汽车人机交互界面整合设计与用户驾驶任务研究

设计定义阶段的核心任务是：（1）用户研究，即目标用户群定位；（2）标杆分析，即设计目标定位。统一理解为：用户目标和产品目标。设计定义阶段的输入为产品定义和商品定义，输出为设计定义书。

根据用户驾驶行为特征，通过观察、访谈等技术，获取、分析、描述用户需求，定义目标用户。以“标杆车”为设计导向，对比设计方案的造型意象^[28]。硬件人机交互界面，对标分析的重点在于汽车内室整体造型设计、仪表台、中控面板等主要交互部件的造型与功能设计。软件人机交互界面，对标分析的重点在于对不同品牌的车载信息系统、车载应用程序及第三方车载应用（移动或桌面端）等的功能模块、交互方式、交互流程的分析与对比。

3.4.1.1 电动汽车设计案例背景

笔者参与了某电动汽车内室造型与人机交互界面的设计项目，项目由汽车车身先进设计制造国家重点实验室汽车造型、工程与电子团队合作承担。在整车研发的产品定义书中，明确标杆车型为Smart，车型定义为微型家用电动汽车，车身采用碳纤维，外观造型设计突出轻量化与新材料主题。

在前期研究的基础上，对电动汽车进行人机交互界面的设计定义。具体研究包括以下方面：驾驶任务分析、用户角色创建、需求分析、桌面调研及设计创新点分析，设计提交物为设计定义书。设计定义流程如图3.13所示。

图3.13 电动汽车设计定义步骤

3.4.1.2 电动汽车用户驾驶任务研究

驾驶任务研究，采用情境探查法进行现场调研。观察用户在实际驾驶情境中的任务和操作，将用户驾驶情境分为主情境和子情境，列出关键事件（图3.14）。研究分为跟车观察和停车访谈两种方法，跟车观察记录驾驶过程中发生的“关键事件”或问题；停车访谈对跟车观察记录的“关键事件”进行深度挖掘。例如，跟车观察到用户堵车时，频繁刷新查看微博消息的行为，记录为一个关键事件，通过访谈挖掘出该用户的需求：“希望从社交平台了解最新的交通讯息”。研究获得用户驾驶的通信、导航、音乐等功能的操作频次。从而定义用户驾驶的主情境和子情境。

图3.14 驾驶情境分类

图3.15 电动汽车用户角色建模

驾驶任务分析是设计定义的重要内容。研究构建了主情境包括：正常驾驶情境、驾驶微情境、行进中辅助驾驶、信息与娱乐，同时列举了与情境关联的关键事件。主情境和子情境对应于驾驶的主任务和次任务，作为整合设计的同质要素，驾驶任务是用户定义的关键，也是设计构思的起点。

3.4.1.3 用户角色建模

用户角色（persona）是通过典型用户形象来抽象描述一个用户群，是调研数据的可视化过程，同时也是理解和挖掘用户需求的途径^[29]。用户角色的创建包括：信息分类和信息可视化。信息分类是归纳实地调研和照片日记获取的信息，划分用户基本信息、生活形态信息、驾驶情境信息，组成相应的信息模块；信息可视化采用照片、图表的方法来抽象、分析信息模块。例如，在驾驶情境信息模块下，进一步划分为“任务操作”信息模块、“行为描述”信息模块、“需求建议”信息模块，并通过图形化（照片、图标、图表）的表现形式强调用户的特殊信息需求。图3.15所示电动汽车用户角色模型的生活形态信息和驾驶情境模块。

3.4.1.4 电动汽车用户需求分析

基于用户角色模型的“需求建议”模块，用户需求分析采用优先权四象限分析法（图3.16），横向坐标代表用户满意程度，纵向坐标代表用户需求程度。从对30名22～32岁用户调研的结果显示：

焦点区：用户需求重要性高，但操作满意程度却相对较低的功能。包括：电话功能、导航、车辆信息以及实时路况等。

提高区：用户需求程度与满意程度都较低的功能。存在较大的设计提升空间，虽然不是最重要的需求，但是有利于提高综合满意度。包括：微信、微博为代表的社交应用。保持区：用户需求程度与满意程度都相对较高的功能。包括电台、音乐等车载系统功能，可以通过设计改进以提高用户满意程度。

图3.16 用户需求的优先权四象限分析

观察区：用户需求程度低但满意程度高的功能。包括互联驾驶、自动驾驶等，功能具有前瞻性，大部分用户期待，但是持观望态度。

需求四象限分析结果表明，电动汽车用户信息需求包括三类：（1）行车信息，例如车速、电量；（2）辅助驾驶信息，例如导航；（3）互联、娱乐信息，例如实时路况、社交应用。其中，提高区象限的辅助驾驶和互联娱乐是设计的机会点，这也是“需求建议”模块里提到次数最高的问题。

3.4.1.5 界面标杆分析

界面标杆分析采用桌面调研法与标杆分析法。通过桌面调研：（1）分析电动汽车人机交互软、硬界面的功能配置、设计风格与交互模式，筛选出对标的人机交互系统界面；（2）获取技术支持与设计参考。(www.xing528.com)

桌面调研内容包括：汽车内室（硬件）：总体造型、零部件造型；人机界面（软件）：显示界面、控制与交互方式。调研范围包括两个维度：第一，现有电动汽车、概念电动汽车及其相关的人机交互系统，调研数据来自于cardesignnews、carbodydesign两大汽车设计知名网站及Autodesign等权威杂志。其中通过关键词“Electric car interior interactive”“Electric”搜索获得与电动车内室交互相关条目2240余条，通过查询2015年至2018年3月发行的Autodesign杂志38册，获得相关文章73篇。第二，调研60个汽车品牌的概念车及量产电动汽车。调研数据包括文字、图片和视频，通过《湖南大学电动汽车HMI调研》表格（图3.17）进行调研数据的设计分析。

通过桌面调研提出标杆界面为特斯拉（Tesla Model S）与宝马（BMW i3）电动汽车的人机交互界面。主要原因在于：（1）软硬整合界面具有丰富用户体验，反映出电动汽车信息系统与服务模式的新特征；（2）量产电动汽车，具有显示、控制等交互技术的可行性。

图3.17 电动汽车HMI调研表格

图3.18 界面标杆分析（部分内容）

界面标杆分析主要包括：功能构架对标、信息构架对标、交互模式对标、视觉风格对标，图3.18所示界面标杆分析的部分内容。

通过桌面调研与标杆分析研究，定义电动汽车人机交互界面的设计创新点：（1）以主驾驶为中心的信息分布式显示设计，包括显示位置、显示内容与显示模式的创新；（2）多通道交互设计，包括汽车人机交互的多通道显示、控制界面的探索。

界面标杆分析反映设计定义阶段产品目标的明确过程，提供了软硬界面整合的技术支持与设计参考，确保设计构思创新点的有效与合理。

3.4.1.6 电动汽车人机交互界面设计定义

基于用户研究、任务分析、需求分析、标杆界面分析，研究提出了电动汽车人机交互界面的设计定义书，主要内容包括：

用户群体角色定位：年轻（22～32岁）、追随科技、希望随时随地在线（always on line）。

群体特征：刚毕业、踏入职场时间不长，经济收入有限，但渴望自由、便捷的出行方式、乐于尝试新事物、与网络共生长的年轻群体。

造型定义：轻量化、新材料、新交互。轻量化、新材料体现了电动汽车区别于传统汽车的造型设计特征，新交互体现了以交互需求为中心，反映用户对互联信息以及丰富交互体验的需求。

设计目标：电动汽车人机交互界面设计目标分为远期和近期，近期目标是：实现车内数字化与娱乐化，突出数字设备和娱乐系统的交互体验，确立以主驾驶为中心的信息分布式显示设计与多通道交互设计。远期目标是：与驾驶相关的手机应用（App）开发、可穿戴设备开发以与应用服务相关的网络平台开发，实现车载系统与移动设备、桌面设备的数据共享和互联。

硬件平台：电动汽车整车长度尺寸为2513mm，轴距为1700mm，整车宽度尺寸为1495mm，前轮距为1300mm，后轮距为1265mm，高度尺寸为1475mm，车型为单排双座微型家用车，最高时速≥80，最大续航里程（km）＞80。

3.4.1.7 设计定义的逻辑线索与时序节点

电动汽车案例分析，通过用户研究、需求分析、任务分析、标杆界面分析四个步骤，反映出整合设计流程的逻辑线索与时序节点。以案例分析和理论研究为基础，研究提出了设计定义的逻辑线索与时序节点图（图3.19）。

图3.19 设计定义的逻辑线索与时序节点图

逻辑线索：以上四个步骤是以设计定义为主导的设计思维逻辑过程。设计定义的逻辑线索是，在理解设计问题的同时，也在改变设计问题的表达形式，直至设计问题的结构足够清晰，获得设计定义。设计定义是用户目标与产品目标从模糊到清晰的信息获取和处理加工过程，最终收敛为设计定义书，形成所谓“设计构思”节点，称为阶段性整合节点（Integration Point，IP）。

时序节点：设计定义书确立软硬界面整合的设计目标，形成设计构思节点。在设计构思节点，设计定义书是节点评估的主要依据，属于战略决策评估，决定软硬界面整合设计的方向，为概念主题与系统构建提供了设计方向。值得注意的是，时序节点与设计提交物直接相关，即节点意味着必须有相应的设计提交物；同时，时序节点还与设计决策直接相关，即节点意味着必须有相应的评估和决策过程。

从设计定义阶段逻辑线索与时序节点的研究可见，设计流程始于整合的设计目标和产品定义。以设计定义书作为节点，控制和管理软硬界面的整合设计流程。因此，设计构思时序节点具有整合的构思信息与战略决策的双重属性。