車載系統次任務界面設計的適老化趨勢與需求分析

孫遠 范正妍＊ 夏進軍

（重慶大學藝術學院，重慶 401331）

截至2021 年5 月11 日，中國60 歲及以上人口為2.640 2 億人，其中65 歲及以上人口為1.906 4 億人[1]。為了解決老年人出行不便的問題，增強其出行機動性，2004 年中國將申請駕照放寬到70 歲。自放寬駕照申請年齡次年起，中國老年駕駛員數量逐步增多。2011—2014 年，老年駕駛員的事故率和傷亡人數逐年遞增[2]。駕駛分心是造成交通事故的重要原因。駕駛次任務使得駕駛員將注意力從駕駛任務分配至其他次要任務上，分為“操作分心”“視覺分心”與“認知分心”三類[3]。老年駕駛員因為老化現象，感知和運動功能下降，認知資源減少，注意力控制能力減弱而產生更顯著的影響[4-5]，并且他們需要分配更多注意力在完成次任務上，完成駕駛次任務造成交通事故的風險也隨之增加。近年來車載信息系統迅速發展，除了向駕駛員顯示車速、轉速等與駕駛任務相關的信息，還會提供給駕駛員其他功能，更容易造成駕駛員駕駛分心。多項研究[6]表明，在駕駛途中駕駛員對智能手機的可視操作增加了50%，對駕駛行為的安全性造成嚴重影響。并且駕駛員理解、搜索界面信息會導致認知分心，長時間的注視界面會導致視覺分心，操作交互界面會導致操作分心，這些都會引發交通事故[7-8]。所以在人車交互領域，保障老年駕駛員駕駛績效的同時，提升其使用車載信息系統完成駕駛次任務的交互績效成為亟待解決的問題。根據老年駕駛員感知特征、認知特征、行為特征，從人車交互界面的界面表現方式和交互方式，梳理車載信息系統界面設計與適老化數字界面設計研究，為今后車載信息系統界面設計適老化發展提供參考。

1 老年駕駛員現有研究分析

因為老年駕駛員是一類特殊的駕駛人群，身體老化不僅會影響駕駛，并且在應對駕駛過程中的次任務時，會更難理解界面所呈現的信息，注視屏幕時間更長，操作屏幕更加困難。從感知、認知、行為3 個方面會對駕駛次任務造成影響：①感知特征。駕駛員在駕駛過程中需要通過身體時刻關注車內外環境，在視覺方面，駕駛任務需要駕駛員的注意力高度集中，駕駛員需要了解車內的車輛狀況和車外的行路狀況，視覺是最直觀的感受方式，因此，老年駕駛員的視覺能力與其駕駛安全有著必然聯系。隨著年齡逐漸增大，老年人視覺開始一步步老化，色差識別能力減弱，容易識別波長較長的顏色，難以識別波長較短的顏色[9]，部分老年人甚至會受到眼部疾病的困擾，使其視覺能力更弱，除了老年人的靜態視力會受到影響，動視力也會受到影響，視覺的好壞直接影響行車安全[10-11]。在聽覺方面，隨著年齡增長，老年人的聽力下降、聲音辨別力下降、語言理解力也會相應下降。在具體的人車交互場景中表現為在接收與傳達信息上可能會變得遲緩甚至出現差錯[12]。在觸覺方面，身體老化也會對用戶的觸覺能力造成影響，目前探索老年人觸覺感知閾值的研究很少。在具體的駕駛場景中，老年人的觸覺退化會使其使用車載界面進行交互效率降低，間接對駕駛安全造成影響。②認知特征。駕駛中的認知問題主要在駕駛負荷、情景意識、體驗與駕駛分心4 個方面[13]。老年駕駛員的認知會出現老化現象，加工速度、工作記憶和執行功能[14]等會出現衰退。老年駕駛員的認知能力是他們保障其安全駕駛的關鍵因素，在老年駕駛員出現的交通事故中，60%是因為信息處理不當和在危險情景下不能做出正確反應而造成的，相比年輕駕駛員足足增加了1 倍[15]。③行為特征。隨著身體機能的老化，相比年輕人，老年人的反應能力和靈活性都會有一定程度的下降[16]。老年人運動系統的增齡性退化也不容忽視，運動能力、平衡能力、力量控制精度都會受到影響[17]，使用人車交互界面完成駕駛次任務更加困難。并且老年人動作控制能力變差，需要比年輕人花費更長的時間才能完成相同的動作[18]。此外，研究表明老年駕駛員在駕駛過程中會出現運動機能退化導致的操作失誤，從而導致事故發生率提高[19]。

2 車載系統次任務界面設計研究現狀

車載駕駛次任務指與駕駛無關的其他任務，與界面相關的駕駛次任務主要呈現在中控界面上。如：接聽/撥打電話、播放音樂等。當使用車載界面完成次任務時，駕駛員會將分配在駕駛上的注意力轉移至界面。左手需要控制方向盤穩定車輛橫向行駛的穩定性，右手需要完成第二項任務的點擊、滑動等操作。駕駛員在執行觸控任務時會造成方向盤異常波動，對速度的感知減弱。

目前較為主流的中控顯示模式是采用橫屏顯示，不少新能源汽車中控開始逐漸采用豎屏、多屏作為中控的呈現形式，并且車載系統顯示界面的載體正在向全景HUD、智能玻璃窗、3D 裸眼中控顯示等更加智能化的方向發展。目前車載信息系統的界面呈現分為3 個部分：①大多呈現載體以儀表盤的形式出現，提供駕駛需要的車況信息以及路況信息，與駕駛主任務相關；②大多呈現載體以中控界面的形式出現提供駕駛以外的輔助信息和外界信息，多以駕駛次任務的形式出現；③車載HUD 能夠承載部分車況信息、路況信息以及輔助信息。界面表現方式、交互方式關系到駕駛員完成任務的效率與體驗，需要根據老年駕駛員的特征設計，界面設計需要使得老年駕駛員容易感知、理解信息；交互設計需要使老年駕駛員能夠快速正確地將指令傳遞給系統。其中表現層設計包括界面布局、界面元素設計；交互層主要指用戶與界面的交互方式。

2.1 交互層研究現狀

早期車載信息系統的人機交互模式，采用按鈕（按鍵）與系統進行交互，主要完成的功能是調整空調、設置多媒體、調整應急車燈；后來GUI（圖形界面）得到廣泛使用，運用至車載信息系統，通過圖形化界面顯示信息；隨著觸摸屏的普及，按鍵與觸摸屏相結合的人車交互方式成為主流。目前隨著智能座艙的發展，語音交互、觸摸屏交互、手勢交互相結合的方式成為了目前較為常用的人車交互方式，并且交互方式還在隨著技術進步向多模態交互的方向發展。譚浩等[20]指出體感交互式是未來人車交互的重要趨勢，并且搭建了三維手勢交互平臺。

許多學者對人車交互方式展開研究。金鑫等[21]對車載信息系統的按鍵位置、大小進行了評測研究，研究表明中控按鍵合適的尺寸為9 ～15 mm；吳彥希等[22]基于信息交流構建了車載語音交互模型（圖1），并提出了語音交互的設計策略。

圖1 車載語音交互模型[22]

適老化的交互方式需要考慮老年用戶的特征，白學軍等[23]指出應該減少適老化界面的操作流程與信息輸入；Lee 等[24]和張萍等[25]認為相比單一通道的觸控交互形式，語音、按鍵、觸屏等多通道相結合的交互方式更適合老年用戶；丁明珠等[26]指出簡化操作手勢對于老年用戶的必要性，并且除了應該注重老年用戶與界面的交互過程，更應該注重人機交互中的交互反饋部分；Vigouroux 等[27]則指出更為具體的適老化手勢設計原則，應該以點擊手勢為主、拖拽為輔，不要通過多種手勢完成同一個功能；Gon?alves 等[28]指出可以通過協助功能（使他人遠程操控設備的方式）輔助老年用戶使用。

2.2 表現層研究現狀

2.2.1 界面布局 對于車載信息系統布局來說，雖然目前大多車載信息系統界面布局仍采用靜態布局，但動態布局能夠更好地利用屏幕空間資源，劉宗漢等[29]根據行駛狀態不同，對中控界面布局進行了動態優化。目前靜態界面的布局形式以對稱布局、順序布局、模塊化布局3種模式為主（圖2）[30]，對稱布局指將屏幕分成左右兩部分區域，區域大小一致；順序布局按照一定的順序將界面中出現的信息進行排列；模塊布局將界面分成各種區塊，每塊區域負責特定功能。目前市場上車載系統次任務界面采取模塊化布局的案例較多。

圖2 界面布局[29]

根據界面元素的排列方式不同，宮格式、分層布局是較為常見的布局形式，其中宮格式布局因其頁面布局簡單，呈現清晰，能夠使駕駛員可以更快地完成任務[31]。分層布局的不足包括：當分級界面進入深層菜單時，菜單出現在屏幕的最右邊位置，駕駛員難以觸及。與宮格式布局相比，分層顯示包含更多的視覺元素，導致認知負荷增加。相反，宮格式布局的每一層顯示的內容都位于界面的中心位置，并且只包含一層圖標，駕駛員能夠更好地完成操作。此外，由于車載信息系統的不同功能，其界面布局的呈現方式也會對交互績效產生差異，魚眼式、滾輪式和經典線性式為常見的3 種車載音樂界面布局呈現形式。研究[32]顯示，相比魚眼式布局，滾輪式布局與經典線性式的交互效率、正確率較高。對于老年駕駛員來說，對界面布局進行設計應該凸顯功能主體。信息架構的層級既不能過深也不能過少，這是因為界面層級過多會容易導致用戶迷失，層級過少會導致實現功能效果不佳，或者單個頁面呈現信息冗雜、不清晰、缺少條理，見圖3。在適老化的界面設計中，確保老年駕駛員能在界面迅速找到所需要的有效信息，將信息的獲取率提高[33]。

圖3 信息架構深廣度示意圖

2.2.2 界面元素 車載系統次任務界面元素包括色彩元素、文本元素、圖標元素3個方面。

（1）色彩：車載系統界面會給駕駛員提供多方面信息，在信息處理過程中，顏色識別具有優先性，信息識別度也會隨著顏色對比度提高而提高，能夠有效幫助用戶記憶[30]。在亮度的選擇上，應該優先采用18 ∶1 的高亮度對比，將信息元素與界面背景區分[34]。在背景色與前景色的選擇上，郭孜政等[34]將黃-黑、綠-黑2種作為屏顯前景-背景色匹配時，發現駕駛員平均反應時間最小，識別效率最佳。李晶等[35]研究表明，在黑色背景下，除紅色以外色相不同的顏色在視覺感知上沒有顯著差異。在明度、飽和度數值較低時，視覺感知層次也會降低，低明度顏色的識別績效明顯高于高明度顏色。無障礙設計指南指出，顏色不被用作傳達信息、指示動作、提示響應或區分視覺元素的唯一視覺手段，應該與其他感知方式并行。對于老年用戶來說，黃色/白色、藍色/綠色、深藍色/黑色和紫色/深紅色的色彩搭配辨識度較低，在進行適老化設計時應該盡量避免[36-37]。字體顏色也應該與背景區分開，盡量避免黃色、綠色和藍色，后者認為字體色彩可讀性最高的色彩組合是白底黑字[38]。

（2）文本：在人機交互中，信息傳遞效率與字體、字形、字重相關[39]。早期因座艙內屏顯分辨率較低，襯線字體會在低分率情況下變形，使可識別性降低，所以非襯線字體使用更為廣泛，尤其是Verdana、Tahoma、Trebuchet MS 和Georgia 4 種英文字體[40]，會在屏顯中使用頻率較高。文字與數字、普通符號相比，辨認績效較差，為了使得駕駛員更好地識別文字，字體應該適當增大，字體顏色也能對辨認績效造成直接影響，黃字白色背景、綠字青色背景的辨識績效較差，在車載信息系統界面文本設計時，盡量采用白底黑字，提高辨識效率[41]，最少字符間距為2 mm[42]。數字界面文本設計的適老化研究具有豐富的研究基礎，周愛保等[42]指出老年人對宋體、正楷和黑體的加工速度較快，Bernard 等[43]指出老年用戶對襯線字體的加工更快，隨著顯示設備的升級，分辨率提高，可以嘗試使用襯線字體；楊志等[44]研究指出在進行網頁設計時，老年適合的字號為14pt-16pt、字形應采用中型或者粗性、對齊方式應該一致采用左對齊。王敬欣等[45]指出適用于老年用戶的字間距是0.7 pt 和1.0 pt，行間距1.0 和1.2 倍標準間距。

（3）圖標：圖標在人機界面中廣泛使用的原因主要包括以下4 點：①相比文字，圖標易于識別和記憶[46]；②圖標比文字具有更強的通用識別能力[47-48]；③圖標提供可視性感知，在生態感知上有利于人機交互[49]；④用戶在執行任務時更喜歡使用圖標而不是文本，盡管這種喜好與績效無關[50]。但是不好的圖標設計未必見得有上述效果，可識別性和可理解性是評價圖標設計好壞的重要因素。除此之外，樣式質量、定位性與意義性也是重要的圖標設計評價要素?？赡芪幕?、地域不同會導致無法理解圖標語義，所以“圖標+文字”是較好的圖標設計形式[51]。在適老化圖標設計當中，圖標語義與設計元素無法對應是老年用戶難以理解圖標的根本原因。首先建立圖標設計與老年用戶認知能力需求匹配梯度，將語義距離與執行方式兩種圖標設計的方法與老年用戶認知能力需求匹配。

比如圖4 中，“停車場”的標志，語義為停車；“自行車”的標志，語義為“自行車”，按照語義距離將兩個圖標進行設計得到新圖標，語義為“非機動車停車場”，若老年用戶覺得圖標“停車”“自行車”是無關的，屬于該用戶能力不足范圍，那么他將很難理解新圖標“非機動車停車場”的語義。相反，若老年用戶認為這兩個語義距離達到一致程度，屬于該用戶能力余裕范圍，那么他將很容易理解新圖標的語義。適老化圖標設計應該采用老年駕駛員熟悉的圖標進行優化設計，盡量避免全新的設計，逐步改變優化為妥。此外，儲節旺等[52]指出在設計過程中要確保兩個圖標之間至少相距2 mm、觸屏上的按鈕對角至少達到9.6 mm、需要被點擊的互動元素對角至少達到11 mm 等具體的適老化界面圖標設計原則。

圖4 語義解析圖

3 現有研究總結

首先，在車載系統界面設計領域[29]的各種理論指導下，有學者針對人車交互的具體場景，提出了車載界面設計策略與建議，側重于研究界面元素中某一變量對于車載系統界面使用的影響，研究內容較為具體，可以作為之后人車交互設計基礎，但缺少以用戶交互流程為中心設計策略研究。

其次，適老化人車交互設計研究較少。目前對于車載界面的研究，隨著技術進步從最初的機械儀表、中控轉換為智能化、多屏化、大屏化的圖形界面，并且界面的呈現方式與交互方式也在發生改變。老年駕駛員的老化現象會影響其駕駛行為與交互行為。盡管許多學者聚焦于人車交互的駕駛體驗、駕駛安全，但是少有學者在人車交互領域面向老年人這一特殊群體進行設計研究。

其三，現有適老化人車交互設計研究與駕駛場景聯系不夠緊密。部分學者關注到伴隨社會老齡化出現的問題，進行適老化設計研究，現有的適老化人車交互設計研究側重于研究老年駕駛員使用界面時的用戶體驗、使用界面的交互績效，與駕駛場景聯系較弱。對于人—車交互對駕駛行為的影響缺少更深入的考量。大多將研究其他交互設計載體的方法[53]直接遷移至車載系統界面上，對駕駛場景特殊性涉及較少。

綜上所述，針對老年駕駛員人車交互界面設計研究在研究廣度和深度上有所欠缺，后續研究可以設計學理論方法用于研究人車交互適老設計，并且與人車交互的特殊性相聯系。

4 研究不足與啟示

目前人車交互與適老化設計領域研究較為豐富，但面向老年駕駛員的人車交互設計研究較少。由于不同用戶在生理特征、認知、行為上均存在差異，未來的人車交互設計應該考慮用戶特征。通過分析上述文獻，車載人機交互界面適老化發展可能存在以下方向：根據老年駕駛員特征構建設計評價標準、開展以用戶中心的設計策略研究、在駕駛場景下進行設計測評。

（1）構建車載系統界面設計的評價模型。根據現有的車載系統評價體系與老年駕駛員的特征，構建出車載系統界面適老化評價模型。通過用戶調研、深度訪談，根據老年駕駛員的具體需求，完善適合老年駕駛員的車載信息系統標準體系。評級標準需包括車載系統的功能、交互方式、表現方式以及可用性等方面；評價模型的建構需要關注使用車載界面完成次任務對駕駛主任務的影響，并且關注車載界面對于老年駕駛員完成駕駛次任務的交互體驗。

（2）設計以老年駕駛員的駕駛為中心、交互體驗為輔助的車載系統界面。車載信息系統的使用與駕駛任務緊密相關，最主要的目的是能夠更好地輔助老年駕駛員駕駛，根據老年駕駛員的感知特征優化界面設計的表現層，使老年駕駛員易讀易懂，易搜索其想要的信息；根據老年駕駛員的行為特征優化界面設計的交互層，使得老年駕駛員易操作，能夠更快、更準確地完成駕駛次任務；根據老年駕駛員的認知特征優化界面設計的結構層，使得老年駕駛員易理解界面邏輯，易學習使用智能化較高的車載信息系統。

（3）在駕駛場景下測試車載系統適老化設計。車載系統界面不同于其他硬件界面，其使用直接關系到駕駛員與乘車人員的安全。對于適老化車載系統界面設計的驗證，應該涉及次任務完成對駕駛績效、駕駛負荷的影響；還涉及老年駕駛員在使用界面時的交互體驗、交互績效，關系到完成駕駛次任務的時間，影響駕駛員的駕駛情緒。