車載人機交互界面的適老化設計研究

李君華，沈柯宇，徐源，周應斌

車載人機交互界面的適老化設計研究

李君華，沈柯宇，徐源，周應斌

（武漢工程大學，武漢 430205）

研究車載界面的適老化設計方案，提升老年用戶車載人機交互界面的使用體驗與安全性?通過對老年用戶群體的研究，總結出影響老年人使用車載界面的主要因素與使用障礙；通過用戶訪談、問卷通過訪談調研獲取老年用戶對車載界面的設計需求，然后利用Kano模型對需求進行分類，并對設計需求的用戶滿意度進行計算，從而獲得關鍵設計需求；根據計算結果，從視覺設計、交互設計兩個方面提出車載人機交互界面的適老化設計方案，并采用HMI動態評價法對實踐成果進行可用性測試。對設計方案的可用性測試結果表明，通過研究老年人身體機能退化與社會認知障礙而進行的車載界面適老化設計，可以有效提升老年用戶駕駛時使用車載界面的安全性與使用體驗。

車載界面；適老化；關鍵設計需求；可用性測試

根據公安部2021年6月公布的數據顯示，中國機動車駕駛人總量達4.31億，其中60歲以上的駕駛人1 657萬，同比增加233萬人。由此可見，未來幾年，我國60歲以上老年人駕駛出行的數量會越來越高。然而，與日益增長的需求相比，車載人機交互界面設計卻沒有針對老年人進行相應適配。而且，車載人機交互界面還隨著技術與功能的進步變得更加復雜，進一步提高了老年駕駛者使用車載人機交互界面的難度，增加了駕駛時停留在車載人機交互界面上的時間，存在一定的事故風險。因此，需要通過合理的適老化方法來提升老年駕駛人的使用車載人機交互界面的易用性，從而提升用戶滿意度與降低事故發生率。

在信息技術領域，適老化設計的主要方法是通過對老年人的生理與心理因素、社會認知水平等各方面的因素特點進行綜合考慮，為老年用戶群體滿足其所需的功能需求與應用服務。適老化的最終目的是希望通過各類技術手段來讓老年用戶群體可以平等、高效、安全地使用智能技術產品，為他們提供方便。

基于此，本文將研究老年用戶群體使用時的障礙并結合用戶訪談與問卷調查，綜合考慮老年人對車載人機交互界面的需求，并使用Kano模型確認車載人機交互界面適老化設計需求的優先級，從而抓住用戶的主要需求，提出相應的車載人機交互界面適老化設計方案[1]，包括傳統的橫置觸屏及目前較為流行的豎置觸屏等兩套方案。

1 老年用戶群體研究

1.1 身體機能退化

1.1.1 感覺器官

大約從40歲開始，人的晶狀體會開始硬化，角膜、瞳孔括約肌、視網膜等生理條件也隨著下降，導致一系列的眼部問題，例如：1）晶狀體黃斑變性，眼球會吸收更多的藍色光，致使老年人的顏色識別功能水平會比年輕人平均衰退33%，會更難分辨車載界面中的藍色與黃色。2）老年人適應環境明、暗環境變化的能力降低，在強光或暗光環境下使用車載人機交互界面時需要更長的適應期，適應速度也明顯更變慢。3）老年人由于視覺注意的分配功能衰弱，導致視覺信息搜索能力下降，很難關注到車載人機交互界面中的細節信息。4）老年人的視覺細胞減少及視覺功能衰弱，導致老年人的視線范圍收窄與觀察距離變短，使得老年人在操作車載人機交互界面時，更難觀察整個屏幕的信息。

1.1.2 肢體退化

人類的肌肉會隨著年齡增長而萎縮，導致老年人出現不同程度的力量與協調性下降，身體的活動幅度也受到局限，使用大屏的車載人機交互界面時，會比年輕人更難觸碰到邊緣部分的功能。

1.2 腦部老化

外部的生理變化會直接影響我們的生活狀態，而那些不容易直觀感知的生理變化，比如腦部老化引起的認知功能變化，也在無形的影響老年人使用車載人機交互界面。人類的腦部狀態與認知功能密切，我們的認知水平會隨著腦部功能的弱化而大幅下降，其中對老年人使用車載人機交互界面影響最大的是注意力和記憶力。

1.2.1 注意力下降

在使用車載人機交互界面時，老年人往往可以在一段較長時間的時間內，集中注意力去完成單項任務。而老年人出現操作障礙的主要情況通常是需要靈活控制注意力的多任務，當需要操作兩個及以上的功能或多個信息同時出現時，老年人的注意力很難在這之間進行快速分配，即使出現優先級更高的任務時，老年人也很難進行合理的資源分配。這就說明，老年人進行多任務存在障礙的主要原因并非因為選擇性注意力缺失，而是由于老年人的腦部功能退化，導致信息處理速度下降，即老年人會更難進行需要不斷分配或轉換注意力的多任務操作，而車載人機交互界面往往功能復雜、信息量龐大，使得老年人在駕駛時更容易被分散注意力。

1.2.2 記憶力下降

老年人在操作車載人機交互界面時，通常要面對任務決策、任務解決、任務目標規劃等許多復雜的任務，這些任務都需要接收與理解大量來自車載人機交互界面的信息。但老年人由于腦部功能退化，造成注意力和信息理解與處理功能減弱，使老年人在進行車載人機交互界面交互時，會在界面信息的重組或整合等任務出現障礙，即界面信息理解障礙。

1.3 社會認知障礙

社會認知是指人類從在社會中習得的社會性技能，通過適應社會環境來滿足自身的需要。例如，年輕人需要某樣物品時，下意識地會使用淘寶、京東等應用購買物品，這是成長于互聯網時代的人形成的使用習慣，但老年用戶則很難建立這種對購物與使用手機的認知聯系。同樣，目前智能車機系統的使用習慣也會給老年用戶造成認知上的困惑，無法有效建立界面與操作、功能之間的聯系。社會認知障礙是人在社會化進程的后期，由于已經適應并且固化了自身對社會的認知，而這種社會認知層面的落后，使得老年人無法很快理解已經成為社會共識的新模式。這種社會認知障礙不同于隨著時間必然產生并且無法逆轉的生理或記憶、注意力問題，新的社會認知是可以通過社會化訓練習得的[2]。

綜上所述，通過對老年用戶群體的車載人機交互界面使用障礙研究分析可見，隨著年齡的增長，老年人的生理與心理相比年輕人有巨大的改變，其中影響老年人使用車機時的安全與體驗的障礙主要包括：由于感覺器官退化影響了老年人在駕駛時的各類信息獲??；身體四肢弱化，導致行動障礙與遲緩，操作車載人機交互界面存在障礙；同時由于腦部老化，造成記憶力、注意力下降，導致對車載界面存在操作與理解上的障礙；各類新的信息技術與信息產品的不斷出現，沖擊著老年人的認知，致使老年人很難在這種認知快速迭代的環境中迅速掌握新的產品規范，老年用戶也因此對車載人機交互界面存在理解障礙；最終由于以上問題的綜合影響，引發了老年人心理上的挫敗感，不僅使得老年人拒絕或懼怕使用智能車機系統，同時還容易造成使用時分心而帶來的車禍風險。下面將以此為調研依據，對老年用戶使用車載交互過程中的需求展開研究[3]。

2 老年用戶群體需求分析

2.1 適老化用戶群體需求提取

為獲得適老化車載人機交互界面的設計需求，對武漢、成都，共計20名60歲及以上并擁有3年駕齡的用戶進行了深入訪談，通過訪談來深層次挖掘用戶需求，了解用戶在使用車載人機交互界面時的使用需求與體驗，結合前文對老年用戶群體的研究與分析，對用戶需求進行整合與分類，最終設置了感官體驗與交互體驗2個需求類型、5個體驗類型和18個設計需求及其說明，并按照類型進行序號排列，見表1。

表1 車載界面適老化設計需求

Tab.1 Elderly-oriented design requirements of on-board interface

2.2 問卷調查研究與驗證

本次車載人機交互界面的適老化設計研究共發放問卷110份，回收有效問卷103份。參與調研的用戶男性89名，女性21名，研究用戶均為60歲及以上并擁有3年及以上駕齡，符合研究中的目標群體，為了保證問卷調研的有效性，通過SPSS25.0數據統計軟件對問卷信度進行分析，其中積極問題的Cronbach's alpha值為0.919，消極問題的Cronbach's alpha值為0.905，均大于0.85，證明結果內部一致性良好，數據具備相當的可信度。

2.3 適老化用戶群體需求的重要性確認

將問卷調查結果進行統計并結合Kano模型，并對設計需求進行歸類分析，得出基于Kano模型的適老化車載人機交互界面需求屬性分類，見表2。

通過對表2中對車載人機交互界面的適老化設計需求進行屬性分類，計算出各個設計需求的用戶滿意度系數。利用USI（User Satisfaction Index，用戶滿意度系數）中用的SII系數（Satisfaction In-crement Index，滿意度增加系數）和DDI系數（Dissatisfaction Decrement Index，不滿意度降低系數），來計算車載人機交互界面的適老化設計對用戶滿意度的影響[4]，計算公式為：

=(+)/(+++)(1)

=|+)|/(+++)×–1(2)

其中，A5、A6為無差異需求，此類需求不會對用戶滿意度產生影響，因此不做滿意度計算，對其余適老化用戶群體的車載人機交互界面需求屬性進行計算，結果見表3。

為確認設計需求重要度，根據表3的計算結果，以16種需求的SII平均值為縱軸臨界線，數值0.573；以16種需求的DDI平均值為橫軸臨界線，數值0.608，見圖1。

表2 車載界面適老化設計需求Kano屬性分類

Tab.2 Kano attribute classification for elderly-oriented design requirements of on-board interface

表3 車載界面適老化設計需求滿意度系數計算結果

Tab.3 Calculation results of elderly-oriented design requirement satisfaction index of on-board interface

由圖可知，第一象限為期望型需求，包括A1、B1、B4、C1、C2、C4，即當滿足無襯線字體、盡量使用單擊、盡量使用單擊、降低操作難精度、有效反饋提示、明確的行為指引、縮短操作鏈路等需求時，會提升老年用戶群體在使用車載人機交互界面時的滿意。位于第二象限的是魅力型需求，包括A7、C3、D1、E1，即提升擬物化圖標、提供晝、夜模式、內容可理解、界面清晰簡潔、語音交互，當這類用戶意料之外的需求得到滿足時，可以使用戶產生驚喜感，加強產品與用戶的情感聯系。第三象限為無差異需求，包括B2，即加長交互時間，這類需求不會顯著影響用戶對產品的滿意度。第四象限為必備型需求，包括A2、A3、A4、A8、B3，即加大字號、提高字重、中性色彩、增大操作區域、提供晝、夜兩種不同模式的操作界面等需求是車載人機交互界面適老化設計需求的基礎，這些需求與老年人視覺功能退化明顯相關，也是用戶在使用時能最直接感受到的部分，在設計中需要優先滿足，避免用戶滿意度大幅降低?；谝陨戏治?，第四象限的設計需求是滿足老年用戶對車載人機交互界面的重要部分，第一、二象限的設計需求，則可以有效提升用戶的使用滿意度，因此將這些象限的需求，作為后續設計的依據[5]。

圖1 車載界面適老化設計需求四象限

3 設計輸出

基于對老年用戶群體的研究與設計需求分析的結果，本次適老化車載人機交互界面應當采用簡潔、符合老年人認知和適應環境變化的界面設計；簡單的操作方式；高效的功能等重要程度高的需求進行相應的設計，以降低老年用戶在操作時的危險性和提升操作的體驗感。本次車載人機交互界面的適老化設計將圍繞以上研究結果，對橫置界面與豎置界面進行視覺與交互設計，并通過可用性測試對適老化設計后的車載人機交互界面的使用安全性與用戶體驗進行驗證[6]。

3.1 車載人機交互界面設計

3.1.1 視覺設計

車載人機交互界面作為人與車機系統進行交互的終端設備，根據前期的分析與研究，并結合老年用戶的車機使用場景、功能和方式等方面特點，對車載人機交互界面進行了適老化的橫版與豎版視覺設計，見圖2—3。本次研究從三個方面提出車載人機交互界面的適老化視覺設計。

圖2 橫置車載界面適老化設計—夜模式

圖3 橫置車載界面適老化設計—晝模式

第一，在車載人機交互界面的色彩設計方面，由于老年人適應環境明、暗環境變化的能力變弱[7]，因此車載界面采用了晝、夜兩種模式，一種以深灰色為底色，淺灰色與白色為主作為文字信息與圖標的顏色，一種以白色為底，深灰色與淺灰色作為文字信息與圖標的顏色，這種簡單、干凈的色彩搭配，使車載人機交互界面的設計給人沉穩的感受，符合老年用戶對產品的審美偏好[8]。

第二，老年用需要高效的方式從車載人機交互界面中的中獲得與駕駛相關的信息，而文字的可讀性是影響用戶獲取車載人機交互界面信息的最直接方式[9]?？勺x性高的字體可以使老年人在駕駛過程中，更容易閱讀，提高辨認信息的速度。因此在適老化車載界面的字體設計中選擇了非襯線字體，這種字體結構清晰，輪廓醒目，可以提高老年用戶的閱讀界面信息的效率。同時，分別對晝、夜模式進行了文字顏色適配，在以淺色背景為主對晝模式中運用黑色字體，反之則會顯示白色字體。

第三，適老化車載界的圖標設計，采用了更為符合老年人認知習慣的擬物化圖標，使老年人能直觀理解圖標蘊含的功能作用[10]。

3.1.2 交互設計

車機系統的設計往往會十分關注物理交互需求（PIC），卻容易忽視需要更多注意力及記憶力的心理交互成本（MIC）。由于車機系統通常存在復雜的任務、密集的指令、非常規的交互模式都會造成老年人的心理交互成本增加，會造成老年人使用車載人機交互界面時的理解與操作障礙[11]?；诖?，適老化的車載人機交互界面交互設計應當簡單易用，減少老年人的操作步驟，使其能夠快速準確達到操作目的。根據對老年用戶的車載人機交互界面使用需求分析，摒棄了其他非常用功能，將地圖導航、收音機和時間與天氣等老年人駕駛時最為關注與常用的功能作為界面的核心，并且根據老年人的駕駛傳統汽車時的使用習慣，設置了模擬傳統汽車的交互方式，例如，點開收音機功能，會變成傳統機器式的收音機調節頻道的模式，降低老年人適應智能車機的難度。而豎置界面對老年人的車機交互體驗提出了新的要求。例如，按鈕、文字的位置需要進行新的合理設計，使老年人可以更好地坐在駕駛位上用手去操作車載人機交互界面。因此，根據前文的老年用戶群體的分析與研究，對豎置界面進行了針對性的交互布局改進，將需要進行手指操作的部分放置在操作更為輕松的界面下部，便于用戶進行點擊，同時將無需操作的時間與天氣放在語音助手的上部，防止優先級最高的語音助手與其他功能按鈕距離過近導致誤觸，見圖4。

本次車載界面交互設計的適老化從精簡功能與設置符合認知的交互方式兩個方面減少老年人在駕駛時使用車載人機交互界面的心理交互成本。同時，采用了語音交互為主導的車機交互模式，在橫置界面與豎置界面都將語音交互的接口放置在老年用戶最容易點擊的位置，并通過舵式導航凸顯出來[12]，使用戶在任何一個頁面，都可以快速點擊語音助手圖標，說出自己的交互內容，降低身體與眼神移動的次數與時間，提升老年用戶使用車載人機交互界面時的駕駛安全性[13]。

圖4 車載界面適老化交互設計

3.2 可用性測試

可用性測試是設計實踐中的重要組成部分，目的是檢測進行適老化設計后的車載人機交互界面的可用性。本次可用性測試邀請6位60歲以上并且駕齡超過5年的資深駕駛者對適老化設計后的車載人機交互界面進行深度體驗。由于主要研究對象為身體機能退化的老年用戶群體，因此安全性與用戶體驗滿意度為本次可用性測試的重點。測試標準將基于Though-works HMI動態評價法體系中的視覺行為表現（Visual Behaviors）對設計的安全性進行測試和通過主觀感受（Subjective Feelings）對用戶使用體驗進行測試[14]。

視覺行為表現是指在動態條件下，讓被試者佩戴眼動測試裝置，對某項車機功能進行操作時，視線離開路面的時長，并結合Thoughworks所提出的測評指標進行計算，一旦測試結果分值低于80分，則意味著用戶進行該項操作時，視線離開路面時間過長。視覺行為表現的具體評價指標為用戶在車機單次掃視時長（權重54%），車機總掃視時長（權重16.3%），車機操作完成時長（權重29.7%）。以空調調節功能為例，測試者在車控屏中間區域向上/向下劃動，調節空調溫度；向左/向右滑動，調節空調風量大小，將被試者的三項指標平均時長的測試結果與指標進行數學擬合，結果見圖5，根據測評標準提出的權重，最終計算出適老化設計后的空調調節功能的測試分數：87.57分。

依據這種方式，對其他9項常用任務場景（找喜歡的歌手選擇歌曲播放、降低音樂音量、導航回家、搜索導航至指定地點、切換下一首、降低導航音量、切換歌曲播放模式、連接藍牙、撥打電話）進行測評，最終橫置界面與豎置界面成績均超過80分，表明經過適老化設計的車載人機交互界面可以滿足老年人行駛的安全需求。同時橫置界面與豎置界面的各項分值較為接近，表明兩版設計一致性較高，減輕了老年人切換使用橫置界面與豎置界面時的適應難度，結果見表4。

主觀感受的評價標準包括用戶在靜態條件下，對車載人機交互系統的視覺感受（車載界面的視覺復雜程度）、認知感受（用戶對車載界面信息的思考難度）、操作感受（用戶移動手指觸碰車載系統的負荷）三方面進行評測。主觀感受測試采用李克特七點量表對橫置界面與豎置界面進行評分。6位資深老年駕駛者最終評分見表5，平均分為6分，表明本次設計整體可用性為“優秀”，說明本次車載人機交互界面的適老化設計有效提升了老年用戶的使用體驗[15]。

圖5 空調調節功能的視覺行為表現分數

表4 視覺行為表現測試

Tab.4 Visual behavior performance test

4 結語

本文結合用戶研究和Kano模型，對老年用戶的車載人機交互界面需求進行研究，根據研究結果對車載界面進行了適老化設計，并通過可用性測試驗證了設計的有效性。本研究表明，將適老化設計理論應用于車載界面，能有效減少老年用戶使用車載人機交互界面的障礙，提升老年用戶的車載界面使用體驗，為這類用戶群體適應新興信息技術提供有效幫助。

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Elderly-oriented Design of On-board Human-computer Interface

LI Jun-hua, SHEN Ke-yu, XU Yuan, ZHOU Ying-bin

(Wuhan Institute of Technology, Wuhan 430205, China)

The work aims to study the elderly-oriented design scheme of on-board interface to improve the experience and safety of elderly users in using on-board human-computer interface. The main factors and obstacles affecting the use of on-board interface by the elderly were summarized through the research on the elderly groups. Through user interviews and preliminary research, the design requirements of elderly users for on-board interface were obtained and classified by Kano model. The user satisfaction of the design requirements was calculated, so as to obtain the key design requirements. According to the relevant results, from the two aspects of visual design and interactive design, the elderly-oriented design scheme of on-board human-computer interactive interface was proposed, and HMI dynamic evaluation method was used to test the usability of practical results. The usability test results of the design scheme show that the elderly-oriented design of the on-board interface by studying the physical deterioration and social cognitive impairment of the elderly can effectively improve the safety and experience of the elderly in using the on-board interface.

on-board interface; elderly-oriented; key design requirements; usability test

TB472

A

1001-3563(2023)14-0145-07

10.19554/j.cnki.1001-3563.2023.14.015

2023–02–17

李君華（1976—），女，碩士，教授，主要研究方向為工業設計。

周應斌（1979—），男，碩士，講師，主要研究方向為數字媒體設計。

責任編輯：陳作