整车智能交互全过程可用性研究方法浅析
2020-10-20董国凤
摘 要：本文根据中国人体尺寸和驾驶习惯，利用泛亚自主开发的静态人机交互模拟系统、驾驶模拟器和动态驾驶评估系统，介绍了整车交互系统全过程可用性研究方法，对产品功能进行改进，并形成可用性开发指导。同时该可用性研究方法对整车人机工程开发设计中合理布置各种新零件、新功能、新系统具有指导意义，提升产品竞争力和智能化水平。
关键词：整车交互;可用性;人机工程
1 前言
可用性研究可以有效帮助企业准确理解客户需求，大力支持自主创新产品设计，从而打通国内和国际市场，建立统一的规范和标准。传统的可用性研究主要应用于互联网行业，通过对易用性、易学性、用户满意度、错误率、可靠性和实用性等方面进行量化分析（如图1所示），本文主要介绍如何优化和应用这一系统方法在汽车产品上。
整车智能交互，即以人为中心，人、车、环境为对象，从人的心理和行为出发，旨在营造一个符合客户使用习惯的、舒适的智能交互场景。从系统工程角度分析汽车驾驶交互环境的设计质量，整车智能交互系统的可用性进行整体的评价和优化，可提高汽车驾驶的安全性，减少事故的发生，对提高我国汽车的设计水平和市场竞争力有重要的意义。
总结以往产品开发的经验，在整车智能交互的设计中，我们还存在一些缺点和不足：
首先，目前国内汽车开发是基于美国SAE人体模板和标准，多项研究表明，不同国家的人体尺寸分布和驾驶习惯存在较大的差异[1，2]，因此在该模板和标准指导下开发出来的本土车型可能面临功能件位置不当，逻辑不符合中国人习惯，驾驶坐姿不适等缺陷，存在较大的车辆行驶安全隐患。
其次，随着汽车的车载屏幕增大、智能网联技术飞速发展以及语音、手势等交互形式更广泛地车内应用，使得各种整车交互场景不断增加，如图2所示。如果这些交互系统的可用性设计不佳，在驾驶员开车时，会造成驾驶员分心，存在安全隐患。
第三，在当前开发验证阶段，往往需要等到实车阶段才能对整车智能交互的问题进行验证。而此阶段已处在整个车辆开发阶段的后期，如果在该阶段发现任何问题，更改量都会很大，且牵涉到时间和成本问题，对项目的影响会巨大。
针对以上缺点，进行针对中国客户的整车智能交互全过程可用性研究攻关，可以大大提高公司产品的人机交互质量，为后续高质量的产品设计提供有力指导。
2 全过程可用性测试
2.1 测试技术路线和测试场景
可用性测试一般分为六步：确定目标、设计实验、预测试、正式测试和结果分析、建立知识库，如图3所示，其中实验方法包括质量功能展开、正交实验设计、客户损失函数分析、卡诺模型和专家深度访谈等六西格玛质量工具和方法，以及后文会详细介绍的情景式问卷、行为追踪表、动态评估、虚拟评估和信度设计。对测试中的数据采集方法，常常采用问卷、音频、视频、眼动数据采集。
测试场景如图4所示，分为测试区域和监视区域，被测试者与现场调查员在测试区域进行测试，避免被打扰，实验设计者等相关工作人员可以在监视区域通过音频、视频观察、记录，准备专家访谈提问，也可以在两个区域中间通过设置单面玻璃来进行隔断和观察。
2.2 被测试样本选择
招募测试者算是可用性测试最重要的一个环节之一的，测试者是否合适直接关系到测试结果的好坏，测试结果直接关系到能否发现产品现有的问题。理想的测试者是我们的目标客户，所以可用性测试要努力寻找到目标客户作为测试人员。寻找和筛选的维度有：
（1）车型平台。如果测试的产品与车型平台有关，比如是电动车或者汽油车，再比如是三厢轿车和高顶SUV车，需要在这里进行一个筛选。
（2）用户级别。主要是衡量客户对产品的熟悉程度。比如我们想找一些初级用户和一些高级用户，可以选用“驾龄”“开车时间”这一项来衡量。
（3）人体尺寸。根據中国成年人人体尺寸及相关研究数据[1，3，4]，选取不同身高、不同性别的测试者样本，最终使样本身高的选取范围能有效涵盖5百分位的中国成年女性及95百分位中国成年男性身高，同时如图5所示，校核样本的身高是否符合正态分布规律。
（4）手部尺寸。为进行相关手操参数的分析及后续研究，建议除测量评估者身高，同时也测量评估者的手掌宽及手掌长度，手掌长及手掌宽分布[5，6]，如图6所示，例举了某次测试采样结果。
a 手掌长宽示意图 b 手掌长分布图
c 手宽分布图
2.3 问卷设计
2.3.1 情景式问卷
为了保证客户在可用性调研的过程中可以抛开试验感或者说调研感，增加客户的实景体验感，推荐情景式问卷作为主观调研问卷。情景式问卷的主要特点是，首先，在问客户所有与主观感受相关的问题，如您是否觉得舒适/您是否觉得方便使用类似的问题之前，都先请客户进行实际的体验。并更多的请客户描述主观的感受。通过访谈的形式，真正找到客户对可用性方面的需求，并根据客户的需求提供给客户更多更好的产品。
2.3.2 行为追踪表
研究表明，客户使用习惯对汽车可用性影响很大。例如客户在上车后的先后动作与汽车设计是否相符，会极大影响客户的使用舒适和便利性。为了保证客户在可用性调研过程中可以复现和体现更多日常的使用习惯。本文创立行为追踪表的形式，将客户的行为追踪为路线图（如图8），并将路线图进行叠加和处理，从而将不同客户的行为进行趋同分析，最终得出能够满足大多数客户需求的典型行为样例。并将客户的行为叙事化，更加精准地把握客户的心理。
2.3.3 信度设计
为了使每一位客户评分都具有可信度，并且能进行横向统计分析，在问卷设计时让客户先给出内心及格分r，再针对问题给出满意度评价分s。如果r
2.4 全过程测试系统
2.4.1 静态人机交互模拟系统
该系统基于整车扁平化开发理念，实现不同车型、不同区域的柔性化模块和多维度调节的客户可用性体验;首次突破在自主开发平台中应用数控系统，对评估对象进行快速、精准地调节控制，通过自主开发的人机交互控制界面，使整个评估过程变得简便、直观，收集客户需求过程变得高效、便捷。
2.4.2 动态驾驶模拟器
由于客户在驾驶状态会有相对运动和颠簸感。因此在可用性调研的过程中，需要考虑客户实际驾驶的情况。驾驶模拟器主要由计算车辆运动状态车辆动力学模型、模拟实际驾驶感受的运动系统、模拟真实驾驶环境的三维视景，及数据计算、处理的实时仿真系统、固定在运动系统的驾驶舱等组成。整个方案提供了综合的模拟环境，给驾驶者提供最真实的驾驶感觉，达到足够的沉浸感和互动感，可以逼真模拟车辆的驾驶体验和新功能感受体验。系统通过整车仿真，加入驾驶员的实际操纵，实現性能闭环实时仿真的环境，从而进行动态的闭环的驾驶仿真，进而进行虚拟车辆的主观评价测试。驾驶模拟器组成原理图如10所示：
2.4.3 典型实车驾驶场景
驾驶场景对驾驶员的行为有很大影响。同时，在相同驾驶场景下，不同车辆设计所带来的客户反应时长、反应激烈程度可以充分说明车辆的可用性。全过程可用性评估最后一个阶段是基于中国的典型环境，创建典型浓缩场景，或者选取典型路面场景，并模拟不同场景的天气变化、光线明暗。在场景中，可以设置了很多不同的触发条件。如行人冲出人行道等。配合情景式问卷、行为追踪表等工具，以评估不同实际车辆的驾驶可用性。
3 结束语
本文基于中国人体尺寸，介绍了某公司自主开发的全过程可用性测试系统，以及相应的技术路线，分析了适用于汽车行业的样本选择维度和问卷设计方法，为汽车行业广泛而深入地的研究产品可用性做出了参考。
未来科技不断发展，后续相关研究中可以利用更多便利的数据采集方法，对产品可用性进行量化分析，从而有效提升产品质量。
参考文献：
[1]GB/T 10000-1988.中国成年人人体尺寸[S].中国国家标准化管理委员会，1988.
[2]SAE J833.Human Physical Dimensions，Society of Automotive Engineers.1989.
[3]兰豹.基于中国人体尺寸的汽车驾驶室人机工程研究[D].吉林： 吉林大学，2009.
[4]于明玖，叶军，陆长德.中国成年人尺寸标准在产品设计中的应用方法[J].江苏大学学报（自然科学版），2006（S1）.
[5]胡浩，赵毅，胡雪芬等.面向中国客户的手刹操作舒适区域研究[J].上海汽车，2015（12）：7-10.
[6]康程鹏，王隆宇，祝铂等.基于Ramsis的乘用车驾驶员周边操作件布置[J].汽车实用技术，2017（02）：10-13.
作者简介：董国凤（1982-），女，江西景德镇人，研究生，中级工程师，研究方向：整车人机工程。
