汽车人机交互课件：汽车人机交互评价的理性指标

汽车人机交互1汽车人机交互评价的理性指标CONTENT&1有用性&1.1有用性的发展与形成&1.2有用性评价指标&1.3有用性设计建议&2安全性&2.1安全性的发展与形成&2.2安全性评价指标&2.3安全性设计建议&3高效性&3.1高效性的发展与形成&3.2高效性评价指标&3.3高效性设计建议4&1.1有用性的发展与形成有用性（utility）是指汽车人机交互能够有效地、准确地、稳定地以特性方法完成某种特定交互任务的能力。汽车人机交互的有用性指标来自于国际标准ISO9241可用性定义中的有效性（effectiveness），是可用性定义的三大基本指标之一。有效性是指用户完成特定交互任务的准确性和完整性。5&1.2有用性评价指标任务过程中可能出现错误的环节驾驶员手控可触及区域的推荐测量方法（来源：SAEJ287驾驶员手控制区域）汽车人机交互评价中的有用性可以拆分为功能支持、任务成功率、可触及性、稳定性、模态增强等二级评价指标。任务成功率是汽车人机交互系统成功且无误地完成某项交互任务的次数与操作总次数的比例。可触及性指在实现某个功能的过程中需要点击的位置能够被用户手指触及的轻松程度。如果这些位置距离用户身体过远，用户就必须向前耸起肩膀，或者向右移动身体才能够成功操作。6&1.2有用性评价指标

宝马5系（2004年）中控屏和仪表外有向下倾斜的透明罩（来源：BMWGroup）汽车人机交互系统的工作环境非常复杂，能够在实验室中运转良好的系统未必能够稳定地应对所有真实的使用环境。汽车人机交互系统一方面需要能够应对复杂的光线和复杂的噪音，同时还要提升自身的散热性能和稳定工作的能力如抗反光性能。屏幕上出现的反光会影响用户阅读屏幕中的内容，从而无法正确地、安全地、高效地完成交互任务。2010年之前的很多车型会在中控屏和仪表外侧安装向下倾斜的凹面透明罩，以过滤掉外界光线的反射保时捷Taycan（2020年）内凹的曲面仪表屏（来源：PorscheAG）7&1.2有用性评价指标理想One（2021年）用“可见即可说”方式选择音乐中的“排行”随着汽车人机交互的快速发展，各种交互模态之间可能会相互交叉与影响。例如，语音交互模态既要拥有独立性又要拥有互补性，与触屏、按键等交互模态不同，它是唯一不需要用户产生任何肢体动作的模态。用户在使用语音进行操作的时候，很自然地会认为只使用语音就可以完成某个任务的所有步骤。“可见即可说”这种新型交互方式在2021年由小鹏汽车率先推向市场，并被其他企业争相效仿。用户可以用语音直接读出屏幕上的内容，无需点击，就可以进行交互。例如，理想One在音乐的界面中，用户说出“排行”，页面中的排行图标上就会出现蓝色的动态小圆圈，然后进入排行里的音乐列表.8&1.3有用性设计建议功能支持中交互模态的选择与车型设计的策略相关。例如，特斯拉在2017年推出的Model3就没有任何中控区域按键，也没有仪表屏，而用一块中控屏整合了它们的功能。特斯拉Model3（2018款）没有中控按键和仪表屏（来源：Tesla,Inc.）汽车的很多性能指标与车辆的价格正相关，因此在进行车辆对比的时候，常常会将它们分为不同的细分市场（segment）。级别越高的产品自然会拥有更好的动力性、更好的操控性、更好的舒适性。9&1.3有用性设计建议凯迪拉克CT6（2017年）的触压式按键（来源：GeneralMotorsCompany）实体按键是一种历史十分悠久的汽车人机交互模态，近年来也在随着数字化的趋势而改变自身的形态。有一些实体按键呈现出类似于屏幕的外观和触感。保时捷Panamera（2017年）的触摸式按键有震动反馈（来源：PorscheAG）有一些实体按键呈现出类似于屏幕的外观和触感。传统实体按键与屏幕内图标的区别在于，每一颗实体按键都有独立的触觉边界（一般是一道缝隙）以及独立的下压行程，而屏幕上的图标则没有这些。拥有独立下压行程却没有独立触觉边界的按键称为触压式按键10&1.3有用性设计建议福特野马Mach-E（2021年）中控屏上的实体旋钮（来源：FordMotorCompany）还有一些实体按键与屏幕相融合，突破了传统按键功能单一的局限性。例如，福特野马Mach-E的中控屏上有一个实体的旋钮，在不同的屏幕显示内容下可以控制不同的功能。类似的设计在汽车人机交互中的普及速度并不是很快。一方面，这样非常特别的旋钮或按键制造成本很高，用户的感知却未必特别显著。另一方面，将旋钮集成在屏幕上也在一定程度上限制了这部分屏幕面积的功能拓展。11&2.1安全性的发展与形成安全性（safety）是指驾驶员一边驾驶车辆一边执行汽车人机交互系统的任务时，汽车人机交互系统抑制驾驶分心、提高行车安全的能力。与其他人机交互系统不同，安全性是汽车人机交互独有的评价指标。

视觉分心认知分心肢体分心产生原因视线从道路上移开，去观察屏幕或按键注意力从驾驶中转移到次任务一只手从方向盘上移开来操作其他设备分心的表现无法观察周围的道路环境驾驶相关的信息处理和记忆检索变慢方向盘的控制精度降低对驾驶的主要影响车速降低、车道偏离、突发事件响应变慢突发事件响应变慢、跟车距离增加、走错路车道偏离驾驶员三种驾驶分心的原因与表现驾驶次任务包括使用免提电话、发送手机短信、使用方向盘按键、使用中控区域按键、用中控屏输入信息、访问网页、玩游戏等。12&2.2安全性评价指标汽车人机交互评价中的安全性可以拆分为驾驶保持、突发事件响应、视线偏移、功能限制等二级评价指标。驾驶保持是指驾驶员一边驾驶车辆一边执行汽车人机交互系统的任务时，能够维持与无交互任务时相似的驾驶表现的能力。驾驶保持是驾驶表现的一部分，是对视觉分心、认知分心、肢体分心的综合考察。驾驶保持包括纵向的车速保持以及横向的车道保持。车速保持车道保持驾驶员在使用中控屏期间的视线轨迹举例13&2.3安全性设计建议可触摸式中控屏是当前汽车人机交互的核心模态，这一地位在几年内是难以被替代的。中控屏有更高的信息传递效率，它可以在一个页面中同时显示多达20~40个不同层级的图标和词组，而驾驶员只需0.5~2s就可以在这个页面中找到自己想去点击的目标。这种信息传递的效率是按键和语音都无法比拟的。但是，较高的信息传递效率也更容易导致更大的驾驶分心，使触屏成为了安全性不佳的主流交互模态。自变量因变量（评价指标）车速偏差车道偏离标准差扫视总时间平均扫视时间球面积

0.122中心距离深度0.127

水平转动角

0.154操作步数

0.1610.232

操作区域最右位置0.0920.081

0.078操作区域最上位置0.089

点击位移量

0.1250.174

平均点击图标面积0.078

0.146大图框触点占比

0.089

触屏交互设计随机森林自变量的重要性（重要性大于0.07）14&3.1高效性的发展与形成高效性（efficiency）是指完成特定交互任务时用户与人机交互系统所消耗的相关资源。对用户而言，资源主要指任务时间、肢体动作、视线的注意力等。对人机交互系统而言，资源主要指响应时间。高效性是国际标准ISO-9241中可用性定义的三大基本指标之一。15&3.2高效性评价指标汽车人机交互评价中的高效性可以拆分为任务时间与操作复杂度两个二级评价指标。任务时间

操作复杂度任务时间是指某项交互任务从开始到实现最终目标所消耗的时间。任务时间的概念非常容易理解，而在实际测试的过程中，还需要清晰地定义任务的起点和终点。汽车人机交互的多数任务都需要通过用户操作来触发，这些任务的时间称为操作时间。对于无需用户操作的任务，则用响应时间来衡量。操作复杂度代表了驾驶员使用汽车人机交互系统时的操作负荷。操作复杂度可以通过操作步数、手指的操作位移量、视线注视点数来综合考察。16&3.3高效性设计建议典型交互模态的对比交互任务中的一个操作步骤在各种交互模态下都有不同的时间分布与注视点数量分布趋势，了解各种交互模态操作时间的构成与注视点的分布，可以为人机交互系统的优化设计提供帮助。驾驶员使用各种交互模态时完成交互任务所消耗的时间分布。从上至下的过程是任务的一个操作步骤，然后继续循环，任务有几步就要在图中循环几次。图中矩形色块的长度代表该步骤消耗的时间。

17&3.3高效性设计建议高效性与安全性的关系高效性与安全性是两个不同的、独立的指标，但在真实测试结果中，二者常常会有一些关联。更长的任务时间，通常都会导致更长的视线偏移总时间，因为大多数任务的全程都需要驾驶员间隔地注视屏幕。高效性与安全性并非总是正相关的。例如一个方向盘上的按键较少，容易盲操作，另一个方向盘的按键较多，不容易盲操作。18&3.3高效性设计建议交互模态的选择建议结合高效性评价指标来分析，可以对不同类别的交互任务做出如下的交互模态选择建议。简单任务

中阶任务

复杂的开放输入任务方向盘按键为首选交互模态。可以通过优化设计，尤其是减少操作步数，来实现更好的高效性与安全性。中控按键也应当存在。一方面它所造成的驾驶分心相比方向盘按键增加得不多，另一方面它的功能定义范围更加丰富，可以作为方向盘按键的冗余设计与补充设计。语音控制是最佳的交互模态。它的视觉需求明显小于其他交互模态，并且通常可以只用1步完成。触屏及中控按键这两种交互模态虽然会造成更多的驾驶分心，但建议至少还应有其中一种可以来控制中阶任务。因为它们的易学性更好，实现的功能也更加丰富。语音控制是最佳的交互模态。它的视觉需