整車顯控界面的工效學研究

楊琴，劉成義，嚴智遠

（武漢第二船舶設計研究所，湖北 武漢430205）

汽車顯控界面由儀表盤、方向盤、加速踏板和制動踏板等組成，其設計優劣主要是依據駕駛員的主觀感受，如何建立一套有效的工效學測評方法，對于汽車顯控界面設計有著重要的意義［1-2］。朱磊等基于模糊綜合評價對汽車儀表板進行評價［3］。Galer和顏春萍等在布局、顏色搭配、圖標、符號、刻度盤和顯示屏等指標進行了工效學分析及評價［4-5］，認為儀表盤盲區是汽車人機工程學中需要較多研究的方向。曾滿林和朱燕輝認為方向盤輪轂會遮擋儀表視野［6-7］，避免盲區需要結合眼橢圓及方向盤進行分析。由于腳踏板控制對使用者的姿勢有限制，不合適的踏板會導致肌肉疲勞，造成駕駛員的不舒適感［8］，Pannetier R 等結合駕駛員主觀感受及生物力學分析方法［9］，對踏板阻力、踏板行程、踏板行程傾角和座椅高度進行組合實驗，結果表明較小的踏板力和較小踏板行程更受駕駛員歡迎。Luo H 等基于力學傳感器測量了駕駛員踩踏板能夠達到的最大力及舒適力［10］。張福勇等綜合座椅、儀表盤、操縱器等顯控裝置［11］，將神經網絡相關理論運用到汽車人機界面評價中，開發了可獨立操作的界面評估軟件，通過軟件來進行綜合評價。上述文獻多從某方面對顯控界面進行評價，較少從整個顯控界面來建立評價體系進行評估，文中基于文獻［12］的指標體系，建立了一套顯控界面測評體系，對汽車顯控界面進行全面的整體評價，同時也通過單個指標發現工效學設計不足之處。

1 測評體系

1.1 測評設計

根據汽車的功能和人機交互過程中人的特征，建立人機界面工效學評價指標體系（表1），用于系統評價汽車的不同工效學特性。調查問卷設計從主觀評分、詳細說明、自信度3 個方面考慮。為了保證駕駛員充分了解調研汽車的情況，要求按照規定線路去駕駛體驗，然后進行調查問卷評分。

表1 顯控界面工效學指標體系及主觀調研表

根據汽車顯控界面的人機交互情況，工效學評價指標分為2個級別：一級指標從汽車的駕駛功能進行分級，包括儀表盤、方向盤、加速踏板和制動踏板；二級指標將一級指標從人機交互特征來進行分解，每個指標的評價內容涉及操縱力、視野、空間布局、顏色搭配、尺寸、角度及操作質感等方面，如表1所示，這主要與駕駛員的人機交互感受相關。

由于駕駛員自身對汽車的熟悉程度以及對人機交互的理解不一樣，因此調研過程中，結合駕駛員自身駕駛經驗和能力等因素進行問卷設計。針對駕駛員自身的情況，設計了主觀評分、詳細說明、自信度等3個方面的內容用于評估自身的情況。

1）主觀評分值設計 評分范圍為0～10，分度為0.1。6 分為可接受限度；0～6 分為不可接受范圍，不可接受程度逐漸減弱；7～8分為良好操作狀態分值；9 分以上為優秀狀態分值（表2）。由于主觀評分的主觀因素比較大，為了讓駕駛員更好地理解“接受”的程度，根據不同的工效學指標設計了如表3 所示的主觀分值對應的評價方式。每個工效學指標的詳細說明（表1）使駕駛員能夠從常用的駕駛體驗理解工效學指標需要評價的內容。

表2 主觀量表評分

表3 不同工效學評價指標對應的評價方式

2）自信度 由于駕駛水平和能力等的影響，駕駛員對不同工效學指標的評估存在不同自信程度，因此對自信度也設計了可波動的范圍，評分范圍為0～1，分度為0.1。最終評分分數由“評分值±自信度”構成，自信度分值越小，說明該指標總分值越準確。駕駛員對同一指標作出相同分數評價情況下，可以通過自信度分值高低判斷指標分數的合理性，如駕駛員對某項指標分值十分肯定時，以“這項分數很肯定，可認為自信度分值為0”回答，反之，駕駛員的回答偏向于“1”。自信度分數能夠更好反映指標的優缺點及重要程度等。如果總分值偏向于極端（如6分以下或9分以上），此時自信度分數也很低，可以認為駕駛員對該車型的指標設計表示強烈滿意或不滿意，并且關注程度很高，駕駛員的表現是“我認為該車這部分設計很滿意（不滿意），該指標評分為9分（6分），并且自信度分數為0”。

3）其他要求及安排 為保證實驗不受干擾，對實驗過程進行3個方面的安排：駕駛場地是實際行車路段和明亮平坦的地方；除駕駛員和主試人員外，車輛不能承載他人，車輛輪胎處于標準狀態；進行評價工作之前，組織者必須向參加評價的人員講解安全注意事項、評價步驟，并禁止相互討論。

1.2 測評設備、駕駛員及測評步驟

選擇5種車型進行顯控界面評估，根據銷量選取盡量符合消費者需求的車型，測評車輛主要涉及普通乘用車和SUV：A型汽車是某品牌較高端轎車代表，排量2.0T（圖1a）；B 型汽車是某品牌SUV 代表，排量1.4T（圖1b）；C型汽車是2015年中國汽車市場銷量領先，排量1.2T（圖1c）；D 型汽車是某品牌2015年銷量第一，排量1.4T（圖1d）；E型汽車銷量靠前，流行于普通消費者群體，排量1.4T（圖1e）。

圖1 不同車型顯控界面

由于駕駛員對汽車的熟悉程度、駕駛要求及駕駛員的駕駛里程等因素都會影響駕駛員對真車的評價，因此選取駕駛員時，不僅考慮駕齡、駕駛里程等因素，還兼顧具有明顯胖瘦特征的駕駛員，以及對汽車熟悉的專家和普通消費者。選取18名駕駛員參與測評，基本信息如表4所示。

測評步驟如下：1）向駕駛員講解調研和體驗內容；2）向駕駛員介紹行車路況、車輛顯控界面的基本情況，強調行車安全等事宜；3）駕駛員在指定道路上行駛，需要留意儀表盤、方向盤、制動踏板、加速踏板等顯控界面使用情況；4）體驗第1輛車后，駕駛員先回答滿意或不滿意問題，再根據記錄表依次填寫分值、自信度、詳細說明；5）完成調研后，隨機選擇第2輛車駕駛，重復3）和4）；6）完成所有車輛的調研。

表4 駕駛員信息

2 實驗結果

通過對18 名駕駛員體驗5 種車型駕駛后的調研，每輛車顯控界面的評分平均值如表5 所示，可以看出：A 型汽車各項指標基本高于平均值，在評分上優于其他車型；其他車型之間趨勢上相差不大，互有高低差異。

不同指標在駕駛時重要程度不同，因此采用層次分析法對指標進行權重計算［12］，得到不同指標權重關系（表6），根據式（1）計算5輛車的測評分值。

如表7 所示，通過5 輛車不同指標的權重分值得到主觀調研結果為A 型汽車最優；B 型汽車與C型汽車分值相差0.06分；D型汽車和E型汽車分值相差0.05分，可認為差不多。

表5 評分結果統計

表6 指標權重

表7 權重分值

3 討論

3.1 駕駛員自信度

根據“自信度分值”的定義，自信度分值為“0”時，表明駕駛員在評分時的確定程度較高，同時說明該指標的可量化程度及關注程度越高。對于每個指標，共有90 個自信度分值（5 輛車，18 名駕駛員），統計自信度評分為“0”的指標如圖2所示。將自信度評分為“0”、總數不小于20的指標劃分為自信度較高的指標，結果如下：1）儀表盤指標中僅有“方向盤對儀表盤盲區”為22 個；2）方向盤指標中有“方向盤前后位置”、“方向盤高度”、“方向盤直徑、“方向盤輪緣直徑”、“方向盤操縱力”、“方向盤表面觸感”自信度評分為“0”的個數不小于20；3）踏板指標中有“加速踏板位置”、“加速踏板傾角”、“制動踏板位置”、“制動踏板寬度”、“制動踏板操縱力”自信度評分為“0”的個數不小于20。對比駕駛情況，專家和熟練駕駛員的自信度較高，對汽車顯控界面工效學的理解也比較準確；新手的關注重心是熟悉顯控界面、駕駛好車輛，難以有過多精力去評估工效學設計的優劣。

圖2 自信度0分統計結果

3.2 儀表盤

1）布局問題 主要是轉速表、時速表、油箱表及水溫表的布局。一般而言，應將重要信息放置在易于看到的位置。駕駛過程中車速是非常重要的信息，車速表應布局在中間位置，車速數字應以數字顯示，如A 型汽車（圖3a）儀表設計較為合理，而B型汽車、D型汽車、E型汽車在中間位置布局的是油量表及冷卻液溫度表，不符合工效學所強調的最重要信息應布置在最顯著位置的原則。

2）視野方面 駕駛員認為：D型和E型汽車的4個儀表上加上圓筒，造成更多視野盲區，容易遮擋觀察儀表信息，同時也影響美觀（圖3b）；E 型汽車的方向盤對儀表盤造成盲區的情況嚴重（圖3c）。從評分值可看出，E型汽車該項指標評分最低。

3）其他問題E型汽車儀表盤色彩搭配效果欠佳，屬于E 型汽車評分第二低的指標，相比其他車型的儀表盤，E 型汽車的圓筒缺乏光潤的鑲邊，整體看起來暗淡無光，因此從評價結果來看，儀表盤的邊框使用光潤金屬材質更好（圖3c）。

圖3 儀表盤設計

3.3 方向盤

從與駕駛員的交流和問卷結果來看，駕駛員對方向盤較為不滿主要在于方向盤色彩搭配及質感指標上，除A 型汽車外，其余車型的方向盤色彩普遍單調，且質感較粗糙。方向盤操作靈活性方面，E型汽車分值較低，A型汽車與C型汽車分值較高；結合方向盤的最大操縱力及緩沖時間，E型汽車操縱力較大且緩沖時間短。

3.4 加速與制動踏板

調研中發現，踏板之間的位置關系問題明顯，高百分位男性駕駛員認為C 型和E 型汽車的加速踏板與制動踏板相對距離太近，容易誤碰或誤操作；對于女性駕駛員而言，這2 款車型的制動踏板高度過高是造成踏板操作不舒適的主要原因。此外，D型汽車制動踏板與E型汽車加速踏板前半程反饋不足，后半程過于靈敏，E 型汽車制動踏板傾角太陡，導致其該指標評分不高。

3.5 總體評估

根據權重分值的綜合得分，A型汽車的工效學設計最優，某種程度上講，這與A 型汽車的車價明顯高于其他車輛也相關。B 型、C 型和D 型汽車都是市場上銷售較好的汽車，價格適中，對于一般駕駛員而言，其顯控界面工效學設計能滿足基本要求，評分也比較接近。E 型汽車雖然綜合得分最低，但實際上與B型、C型和D型汽車的評分相比，大部分指標差別不大，主要是“方向盤對儀表盤盲區”和“儀表色彩搭配”2 個指標評價較差，影響總體評分略差。

4 結論

針對汽車顯控界面的工效學設計評價問題，建立了汽車工效學工程評價體系，對選定的市場銷售較好的汽車進行了工效學設計綜合評估，結果表明所建立的評價體系可較為全面地評價汽車顯控界面，同時也能發現其顯控界面布局、踏板行程等工效學設計的不足之處。