基于多模態(tài)交互的汽車人機交互設計研究

劉 聰，朱蘭芹

（1.上海禾騁科技有限公司，上海 201805；2.長城汽車產(chǎn)品數(shù)字化中心，上海 200335）

隨著智能化、網(wǎng)聯(lián)化的趨勢演進，汽車功能的復雜度不斷提升，同時不斷有新的功能被引入。如何更好地承接功能設計需求，進行詳細的人機交互系統(tǒng)設計，并滿足用戶個性化、情感化、智能化的交互需求，是汽車電子電氣開發(fā)的一個重要課題。多模態(tài)交互將視覺、聽覺、觸覺、嗅覺等多種交互方式進行融合，在車載環(huán)境下，多模態(tài)交互將有越來越大的應用空間。本文重點論述基于多模態(tài)交互的汽車人機交互系統(tǒng)的設計原則、開發(fā)流程及開發(fā)方式。

1 多模態(tài)人機交互特性及設計原則

1.1 多模態(tài)人機交互方式

傳統(tǒng)汽車人機交互方式包括：開關(guān)操控、屏幕觸控、儀表提醒、聲音提醒等，而隨著技術(shù)的發(fā)展，越來越多的交互方式被引入汽車，多模態(tài)交互方式成為主流，可極大提升用戶交互體驗。

1.1.1 語音交互

語音交互方式隨著聲源定位、聲紋識別、自然語音交互、主動式交互、智能語音提示等技術(shù)的引入，增強了人機交互的安全性、趣味性、互動性。語音交互主要包括語音喚醒、語音播報、語音控制、語音提醒等不同應用類型，不同的應用類型包括不同的設計要素。

1）語音喚醒類：喚醒定義、語音喚醒詞定義、喚醒方式定義、中斷退出機制等。

2）語音播報類：播報邏輯定義、播報方式定義、中斷退出機制等。

3）語音控制類：交互邏輯定義、中斷退出機制、關(guān)鍵詞定義等。

4）語音提醒類：激活條件定義、優(yōu)先級定義、中斷退出機制等。

1.1.2 手勢交互

手勢控制中靜態(tài)手勢可用于應用快捷開啟、自定義功能應用等；動態(tài)手勢可用于動態(tài)調(diào)整類場景，例如通過單指順時針旋轉(zhuǎn)以調(diào)整娛樂系統(tǒng)音量。

手勢的定義需要結(jié)合手勢識別攝像頭的布置位置及性能，以保證整體性能指標；同時需考慮車型市場的文化差異性，例如同一手勢在不同地區(qū)可能代表不同含義，因此可對不同的車型進行差異化定義。

1.1.3 燈光交互

燈光是汽車與車內(nèi)及車外交互的重要載體，智能駕駛場景下，燈光將承擔更多的交互職責。對應車外交互，可以將智能駕駛行駛意圖傳遞給車外人員；對應車內(nèi)交互，可以通過調(diào)整燈光亮度、顏色、模式等提示、警告駕駛員。

1.2 人機交互方式特性分析

多模態(tài)交互每種方式均有各自的特性和適用場景，應結(jié)合交互方式的特性來設計交互方案。

各個交互方式的特點及適用的場景分析如下。

1）視覺：信息提示最直觀，便于描述警告內(nèi)容，給出指示操作；多用于儀表、HUD、氛圍燈、雙閃燈、后視鏡指示燈、門把手、車外顯示屏。

2）聽覺：語音的特征（頻率、響度）可表明危險的性質(zhì)；同時基于聲源定位、音效增強等技術(shù)，可以對不同的區(qū)域播放不同的報警聲音；多用于報警聲、語音播報。

3）觸覺：提醒效果較為強烈，一般在緊急情況下使用，包括座椅振動、方向盤振動、安全帶收緊、點剎、冷空氣等。

4）嗅覺：配合其他模式共同出現(xiàn)，目前在疲勞場景下有應用；包括香氛、刺激性氣味等。

1.3 汽車人機交互設計原則

在汽車人機交互設計過程中，應考慮汽車特殊的應用場景，以保證駕駛員執(zhí)行駕駛?cè)蝿諡橹?，并遵循以下主要設計原則。

1）減少注意轉(zhuǎn)移：操作簡潔，無不必要的額外操作步驟；允許用戶單手完成所有交互操作，盡量采用非接觸式交互方式；簡化語音交互，聲音報警避免分散駕駛員注意力。

2）關(guān)鍵信息優(yōu)先：操作熱區(qū)設置合理，即高頻操作區(qū)域位于用戶容易操作的區(qū)域內(nèi)；與駕駛?cè)蝿諢o關(guān)的信息不需駕駛員進行過多操作。

3）易學習性：交互方式易于學習，操控方式與使用習慣一致；整車類似功能交互策略協(xié)調(diào)一致。

4）及時反饋：操控反饋無明顯延時，如果反饋時間超過2s應增加“正在響應”指示；語音交互、手勢交互等均能及時得到狀態(tài)反饋。

5）易發(fā)現(xiàn)性：操控位置易被發(fā)現(xiàn)、無視線遮擋；工作指示或亮度符合人眼識別需求，不應刺眼或太暗，影響功能識別。

2 汽車人機交互系統(tǒng)設計

在傳統(tǒng)的開發(fā)方式下，汽車人機交互設計與汽車電子電氣功能開發(fā)是獨立的，即在電子電氣功能開發(fā)完成后，汽車人機交互設計團隊才能拿到人機交互相關(guān)的設計需求。而隨著功能復雜度的逐漸提升、各種新功能的逐漸引入，傳統(tǒng)的開發(fā)方式會導致汽車人機交互設計團隊無法正確理解電子電氣功能，進而無法設計出合理的方案。因此，應將人機交互系統(tǒng)需求設計作為整車電子電氣架構(gòu)設計流程的一部分，在整車電子電氣功能開發(fā)階段整體考慮人機交互的相關(guān)需求。人機交互設計的主要流程如圖1所示。

圖1 TOS系統(tǒng)對接測試場景

圖1 人機交互系統(tǒng)設計流程

2.1 需求分析

需求分析階段，主要工作是結(jié)合車型的功能配置清單，整理開發(fā)約束信息，如法律法規(guī)要求、標準要求等；同時結(jié)合車型定位、關(guān)鍵用戶群體、主要競品車信息等，形成人機交互設計總體方案。

2.1.1 開發(fā)約束信息收集

開發(fā)約束信息主要是指與功能交互相關(guān)的法律法規(guī)、標準等，作為人機交互設計的依據(jù)。在設計前期，應當基于功能定義校核相關(guān)的法律法規(guī)、標準，從中梳理出對于人機交互設計的需求，輸出人機交互法律法規(guī)分析報告，并在項目開發(fā)過程中作為設計參考。

2.1.2 功能配置分析

基于開發(fā)項目的功能配置定義、電子電氣件配置定義、不同車型的造型風格定義等，分析整體人機交互設計交付內(nèi)容，包括需要完成的人機交互設計方案數(shù)量、應用場景及整體風格定義等。例如，同一個車型可能需要完成運動、舒適、經(jīng)濟等3種不同的人機交互設計主題。

2.2 交互用例設計

依據(jù)功能開發(fā)團隊的電子電氣功能定義文檔，進行功能解讀，梳理出與人機交互相關(guān)的以功能為顆粒度的交互場景，并定義初步交互方案。輸出文檔體現(xiàn)功能、應用場景、交互類型、需求描述、交互載體、交互內(nèi)容等。以ACC（Adaptive Cruise Control，自適應巡航）功能為例，結(jié)合功能定義，將ACC功能分為功能開啟、功能激活、定速控制、跟車控制、駕駛員超控、功能退出、故障報警等場景，這些場景都需要和駕駛員進行交互，在交互用例梳理階段，梳理出與功能場景相關(guān)的交互需求，如表1所示。

表1 ACC功能交互需求梳理

2.3 交互方案設計

以用戶交互為主視角，結(jié)合功能實現(xiàn)的詳細步驟，從中梳理出與人機交互相關(guān)的具體需求，并對交互方案進行定義，如表2所示。

表2 功能交互需求梳理示例

基于駕駛?cè)藨し磻獣r間，針對分級的提醒類方式，例如駕駛輔助功能提醒，可按照視覺（1級提醒）、視覺+聽覺（2級提醒）、視覺放大+聽覺變強+觸覺（3級提醒）逐級增加的策略。

對于安全性相關(guān)的功能，可提供多個同時激活的信號以提供冗余信息，提升駕駛員接收警告的可能性。

2.4 交互詳細設計

此階段進行人機交互詳細設計，包括UX設計、UI設計、聲音音源設計等，需要完成交互原型設計方案、交互詳細設計方案，并進行多輪設計評審。本文不對交互詳細設計階段詳細展開。

2.5 驗證評價

人機交互詳細設計后，需要基于開發(fā)展板、臺架、原型車進行驗證評價。

可用性測評采用原型測試，驗證交互設計體驗，挖掘優(yōu)點及問題，并通過數(shù)據(jù)分析得出具體優(yōu)化建議?？捎眯詼y評保證了設計方案在經(jīng)過初步設計和對標后，具備可用性、易用性、高效性。

3 結(jié)束語

以語音、觸控、手勢等為代表的交互方式將在智能網(wǎng)聯(lián)汽車場景下得到更多應用，多模態(tài)融合的交互方式將成為汽車人機交互的發(fā)展重點。同時，隨著汽車智能化等級的不斷提升、場景化設計的不斷引入，汽車人機交互需要在考慮安全性、可靠性的基礎上，著力提升用戶體驗，滿足用戶需求。