多模態交互汽車人機交互設計淺析
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【摘要】汽車功能復雜度的提升對人機交互系統提出了更多的需求，汽車新增的功能大多也需要通過人機交互系統與用戶交互。本文介紹多模態交互在汽車的應用及汽車人機交互系統總體開發流程和具體開發方式，同時展望汽車人機交互的發展趨勢。
【關鍵詞】人機交互；多模態交互；電子電氣架構
隨著智能化、網聯化的趨勢演進，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的一個重要課題。多模態交互將視覺、聽覺、觸覺、嗅覺等多種交互方式進行融合，在車載環境下，多模態交互將有越來越大的應用空間。本文重點論述基于多模態交互的汽車人機交互系統的設計原則、開發流程及開發方式。
1多模態人機交互特性及設計原則
1.1多模態人機交互方式
傳統汽車人機交互方式包括：開關操控、屏幕觸控、儀表提醒、聲音提醒等，而隨著技術的發展，越來越多的交互方式被引入汽車，多模態交互方式成為主流，可極大提升用戶交互體驗[1]。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的引入，增強了人機交互的安全性、趣味性、互動性[2]。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、關鍵詞定義等。4）語音提醒類：激活條件定義、優先級定義、中斷退出機制等。1.1.2手勢交互。手勢控制中靜態手勢可用于應用快捷開啟、自定義功能應用等；動態手勢可用于動態調整類場景，例如通過單指順時針旋轉以調整娛樂系統音量。手勢的定義需要結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；對應車內交互，可以通過調整燈光亮度、顏色、模式等提示、警告駕駛員。
1.2人機交互方式特性分析
多模態交互每種方式均有各自的特性和適用場景，應結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；同時基于聲源定位、音效增強等技術，可以對不同的區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，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，以保證駕駛員執行駕駛任務為主，并遵循以下主要設計原則。1）減少注意轉移：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）關鍵信息優先：操作熱區設置合理，即高頻操作區域位于用戶容易操作的區域內；與駕駛任務無關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調一致。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反饋。5）易發現性：操控位置易被發現、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汽車人機交互系統設計
在傳統的開發方式下，汽車人機交互設計與汽車電子電氣功能開發是獨立的，即在電子電氣功能開發完成后，汽車人機交互設計團隊才能拿到人機交互相關的設計需求。而隨著功能復雜度的逐漸提升、各種新功能的逐漸引入，傳統的開發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，應將人機交互系統需求設計作為整車電子電氣架構設計流程的一部分，在整車電子電氣功能開發階段整體考慮人機交互的相關需求。人機交互設計的主要流程如圖1所示。
2.1需求分析
需求分析階段，主要工作是結合車型的功能配置清單，整理開發約束信息，如法律法規要求、標準要求等；同時結合車型定位、關鍵用戶群體、主要競品車信息等，形成人機交互設計總體方案。2.1.1開發約束信息收集。開發約束信息主要是指與功能交互相關的法律法規、標準等，作為人機交互設計的依據。在設計前期，應當基于功能定義校核相關的法律法規、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分析報告，并在項目開發過程中作為設計參考。2.1.2功能配置分析。基于開發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容，包括需要完成的人機交互設計方案數量、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
依據功能開發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。輸出文檔體現功能、應用場景、交互類型、需求描述、交互載體、交互內容等。以ACC（AdaptiveCruiseControl，自適應巡航）功能為例，結合功能定義，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的交互需求，如表1所示。
2.3交互方案設計
以用戶交互為主視角，結合功能實現的詳細步驟，從中梳理出與人機交互相關的具體需求，并對交互方案進行定義，如表2所示。基于駕駛人應激反應時間，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
2.5驗證評價
人機交互詳細設計后，需要基于開發展板、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，挖掘優點及問題，并通過數據分析得出具體優化建議。可用性測評保證了設計方案在經過初步設計和對標后，具備可用性、易用性、高效性。
3結束語以語音、觸控、手勢等為代表的交互方式將在智能網聯汽車場景下得到更多應用，多模態融合的交互方式將成為汽車人機交互的發展重點。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[4]，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。
參考文獻：
[1]虞慧嵐，李金櫻.淺析汽車人機交互的發展與未來趨勢[J].藝術與設計（理論），2017（5）：95-97.
[2]王興寶，雷琴輝，梅林海，等.汽車語音交互技術發展趨勢綜述[J].汽車文摘，2021（2）：9-15.
[3]黎景壯.駕駛人在不同預警方式下的應激反應研究[D].廣州：華南理工大學.
[4]張大權，張惠，楊冬雨，等.關于L3自動駕駛的人機交互設計研究[J].汽車文摘，2020（1）：32-35.
作者:劉聰 朱蘭芹 單位:上海禾騁科技有限公司 長城汽車產品數字化中心