基于KANO-QFD 的智能汽車HMI 界面設計研究

摘要：為有效獲取智能汽車HMI設計時的用戶需求，本研究采用定性定量結合的方法確定需求并量化其權重，以提升用戶滿意度和使用體驗。通過結合案例研究和實地觀察與訪談，利用Kano問卷對用戶需求進行調研分析和重要度排序，最后采用了QFD模型對設計要求進行權重計算。結果表明，清晰的導航操作指引、及時信息反饋、界面布局直觀的需求權重最高。基于案例分析和用戶調研構建的Kano-QFD模型驗證了該方法在解決智能汽車HMI設計問題上的有效性，為后續相關研究提供了方法上的參考。

關鍵詞：智能汽車；Kano-QFD；HMI；界面設計；案例研究

中圖分類號：TB472 文獻標識碼：A

文章編號：1003-0069（2024）19-0132-04

引言

智能汽車是利用先進技術如傳感器、通信、人工智能等實現部分或完全自主駕駛的汽車，具備自動化和智能化的特征，代表了傳統交通工具向智能移動空間的轉變。隨著互聯網、大數據和人工智能等技術的深度融合，智能座艙人機交互系統的功能和交互日益復雜，市場上智能汽車產品層出不窮，競爭激烈。智能汽車不再僅是交通出行工具，而是集成出行、工作、娛樂等功能的智能化生活空間，用戶對駕駛舒適度和用戶體驗的要求不斷提高。在這一背景下，智能汽車HMI 作為用戶與汽車溝通交流的關鍵窗口，其設計顯得尤為關鍵。本研究以新能源車車主為研究對象，采用Kano 模型和QFD 質量功能展開相結合的方法，探討用戶對智能汽車HMI 的需求滿意度和功能重要性，設計出符合用戶真實需求的智能汽車HMI，以提升駕駛安全性和體驗感。

一、智能汽車HMI研究現狀

智能汽車HMI 設計近年來在國內外的研究領域備受關注，并已涌現出大量相關研究。

（一）界面設計層面

LI[1] 等通過采集真實駕駛時的掃描時間、平均掃描次數、眨眼頻率和心率等，研究了棋盤式和分層式兩種不同的車載信息系統（IVIS）布局對車輛的實用性和駕駛安全性的影響，發現不同HMI 界面布局對駕駛安全性有顯著影響，分層布局在低速下更高效，而棋盤布局在低速和高速下表現良好，證明不同的界面布局對駕駛員駕駛績效存在重要影響，設計時應充分考慮HMI 界面布局方式；陸楊[2] 基于AHP 層次分析法對汽車人機交互界面設計流程進行了分析，構建了智能汽車HMI 的用戶需求層次，通過計算、映射分析得出了權重比值。其中強調了汽車人機交互界面設計對駕駛安全的重要性，并分析了材質強度、空間布局和造型設計等影響因素。

（二）多模態人機交互層面

王瑞[3] 等分析了目前智能汽車主要的人機界面交互方式，即實體按鍵操作、觸控屏、語音識別、手勢識別、系統自主等交互方式，其中提到語音交互主要受限于自然語言的多樣性和算法的精準識別度，但從目前市場看具備良好發展趨勢；HUANG[4] 等指出，在駕駛過程中應盡量避免使用復雜的交互方式，如手勢或觸摸交互，因為這樣會增加駕駛員的認知負荷，從而增加駕駛的安全風險。設計師應以提高駕駛的安全性為基礎，優先采用簡單直觀的語音和視覺交互方式，對于這一觀點；譚浩[5] 等也研究了多通道模式交互下的自然交互方式和增強現實AR- HUD 對駕駛安全帶來的影響，其中語音作為自然交互方式之一，對于那些層次較為復雜功能的使用具有較大的優勢。多模態的交互方式正在逐步發展起來，但與之相比，通過語音控制車載系統，可以更好地減少注意力分散，提高安全性。未來隨著語音識別準確率不斷提升，語音交互會變得更加可靠和高效。

（三）用戶體驗層面

YANG[6] 等通過德賽SVG6 智能座艙系統設計案例分析，得出智能汽車人機界面設計應體現溫柔智能、高效人機交互和情感等特點，運用同理心法則深入智能汽車HMI 設計，是提升用戶體驗的關鍵性因素；譚征宇[7] 等構建了基于全身交互視角下的用戶需求洞察路徑，從技術、環境因素、用戶3 個方面透視了用戶體驗形成基礎和先決條件。“全身視角”有利于充分考慮用戶在每個環節下的真實需求，為理解用戶體驗提供了新的理論視角和思考方式。

綜上，考慮到駕駛者在執行復雜駕駛任務時認知能力有限，智能汽車HMI 界面布局設計、信息交互層級和方式不宜復雜，在界面布局合理的情況下交互信息層級越少越好。另外，語音作為目前多模態交互方式的首選創造了較高的價值，但語音識別的準確率和相應速度需進一步提升，以便更好地理解和執行復雜的指令，同時將語音、觸控、視覺等多種交互方式有機結合，提供更加豐富和靈活的用戶體驗。目前，對于智能汽車HMI 設計已有大量的方法被運用和驗證可有效收集獲取用戶需求最終以指導實踐，但對于將Knao-QFD 結合到智能汽車HMI 設計仍待深入研究。在此過程中，采用設計和評估方法應遵循以人為本的設計原則，從用戶的角度出發切實獲取用戶真實需求。

二、研究方法概述

Kano 模型是由日本學者狩野紀昭教授提出的一種定性研究方法，通過研究不同質量特性與客戶滿意度之間的關系來提升產品性能和用戶滿意度。在本研究中，通過調研新能源車車主對目前市面上的智能汽車HMI 的功能需求，并對需求進行分類和優先級排序，根據Matzler 和Hinterhuber 給出了修正的Kano 模型需求分類評估表[8]，將需求劃分為基本需求M、期望需求O、魅力需求A、無關需求I、相反需求R 5 種類型；再經過分析需求的影響值構建影響力矩陣，計算出需求重要度數值；最后，明確設計需求與功能優先級。

QFD 質量功能展開是由日本赤尾洋二和水野滋教授提出的一種把用戶需求轉化為設計要求的定量分析研究方法，利用直觀的矩陣與圖表形式將用戶需求與設計要求間的重要關系進行量化，以指導最終的設計[9]。本研究先結合智能汽車HMI 特性，將前期用戶需求映射為設計要求，然后計算了各設計要求的權重，最后根據權重值和優先級產出設計方案。

綜上可知，Kano 本質上是定性的，并不能準確反映用戶需求和滿意度[10]，在設計智能汽車HMI 時，通過結合QFD 可以將用戶需求量化為功能要求彌補這一問題，并減少定性研究方法的主觀性。因此，采用Kano-QFD 相結合的方式可以有效分析新能源車車主對智能汽車HMI 的用戶需求，并指導汽車HMI 設計。

三、基于Kano-QFD 的智能汽車HMI設計研究過程

Kano-QFD 方法相結合能有效將調研獲得的用戶需求轉化為設計要求。首先，收集市場上若干新能源品牌車型經聚類、整合，并挑選具有代表性的智能汽車進行案例分析，從多維度拆解智能汽車 HMI的相關功能，目的是探索市場趨勢挖掘其優缺點，為后續問卷設計提供參考指導。由于目前市面上產品眾多且功能較為復雜，用戶對智能汽車HMI 的需求相對模糊，經過實地考察、用戶行為觀察與訪談，盡可能挖掘用戶在駕駛使用過程中的痛點和反饋。其次，利用Kano模型評估分類表對獲取到的用戶需求進行分類和重要度排序，并輸出矩陣圖，再結合QFD 質量功能展開方法計算設計要求權重。最后，根據結果進行討論并輸出設計方案。研究方法及過程見圖1。

（一）用戶需求獲取

用戶需求是設計Kano 問卷的重要依據，也是了解目標用戶真實需求的關鍵指標，如果設計者不了解用戶的需求，就無法設計出令用戶滿意的產品[11]。此次研究采用案例分析結合用戶行為觀察與訪談獲取目標人群對智能汽車HMI 的真實需求和期望，案例分析有利于了解市場動態發展趨向，把握宏觀走向，并為問卷提供來源依據，通過對目標人群的駕駛行為觀察和駕后訪談，了解駕駛員在駕駛過程中的實際需求和反饋，發現用戶痛點，并轉化為設計機會點。

本研究中，隨機選取了6 位有駕駛經歷的新能源車主進行市區路段駕駛行為觀察和訪談，其中2 位是白領上班族，3 位是網約車車主，1 位是在校學生，他們的駕駛經驗都在3 年以上。為更好地深入挖掘用戶駕駛過程中的需求要點，調研過程經協商同意后采用錄音、拍照對數據記錄留存。結合對市場智能汽車HMI 的案例分析以及相關領域的研究，經整理分析后得到駕駛安全、導航娛樂、操作使用、界面形式等5 個功能需求類別，并對其映射歸類和功能拓展得到4類設計需求19 項用戶需求功能，如表1。將用戶需求與功能建立映射關系并加以拓展，不僅能夠確保功能設計要求的合理性，還能夠最大限度地滿足用戶需求，實現功能的最優化。

（二）基于Kano 模型的智能汽車HMI 用戶需求分析

1. 制作Kano 雙因子五階Likert 問卷

據上用戶需求分類，構建了一份五級Likert 量表問卷。問卷運用了一種雙因素調查方法，旨在探究用戶在該功能要素存在與否兩種情境下的態度差異，用戶滿意度的評估采用了5 級量度劃分，即劃分為滿意、理應如此、無所謂、勉強接受、不滿意5 個維度，設置相應的分值為 4、2、0、-2、-4，以便衡量不同需求對用戶滿意度的影響[12]。

2. Kano 問卷分析

此次調查對象為擁有智能汽車駕駛經驗的新能源車主，通過線上調研的形式，共收集到117 份問卷，排除無駕駛經驗、問卷填寫不完整等無效問卷，共回收105 份有效問卷。通過Kano 模型評估表對19 個需求進行歸類統計，明確每項需求的類型，其中占比最高的就是這個需求的屬性。以車輛狀態信息為例，用戶需求類型評估統計表見表2。

3. 用戶需求重要度計算

針對智能汽車HMI 的調查問卷設計Kano 模型定量參數如下：

根據以上用戶需求的重要度可知：

（1）從重要度排序來看，智能汽車HMI 界面用戶需求功能中得分最高的為個性化偏好設置，前五位的排序中占比較高的功能需求均屬于魅力型的需求類別。可知，提供足夠的自由度以便用戶可以根據實際需求完成個性化操作設置是智能汽車HMI 界面設計時的重要因素，也是智能汽車在市場中能否成為吸引用戶的決定性因素之一。另外，通過語音提醒記事的智能化亮點需求的重要度排序也相對較高，表明用戶在執行駕駛任務時利用語音提醒是一種較為常用的方式，此時語音的反饋效率和準確性將會成為影響用戶體驗的關鍵指標。

（2）用戶基本需求中的導航、音樂、電話等重要度排序最高，其次為車輛狀態信息及輔助駕駛提示信息反饋相對較高，在智能汽車HMI 界面的設計中是用戶最基本的需求要點。

（三）基于QFD 模型的智能汽車HMI 設計需求分析

1. 計算設計要素權重

質量功能展開模型（QFD）是一種常用于設計前規劃的工具，旨在將用戶需求按照其重要性轉化為設計要求。通過定量分析的手段指導設計和生產活動[13]。據用戶需求分析得到的智能汽車HMI 的關鍵需求要素和聚類分析結果，將基本功能、交互行為、界面樣式、智能化亮點作為智能汽車HMI 一級設計要求，細分拆解為12 項二級設計要求，并利用19 個用戶需求判定與其相應關聯程度見表2，量化出每項功能設計要求的權重比值。

功能要求的權重是反映功能優先級的重要指標[12]。各功能要求權重值與用戶需求之間的計算公式如下：

2. 構建QFD 質量屋模型

根據用戶需求重要度結合分析得到的智能汽車HMI 設計要求建立質量屋，并利用公式求其權重進行排序。在矩陣圖中，不同符號所代表的權值R 默認取值為△ =1，◎ =3，● =5，分別對應表示用戶需求與設計要求之間微弱相關、中等相關、強相關的關系程度，二者需求無相關則不進行標記，取值0[14]。智能汽車HMI設計質量屋見圖2。

四、智能汽車HMI界面設計

根據Kano-QFD 模型將用戶需求量化并轉化為智能汽車HMI 設計要求，由智能汽車HMI 設計要求權重排序得出各項設計需求的重要程度，通過質量屋分析模型得出的設計要求權重對后續的設計工作具有指導意義，例如，權重排序較高的“清晰的操作指引”“操作簡單直觀”“短時間內完成所需操作”等在功能架構設計時應處于較高優先級考慮要素，體現為界面設計中需要按照權重排序適當加強或減弱。

（一）信息架構設計

智能汽車HMI 界面作為用戶駕駛時與汽車本體產生交互的重要媒介和窗口，功能信息架構的合理性是提升用戶體驗的關鍵因素。信息架構設計是將界面設計中羅列的各項功能進行歸類和邏輯串聯，用戶能夠自主完成并掌握各項功能的操作流程，以確保高效完成任務。根據表1 用戶需求進行劃分，將用戶需求的功能點分為兩個層級。智能汽車HMI 功能層級架構如圖3。

在智能汽車的人機界面設計中，車輛控制和行車信息的設計是提升用戶體驗和確保駕駛安全的關鍵。車輛控制需直觀易懂，易于緊急訪問，并提供及時反饋。行車信息顯示要清晰，分層展示重要性，觸摸屏等交互元素需易用防分心。優秀HMI 設計應平衡功能性與簡潔性，確保駕駛員有效管理信息，保持道路專注。

在質量屋模型指導下，智能汽車HMI 設計強調車輛控制與行車信息的高效交互，兩者既要保持視覺效果的一致性，更要保證行車信息的高效利用。車輛控制在界面設計中采用模塊化卡片布局，并支持用戶自定義模塊大小。此外，提供更快捷的操作打開方式，簡化了通過導航欄打開的操作步驟。行車信息則優化文字排版以降低認知負荷，確保用戶快速理解。

（二）界面布局設計

通過前期功能重要度排序可知，用戶功能需求排序得分最高的是智能汽車HMI 的“車輛控制”層級，其中“個性化設置”是所有功能重要程度最高的一項。另外“行車信息”“系統信息”以及“娛樂信息”層級的基本應用功能也是用戶駕駛時關注的重點，尤其是提示類警告信息的反饋極為重要，設計時將會考慮采用不同的顯示順序和色彩來區分。根據對汽車中控造型的研究發現，現有車載中控最常采用特斯拉中控屏的橫屏造型作為代表[9]，以智界S7 單獨獨立型“數字儀表+ 橫向中控”的組合方式作為界面設計案例見圖4-5。

首先，中控屏是智能汽車HMI 實現車輛控制的重要途徑，用戶可以對基本功能完成操作使用，如打開導航、播放音樂、查看天氣信息等，也可以對界面功能模塊布局進行自定義的拖動和排序，根據使用習慣擺放位置或調整大小以滿足駕駛習慣。視覺設計上從狀態欄、主要功能板塊、導航欄以及功能按鈕4 個模塊進行原型布局劃分，降低因為界面元素過多導致的視覺誤導，重點突出導航、車輛控制等重要功能，通過圖標顏色、字體顯示狀態的變化引導用戶操作，見圖4。

其次，數字儀表作為車輛實時狀況的重要顯示設備，承載了行車信息顯示、系統信息提醒等功能，設計時應該結合功能層級架構對信息合理排序布局。以“行駛”狀態下的界面設計為例，重點突出關鍵信息的展示和排序，見圖5。以實時車速為視覺中心，左側顯示時速信息，右側顯示續航、里程、導航等，輔助用戶快速獲取關鍵信息，提高駕駛安全性。頂部為檔位及車輛狀態異常顯示信息提醒，通常采用飽和度較高的紅色和綠色輔助用戶及時查看并解決問題。

最后，對智能汽車HMI 設計從以下兩方面提出建議：一是從駕駛安全來看，儀表盤位于駕駛員視線正前方，應確保數字儀表盤盡可能清晰簡潔地展示關鍵駕駛信息，必要時可選擇高對比色彩突出異常提醒來提高用戶感知；二是從操作體驗來看，中控屏承擔著導航、影視、音樂等眾多功能，應采用簡潔直觀的布局方式，便于用戶快速訪問常用功能，不宜采用操作復雜的交互方式。同時界面視覺風格應保持一致，遵循視覺一致性原則。具體而言，應對卡片尺寸、標志風格和字體字號等元素進行網格化處理[15]，以確保整體界面的協調性和美觀性。

結語

智能化、電動化、網聯化的時代造就了智能網聯新能源汽車不可逆轉的發展趨勢。本研究提出將Kano-QFD 方法運用于智能汽車HMI 設計，通過案例分析和用戶行為觀察對市場趨勢和用戶需求進行了調研，整合分析得出駕駛安全、導航娛樂、操作使用、界面形式等5 類需求，推導出了智能汽車設計要求；隨后制作了Kano 雙因子五級Likert 量表問卷對目標人群調研分析，量化用戶需求即重要度；再綜合分析得到4 項設計要求，分別是基本功能U0、交互行為U1、界面樣式U2、智能化亮點U3；最后利用QFD 質量功能展開方法計算出細分的設計要求權重，根據權重比值進行了智能汽車HMI設計方案討論。既驗證了該方法在本研究中的可行性，又基于分析結果進行了設計實踐并提出兩點設計建議，通過合理的智能汽車HMI設計，在提高駕駛安全性的同時增加智能汽車駕駛操作體驗和滿意度。未來的研究將深入驗證并探討設計，同時在界面交互設計和用戶體驗方面進行進一步完善。

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