包 装 工 程 第44卷 第6期
12 PACKAGING ENGINEERING 2023年3月
收稿日期：2022–11–10
谭浩，唐诗妍
（湖南大学 设计艺术学院，长沙 410082）
摘要：目的 对智能汽车人机界面的相关研究进行综述，以总结归纳用户体验评估对象、评估指标和评估方法，从学术的角度建立智能汽车交互界面用户体验评估方法体系。方法 通过系统文献综述，对纳入系统综述的文献进行信息提取，从而得到基础数据；通过总结归纳的方式，进行数据分析。结果 分析了汽车数字化、智能化的发展趋势对汽车交互界面用户体验设计与评估的影响，从评估对象、评估指标、评
估方法三个方面总结智能汽车领域用户体验研究进展。提出产品类型以及构成产品的产品要素（物理特征和虚拟要素）两个评估对象维度，基于人机系统优化层次重点阐述了安全、效能、感性体验三类评估指标，基于研究对象、方法属性和质量效率构建三个评估方法维度，为评估方法选择提供参考，并详细分析了不同研究中评估工具的应用。最后总结评估对象、评估指标以及评估方法，形成该领域的方法体系。结论 在智能汽车时代下，技术发展使汽车人机交互界面日趋复杂，用户体验评估被证明有利于提供反馈，以帮助开发者设计和改进产品并完成产品迭代。通过这种方法，可以为车辆开发人员提供有关如何进行成功的用户体验评估所需的理论知识和实践参考。 关键词：智能汽车；人机交互；人机界面；用户体验评估
中图分类号：TB472 文献标识码：A 文章编号：1001-3563(2023)06-0012-13 DOI ：10.19554/jki.1001-3563.2023.06.002
User Experience Evaluation Methodology of Interactive Interface in Intelligent Vehicle
TAN Hao , TANG Shi-yan
(School of Design, Hunan University, Changsha 410082, China)
ABSTRACT: The work aims to conduct systematic review of literature on human-machine interface (
HMI) of intelligent vehicles, summarize the objects, metrics, and methods for evaluation of user experience (UX) to develop a methodology for UX of HMI in intelligent vehicles. System literature review (SLR) was conducted and information was extracted from literature included in the systematic review to obtain basic data and conduct analysis. The effects of the development trend of intelligent vehicles on UX design and evaluation of vehicle HMI were analyzed and the research progress of UX was summarized from three aspects, which included evaluation objects, evaluation metrics and evaluation methods. It put forward two dimensions of evaluation objects: product types and product elements (including physical characteristics and virtual elements), and emphatically elaborated three types of evaluation metrics (namely safety, performance, and experi-ence), based on the optimization layer of human-machine system. Three evaluation method dimensions were constructed based on the attributes of the evaluation methods, which included research objects, the method attributes, and the quality -efficiency, providing reference for the selection of evaluation methods. Besides, the application of evaluation tools in different studies was analyzed in detail. Finally, the objects, metrics and methods of evaluation were summarized. In the era of intelligent vehicles, the development of technology has increased the complexity of HMI. UX evaluation has been proved to be beneficial to provide feedback to help developers design and improve products and complete product itera-tions. This method can provide vehicle developers with theoretical knowledge and practical reference on how to conduct UX evaluation successfully.
KEY WORDS: intelligent vehicle; human-machine interaction; human-machine interface; user experience evaluation
第44卷第6期 谭浩，等：智能汽车交互界面用户体验评估方法体系综述 13
智能汽车正越来越多地渗透到人们的日常生活中。然而，先进的技术使汽车领域的交互变得越来越复杂。积极的用户体验对用户接受智能汽车至关重要，可能会促进智能车辆的使用并加快其在社会中的普及，应该被视为汽车开发过程的关键部分。在此背景下，智能汽车人机界面的用户体验设计与评估已经成为国内外学术界与产业关注的重点。
1 智能汽车交互界面与用户体验
1.1 智能汽车概述
国家发改委《智能汽车创新发展战略》对智能汽车的定义为：智能汽车是指通过搭载先进传感器等装置，运用人工智能等新技术，具有自动驾驶功能，逐步成为智能移动空间和应用终端的新一代汽车。智能汽车通常被称为自动驾驶汽车（Autonomous Vehicle，AV）、智能网联汽车（Intelligent and Connected Ve-hicle，ICV）等。自动驾驶汽车的历史与相关概念可以追溯到20世纪30年代后期[1]，可以通过避免致命的碰撞、为以老龄人及残障人士为代表的特殊用户体提升驾乘体验[2]、增加道路
容量、节省燃料和降低排放来从根本上改变交通系统[3]。自动驾驶汽车的性能和安全性可通过网联技术提升。智能网联汽车是新一代车辆，融合自动驾驶汽车与网联式汽车（Connected Vehicle，CV）的技术优势[4]，配备先进的车载传感器、控制器、执行器等设备，集成现代通信和网络技术，实现车辆与人、车、路、背景等之间的智能信息交换和共享[5]。自动驾驶技术和网联技术的结合共同推动汽车向智能化方向发展。
技术进步为多年来限制车辆发展的各种技术问题提供了强大的解决方案，这些技术解决方案使汽车的交互模式和人机界面功能产生重大变化[6]。智能与网络技术背景下的人车交互，包含了人类移动情境下的一种身体超越，其未来具有巨大的潜力[7]。从整体效益的角度来看，智能汽车除了具有提升道路安全性、提高人员货物流动质量及效率等明显的优势外，还将通过降低油耗、高效利用互联网、减少人员等手段带来更多的经济收益[8]。智能汽车通过加深人车融合交互的方式重塑交通和出行模式，为交通系统和人类驾驶带来革命性的变化。
1.2 智能汽车交互界面
汽车的交互式服务（如车内支付、联网音乐、远程汽车访问），增加了汽车交互设计的复杂性[9]。人机交互界面（Human-Machine Interface，HMI）是自动驾驶汽车与乘客、其他道路使用者等人机之间通信的硬件和软件系统的集合，包含2种主要类型，即汽车用户界面（User Interface，UI）和外部人
机界面（External Human-Machine Interface，eHMI），分别与车内用户和外部道路使用者进行通信[10]。
传统的汽车用户界面包括中央控制物理操作界面和功能集成的触摸屏界面，它们在很多汽车中都可以使用[11]。根据显示的模式特性，此类用户界面也被称为俯视显示器（Head-down Display，HDD）[12]。各项先进交互技术在汽车人机交互领域的应用，推动了基于多通道用户界面的多感官交互的发展，催生了更多新型的汽车用户界面，如平视显示器（Head-up Display，HUD）、增强现实（Augmented Reality, AR）平视显示器、流媒体后视镜等。
外部人机界面是车辆的外部显示设备，通常采用文本等信息方式，将其呈现在车辆外部的不同位置[13]或投射在地面上[14]，或使用音频及口语将信息传达给其他道路使用者[15]，通过多种感官方法向外部道路使用者反馈信息，解决自动驾驶汽车与其他道路使用者进行通信和交互的知识差距问题，对确保交通使用者安全、提高交通运输效率、减少拥堵具有重要意义[16]。
智能汽车交互界面设计空间，见图1。
图1 智能汽车交互界面设计空间
Fig.1 Design space of human-machine interface
in intelligent vehicles
对于交互界面用户体验的关注，激发了该领域的许多研究，重点关注优化设计以改善性能及体验。一些研究集中在人车交互显控关系的属性方面[17-18]，提出未来智能汽车界面的设计建议，有助于在汽车交互界面开发初期解决设计问题。另一项研究对中控屏位置进行了深入分析，结果发现不同的显示位置和用户界面显著影响驾驶员的舒适度[19]。此外，多通道与自然交互也是人们一直关注的重点[20-21]。这种对交互界面的关注可以解释为人们对智能汽车安全性和操作便利性的兴趣日益浓厚[11]。
交互界面作为驾驶员与汽车通信的媒介，会影响驾驶员车辆控制、接收信息、监控系统的能力。智能汽车的交互界面必须正确显示自动驾驶系统的运行状态，在特定条件下需要驾驶员执行动态驾驶任务时，具备识别驾驶员执行动态驾驶任务能力的功能，并能
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合理地与车外道路者进行交互。为了安全高效地与智能车辆进行交互，积极的用户体验至关重要。
1.3 用户体验视角下的交互界面评估现状
20世纪80年代末到90年代初，计算机图形界面的兴起带动了互联网行业的发展。交互设计领域发展缓慢，设计中的质量观念已经从可用性支持下用户性能的工程重点扩大为用户体验[22]。早在20世纪80年代，心理学家和工程师就致力于研究让用户满意的设计，从营销的角度看待人与产品的交互关系，但此时尚未提出明确的用户体验定义。更广为人知的也许是Nielson提出的广泛用于交互界面评估的启发式设计原则，以及Norman在20世纪90年代提出的用户体验（User Experience，UX）概念，以涵盖苹果公司在人类交互性研究和应用的一些关键方面[23]。Berni等[24]根据在文献中发现的两种基本方法，提出强调情感体验的享乐/非工具方法[25]，以及强调可用性的实用/工具方法[26]。尽管产业界及学术界存在大量针对用户体验的研究，用户体验仍然是一个无法明确定义的概念。综合大多数用户体验的定义，人机交互的人体工程学国际标准ISO 9241-11对用户体验的定义如下：用户因使用或预期使用系统、产品、服务而产生的感知和反应[27]，涵盖大多数用户体验研究中的关键要素：主体（用户）、客体（被使用的系统、产品或服务）、交互发生的时间（使用或预期使用过程）、涉及人类的变量（感知和反应）。用户体验对产品的成功而言至关重要，从用户那里获取信息并非易事。继用户体验概念提出后，人们开始讨论通过用户体验评估改善产品质量，且在不同领域已有大量商业案例（如谷歌HEART 模型、GSM模型、阿里巴巴UES模型）被广泛使用。然而，大多数度量模型建立于互联网产业中，不完全适用于汽车产业。目前，汽车智能化的发展趋势使汽车设计从聚焦汽车本身的设计转向注重汽车用户体验的设计[28]，汽车企业传统的技术性评估难以在交互体验领域进行应用，难以符合汽车供应商及用户的实际期望。
用户体验不仅可以提升品牌资产[29]，支持客户的购买决策过程，还可以支持制造商开发和优化新的、现有的解决方案[30]。为了实现这一目的，需要准确地对交互行为进行理解和评估[31]。用户体验的概念在智能汽车领域意义重大，但缺少整合用户体验和智能汽车两个主题的系统文献综述。因此，本文通过系统文献综述（System Literature Review, SLR），以全面、简洁地总结该主题的现有文献。可为在智能汽车开发过程中考虑用户体验视角的用户体验研究人员和车辆开发人员提供参考。
2 研究方法与数据来源
2.1 研究方法
当前在汽车领域存在一些系统文献综述，其中一些文献关注人机交互领域，但在现有的文献中，尚未有专注于智能汽车用户体验评估的文献综述。基于本研究的目标，制定了三个研究问题（RQ i），如下所示：
RQ1：评估对象，关于智能汽车交互界面评估了什么？
RQ2：评估指标，智能汽车交互界面的评估涉及哪些方面的内容？
RQ3：评估方法，在智能车辆人机交互中评估用户体验的方法有哪些？
如果研究符合以下标准，则纳入系统综述：
1）研究以论文的形式呈现。
2）研究讨论了智能汽车交互界面的内容。
3）研究描述了评估智能车辆用户体验的方法。
4）该研究是在过去10年内发表的。
如果研究出现以下情况，则排除：
1）全文不可用。
2）非英文。
3）专注于智能车辆交互以外领域的用户体验。
2.2 数据来源
在五个主要数据库（IEEE Xplore、ACM Digital Library、Springer、ScienceDirect、Web of Science）中进行了文献检索，所选数据库已被广泛用于人工智能领域的二次研究。
检索过程旨在检索尽可能多的与主题相关的研究。检索字符串中包含了两个关键术语：“user expe-rience”和“intelligent vehicle”。术语“user experience”也被称为“UX”。网联汽车与自动驾驶汽车都属于智能汽车的范畴。因此，这些关键字被包含在检索字符串中。运用布尔运算符构建检索词：“AND”用于连接术语，“OR”用于替代术语，以此制定了检索字符串：("user experience"OR"UX") AND ("intelligent vehi-cle"OR"connected vehicle"OR"automated vehicle")。
研究选择过程通过流程图表示，见图2。在初始
图2 研究选择过程的流程图
Fig.2 Flow diagram of study selection process
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检索过程阶段，共检索了910项研究（IEEE Xplore (n =5)、ACM Digital Library (n =80)、Springer (n =403)、Science Direct (n =390)、Web of Science (n =32)）。排除4项重复的研究，在审查这些研究的标题和摘要后，排除714项不适合本系统综述的研究。根据纳入/排除标准评估其摘要，排除156项研究，余下的36项研究进入资格阶段。这些研究的全文均适用纳入/排除标准，最终36项研究被纳入本系统综述。
3 用户体验评估方法体系
基于系统综述获得的评估方法，总结了智能汽车交互界面用户体验评估方法体系的框架，其目标如下：
1）使用常见的用户体验评估指标和评估方法衡量用户对智能汽车交互界面的体验。
2）提供全面的评估工具，可以与同类产品进行比较。
3）衡量用户体验的实现情况。
4）根据收集到的反馈不断优化设计，提升产品质量。
该框架包括以下几个组件： 1）用户体验评估对象：作为评估目标的主体（不同类型的交互界面以及构成交互界面的产品要素）。
2）用户体验评估指标：用户体验测量的内容（指标所属维度、属性）。
3）用户体验评估方法：获取数据的手段（评估方法的选择指的是哪种类型的测量手段和用户体验评估对象、评估指标是合适的）。
在选择评估方法时，需要考虑的是评估对象的特性、评估指标、设备、时间、成本。智能汽车交互界面用户体验评估方法体系的设计，见图3。
图3 智能汽车交互界面用户体验评估方法体系
Fig.3 UX evaluation methodology of human-machine interface in intelligent vehicles
3.1 评估对象
智能汽车交互界面的评估对象，包括产品类型以及构成产品的产品要素（物理特征、虚拟要素）。 3.1.1 产品类型
汽车显示技术的快速发展促成信息显示方式和位置的多样化，平视显示、增强现实、激光投影、各种屏幕显示（液晶屏、柔性屏、异形屏、曲面屏等）等不同的显示设备和显示方式不断进入智能汽车的
内部空间[32]。
正确放置车载功能并到信息分布的最有利位置可提高可见度以保障安全驾驶，例如，汽车开发商将汽车状态信息放置在离驾驶员更近的仪表
屏上，而将娱乐信息放置在副驾娱乐屏上。针对驾驶或非驾驶相关信息的显示设备和显示方式，已在一些文献中进行了详细研究。Li 等[33]探讨了非驾驶相关任务显示设备对接管绩效的影响，相较于移动设备，平视显示器是一种更好的显示器，可以提高驾驶员在道路上的注意力。Detjen 等[34]通过平视显示器或增强现实平视显示器将车辆的动作传达给用户，并对其进行了评估。两种可视化都提高了自动驾驶系统的用户体验和信任度，增强现实技术实现了更佳的用户体验和更快更准确的驾驶接管。 3.1.2 产品要素
上文已经确定了智能汽车交互界面的类型及部
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分交互属性，但对构成产品的要素未进行深入探讨。
构成计算机系统的产品要素可以分为物理要素和虚
拟要素。在物理特征中，尺寸、位置、造型共同构成
湖南汽车生活网交互界面的硬件。在虚拟要素中，界面、交互、流程、
功能、内容等共同构成交互界面的软件。评估对象的
物理特征及虚拟要素，见表1—2。
表1 评估对象物理特征
Tab.1 Physical characteristics of evaluation objects
物理要素描述性说明评估内容
尺寸沿某一方向、某一轴
向或围径测量的值直径、长度、宽度、厚度等
造型产品的外在表现形象形状[35]、彩、比例等
位置某一时刻在空间中的
分布
倾斜度[19]、距离[19]等
表2 评估对象虚拟要素
Tab.2 Virtual elements of evaluation objects
虚拟
要素
描述性说明评估内容
界面用户与系统进行输入输出或其他交互活动的媒介界面元素[36-42]、信息架构[43]
交互用户与系统通过显示器和控制器进行信息交换交互特征（主动交互[44-46]、拟人化[47-48]）、交互通道[49-54]
内容系统中用于传递特定消息的数据集，包括文本，图像和其
他元素，以及这些元素的可视
化组合和动态呈现信息类型[55-56]等
功能系统能够满足用户相关需求和潜在需求的属性语音功能[57-58]等
流程用户为实现目标，经过多个环节，按顺序操作的完整过程流程关系、执行序列
交互界面可以看成是形状、大小、彩、位置等多种设计特征的集合，这些设计特征共同构成产品的物理特征，其差异会给用户带来不同的体验，因此需要确定适应用户的物理特征。在人机交互过程中，合理的产品形式可以让用户获得更佳的使用体验和享乐体验。在交互界面的设计中，需要兼顾美学、人机工程学的要求。Yang等[35]研究了智能汽车人机界面设计特征与系统可用性的关系，根据4个设计特征确定了36种类型的面板系统，并收集了眼球运动和主观偏好数据以量化用户体验。Zhang等[19]对中控屏位置进行了研究，以确定显示屏位置对汽车行驶性能的影响。
针对界面的评估，主要指的是对界面元素及信息架构的探索。一方面是对车内交互界面设计的研究，旨在提高驾驶员绩效。在一项对自适应巡航控制和车道保持辅助符号设计的研究中，研究人员通过焦点小组的方法，邀请驾驶员设计自己的符号并讨论当前使用的符号[36]。对这些符号的评估表明，以用户为中心的设计可以确保用户理解和接受系统中的符号。Weidner等[37]评估了智能立体3D仪表板可视化的潜力。结果表明，参与者考虑了智能接管请求，可以进行更安全的接管。另一方面，外部汽车信息显示也是界面设计的一项重要内容。车外信息显示设计可以减少行人的决策时间[38]，有助于用户产生更积极的感觉[39]。界面设计要做的全部事情就是选择正确的界面元素[59]。精心设计的符号可以通过增加系统的直观性来提升系统的可用性[60]。由于车辆自动化水平及用户需求存在差异，开发人员应合理选择信息分布[43]。
根据交互发生的主体可以将交互行为分为人的控制行为和智能汽车的显示行为，两种交互行为以人机界面为媒介进行。交互特征是交互领域的一个重要研究内容，大量文献对系统的主动交互和拟人化特征进行了探究。Xu等[45]考虑主动交互反馈在社区环境中的应用和体验效果，验证了交互行为的关联紧密性对人类智能机器人交互过程中的用户体验至关重要。Large等[47]探讨了拟人化的对话对用户信任自动驾驶汽车的影响。结果表明，与其他界面相比，拟人化获得了最高的信任评级。但在Aremyr等[48]的研究中，未能发现拟人化特征与用户对自动驾驶汽车的信任之间的联系。
交互通道是交互领域的另一项重要研究内容。新型交互技术的发展，扩展了目前交互界面的概念，智能环境中的自然交互和多通道交互逐渐成为智能汽车交互界面的发展趋势。为了寻更符合自然习惯的人机交互方式，有必要对交互通道进行评估以提高交互的工作效率。Yan等[51]针对3级自动驾驶汽车进行研究，旨在了解用户对接管警告模式的偏好。他们提供了视觉接管警告、听觉接管警告、触觉接管警告和多模式接管预警4种不同的警告模式，研究发现视觉、触觉接管警告是最好的警告方法。Eimontaite等[49]在自动驾驶情境下，为老年人提供了不同的人机界面反馈模式，研究结果表明声音或多模态反馈提升了操作的便利性和旅程体验。
信息将发送者与接收者结合起来，信息所指的内容传达了信息发送者的意图。与智能汽车进行的交互类似人类之间的交流，不恰当的沟通可能带来严重的后果。已有研究对采用何种信息类型传达何种意图进行了探讨。为了解什么样的通信方式可以给用户带来更好的体验，Ji等[55]调查了用户对自动驾驶
汽车信息类型的偏好，结果表明，使用第一人称与用户沟通更能获取信任。在另一项调查行人对自动驾驶汽车信息需求的研究中，结果显示与仅传达状态信息相比，有关车辆意图的额外信息会实现用户体验、感知智能和
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