一種人車(chē)交互架構(gòu)設(shè)計(jì)方法

萬(wàn)曉東，李 超

(中國(guó)第一汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司智能網(wǎng)聯(lián)開(kāi)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(chē)架構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì)，如何將以人為主的汽車(chē)交互設(shè)計(jì)與以技術(shù)為主的汽車(chē)產(chǎn)品(功能)設(shè)計(jì)解耦成為研究課題。在汽車(chē)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(chē)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程的人車(chē)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(hù)粘性。

1 人車(chē)交互架構(gòu)

1.1 人車(chē)交互架構(gòu)概念

在整車(chē)設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要引用平臺(tái)化的人車(chē)交互模型。這種模型包含了乘客(含駕駛員)、車(chē)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(kāi)關(guān)激活遠(yuǎn)光燈，其中燈光開(kāi)關(guān)與遠(yuǎn)光燈點(diǎn)亮照射出的光線(xiàn)是人與車(chē)的交互界面，而交互邏輯是點(diǎn)擊開(kāi)啟開(kāi)關(guān)則遠(yuǎn)光燈點(diǎn)亮。

這種專(zhuān)用于定義整車(chē)級(jí)多層次交互信息以及建立、應(yīng)用數(shù)以萬(wàn)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(chē)交互架構(gòu)(Human-Vehicle Interaction Architecture，HVE)。

1.2 人車(chē)交互架構(gòu)設(shè)計(jì)理念

第一，人車(chē)交互設(shè)計(jì)兼顧用戶(hù)的需求與車(chē)輛工程目標(biāo)。人車(chē)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(chē)輛(包括構(gòu)成車(chē)輛的產(chǎn)品)的設(shè)計(jì)特性劃分人車(chē)交互任務(wù)的類(lèi)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(chē)交互的核心理念是向用戶(hù)提供貼心的交互服務(wù)。通過(guò)車(chē)輛功能向用戶(hù)傳遞便捷、舒適、易學(xué)易知的交互設(shè)計(jì)理念，在滿(mǎn)足用戶(hù)需求的同時(shí)增強(qiáng)用戶(hù)對(duì)車(chē)輛的情感與粘性[2]。

第三，人車(chē)交互工作開(kāi)展的重點(diǎn)在于將自然交互的理念與方法融合到整車(chē)設(shè)計(jì)過(guò)程中，車(chē)輛功能的存在與使用要遵從用戶(hù)的自然需求、自然行為特性以及認(rèn)知特性，在整車(chē)設(shè)計(jì)的不同階段，需要結(jié)合不同側(cè)重點(diǎn)開(kāi)展人車(chē)交互評(píng)價(jià)活動(dòng)，識(shí)別并解決人車(chē)交互架構(gòu)設(shè)計(jì)在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中遇到的技術(shù)問(wèn)題。

第四，人車(chē)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(chē)設(shè)計(jì)并具備迅速迭代或升級(jí)的能力[3]。

同款車(chē)型針對(duì)不同的任務(wù)處理過(guò)程，對(duì)待用戶(hù)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(hù)的自信以及用戶(hù)對(duì)產(chǎn)品的信賴(lài)[4]，這是人車(chē)交互架構(gòu)的基礎(chǔ)工作內(nèi)容。

2 人車(chē)交互架構(gòu)的層級(jí)

人車(chē)交互架構(gòu)的設(shè)計(jì)，立足于車(chē)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(chē)輛功能定義，滿(mǎn)足不同層級(jí)的交互需求，比如用戶(hù)開(kāi)啟導(dǎo)航，或在導(dǎo)航中修改目的地信息。人車(chē)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(guò)程中建立的交互能力，如座椅(便于用戶(hù)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(guò)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(chē)型功能開(kāi)發(fā)(包括軟件架構(gòu)開(kāi)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(hù)所處的自然場(chǎng)景中，基于用戶(hù)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(kāi)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(hù)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(hù)的自然需求

場(chǎng)景級(jí)交互通過(guò)對(duì)用戶(hù)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(hù)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(hù)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(chē)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(lái)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(hù)持續(xù)提供到達(dá)車(chē)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(chē)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(hù)必須攜帶的物品合并，比如基于智能車(chē)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(hù)以及帶著老人或兒童出行的用戶(hù)，可以控制車(chē)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(chē)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(guò)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(jué)信息時(shí)需要有顯示或燈光，人獲取聽(tīng)覺(jué)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(guò)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(guò)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(chē)輛使用的部分功能具備預(yù)置選項(xiàng)，用戶(hù)可以預(yù)置選項(xiàng)開(kāi)關(guān)功能，或者說(shuō)，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(hù)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(hù)有明確的操作意象或動(dòng)作，從而開(kāi)啟或關(guān)閉該功能；自動(dòng)觸發(fā)是指車(chē)輛按上次設(shè)置的記憶(或識(shí)別用戶(hù)偏好信息)自動(dòng)為用戶(hù)開(kāi)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(chē)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(kāi)啟，用戶(hù)可以通過(guò)皮膚觸覺(jué)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(huà)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(hù)可以開(kāi)啟雨天關(guān)窗功能，即如果下雨則車(chē)輛自動(dòng)關(guān)窗，而車(chē)輛沒(méi)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(mǎn)足，這種狀態(tài)稱(chēng)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(chē)輛進(jìn)入報(bào)警狀態(tài)，可按照車(chē)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(zhuān)業(yè)檢修，此時(shí)需要向用戶(hù)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(guò)單一或組合交互通道向用戶(hù)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(hù)感知相關(guān)，需要向用戶(hù)提供明確的狀態(tài)信息說(shuō)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(guò)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(kāi)環(huán)交互與閉環(huán)交互。開(kāi)環(huán)交互指的是系統(tǒng)沒(méi)有反饋回路，比如用戶(hù)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(hù)觀(guān)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(pán)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(lái)表達(dá)元交互。常規(guī)的表達(dá)式為“用戶(hù)+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(hù)觸控后排扶手屏幕(天窗開(kāi)啟虛擬按鍵)使天窗開(kāi)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(chē)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(guò)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(hù)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(guò)后扶手屏幕控制天窗滑移開(kāi)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(hù)需求受到限制，都需要向用戶(hù)提供明確合理的解釋?zhuān)苊庥脩?hù)疑惑，降低用戶(hù)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(lèi)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(chē)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(chē)交互優(yōu)先級(jí)(5級(jí)最高，1級(jí)最低)。

1級(jí)：不影響車(chē)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(zhuān)業(yè)維修即可復(fù)原；

3級(jí)：車(chē)輛功能無(wú)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(jué)、聽(tīng)覺(jué)、嗅覺(jué)、味覺(jué)、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(chē)外解鎖采用了面部識(shí)別的交互方法，那么整車(chē)設(shè)計(jì)從一開(kāi)始就需要考慮在車(chē)門(mén)附近安裝攝像頭，同時(shí)需要考慮視覺(jué)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(yǔ)音交互、手勢(shì)交互、觸控交互、視線(xiàn)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(lèi)型

用戶(hù)在接觸車(chē)輛功能過(guò)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(xún)或?qū)ふ?尋找多發(fā)生在多級(jí)交互過(guò)程中)、思考或咨詢(xún)。不同的認(rèn)知類(lèi)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(hù)的自然知覺(jué)特性和知覺(jué)傳遞效率[15]。當(dāng)車(chē)輛發(fā)生故障時(shí)，需要向用戶(hù)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(guó)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(yǔ)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(hù)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(lái)的影響。比如當(dāng)前排用戶(hù)觸發(fā)全部車(chē)窗降低的操作時(shí)，后排用戶(hù)本地觸發(fā)車(chē)窗上升操作，則該車(chē)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(guò)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(chē)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(yáng)鏡偏光等因素的影響，這些使用問(wèn)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(hù)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(chē)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(hù)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(hù)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(jué)特性、聽(tīng)覺(jué)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(jué)元素的顏色、閃爍、文言等。

不同的車(chē)型有不同的車(chē)載產(chǎn)品或功能配備，如四溫區(qū)空調(diào)或遙控泊車(chē)，有時(shí)各車(chē)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(chē)交互架構(gòu)可以針對(duì)每一款車(chē)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(hù)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(yǔ)

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(chē)交互架構(gòu)設(shè)計(jì)理念和整車(chē)交互設(shè)計(jì)方法論，其中，人車(chē)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(lèi)型提供了對(duì)應(yīng)的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)。