普通高中物理教学装置标准(如何为未来的车设计HMI？)

Posted 2023-05-28

篇首语：知是行的主意,行是知的功夫。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了普通高中物理教学装置标准(如何为未来的车设计HMI？)相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

普通高中物理教学装置标准(如何为未来的车设计HMI？)

现代人机界面正在改变我们与车辆互动的方式。汽车成为一种使用方法类似手机的工具。用户们对人机界面的期望很高，他们甚至会基于自己使用人机界面的体验来评价一款汽车的体验。在本文中，让我们看看一些通过适当的设计手段来帮助我们满足用户需求的方法。

人机界面 (HMI) 是一种允许我们与数字系统交互的界面。无论我们设计什么样的人机界面，我们都需要让用户充分利用系统提供的所有功能。近20年来，当我们听到数字人机界面时，首先想到的是个人电脑。但情况发生了变化，如今人机界面已经成为我们日常使用的许多设备不可或缺的一部分——手机、智能手表、物联网设备，甚至汽车。汽车 HMI 设计是一个相对较新的领域，你需要了解它的具体细节。

笔者的团队有过梅赛德斯-奔驰、三菱等大型汽车公司的设计经验，在这篇文章中我们想分享一些实践经验。这篇文章涵盖了HMI汽车设计，探讨了为什么它是汽车设计的一个重要方面。

什么是HMI？

汽车 HMI 是一系列功能元素的集合（如主机、仪表组和平视显示器 (HUD) 以及交互媒介（触摸、语音、触觉）），使车辆成为生活空间。

一、数字人机界面简史

我们所知道的数字 HMI 最初是在 80 年代初引入的。当时，一辆普通汽车能够执行的功能数量正在迅速增加，设计师的任务之一就是提供让驾驶员能够管理新功能的控件。设计师采用两种不同的方法：其中一些使用模拟控件（他们为每个功能添加一个物理按钮），而另一些则添加一个具有动态内容的屏幕。

第一种方法在德国汽车制造商中流行，而第二种方法在美国和日本汽车制造商中流行。此类系统的最早示例之一是在 1986 年的别克-里维埃拉中引入的。该系统允许用户使用单色触摸屏显示器控制广播电台和气候。很明显，这个系统的设计灵感来自飞机。

1986 年别克-里维埃拉的 HMI 显示屏。（Hagerty图片）

1986 年别克-里维埃拉 HMI 显示屏。（Hagerty图片）。

另一个值得注意的例子是日产在 1985 年推出的 CUE-X 概念车。该系统提供带有漂亮图形的彩色触摸屏。如你所见，功能控件的设计和位置与现代车辆非常相似。

数字人机界面。（图片来自日产汽车公司）

现代人机界面是汽车控制中心与娱乐系统的混合体。它允许用户更改气候设置、找到前往特定目的地的路线或观看 YouTube 视频。

数字驾驶舱和娱乐系统。（特斯拉图片）

二、使用数字 HMI 的好处

数字人机界面最近才成为大众市场技术。就在几年前，车载交互屏还是豪华车的特权。为什么突然之间，许多汽车制造商决定在他们的车辆中引入显示器呢？

主要原因是钱（成本）。当出现问题时，比起需要返工重新设计的物理控制装置，将显示器集成到驾驶舱并更新软件要容易得多出错。

另一个原因是市场预期——用户希望在他们今天购买的汽车中看到 HMI。

Lucid电动汽车的内部。（图片由Lucid Motors提供）

但这些都是市场原因，人类的需求呢？HMI在改善驾驶员和乘客的用户体验方面具有巨大的力量。

以下是 HMI 可发挥价值的几个领域：

帮助司机做出明智的决定。HMI 可以以一种易于使用的方式向用户提供实时数据。以电动汽车为例。可以根据他们加速的力度，实时了解汽车消耗了多少能量。
有助于提供更安全的驾驶体验。HMI 可以告知驾驶员危险情况（即当车辆接近车道限制时）并防止驾驶碰撞（即减慢车速以避免交通事故）。
驾驶员和汽车之间更自然的互动。HMI 可以在人机之间建立更自然的互动。例如，基于语音的系统可以让司机使用自然语言向汽车发出命令。

三、设计数字 HMI 时要注意什么

根据笔者的经验，设计一个漂亮而有效的 HMI 界面需要需要整体考虑艺术性和功能性。艺术性和功能性应该是平等的，完美和谐地协同工作，让用户沉浸在体验中。

以下是笔者想与大家分享的一些基本设计原则：

1. 给用户操控感

雅各布·尼尔森提出的UI设计的十大可用性原则中有一条说：

“设计应始终通让用户知道发生了什么，在适当的时间内做出适当的反馈。”

这种启发适用于任何数字系统，包括车辆的 HMI 设计。HMI 应始终在合理的时间内通过适当的反馈告知用户当前状态。当用户正在驾驶时，这一点尤为重要，在没有通知用户的情况下，不应采取任何会对用户产生后果的行动。

即使汽车避免了事故，它也应该通知用户正在发生的事情（例如，通过显示带有声音的视觉警告）：带有各种小工具的数字驾驶舱，可告知驾驶员当前状态

2. 遵循“安全第一”的方针

正如笔者上面提到的，HMI 系统的主要好处是它可以帮助我们挽救生命。现代汽车配备了大量传感器，传感器可以收集信息，然后利用这些信息跟踪驾驶状况。最周，该系统可以实时监控情况，并防止交通碰撞和事故。系统对条件的响应可以是：

反馈式响应，系统会告诉驾驶员刚刚发生的事情，例如胎压过低或微睡眠（眼睑变得沉重），并提醒驾驶员注意这一点。
主动响应，系统可以分析情况，预测可能发生的情况，并就潜在的不良情况向司机发出警告。例如，该系统会分析天气状况，并建议用户避免在道路结冰的日子开车。

碰撞预防系统在行动。（图片来自 Milkinside）

防撞系统在起作用。（图片来自 Milkinside）

在设计系统响应时，不要让大量信息使用户不知所措，这一点很关键。制定一个可靠的通知策略至关重要。您发送给用户的所有更新应该是：

有价值：用户应该只看到他们关心的更新。
及时：更新应该准确地在用户需要的时候发送给他们。
清晰：用户应该能够理解更新的全部内容。在设计信息消息时，依赖组块和格式塔原则很重要。用户浏览越容易，就越安全。

3. 认知负荷最小化

认知负荷是使用系统所需消耗的脑力。当系统需要用户承担大量认知负荷时，通常会明确表明存在改进系统设计的机会。您可以采取一些措施来最大程度地减少认知负担。

首先，不要强迫用户记住有关驾驶条件的信息。众所周知，人们无法在工作记忆中保存大量信息。您需要设计一个系统，以回答用户在驾驶时可能遇到的所有关键问题：

设计人员需要在仪表组群中预先提供此信息。

其次，基于现有的心智模型构建您的 HMI 至关重要。基于人们过去与汽车交互的经验，人们已经有了关于 HMI 如何工作的心理模型。当您遵循传统的设计原则时，您可以最大限度地降低如何使用系统所需的学习成本。

4. 减少不必要的分心干扰

十多年前，美国国家安全委员会发现，开车时使用手机每年会导致 160 万起车祸。想象一下这个数字在今天，在一个移动设备的重要性只增不降的世界里。这就是为什么汽车制造商的目标之一是让用户与车机交互而不是手机进行交互。

当你开车时，HMI应该完全替代你的手机。你不应该有任何理由看你的手机，因为 HMI 应该能够做你的手机正在做的事情。您可能会争辩说，HMI 系统的大显示屏会吸引很多注意力，并会产生与使用手机类似的影响。实际上，我们设计系统的方式很重要。我相信语音——而不是触摸——应该是与系统交互的主要媒介。我们的目标是定义用户可能希望使用系统完成的一组核心任务（如，广播电台换台、更新气候偏好、向朋友发送消息等）并设计用户可以仅通过语音完成这些任务的场景，以满足这一需求。

设计基于语音的交互的好处在于，您可以在不构建实际系统的情况下测试您的解决方案。绿野仙踪方法可以帮助您测试脚本并找到可以做得更好的领域。（译者按：WOZ（Wizard-of-Oz，中文译名为绿野仙踪，又叫做奥兹国奇遇记）数据集构造方法是一种非常常见的方法，简要来说就是为了实现一个人机对话的语料库，我们让一个人来扮演“机器”（叫做Wizard），另一个来扮演人（human），通过他们的human-human对话为模型提供高质量语料。）

5. 帮助用户完成日常事务

是什么促使人们开始使用新产品？虽然人们做事的原因有很多，但最主要的动力是效率。当人们开始使用一种特定的产品，往往是因为他们相信这会帮助他们更容易地实现他们的目标。同样的原理也适用于 HMI 系统。

如果你住在大城市，你就会知道在工作日找一个停车场有多难。在旧金山，您可以花一个小时在市区寻找一个停车位。这可不是令人兴奋的常态。如何让它变得更好？答案很简单——让汽车自己找到停车位。

现代导航系统可以提供有关免费停车场的最新信息，因此我们在设计 HMI 时，我们可以使用这些信息引导司机到达定位停车场。

那么，如何为日常运营找到解决方案呢？一个很有前途的方法是依靠“我们如何能够……（HowMightWe…）”技术。一旦确定了要帮助用户完成的例行任务，你就可以问这样的问题，“我们如何能够帮助用户解决这个问题？” 并提出一系列想法。这是与团队进行头脑风暴会议的理想方法——收集来自共同创造者的所有创想，并一起投票选出最佳解决方案。

您可能会在这里提出另一个问题：我们如何将其融入到HMI设计中? 首先，系统能够做的操作叫做技能。用户可以通过两种方式激活技能：手动操作（即单击“导航应用”以查找到付费停车场的路线）或自动激活技能（即系统了解用户正在寻找停车位并提出相关建议）。理想情况下，系统应该了解用户的需求和习惯，并预测用户何时需要帮助。

最近，汽车制造商已经开始在他们生产的汽车中引入增强现实体验。例如，2022 Mercedes S-Klasse 配备平视显示器（HUD），可将图形直接投射到挡风玻璃上。通过这样做，汽车制造商在交互环境中提供了重要的信息。

6. 不言而喻的导航体验

用户应该能够轻松找到相关技能。可发现性（在系统中找到特定区域的能力）和引导体验（引导到该区域的能力）应该处于最高层级。许多现代汽车都面临这样的情况：用户必须点击几十次才能做他们想做的事。

通过仔细规划系统的信息架构，可以避免此类情况。首先，您需要定义用户将要被引导到的区域（即车辆设置，例如悬架、空调控制、娱乐系统等）。这些区域将扮演引导中心的角色，用户可以在其中深入了解更详细的信息。之后，您需要在他们之间分配相关技能，并确保用户可以在不超过三下的时间内引导到该技能（是的，三击规则仍然有效）。

例如，当用户想要调整舒适度（即打开座椅按摩）时，他们应该能够通过在触摸屏上单击三下或更少的点击或一个语音命令来完成：

Lucid EV 中的导航。（图片由Lucid Motors提供）

7. 系统会不断地了解您和您的偏好

很多文章都在讨论创造个性化体验产品的重要性。然而，我们在市场上并没有太多的产品能够真正实现这一目标。

可悲的事实是，许多现代 HMI 不提供个性化，而是提供定制化。这些系统只允许用户修改一些偏好。但这是一个弱解，因为即使系统允许，大多数用户也不会更改默认设置。在 HMI 设计方面，如果您考虑到用户的个人喜好，您就有机会为用户创造更舒适的驾驶体验。

让我举几个例子，了解用户行为可以改善用户体验：

空调控制，系统为用户选择合适的温度，并通过询问用户来确保用户感到舒适。在冬天，系统会询问用户“车内够暖和吗？”用户可能会回答“我想更暖和点”，系统将调整温度并记住这个选择。
音乐、地点和事件，系统知道用户的偏好并且可以建议用户喜欢的内容、地点或事件。例如，系统可以推荐符合用户偏好的新音乐曲目。
舒适，当系统注意到用户在特定情况下打开座椅按摩时（例如，长时间工作后、远程工作期间等），系统会自动开启并通知用户（即“为您的舒适，我开启了经典按摩模式”）。选择按摩选项是现代汽车中繁琐的任务之一，这种智能自动化可以为用户带来好处。

最终，我们将拥有一个针对特定用户需求量身定制的系统。这将为我们带来显着的竞争优势——更好的用户粘性和更高的信任度。当我们知道这个系统理解我们并提供相关的建议时，我们就更愿意长期使用它。

梅赛德斯 S-klasse 2022 的数字娱乐系统播放音乐。（图片来自梅赛德斯奔驰）

8. 吸引人的视觉语言

如果你让我定义一个用户需求金字塔，我会开始给你以下几层：

只有当你设计了一个包含前三层的系统，你才能让它变得愉快。但是，在设计方面，愉悦意味着什么？我认为快乐是系统给你的感觉。即使是没有任何视觉设计的系统也能让你感觉良好。

但在汽车 HMI 设计方面，设计师有绝佳的机会利用他们的技能创造出令人印象深刻的解决方案。

“对于接触产品的人来说，一秒钟的情感可以改变整个现实。”
— 格列布·库兹涅佐夫

审美-可用性效应指出，用户倾向于认为有吸引力的产品更有用。设计师必须将身份和性格融入他们用来与用户交流的视觉语言中。通过改进系统的视觉方面，我们改进了系统被感知的方式。

例如，您可以为导航设计一个逼真的 3D 渲染，这将帮助用户更快地了解上下文（他们现在在哪里以及他们要去哪里）并提供极好的首次体验。想象一下你作为用户第一次触发这个；这可能会对您产生积极影响。

在验证HMI时，不应该只测量任务竞争时间和错误数量。你应该经常衡量用户满意度。提出问题很重要：“这个设计给你什么感觉？”当您对真实或潜在用户进行可用性测试时。如果您发现用户对您的设计不满意，你可以问一些更具体的问题来确定需要改进的地方。

最新一代梅赛德斯 S-klasse 导航系统中对象的 3D 渲染。（图片来自梅赛德斯奔驰）

四、结论

现代 HMI 正在改变我们与汽车的交互的方式。汽车成为我们使用的小工具，就像我们使用手机一样。用户对HMI的期望很高，他们甚至会根据自己的HMI体验来评价汽车体验。设计师可以通过适当的设计来满足这些需求。

因此，下次您设计 HMI 系统时，你需要确保它满足以下标准：

给用户控制感；
提供良好的易学性;
开车时不分心或很少分心;
不断了解用户偏好，并主动提出更改建议；
激发用户积极的情绪反应。

作者：Nick Babich & Gleb Kuznetsov

原文标题：Designing Human-Machine Interfaces For Vehicles Of The Future

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题图来自Unsplash，基于 CC0 协议

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