萬曉東，李 超

(中國第一汽車集團(tuán)股份有限公司智能網(wǎng)聯(lián)開發(fā)院，吉林 長春 130021)

伴隨人機交互技術(shù)的發(fā)展與普及，結(jié)合智能汽車架構(gòu)的發(fā)展趨勢，如何將以人為主的汽車交互設(shè)計與以技術(shù)為主的汽車產(chǎn)品(功能)設(shè)計解耦成為研究課題。在汽車電氣架構(gòu)平臺設(shè)計中，應(yīng)用交互基礎(chǔ)理論與方法，建立并應(yīng)用一套服務(wù)于汽車產(chǎn)品開發(fā)過程的人車交互(Human-Vechicle Interaction，HVI)架構(gòu)設(shè)計方法，能夠為從服務(wù)引導(dǎo)新技術(shù)的快速搭載提供高效途徑，同時可以有效地保障現(xiàn)有產(chǎn)品的優(yōu)秀基因、品牌效應(yīng)和用戶粘性。

1 人車交互架構(gòu)

1.1 人車交互架構(gòu)概念

在整車設(shè)計過程中，需要引用平臺化的人車交互模型。這種模型包含了乘客(含駕駛員)、車輛所能提供的功能以及二者之間的交互界面(User Interface，UI)與交互邏輯。比如駕駛員操縱燈光開關(guān)激活遠(yuǎn)光燈，其中燈光開關(guān)與遠(yuǎn)光燈點亮照射出的光線是人與車的交互界面，而交互邏輯是點擊開啟開關(guān)則遠(yuǎn)光燈點亮。

這種專用于定義整車級多層次交互信息以及建立、應(yīng)用數(shù)以萬計的交互界面的方法與在該方法指導(dǎo)下的技術(shù)平臺，即人車交互架構(gòu)(Human-Vehicle Interaction Architecture，HVE)。

1.2 人車交互架構(gòu)設(shè)計理念

第一，人車交互設(shè)計兼顧用戶的需求與車輛工程目標(biāo)。人車交互能夠解決多樣性任務(wù)與復(fù)雜任務(wù)，以易知與易用為主要原則，兼顧車輛(包括構(gòu)成車輛的產(chǎn)品)的設(shè)計特性劃分人車交互任務(wù)的類別[1]，建立人性化的利于工程目標(biāo)分配的架構(gòu)體系。

第二，人車交互的核心理念是向用戶提供貼心的交互服務(wù)。通過車輛功能向用戶傳遞便捷、舒適、易學(xué)易知的交互設(shè)計理念，在滿足用戶需求的同時增強用戶對車輛的情感與粘性[2]。

第三，人車交互工作開展的重點在于將自然交互的理念與方法融合到整車設(shè)計過程中，車輛功能的存在與使用要遵從用戶的自然需求、自然行為特性以及認(rèn)知特性，在整車設(shè)計的不同階段，需要結(jié)合不同側(cè)重點開展人車交互評價活動，識別并解決人車交互架構(gòu)設(shè)計在產(chǎn)品開發(fā)中遇到的技術(shù)問題。

第四，人車交互架構(gòu)的特性是能夠?qū)⑿录夹g(shù)快速并高度融合到已有的技術(shù)體系中，并能夠快速地將新技術(shù)轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品魅點，支撐整車設(shè)計并具備迅速迭代或升級的能力[3]。

同款車型針對不同的任務(wù)處理過程，對待用戶的表達(dá)需要確保信息一致性、情感一致性，從而最大程度地提高交互效率，同時增強用戶的自信以及用戶對產(chǎn)品的信賴[4]，這是人車交互架構(gòu)的基礎(chǔ)工作內(nèi)容。

2 人車交互架構(gòu)的層級

人車交互架構(gòu)的設(shè)計，立足于車輛功能使用者的自然屬性(包括人體工程、認(rèn)知心理、使用場景等)，結(jié)合車輛功能定義，滿足不同層級的交互需求，比如用戶開啟導(dǎo)航，或在導(dǎo)航中修改目的地信息。人車交互架構(gòu)層級劃分為場景級交互、概念層交互和體驗層交互。

一般設(shè)計順序是從場景級交互推導(dǎo)衍生至體驗層交互。各層級按照自身特性，均可建立交互能力，在場景級交互設(shè)計過程中建立的交互能力，如座椅(便于用戶保持舒適坐姿)以及座椅調(diào)節(jié)功能(如調(diào)節(jié)座椅靠背角度)；在概念層交互設(shè)計過程中建立的交互能力，如調(diào)節(jié)座椅靠背角度所使用的 GUI 按鍵。將這些交互能力(座椅、座椅靠背角度調(diào)節(jié)功能以及調(diào)節(jié)座椅角度使用的 GUI 按鍵)作為對車型功能開發(fā)(包括軟件架構(gòu)開發(fā)以及產(chǎn)品驗證)的輸入。

2.1 場景級交互的概念

場景級交互是指在用戶所處的自然場景中，基于用戶自身的感知特性，引發(fā)或渴望實現(xiàn)的交互。這種交互是多樣的、復(fù)雜的。首先將這些動機抽象為交互目的，再提供合適的技術(shù)解決方案。

場景級交互設(shè)計方案與從工程角度出發(fā)的一般產(chǎn)品解決方案的最主要區(qū)別，在于場景級交互設(shè)計從一開始就以遵從人的自然屬性為設(shè)計原則和檢驗標(biāo)準(zhǔn)，向用戶提供符合人性化要求的綜合性解決模型(包括功能群)。

2.1.1 場景級交互設(shè)計面向用戶的自然需求

場景級交互通過對用戶本能交互、行為交互和情感交互的綜合分析[5]，可以明確用戶的自然需求，比如安全需求。

場景級交互的關(guān)鍵在于準(zhǔn)確描述用戶需求的屬性，這種屬性是科學(xué)的，后期是需要被量化的。

2.1.2 場景級交互推導(dǎo)出功能群

實際上，車輛的任一使用場景，都可以結(jié)合場景級交互的分析方法進(jìn)行抽象和提取，提取出來的內(nèi)容通常是一個在限定場景下的功能群。下面以導(dǎo)航場景衍生出的部分功能群為例進(jìn)行分析。

功能群1：需要向用戶持續(xù)提供到達(dá)車輛位置的感知明確的導(dǎo)航信息，比如可觸發(fā)手持模塊的尋車裝置[6]。

功能群2：導(dǎo)航裝置應(yīng)便于攜帶，使用方便，最好是與用戶必須攜帶的物品合并，比如基于智能車鑰匙[7]或智能穿戴實現(xiàn)價值交互[8]。

功能群3：行動不便的用戶以及帶著老人或兒童出行的用戶，可以控制車輛自動導(dǎo)航到指定位置，比如具備自動駕駛導(dǎo)航功能的車輛[9]。

2.2 概念層交互

基于場景級交互設(shè)計推演出的任一功能，進(jìn)入概念層交互過程后，可完成進(jìn)一步的抽象與提取。每一項功能通?？刹鸱殖啥鄠€單次交互。這些單次交互可抽象為面向人的自然感知的交互，比如人獲取視覺信息時需要有顯示或燈光，人獲取聽覺信息時需要有聲音以及產(chǎn)生聲音的振動源。本文將這些與人的自然感知相關(guān)的單次交互定義為元交互。

概念層交互設(shè)計通過對功能的推導(dǎo)、抽象、分析、綜合，提取元交互特性，從而進(jìn)行設(shè)計優(yōu)化，整個過程要兼顧交互體驗原則，如匹配、可視性、產(chǎn)品一致性等原則[10]。

2.2.1 常規(guī)的概念層交互任務(wù)

任一功能都是由一些基本的子功能以及這些子功能之間的關(guān)系構(gòu)成。通常情況，在圖1所示的子功能之間的狀態(tài)遷移都伴隨交互信息的傳遞。

圖1 子功能狀態(tài)遷移

2.2.1.1 功能預(yù)置

車輛使用的部分功能具備預(yù)置選項，用戶可以預(yù)置選項開關(guān)功能，或者說，功能預(yù)置可作為其它子功能工作的前置條件，比如預(yù)置氛圍燈的顏色或者預(yù)置天窗透氣的位置。功能的預(yù)置同時包括用戶的有意識觸發(fā)和自動觸發(fā)：有意識觸發(fā)是指用戶有明確的操作意象或動作，從而開啟或關(guān)閉該功能；自動觸發(fā)是指車輛按上次設(shè)置的記憶(或識別用戶偏好信息)自動為用戶開啟或關(guān)閉功能服務(wù)。

2.2.1.2 功能激活

當(dāng)功能處于運轉(zhuǎn)或執(zhí)行狀態(tài)，車輛需要向駕駛員提供必要的狀態(tài)信息。對于一些易于感知的功能如空調(diào)開啟，用戶可以通過皮膚觸覺感受到風(fēng)，而對于空氣凈化功能，為提高認(rèn)知效率，需要提供圖形化交互元素，如綠色指示燈、提示音或者動畫效果。

2.2.1.3 功能等待

功能本身具備可激活的能力但是缺少必要的激活觸發(fā)條件，比如用戶可以開啟雨天關(guān)窗功能，即如果下雨則車輛自動關(guān)窗，而車輛沒有監(jiān)測到下雨，則該功能雖然具備能力但是工作條件還不滿足，這種狀態(tài)稱之為功能等待。

2.2.1.4 功能內(nèi)遷移

同一功能的不同工作狀態(tài)變化也需要交互差異化處理，比如，當(dāng)車輛進(jìn)入報警狀態(tài)，可按照車輛自動化處理邏輯觸發(fā)不同等級的報警動作(鳴響、閃爍燈光以及短信推送等)。

2.2.1.5 功能異常

功能的異常包括系統(tǒng)出現(xiàn)故障或由于功能降級等導(dǎo)致功能暫時不可用或需要專業(yè)檢修，此時需要向用戶提供明確的提示信息，特別地，根據(jù)故障或潛在危害的等級，通過單一或組合交互通道向用戶提示。

2.2.1.6 功能退出

功能遷移至退出狀態(tài)的原因包括正常退出和異常退出。如果這些功能與用戶感知相關(guān)，需要向用戶提供明確的狀態(tài)信息說明。一些與駕駛行為相關(guān)的功能退出時通常伴有聲音提示，特殊情況下伴有振動等觸感與體感提示。

2.2.2 元交互的提取

在元交互的設(shè)計過程中，需要充分考慮人的感官特性和認(rèn)知特性。元交互的具體應(yīng)用分為開環(huán)交互與閉環(huán)交互。開環(huán)交互指的是系統(tǒng)沒有反饋回路，比如用戶收到報警信息后可能會觸發(fā)其它性質(zhì)的交互，如逃離或檢修等，而不是對報警信息本身做出反饋。閉環(huán)交互指的是由用戶觀察和控制信息輸入、輸出和反饋[11]，比如駕駛員執(zhí)行換擋操作時，系統(tǒng)在儀表盤上會有清晰的檔位指示。

2.2.2.1 元交互的表達(dá)方式

通常情況下需要采用一個完整的陳述句來表達(dá)元交互。常規(guī)的表達(dá)式為“用戶+動詞+交互界面實例+交互對象的狀態(tài)期望值”，例如,后排用戶觸控后排扶手屏幕(天窗開啟虛擬按鍵)使天窗開啟到指定位置。

2.2.2.2 元交互的前置條件

元交互的交互界面是車輛的設(shè)備(如一個旋鈕)或功能特性(如旋鈕的旋轉(zhuǎn)角度)。元交互過程的設(shè)計需要充分考慮交互界面的狀態(tài)，通常包括使能(可執(zhí)行動作)、禁能(禁止動作)。良好的交互設(shè)計，應(yīng)該在為用戶提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)的同時，盡量降低或預(yù)防可能出現(xiàn)的限制或障礙[12]。例如，通過后扶手屏幕控制天窗滑移開啟，后扶手屏幕中的GUI 按鍵是直接交互界面，而天窗是間接交互界面，二者都可能存在被禁能的情況，任一禁能導(dǎo)致用戶需求受到限制，都需要向用戶提供明確合理的解釋，避免用戶疑惑，降低用戶認(rèn)知負(fù)荷。

2.2.3 概念層交互屬性

概念層交互的屬性包括緊急重要度、交互方法、認(rèn)知類型以及非預(yù)期交互的處理辦法。這些內(nèi)容的具體設(shè)計都需要應(yīng)用自然交互的設(shè)計方法。

2.2.3.1 交互優(yōu)先級

綜合考慮整車潛在功能失效分析(DFMEA)的設(shè)計[13]和功能安全設(shè)計[14]，本文提出按照交互失效導(dǎo)致的后果嚴(yán)重程度劃分人車交互優(yōu)先級(5級最高，1級最低)。

1級：不影響車輛當(dāng)前功能執(zhí)行，僅觸發(fā)反饋交互失敗狀態(tài)；

2級：該功能本身當(dāng)前失效或退出，非專業(yè)維修即可復(fù)原；

3級：車輛功能無法自恢復(fù)或同時導(dǎo)致其它功能失效，人員與財物安全；

4級：人員輕傷或財物(含數(shù)據(jù))重大損失；

5級：人員致命或重傷。

2.2.3.2 交互方法

不同的交互方法對應(yīng)不同的交互通道，如視覺、聽覺、嗅覺、味覺、觸感、表情識別等。不同的交互方法產(chǎn)生不同的技術(shù)解決方案，比如如果車外解鎖采用了面部識別的交互方法，那么整車設(shè)計從一開始就需要考慮在車門附近安裝攝像頭，同時需要考慮視覺識別的觸發(fā)條件以及霜霧等自然環(huán)境因素。

具體的交互方法可參照：語音交互、手勢交互、觸控交互、視線交互、表情交互、體態(tài)交互和生物電交互(包括腦電交互)。

2.2.3.3 交互類型

用戶在接觸車輛功能過程中，通常會有一些典型的認(rèn)知需求，如辨認(rèn)、學(xué)習(xí)、查詢或?qū)ふ?尋找多發(fā)生在多級交互過程中)、思考或咨詢。不同的認(rèn)知類型的交互對人的注意力要求不同，在交互設(shè)計中需要兼顧用戶的自然知覺特性和知覺傳遞效率[15]。當(dāng)車輛發(fā)生故障時，需要向用戶提供辨認(rèn)度高的交互元素，通常以文言的形式提供。常規(guī)的或國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的提示元素采用圖標(biāo)的形式，特別地，一些內(nèi)容可以提供語音播報甚至解讀。

2.2.3.4 非預(yù)期交互的處理辦法

當(dāng)用戶做出與系統(tǒng)判斷不同的交互行為，需要全面考慮非預(yù)期交互帶來的影響。比如當(dāng)前排用戶觸發(fā)全部車窗降低的操作時，后排用戶本地觸發(fā)車窗上升操作，則該車窗停止移動并等待新的移動指令。系統(tǒng)按照自動化程度選擇做出不同的反應(yīng)，如停止、忽略、調(diào)用系統(tǒng)異常交互處理邏輯。

2.3 體驗層交互

體驗層交互是交互設(shè)計在產(chǎn)品中的體現(xiàn)。從概念層交互過程中提取的元交互定義與具體屬性，在體驗層交互階段可結(jié)合產(chǎn)品的試驗與應(yīng)用進(jìn)一步完善。比如車載的平視系統(tǒng)，在體驗階段很有可能會受到照明條件、路面狀況、太陽鏡偏光等因素的影響，這些使用問題將直接導(dǎo)致交互效率降低或交互失效，魅點轉(zhuǎn)化為痛點，引發(fā)用戶抱怨。

2.3.1 體驗層交互設(shè)計的特點

在不違反概念型交互結(jié)論的前提下，同一個功能的觸發(fā)交互界面，可根據(jù)車型的整體風(fēng)格定義，如選擇虛擬按鍵或?qū)嶓w按鍵。同時可提供個性化交互界面，如用戶可以自定義交互手勢，不同的手勢觸發(fā)不同的功能指令。體驗層交互設(shè)計方案應(yīng)考慮用戶人群的自然屬性，年輕人的生理感知特性與老年人不同，如視覺特性、聽覺特性、觸感特性和體感特性等[16]。這些自然屬性可以量化為不同的技術(shù)指標(biāo)，如向老年人提供稍大字體的顯示信息，或稍高分貝的音量。

2.3.2 體驗層交互元素設(shè)計

遵循人的感官通道自然屬性制定交互元素的參數(shù)，例如聲音元素的音色、音量、音效等，視覺元素的顏色、閃爍、文言等。

不同的車型有不同的車載產(chǎn)品或功能配備，如四溫區(qū)空調(diào)或遙控泊車，有時各車型之間有借用和更改借用的情況，可能會產(chǎn)生信息交疊、信息缺失或信息表達(dá)不一致的情況。人車交互架構(gòu)可以針對每一款車型的特性生成一套完整的交互信息表和交互邏輯圖，將用戶感知的信息映射到各感知裝備。這樣既可以確保品牌的一致性和平臺技術(shù)穩(wěn)定性，又可以體現(xiàn)新產(chǎn)品魅點。

3 結(jié)語

綜上所述，本文根據(jù)實際工作經(jīng)驗，建立了一套完整的人車交互架構(gòu)設(shè)計理念和整車交互設(shè)計方法論，其中，人車交互架構(gòu)劃分為場景級交互、概念層交互以及體驗層交互,并詳細(xì)介紹了各交互的特點以及各層級之間的關(guān)系。特別地，在概念層交互的介紹中提出元交互概念，為交互優(yōu)先級、交互方法和交互類型提供了對應(yīng)的分類標(biāo)準(zhǔn)。