基于駕駛員個(gè)體差異的車載信息設(shè)備界面設(shè)計(jì)

【日】 久門仁

關(guān)鍵詞：電子控制;人機(jī)界面;個(gè)體差異;用戶體驗(yàn)設(shè)計(jì)

0 前言

用戶的個(gè)體差異要求主要是指駕駛員依據(jù)個(gè)人不同的身體條件、愛好、想法等，在考量商品和服務(wù)時(shí)提出明顯帶有個(gè)人偏好的需求。為適應(yīng)這樣的個(gè)體差異，研究人員可專門為其設(shè)計(jì)出“定制”方案。在個(gè)人電腦或智能手機(jī)等產(chǎn)品上，研究人員可對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置變更，從而滿足用戶的個(gè)性化需求。研究人員在對(duì)汽車的車載信息界面進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，同樣也需要考慮用戶的特定需求。

目前，車輛及乘員保護(hù)系統(tǒng)還未實(shí)現(xiàn)定制化需求，研究人員通過強(qiáng)制將汽車各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置為初始狀態(tài)（默認(rèn)值），以確保所有的駕駛員在駕駛車輛時(shí)不會(huì)產(chǎn)生顧慮，而讓駕駛員按照個(gè)人喜好對(duì)車輛參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，目前并不現(xiàn)實(shí)。

汽車的人機(jī)界面需要采用“通用設(shè)計(jì)”的方法，以簡(jiǎn)化駕駛員的操作過程。汽車的通用設(shè)計(jì)與無障礙設(shè)計(jì)是2個(gè)不同的概念，且容易產(chǎn)生混淆。考慮到不同駕駛員之間的個(gè)體差異，研究人員必須充分了解“通用設(shè)計(jì)”的概念。

本文以運(yùn)動(dòng)型汽車為例，針對(duì)用戶的個(gè)體差異，介紹了通用設(shè)計(jì)的方法。本文還以雷克薩斯（LEXUS）發(fā)布的全新改款LS系列車型為例，基于用戶對(duì)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的依賴性等個(gè)體差異，介紹了圖形設(shè)計(jì)的實(shí)例。

1 基于用戶差異的界面設(shè)計(jì)過程

在新車型的開發(fā)過程中，基于“用戶形象”這一特點(diǎn)，研發(fā)人員設(shè)置了相應(yīng)的分析過程。這一過程代表了研究人員在設(shè)計(jì)過程中，針對(duì)用戶形象進(jìn)行的設(shè)想與描述。例如，在制定“青年消費(fèi)者購(gòu)買運(yùn)動(dòng)型汽車”這一設(shè)計(jì)方案中，研究人員設(shè)置了如圖1所示的用戶形象。在該車型設(shè)計(jì)過程中，此類用戶形象是用于定位目標(biāo)客戶的核心內(nèi)容，具有較強(qiáng)的代表性。因此，對(duì)于1款車型的設(shè)計(jì)應(yīng)主要針對(duì)目標(biāo)用戶的共同愛好、行為及觀點(diǎn)等方面進(jìn)行分析，并結(jié)合企業(yè)的經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)。

該款運(yùn)動(dòng)型汽車在上市銷售后，所面向的用戶并不只局限于之前所設(shè)定的目標(biāo)人群。在銷售運(yùn)動(dòng)型汽車的市場(chǎng)中，大齡用戶的偏好往往更為豐富，其主要原因如下：（1）部分大齡用戶希望實(shí)現(xiàn)自己年輕時(shí)的夢(mèng)想;（2）部分大齡用戶希望遵循內(nèi)心的想法;（3）部分大齡用戶經(jīng)濟(jì)狀況較好，購(gòu)買力較強(qiáng)。選擇了該款車型的目標(biāo)人群往往會(huì)與大齡用戶的愛好相似。因此，研究人員在進(jìn)行車型設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)以用戶形象作為前提。

在車型的實(shí)際使用等方面，設(shè)計(jì)過程也會(huì)因用戶形象的不同而出現(xiàn)一系列問題。在本案例中，研究人員充分考慮了用戶的身體差異。而實(shí)際上，偏好此類運(yùn)動(dòng)型汽車的大齡用戶，其心理年齡比生理年齡更為年輕，其駕駛技能及經(jīng)驗(yàn)等方面也較為豐富。

盡管如此，研究人員在進(jìn)行用戶形象分析時(shí)，用戶所面臨的一些實(shí)際問題仍然無法通過目標(biāo)人群的心態(tài)及其運(yùn)動(dòng)習(xí)慣等方面表現(xiàn)出來。例如，大多數(shù)大齡用戶都會(huì)面臨“老花眼”這一問題，為了滿足其駕駛汽車的需求，并便于大齡用戶讀取儀表盤和顯示器上的信息，研究人員需要對(duì)儀表盤和顯示器等部件進(jìn)行設(shè)置，比如將文字設(shè)置為大號(hào)字體，從而方便該類用戶讀取。

針對(duì)大齡用戶的實(shí)際需求，研究人員在進(jìn)行設(shè)備界面設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮采用大號(hào)的文字，并加寬儀表盤上的刻度間隔，便于大齡用戶讀取信息（圖2）。按此要求進(jìn)行調(diào)整，既滿足了大齡用戶的需求，同時(shí)年輕用戶的可視性也不會(huì)受到影響。為提升運(yùn)動(dòng)型汽車的精致感，研究人員需要優(yōu)化儀表板內(nèi)配置布局的協(xié)調(diào)性。

研究人員在進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，如果僅關(guān)注可視性，那么相關(guān)設(shè)計(jì)方案將會(huì)與重點(diǎn)用戶的特征產(chǎn)生偏離。1個(gè)具有較強(qiáng)吸引力的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案應(yīng)兼顧不同年齡段用戶的想法，因?yàn)椴煌脩敉矔?huì)有著相同或相近的個(gè)人偏好。如果研究人員僅從年輕用戶的角度出發(fā)來設(shè)計(jì)產(chǎn)品，則會(huì)失去具有相同偏好的潛在大齡用戶。例如，研究人員可以采用數(shù)字式速度顯示方法，并且不會(huì)對(duì)設(shè)計(jì)性及商品特性造成負(fù)面影響。與模擬式速度顯示方法相比，該方法通過大號(hào)的文字來顯示速度，而且在整個(gè)范圍內(nèi)的最小刻度為1km/h，具有較高的精確性。如果有必要，模擬式顯示方式與數(shù)字式顯示方式將有望實(shí)現(xiàn)同時(shí)并存，并且不會(huì)對(duì)通用設(shè)計(jì)方案產(chǎn)生負(fù)面影響。

目前，汽車儀表正在向全圖形化發(fā)展?，F(xiàn)階段的設(shè)計(jì)思路是將模擬式儀表置換成數(shù)字式儀表，未來還將發(fā)展成為通用的可視化儀表，以滿足各種信息的顯示需求，所涉及的功能也會(huì)相應(yīng)增多。因此，研究人員通常會(huì)將可視性作為優(yōu)先級(jí)最高的設(shè)計(jì)要求。

此外，HUD（圖3）作為車用顯示器，是1種實(shí)用性較強(qiáng)的通用設(shè)備。該設(shè)備利用汽車前擋風(fēng)玻璃和專用反射板進(jìn)行反射，在駕駛員視線前方形成投影圖像，從根本上消除了大齡用戶由于老花眼所產(chǎn)生的駕駛問題。HUD并不是1款全新設(shè)備，早在1988年，美國(guó)通用汽車公司就已首次采用了這一技術(shù)，而在日本國(guó)內(nèi)，日產(chǎn)汽車公司、豐田汽車公司也幾乎同時(shí)開展了跟蹤研發(fā)。盡管豐田汽車公司并沒有迅速推廣HUD，但是近30年來，豐田汽車公司持續(xù)生產(chǎn)了安裝有HUD的汽車。

近年來，寶馬汽車公司（BMW）等歐洲汽車制造商也在迅速推廣HUD。薄膜晶體管液晶顯示器（TFTLCD）具有全彩色化及成套化等優(yōu)勢(shì)，正逐漸成為與自動(dòng)駕駛相匹配的主要設(shè)備之一。

相比以前的顯示器，不管是數(shù)字式速度顯示儀表，還是HUD，其自身所產(chǎn)生的屏幕反光較少。在信息傳遞方面，這些設(shè)備具有明顯優(yōu)勢(shì)，因此在汽車和飛機(jī)等產(chǎn)品中得到了廣泛應(yīng)用。針對(duì)用戶身體因素的差異，研究人員在進(jìn)行界面設(shè)計(jì)時(shí)，采用通用設(shè)計(jì)是1種較好的方法。

2 對(duì)系統(tǒng)存在依賴性的界面設(shè)計(jì)

目前全球汽車工業(yè)正處于互聯(lián)、自動(dòng)駕駛、共享、電動(dòng)化的時(shí)代，而傳統(tǒng)的汽車技術(shù)也正在逐步向自動(dòng)駕駛技術(shù)轉(zhuǎn)型。如果未來汽車能完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛，那么固有的人機(jī)界面將會(huì)被取消，用戶駕駛汽車也如同乘坐無軌電車和城市客車一樣便捷。

伴隨著這一變化，研究人員在設(shè)計(jì)時(shí)需要思考如何協(xié)調(diào)人與汽車的相關(guān)性。例如，駕駛員應(yīng)如何持續(xù)監(jiān)視系統(tǒng)，以觀察系統(tǒng)是否能夠作出正確的判斷;在突發(fā)緊急情況時(shí)，駕駛員應(yīng)如何快速介入并進(jìn)行修正。因此，研究人員需要充分考慮駕駛員對(duì)自動(dòng)駕駛或輔助駕駛系統(tǒng)的依賴性，以及不同駕駛員之間的個(gè)體差異。

2020年7月，豐田汽車公司發(fā)布了具有先進(jìn)駕駛功能的LEXUSLS 車型配置。該車型配置采用了豐田汽車公司最先進(jìn)的高級(jí)駕駛輔助技術(shù)，并在高速公路上進(jìn)行了試驗(yàn)。汽車的車載系統(tǒng)能根據(jù)實(shí)際的交通狀況作出合理的認(rèn)知、判斷和操作，實(shí)現(xiàn)了維持車距、分流、變道、超車等功能。依賴于先進(jìn)的駕駛系統(tǒng)，雖然駕駛員的操作負(fù)荷大幅降低，但是駕駛員仍有必要提高警惕，以防意外發(fā)生。

豐田汽車公司與東京大學(xué)合作，重點(diǎn)開發(fā)了該款車型的人機(jī)界面（HMI），并針對(duì)駕駛員的“行為主體感”進(jìn)行了相關(guān)研究。研究人員對(duì)“行為主體感”的定義如下：駕駛員在駕駛汽車的過程中，對(duì)自己應(yīng)負(fù)的駕駛責(zé)任的主觀感受。HMI開發(fā)就是研究駕駛員應(yīng)該采取怎樣的操作方式來持續(xù)加強(qiáng)這一感受。

當(dāng)駕駛員駕駛配備有LEXUSLS 高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)的車型時(shí)，如果系統(tǒng)出現(xiàn)疏忽或錯(cuò)誤判斷，駕駛員必須要對(duì)其進(jìn)行修正。研究人員設(shè)定了以下2種系統(tǒng)失效的場(chǎng)景（圖4）：（1）汽車主動(dòng)發(fā)生事故（簡(jiǎn)稱為事故）;（2）道路上發(fā)生了意外事故，駕駛員未對(duì)此作出反應(yīng)，而是駕駛汽車?yán)^續(xù)前行。在場(chǎng)景一中，HMI需要迅速向駕駛員通報(bào)所發(fā)生的事故，并促使駕駛員作出合適的判斷。在場(chǎng)景二中，如果HMI未被觸發(fā)，而駕駛員也未持續(xù)監(jiān)視系統(tǒng)，則有可能會(huì)出現(xiàn)安全問題。當(dāng)駕駛員高度依賴系統(tǒng)并積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，駕駛員對(duì)問題發(fā)生時(shí)的警覺性和應(yīng)變能力將會(huì)逐步弱化。

在該項(xiàng)研究中，研究人員使用了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（AR）作為HUD的擴(kuò)展。AR是1種可將汽車未來所處位置的實(shí)景圖形合成到駕駛模擬器前置畫面中的新技術(shù)。以往表示車輛前進(jìn)路線的圖形只是一般性的顯示功能，但新設(shè)備能顯示出汽車的加減速方向、未來所處的數(shù)個(gè)位置，并可短時(shí)監(jiān)視汽車前方的狀況，使駕駛員具有身臨其境之感。研究人員從多種場(chǎng)景出發(fā)，探討了這一顯示方式的特性。例如，怎樣的顯示方式會(huì)使駕駛員具有更強(qiáng)的行為主體感，屏顯持續(xù)時(shí)長(zhǎng)維持是否有效等。

目前，就先進(jìn)駕駛圖形顯示方式的研究方法而言，研究人員需要預(yù)先設(shè)定若干不同條件，并對(duì)與之相匹配的方法進(jìn)行探討，從而使其與車輛的實(shí)際運(yùn)行過程相適應(yīng)，以貼近用戶的心理。

其中最大的不同點(diǎn)就是AR顯示。研究人員在研究過程中，將行駛線顯示在駕駛模擬器的屏幕上，并使用了AR方式。采用LEXUSLS車型的HUD所展示的圖形區(qū)域并不能覆蓋全部視角。該車型的HUD所顯示的圖形和以前基本一樣，只是將前方道路以相似的縮小圖形來進(jìn)行展示（圖5）。在該圖形中，為了展示出所需要的效果，研究人員需要重點(diǎn)關(guān)注以下2個(gè)要點(diǎn)。

第1個(gè)要點(diǎn)是對(duì)車輛動(dòng)態(tài)軌跡的顯示（圖6）。對(duì)車輛軌跡進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示的指示器是由車輛行駛路線加固定時(shí)間刻度顯示線組成的，也即未來處于車輛前端、假想的緩沖器位置所顯示的場(chǎng)景（圖4）。在量產(chǎn)車中，該圖形能以固定時(shí)間間隔內(nèi)所通過道路上的標(biāo)記來顯示。駕駛員通過指示器的運(yùn)動(dòng)軌跡，能較輕易地捕捉到車輛的運(yùn)動(dòng)。此外，因?yàn)橹甘酒鞑贾糜谲圀w下方，車輛的顯示圖形會(huì)存在與周圍車輛運(yùn)動(dòng)軌跡重疊在一起的情況。在車輛行駛時(shí)，駕駛員也能想像出車輛移動(dòng)的狀態(tài)，從而可以規(guī)避一些風(fēng)險(xiǎn)。

第2個(gè)要點(diǎn)是HUD所采用的圖形上觀測(cè)角度的變化（圖6）。在HUD固定時(shí)，駕駛員所看到的前方畫面是以縮小的形式來顯示的。該顯示方式為來自駕駛員視角的1車道圖形，是把駕駛員所在車道進(jìn)行放大顯示的簡(jiǎn)單圖形。所顯示的圖形包含了從后方駛來并接近駕駛車輛的其他車輛的狀況。同時(shí)，該顯示方式還包含有以旁觀者視角觀察的3車道顯示圖形，是從車輛后方俯視，包含了駕駛員所在車道與左右相鄰的3條車道，以及駕駛員所在車輛的俯視圖。

兩者之間的變化可通過連續(xù)的車輛活動(dòng)畫面來實(shí)現(xiàn)切換。假設(shè)駕駛員站在客觀角度來觀察自己車輛所處的活動(dòng)畫面，并通過該車輛活動(dòng)畫面，使HUD中的圖形成為連續(xù)且保有較高關(guān)聯(lián)性的畫面，這樣就可以提醒駕駛員密切關(guān)注車輛周圍所發(fā)生的事故。同樣，駕駛員即使沒有長(zhǎng)期關(guān)注某個(gè)場(chǎng)景，但由于周圍視野是動(dòng)態(tài)變化的，也能讓駕駛員注意到事故的發(fā)生。

當(dāng)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)應(yīng)該發(fā)生的事故實(shí)際上卻沒有發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)將會(huì)與期望值之間產(chǎn)生落差，會(huì)引起駕駛員的不適感，也會(huì)相應(yīng)提升駕駛員的警覺性。該系統(tǒng)可將動(dòng)態(tài)的軌跡和HUD的觀測(cè)角度進(jìn)行切換。在駕駛員觀察周圍視野時(shí)，該系統(tǒng)可通過較易于識(shí)別的動(dòng)態(tài)顯示相關(guān)信息，便于駕駛員進(jìn)行連續(xù)監(jiān)控。

在圖形儀表中，“先進(jìn)駕駛”在常態(tài)下成為從旁觀者視角俯視的顯示狀態(tài)。這是因?yàn)閮x表上的圖形能像雷達(dá)一樣，以客觀狀態(tài)顯示自己車輛周圍的情況。當(dāng)事件發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)會(huì)將駕駛員的意識(shí)反映到儀表中，并將前方實(shí)景轉(zhuǎn)移到駕駛員的視野中，因此與HUD 條件有所不同。就車輛動(dòng)態(tài)的軌跡而言，即使在儀表上進(jìn)行了同樣顯示，但駕駛員通過周圍視野卻更易于識(shí)別該類軌跡。

在采用LEXUSLS的駕駛過程中，為了適應(yīng)對(duì)系統(tǒng)依賴性及意識(shí)方面的個(gè)體差異，研究人員充分利用了駕駛員周圍視野的動(dòng)態(tài)要素。該方案在識(shí)別要素和提升駕駛員注意力方面非常有效。這也是豐田汽車公司的研究人員基于“直觀界面”這一研發(fā)目標(biāo)所得到的結(jié)果。

3 面向未來的“直觀界面”

HMI的分類方法如圖7所示。未來，研究人員可根據(jù)該方案開展相關(guān)研究。

在一般情況下，HMI被研究人員認(rèn)為是從汽車到駕駛員的輸出“顯示”和從駕駛員到汽車的輸入“操作”的總稱。本文所述的“顯示”，不僅是視覺信息，也包含聽覺（聲音）、身體感覺（力量、振動(dòng)）等方面的信息。由于HMI不需要駕駛員進(jìn)行人為輸入，因此也能使用傳感器檢測(cè)出駕駛員的狀態(tài)，并對(duì)輸入信息進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)。HMI可以分成2個(gè)系統(tǒng)，其中1個(gè)是在駕駛員有意識(shí)狀態(tài)下進(jìn)行輸入和輸出的操作顯示系統(tǒng)，另1個(gè)是在駕駛員無意識(shí)狀態(tài)下進(jìn)行輸入和輸出的作用檢測(cè)系統(tǒng)。

本文所涉及的個(gè)體差異，主要是在通過駕駛員的意識(shí)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行操作時(shí)所產(chǎn)生的情況。此外，除個(gè)體差異外，駕駛員也會(huì)由于狀態(tài)不同而出現(xiàn)不同的反應(yīng)。在作用檢測(cè)系統(tǒng)中，對(duì)駕駛員進(jìn)行定量分析時(shí)，會(huì)因個(gè)體的不同存在較大差異。在對(duì)駕駛員進(jìn)行定性分析時(shí)，由于研究人員采用了更為直觀的方法，使得個(gè)體差異相對(duì)較小。

在汽車逐步向自動(dòng)駕駛技術(shù)轉(zhuǎn)型的時(shí)代，HMI的檢測(cè)系統(tǒng)將變得更為重要，因?yàn)槠淇梢哉莆杖说臓顟B(tài)，并引導(dǎo)駕駛員采用正確的駕駛習(xí)慣。在已逐漸實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的車型中，系統(tǒng)可通過駕駛員監(jiān)視器，檢測(cè)出駕駛員是否出現(xiàn)閉眼或瞥眼的狀態(tài)，并通過一系列功能使駕駛員維持清醒狀態(tài)。

未來對(duì)于如何使駕駛員維持清醒狀態(tài)，以及如何防止乘員暈車等課題，研究人員有可能運(yùn)用某些視覺效果及其他系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)（圖8）。

研究人員發(fā)現(xiàn)，駕駛員如果遇到緊急狀況并通過本能進(jìn)行反應(yīng)，由此所產(chǎn)生的個(gè)體差異將變小。例如，向腕部投射飛快移動(dòng)的紅色光線時(shí)，將會(huì)對(duì)駕駛員產(chǎn)生造成強(qiáng)烈的警示作用。

4 結(jié)語(yǔ)

本文重點(diǎn)介紹了不易受駕駛員生理及心理等個(gè)體差異影響的通用設(shè)計(jì)方案。通過上文所述的定制化方法，研究人員可以在適應(yīng)駕駛員個(gè)人愛好，且在系統(tǒng)允許的基礎(chǔ)上自由配置HMI。理想的設(shè)計(jì)方案是系統(tǒng)可以通過不斷的學(xué)習(xí)以自動(dòng)地適應(yīng)駕駛員需求。如果具備這樣的設(shè)計(jì)理念，未來的圖形設(shè)備將具有極佳的商品特性。

研究人員下一步的設(shè)計(jì)重點(diǎn)主要是如何平衡以下2個(gè)功能設(shè)計(jì)，以滿足更高層次的人機(jī)界面設(shè)計(jì)。（1）針對(duì)個(gè)體差異，開發(fā)出與之相適應(yīng)的功能設(shè)計(jì);（2）排除個(gè)體差異的影響，并確保駕駛員安全的功能設(shè)計(jì)。