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原文传递车内手势控制的可用性评价研究

论文题名：	车内手势控制的可用性评价研究
关键词：	汽车智能座舱;手势控制;可用性;评价模型
摘要：	随着智能座舱的推广，汽车的人机交互方式已经发生了革命性的变化，由单一的物理交互方式逐渐发展为集手势、触屏和语音等的多模态人机交互方式。相较于触屏和语音交互方式，手势出现的时间较晚，应用的也最不广泛。虽然手势控制已经在一些车内应用并且开始量产，但是不同品牌汽车控制相同功能的手势常常是不同的；并且由于座舱环境的特殊性和手势的地域性，日常生活中经常使用的手势有时并不适合应用到车内。因此客观准确地预测和评价不同手势的可用性是当前对车内手势控制研究的关键。这项研究能够有效地帮助设计人员进行车内手势的设计，也必将极大地促进手势控制在车内的应用。　　通过对当前汽车领域手势控制以及可用性评价研究的综述可以发现，汽车手势控制的研究文献十分丰富，但其可用性评价的研究却并不多；同时，现有的汽车手势控制可用性评价研究还存在着可用性指标单一、评价方法中人的主观因素影响较大、缺乏可用性客观测量方法等问题。针对这些不足，本文提出将可用性分为主观和客观两部分，分别选择测量指标，通过分析它们之间的变化规律，建立基于可用性客观测量指标来预测主观可用性的数学模型来评价手势可用性的方法。　　本文选择了音乐、电话和导航3种简单的非驾驶功能，将其细化为7项任务作为手势控制的对象，采用用户自定义设计、文献研究和实车收集方法为7项非驾驶任务收集手势，建立手势集。　　借助驾驶模拟台架等设备搭建驾驶场景，招募参与人员20名对手势集中的各项手势进行测试，借助于各种测量设备获得参与人员操作手势时的各项客观和主观测量指标数据。为了对比，还同时对各项任务的触屏控制方式进行了测试，获得了客观测量指标数据，为数据分析和建模提供依据。　　将手势按是否需要视觉反馈分为两类，通过非参数检验Mann-Whitney U检验证明了两类手势在各项测量指标上存在显著差异。由于有些数据不服从正态分布，于是借助单因素重复测量方差分析方法和Friedman检验方法将手势和触屏控制方式在各项客观指标上进行了对比，结果发现在大部分指标上手势的表现是优于触屏的。采用Spearman相关系数分析了客观指标之间的相关关系，探究了客观指标之间是否存在一些规律，结果发现一些客观指标之间确实存在一定的联系，并且这些联系是符合客观规律的。不仅判断客观指标之间的相关关系，也探究了客观指标和主观指标之间的相关关系，发现一部分主观指标和客观指标之间存在较强的相关性。最后从定量角度出发，为了更好地评价手势的可用性，借助多元线性回归、BP神经网络、支持向量回归和随机森林模型四种方式建立了基于可用性客观测量指标来预测主观可用性的评价模型。　　本文在车内手势控制可用性评价研究方面取得了一定的成果，证明了手势比现在车内应用最广泛的触屏控制方式表现要好，为手势控制方式在车内的推广提供了依据。另外，还给出了基于可用性客观测量指标来预测主观可用性的评价模型，为车内手势控制的分析评价提供参考，有利于缩短设计周期和降低设计成本，进一步提高产品的竞争力，未来可基于此考虑更多的驾驶功能和可用性指标，来获得更加可靠、普适的规律。
作者：	马明洋
专业：	机械工程(车身工程)
导师：	任金东
授予学位：	硕士
授予学位单位：	吉林大学
学位年度：	2022