預告路況和行人信息，在AR-HUD?機交互界?中，通過動效的?式來，增強三維空間感，加強視覺引導。
3D-AR HUD：3D-AR-HUD輸出的信息不僅僅在前擋風玻璃上進行展示，更多與車外環境進行合成，它的絕大部分圖形是實時動態生成，將信息投射到三維世界，所以它的顯示面積更大，不僅僅在前擋風玻璃，還包括車外空間。

3. 自動化

3.1 萬物互聯

未來智能座艙與各電子設備之間聯系更加緊密,可以實現服務場景的無縫流轉，即使身處遠方，也能做到用手機遠程控制車燈、空調、車門、車窗。

3.2 多種交互形式

未來的人機交互將運用指紋識別、手勢識別、人臉識別、虹膜識別、唇語識別等多種生物識別技術，實現對車輛的控制，比如faceID不同的人上車的時候，車會自動識別出這個人的用車使用習慣、氛圍燈、座椅角度、后視鏡距離、駕駛模式等等。

2021 年面市的福特 EVOS 上的手勢交互

4. 人性化

4.1 降低視覺負荷，滿足駕駛安全性需求

汽車最基礎的需求就是安全，而HMI設計要做的就是在駕駛場景下盡量少得干擾駕駛者，在視覺的設計上應該降低視覺的負荷，讓駕駛者一眼就能夠找到當前最想要的信息，避免因為分心而導致安全事故的發生。

4.2 多通道交互配合，滿足產品易用性需求

多通道融合交互技術將人的多個感官有機的融合在一起，與汽車形成多種交互行為（體感、手勢、視覺、觸控、按鍵、語音…），全面提升用戶的駕駛體驗，比如在駕駛員疲憊的情況下，車機會語音提示你休息，并且車機會釋放清新的氣味，為你提神醒腦。

目前在用戶駕駛汽車的時候，視覺仍占了信息接收的五分之四，視覺通道技術仍然是未來智能汽車人機交互設計的基礎，再加之語音交互等技術，形成了未來多通道融合交互的發展趨勢。

4.2 智能情感交互，提升駕駛樂趣

智能汽車人機交互設計未來的發展趨勢將汽車從高智能的執行機器向高智商的情感機器人方向發展。隨著智能技術的發展，利用機器學習以及深度學習等技術，未來的智能汽車將通過研究車主的行為方式來與車主進行交流，成為車主情感上的伙伴。除此之外，還會利用車聯網技術、智能交通系統等，與周邊環境、車輛等進行實時互動，達到智能情感的交互。

開門的時候會有迎賓語投射

智能語音助手的情感化關懷

汽車造型更擬人化

5. 個性化

個性化需求與定制一直都是各行各業用戶所追求的趨勢，千人千面，打造最懂你的智能汽車已然成為各大車企最為認可的基礎開發邏輯。目前不少企業都推出了生物識別技術來為用戶所服務，如語音識別、面部識別、指紋解鎖等技術。

所以基于生物識別技術、感知技術的智能汽車人機交互方式仍然是未來智能汽車人機交互設計的發展方向之一。

5.1 針對不同用戶群的差異化設計

目前汽車品牌眾多，不僅僅是汽車設計、營銷要考慮不同用戶人群的差異，HMI的設計同樣要挖掘不同用戶的特征、消費觀念、地域差異、行為習慣等，為智能座艙提供更多差異化、個性化的選擇。

5.2 個性化的操作模式

對于不同的家庭成員使用車輛的時候，智能座艙能夠記憶形成適合當前駕駛員的交互操作模式及界面，滿足不同家庭成員的體驗需求和駕駛行為習慣。

5.3 品牌文化的延續

目前看國內大部分的新勢力造車品牌，車機的設計都基本上是延續了互聯網app的設計方式（卡片式、扁平化），但是車機并不應該就是如此，HMI不僅僅是設計一塊屏，而是在補充整個品牌的生態，形成一致的品牌調性和設計語言。

大部分汽車在車型設計前期就對目標用戶做了研究，在設計造型的時候也基本上會形成自身的品牌特征，而我們在設計HMI的時候要充分考慮品牌文化，從而去強化人們對于品牌的印象。

特斯拉HMI極致的簡約

科技感的HMI，呈現未來、科技的產品定位

Tesla Cybertruck HMI延續了極具車機的硬朗風格

5.4 3D車模的廣泛應用

隨著3D立體化設計的不斷滲透，3D車模技術也在逐漸受到廠商和消費者的青睞，成為了未來發展的一種趨勢，3D車模能夠讓扁平化的界面變的更加的生動和具有空間感。

6. 娛樂化

6.1 更多功能應用

我們目前傳統的車機用的最多的功能就是導航、聽歌、電話，隨著車機硬件性能的提升，在新勢力造車的車機系統中能夠看到更多產品功能的應用搭載，華為更是大膽，整個把手機APP系統直接搬到了車機里面，汽車就是人的第二個手機系統，相信未來隨著自動駕駛取代人的駕駛功能，我們就可以在汽車里面看電影、吃飯、開會……自然更多、更全面的應用是必然的趨勢。

6.2 多屏幕聯動

智能汽車車載顯示將會朝著大尺寸、高分辨率、創新的外形設計、多方位布局等方向發展，將不再僅僅局限于中央儀表盤等位置，而是朝著多方位、多維度方向發展。多維度、多顯示設備的系統架構將成為未來汽車人機交互設計的重要發展方向。

五、HMI和UI設計的不同

1. 商業模式的不同

UI設計：大部分的數字端的產品商業目標是變現，更注重用戶的增長、用戶的留存、付費、活躍度等等，有較強的商業企圖
HMI：首先排在第一位的是安全性、產品體驗、視覺體驗等，HMI像是手機操作系統，它的體驗直接是影響用戶購買汽車的決策，目前主機廠的操作系統還未完全形成生態，要想通過HMI的服務來盈利還有很長一段路要走

2. 用戶場景的不同

UI設計：手機、pc系統在室內外都能夠使用，單人使用
HMI設計：智能座艙更像是第三生活空間、可能涉及到單人、多人的協作，對于主駕來說安全性，盲操作的要求比較高，而對于副駕駛來說娛樂是主要需求，相信未來如果完全自動駕駛，HMI可能就是手放大版的手機操作系統，手機能做的，汽車HMI也能做

3. 界面載體的不同

UI設計：主要包含pc端、移動端、智能設備、ATM取款機
HMI設計：主要包含中控屏、儀表盤、副駕駛屏、智能后視鏡、后排娛樂屏

4. 設計原則的不同

一般UI產品和用戶的接觸距離比較近，距離屏幕的距離大約在15~50cm之間，而汽車HMI距離距離基本在50cm以上，而且大多數情況下是駕駛員斜視觀看的，這必然就要求視覺和交互邏輯上和手機的不同。

5.? 用戶體驗的不同

UI設計：基本遵循用戶體驗五要素：戰略層、范圍層、結構層、框架層、表現層
HMI設計：注重用戶體驗，體驗、舒適、效率、安全，四大維度

六、體驗設計原則

1. 降低視覺負荷

用戶在屏幕中上的識別和尋找信息的過程都屬于視覺負荷。特別是駕駛員在經常會在開車的時候使用HMI，用戶的注意力管理對減少由注意力分散導致的交通事故十分必要，所以快速識別和找到用戶想要的內容尤為重要，降低操作負荷我們可以遵循一下幾個原則。

高效瀏覽：在進行信息層級設置時，要讓駕駛者也更快速的設置信息，可以通過對比的設計技巧來實現，確保駕駛者在駕駛時能夠擁有高效的瀏覽性，降低駕駛員的安全性。視覺捕捉成本
3秒原則：用戶的注意力管理對減少由注意力分散導致的交通事故十分必要，開車過程中，必要操作需要遵循 3 秒原則，用戶必須在第 1 秒內找到應用場景的重點信息與功能入口，然后第 2 秒進行交互動作，最后第 3 秒得到想要的信息結果。準確把握每個過程中的時間，排除多余元素干擾，避免分散注意力
信息可視化原則：將數據以意義明確的直觀方式表現出來，使用戶能夠解釋且容易理解的做法。這包括數據可視化和儀表板。對于非專家而言，信息可視化是以易于理解的形式分享洞見的有效方法

2. 降低操作負荷

駕駛員在開車的時候，應盡量操作路徑短，如果操作太繁瑣步驟太多，也有可能會中途放棄，這就是動作負荷帶來的影響。

快速響應：駕駛員在駕駛過程中，經常會進行界面的操作，為了駕駛人員的安全，操作應更加輕便，比如常用的功能突出，操作路徑短等方式
及時反饋：在實際的駕駛場景中，面對的是復雜的路況信息，需要能夠即時通過視覺、設計、聲音等方式反饋給我們的駕駛員
寧靜交互：靜交互就是悄無聲息地融入在我們日常使用中，不需要多加思考，不需要特別注意。車機作為工具，不應該成為駕駛員關注的中心，奪取注意力。在未來的設計中讓用戶專注于“任務”而不是工具，才是車載HMI交互的最終歸宿
語音交互：語音交互能夠快速找到用戶想要的內容，避免駕駛分心，行車更加安全，目前大部分的車機也是配備了語音助手，成為車機的標配