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        一種人車交互架構(gòu)設(shè)計(jì)方法

        2022-03-16 02:02:54萬曉東
        關(guān)鍵詞:人車架構(gòu)特性

        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(zhǎng)春 130021)

        伴隨人機(jī)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(shì),如何將以人為主的汽車交互設(shè)計(jì)與以技術(shù)為主的汽車產(chǎn)品(功能)設(shè)計(jì)解耦成為研究課題。在汽車電氣架構(gòu)平臺(tái)設(shè)計(jì)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(jì)方法,能夠?yàn)閺姆?wù)引導(dǎo)新技術(shù)的快速搭載提供高效途徑,同時(shí)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(jì)過程中,需要引用平臺(tái)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(diǎn)亮照射出的光線是人與車的交互界面,而交互邏輯是點(diǎn)擊開啟開關(guān)則遠(yuǎn)光燈點(diǎn)亮。

        這種專用于定義整車級(jí)多層次交互信息以及建立、應(yīng)用數(shù)以萬計(jì)的交互界面的方法與在該方法指導(dǎo)下的技術(shù)平臺(tái),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(jì)理念

        第一,人車交互設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)理念,在滿足用戶需求的同時(shí)增強(qiáng)用戶對(duì)車輛的情感與粘性[2]。

        第三,人車交互工作開展的重點(diǎn)在于將自然交互的理念與方法融合到整車設(shè)計(jì)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(jì)的不同階段,需要結(jié)合不同側(cè)重點(diǎn)開展人車交互評(píng)價(jià)活動(dòng),識(shí)別并解決人車交互架構(gòu)設(shè)計(jì)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(diǎn),支撐整車設(shè)計(jì)并具備迅速迭代或升級(jí)的能力[3]。

        同款車型針對(duì)不同的任務(wù)處理過程,對(duì)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(shí)增強(qiáng)用戶的自信以及用戶對(duì)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(jí)

        人車交互架構(gòu)的設(shè)計(jì),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(chǎng)景等),結(jié)合車輛功能定義,滿足不同層級(jí)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(jí)劃分為場(chǎng)景級(jí)交互、概念層交互和體驗(yàn)層交互。

        一般設(shè)計(jì)順序是從場(chǎng)景級(jí)交互推導(dǎo)衍生至體驗(yàn)層交互。各層級(jí)按照自身特性,均可建立交互能力,在場(chǎng)景級(jí)交互設(shè)計(jì)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(jì)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(duì)車型功能開發(fā)(包括軟件架構(gòu)開發(fā)以及產(chǎn)品驗(yàn)證)的輸入。

        2.1 場(chǎng)景級(jí)交互的概念

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

        場(chǎng)景級(jí)交互設(shè)計(jì)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(chǎng)景級(jí)交互設(shè)計(jì)從一開始就以遵從人的自然屬性為設(shè)計(jì)原則和檢驗(yàn)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(chǎng)景級(jí)交互設(shè)計(jì)面向用戶的自然需求

        場(chǎng)景級(jí)交互通過對(duì)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(chǎng)景級(jí)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(chǎng)景級(jí)交互推導(dǎo)出功能群

        實(shí)際上,車輛的任一使用場(chǎng)景,都可以結(jié)合場(chǎng)景級(jí)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(gè)在限定場(chǎng)景下的功能群。下面以導(dǎo)航場(chǎng)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(shí)現(xiàn)價(jià)值交互[8]。

        功能群3:行動(dòng)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(dòng)導(dǎo)航到指定位置,比如具備自動(dòng)駕駛導(dǎo)航功能的車輛[9]。

        2.2 概念層交互

        基于場(chǎng)景級(jí)交互設(shè)計(jì)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(xiàng)功能通??刹鸱殖啥鄠€(gè)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(shí)需要有顯示或燈光,人獲取聽覺信息時(shí)需要有聲音以及產(chǎn)生聲音的振動(dòng)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(jì)通過對(duì)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(jì)優(yōu)化,整個(gè)過程要兼顧交互體驗(yàn)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(xiàng),用戶可以預(yù)置選項(xiàng)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(shí)包括用戶的有意識(shí)觸發(fā)和自動(dòng)觸發(fā):有意識(shí)觸發(fā)是指用戶有明確的操作意象或動(dòng)作,從而開啟或關(guān)閉該功能;自動(dòng)觸發(fā)是指車輛按上次設(shè)置的記憶(或識(shí)別用戶偏好信息)自動(dòng)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(yùn)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(duì)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(duì)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(dòng)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(dòng)關(guān)窗,而車輛沒有監(jiān)測(cè)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(bào)警狀態(tài),可按照車輛自動(dòng)化處理邏輯觸發(fā)不同等級(jí)的報(bào)警動(dòng)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(jí)等導(dǎo)致功能暫時(shí)不可用或需要專業(yè)檢修,此時(shí)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(jí),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(shí)通常伴有聲音提示,特殊情況下伴有振動(dòng)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(jì)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(bào)警信息后可能會(huì)觸發(fā)其它性質(zhì)的交互,如逃離或檢修等,而不是對(duì)報(bào)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(shí),系統(tǒng)在儀表盤上會(huì)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(gè)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(dòng)詞+交互界面實(shí)例+交互對(duì)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(gè)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(jì)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(dòng)作)、禁能(禁止動(dòng)作)。良好的交互設(shè)計(jì),應(yīng)該在為用戶提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)的同時(shí),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(jì)都需要應(yīng)用自然交互的設(shè)計(jì)方法。

        2.2.3.1 交互優(yōu)先級(jí)

        綜合考慮整車潛在功能失效分析(DFMEA)的設(shè)計(jì)[13]和功能安全設(shè)計(jì)[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(jí)(5級(jí)最高,1級(jí)最低)。

        1級(jí):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(jí):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(jí):車輛功能無法自恢復(fù)或同時(shí)導(dǎo)致其它功能失效,人員與財(cái)物安全;

        4級(jí):人員輕傷或財(cái)物(含數(shù)據(jù))重大損失;

        5級(jí):人員致命或重傷。

        2.2.3.2 交互方法

        不同的交互方法對(duì)應(yīng)不同的交互通道,如視覺、聽覺、嗅覺、味覺、觸感、表情識(shí)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(shí)別的交互方法,那么整車設(shè)計(jì)從一開始就需要考慮在車門附近安裝攝像頭,同時(shí)需要考慮視覺識(shí)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(shì)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(huì)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(jí)交互過程中)、思考或咨詢。不同的認(rèn)知類型的交互對(duì)人的注意力要求不同,在交互設(shè)計(jì)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(shí),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(bào)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(shí),后排用戶本地觸發(fā)車窗上升操作,則該車窗停止移動(dòng)并等待新的移動(dòng)指令。系統(tǒng)按照自動(dòng)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(yàn)層交互

        體驗(yàn)層交互是交互設(shè)計(jì)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(yàn)層交互階段可結(jié)合產(chǎn)品的試驗(yàn)與應(yīng)用進(jìn)一步完善。比如車載的平視系統(tǒng),在體驗(yàn)階段很有可能會(huì)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(diǎn)轉(zhuǎn)化為痛點(diǎn),引發(fā)用戶抱怨。

        2.3.1 體驗(yàn)層交互設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

        在不違反概念型交互結(jié)論的前提下,同一個(gè)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(shí)可提供個(gè)性化交互界面,如用戶可以自定義交互手勢(shì),不同的手勢(shì)觸發(fā)不同的功能指令。體驗(yàn)層交互設(shè)計(jì)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(yàn)層交互元素設(shè)計(jì)

        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(shí)各車型之間有借用和更改借用的情況,可能會(huì)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(duì)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(tái)技術(shù)穩(wěn)定性,又可以體現(xiàn)新產(chǎn)品魅點(diǎn)。

        3 結(jié)語

        綜上所述,本文根據(jù)實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn),建立了一套完整的人車交互架構(gòu)設(shè)計(jì)理念和整車交互設(shè)計(jì)方法論,其中,人車交互架構(gòu)劃分為場(chǎng)景級(jí)交互、概念層交互以及體驗(yàn)層交互,并詳細(xì)介紹了各交互的特點(diǎn)以及各層級(jí)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(jí)、交互方法和交互類型提供了對(duì)應(yīng)的分類標(biāo)準(zhǔn)。

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