1可用性：一个简单而永恒的命题
“可用性”的内涵，几乎可以一直追溯到石器时代。几十万年前的欧非大陆上，我们刚学会直立行走的智人祖先在制造挑选工具时，“可用性”的概念就已经悄然存在。他们会去选择那些大小、重量和重心位置最合适的石块，然后不断敲打使得手持的部分尽量圆润便于舒服地握持，而让用于切割的部分尽量锋利和尖锐，以便不费力地刺破猎物厚重的皮毛。
一块正在拍卖的阿舍利文化时期的手持石斧，出土于法国西南部，距今约80万-30万年
图片来源：timevaultgallery.com/
这些，都这块石头的“可用性”。
从农耕文明到工业革命，从大机器到数字化浪潮，人类发明与掌握的工具不断发展，突破了牛顿力学的边界，在芯片时代里迸发出前所未有的巨大能量。然后对于工具设计的本质追求却和那个10万年前试图敲打出趁手石斧的智人祖先所面临的的挑战并无二致——尝试让它更好用。
虽然人类对于可用性的实践由来已久，但是现代“可用性工程”的历史短则相对要短得多。
20世纪初人机工学（Ergonomics）和人因工学（Human Factor）的研究提供了最早的可用性理论的学术基础。直到20世纪80年代后期，随着信息产业与计算机技术的爆发式发展，交互系统的复杂度随之极速攀升。相应的设计难度、开发效率与质量保障都成为了摆在系统设计开发者眼前的巨大挑战。于是，将交互系统的设计目标、体验度量、验证迭代等流程标准化的“可用性工程”应运而生，并很快成为提高现代交互系统设计效率最为重要的方法论之一。
20世纪的最后10年，关于“可用性”的研究越发成熟，如今那些可用性研究领域中标杆性的理论和工具，很多都成型于这个时期。例如那条“测试用户数量-发现可用性问题比例”的著名曲线（”4-5名用户测试既可以发现系统中80%的可用性问题” , Jakob Nielsen, Thomas Landauer, 1993），以及至今仍被广泛用于量化系统可用性表现的SUS量表（System Usability Scale, John Brooke, 1996）等。
测试用户-发现系统可用性问题比例曲线：N(1-(1-L) n )
图片来源：nngroup.com/
也是在这个时期，关于“可用性”定义得到了更加精简的凝练，即包括：
有效性(effectiveness)，效率(efficiency)，满意度(satisfaction)（Human Factor and Usability, B. Shackel, 1990，ISO9241-Part11，1998）。“满意度”维度的引入，也意味着对于“可用性”的度量除了关注生产使用效益之外，开始同样开始关注人与系统的情感链接，这为设计师创造出更有温度和更加柔软的系统提供了更多工具。
2座舱交互发展与可用性工程
1983年，苹果发布了Apple Lisa个人电脑，其脱胎于施乐公司图形界面的设计开创了桌面电脑图形化交互界面的先河。这一场影响深远的交互革命对现代可用性工程的影响同样至关重要，大部分沿用至今的可用性准则与测试方法，都是在20世纪80年代后半段和90年代快速发展并成型的。
Apple Lisa Office System 3.1
图片来源：en.wikipedia.org/
但是在汽车领域，图形化的高度集成的车载交互系统的出现，却要晚上很多年，不过这期间不乏很多如今看来依然大胆的尝试。
1981年，本田、阿尔派（Alpine）与史丹利电气（Stanley Electric）共同开发了全世界第一台车载导航系统Gyro-Cator。在民用GPS还没有诞生的时代，使用菲林片、CRT和气体陀螺仪实现了如同战斗机一样的导航系统。虽然配备了一套黑白CRT显示器并且大部分显示界面都是一张地图，但显然它很难被归属为某种图形化的交互系统。昂贵的价格与对用户战斗机领航员一般的操作要求，让这套设备充满了十足的赛博朋克气息。
Electro Gyro-Cator汽车导航设备，其中Gyro来自于陀螺仪一词Gyroscope
图片来源：ndrive.com/
随后的十多年，豪华汽车的新功能与日俱增，而交互系统的变革却显得平淡得多。新增加的功能往往只是带来新的按键、拨杆或者旋钮。这些越来越多、分布密集的物理交互设备使得一辆高级轿车的驾驶舱变得越来越像一架小型飞机，ISO还不得不单独列出一个关于“按键、拨杆、旋钮交互方向固有印象”的标准，来规范那些五花八门的硬件交互设备。这不仅让汽车内饰设计师们面临巨大挑战，也无疑让用户非常头疼。
变革发生在世纪之交。随着新型媒体总线技术的应用，早已对改写车内交互形态跃跃欲试的BMW，在2001年的新款7系车型上推出了第一代iDrive车载交互系统。其开创性的旋钮加屏幕的设计，第一次尝试将复杂的车载功能整合进一个简单的入口。用户只需要将手臂舒服地放在扶手上，轻松转动手指，即可触达那些高级而复杂的功能。
配置在底盘代号为E65的宝马7系上的第一代iDrive系统旋钮
图片来源：bmwgroup.com/
但故事到这里并没有结束。这套iDrive系统虽然在日后奠定了接下来十多年车载交互领域中最具代表性的“遥控器-显示器”模式，但它在诞生之初却并非那么广受欢迎。第一代iDrive的诞生是工程师的巨大胜利，但对于交互体验设计师和可用性工程师来说，他们的工作才刚刚开始。
“一个旋钮控制一切”的美好愿景在实际体验中并不容易实现，第一代iDrive系统中包含700多项功能，通过旋钮打开、阅读并理解复杂的菜单对于驾驶中的用户来说并不简单。而那些原本希望通过新技术整合起来的高级功能，例如车身控制系统、驻车控制、电子悬架控制等等，却依然还是被安排在菜单最深处，这些困难还不包括无处不在的复杂功能缩写。
第一代iDrive系统菜单，EDC，MFL，DTC这些缩写往往会让一部分用户陷入困扰
图片来源：artlebedev.com/
同时为了提升旋钮的操作效率，除了旋转和按压的功能之外，第一代iDrive旋钮还可以朝8个方向拨动，用以进入二级菜单，可是因为每两个拨动方向之间的夹角太小且旋钮是可以转动的，实际使用中用户会常常拨动到错误的方向。更加糟糕的是，因为开发人员希望给用户提供一个在多个功能页面之间跳转的快捷方式，他们给每一个方向的拨动都定义了一个全局的快捷进入功能。任何时候用户不小心拨动旋钮，都会打断现有操作、直接跳转到相应的功能页面。
这些问题带来的、在驾驶过程中的反复尝试、挫败和焦虑，让原本充满极简美学的设计显得似乎有些不近人情。
第一代iDrive NAVI02操作系统的截图，可以看见8个方向的旋钮控制界面
图片来源：mca.electricmura.ro/
也正因为这些可用性问题，第一代iDrive系统虽然成功颠覆了传统，却并没有在媒体和车评人那里获得太多好评，老牌车评杂志MotorTrend甚至直言：“iDrive是个好点子，不过也是对用户耐心的一次严苛考验”。
也许在今天的设计师们看来，想要避免这些问题似乎并不特别困难。但是对于二十年前第一群吃螃蟹的人来说，敢于尝试和探索未知的勇气至今依然值得尊重。
也正是从这一年，BMW开始更多投入对于车载交互体系的可用性研究。可用性作为用户体验开发的核心指标也开始获得重视。除了从学界邀请资深的人因工学和可用性专家加入之外，BMW也同时开始开发并实践一整套用于车载可用性测试的环境、方法和标准。
BMW位于慕尼黑的可用性实验室中的驾驶模拟设备控制台
图片来源：https://www.bmw.com/
在接下来的几年中，BMW依托在全球范围内对各个市场用户深入细致且标准化的可用性研究，通过大规模使用驾驶模拟设备、高保证原型、眼动追踪等方法，对iDrive系统的交互体系进行了系统性的评价、升级与改善，增加了适合在驾驶过程中无需视线离开路面即可直接操作的众多快捷方式按键、重塑了旋钮拨动交互的基础逻辑、革新了菜单布局、在旋钮上加入了手写功能等等。同时可用性工程也成为BMW车载交互系统开发中一个被深入整合与标准化的方法论。
在21世纪的第一个十年，这些手段逐渐将iDrive系统塑造成座舱交互领域中最具代表性的标杆解决方案之一。同时这些成功的探索和实践，也让各种形式的“遥控器-显示器“交互体系，成为各种豪华轿车品牌的标志性装备之一。
2021年3月BMW发布的最新iDrive 8交互系统，依然保持了升级之后的iDrive旋钮操作体系
图片来源：https://www.bmw.com/
2010年代，随着智能手机与平板电脑的爆发式增长，触摸屏交互成为了全新的主流交互模式，而特斯拉Model S的上市与爆红，一夜之间把汽车工业也拉上了这辆飞奔的移动互联网快车。
2012款Tesla Model S 12.3英寸的中控显示屏与拟物化的UI风格
图片来源：https://www.flickr.com/photos/jurvetson/7408464122/in/photostream/
与此同时，更加丰富的功能和更加复杂的交互也带来了新的挑战。
NHTSA（美国国家高速公路交通安全局）的交通事故数据研究显示，17%的机动车事故（此处只统计由警察报告的交通事故）源自于某种程度的“驾驶分心”。座舱内日益复杂的用户场景让这种分心变得愈发容易也愈发危险。众多基于防止驾驶分心的测试标准和手段，也开始成为车载交互系统可用性测试的重要指标之一。（例如NHTSA著名的驾驶分心指南NHTSA-2010-0053，其中定义了“单次操作，驾驶员视线离开路面不能超过2秒钟”等指标和一系列的测试规则）。
一个车载交互服务于安全性的简单示例：车载系统中的划动交互会要求去除惯性滚动效果（如左图所示）以保证用户可以随时停止操作专注路况，并可以随时继续之前中断的操作。
图片来源：https://uxdesign.cc/11-heuristics-for-ux-in-automotive-ac6ab9a8783c
3自动驾驶环境下的车载交互系统
当时间来到了21世纪的第二个十年，自动驾驶无疑是当下汽车行业最为激动人心的话题。然而当我们拨开自动驾驶完美愿景与狂热市场氛围的薄纱，车载交互系统的设计师们将不难发现：在到达完全自动驾驶的理想国之前，高级辅助驾驶场景下的车载交互，不是更少而是更多地需要负担起对于驾驶安全的责任。
而其中一个最为重要的挑战和目标之一，即是在不同自动化水平下（SAE L1，L2，L3或者更高）保证用户正确地理解实际的驾驶模式，以及相应的用户责任和驾驶任务。
人类驾驶员和自动驾驶系统在不同自动驾驶等级中的角色（DDT：Dynamic Driving Task，动态驾驶任务）
图片来源：《自动驾驶安全第一白皮书》（2019）
这个在L2时代已经让人们（包括驾驶员和生产商）付出了沉重代价的艰巨任务，即将随着L3级别自动驾驶系统的逐渐量产，变得更加复杂。因为从L3级别开始，驾驶员将首次真正被允许在指定的ODD（Operational Design Domain 运行设计域）内的某些时候完全交出车辆控制权，而由此带来的认知混淆的风险，将给交互设计与对应的可用性评估体系提出了全新的要求。
对于驾驶状态认知的变迁，只是自动驾驶场景下人和车关系转变、安全设计理念升级的一个小小缩影。
传统车辆研发安全体系中，设计者致力于让车辆的系统尽量少地发生故障，保证每一个设计功能都能正常运转，确保“功能安全”（ISO 26262，GB/T 34590）。然而在自动驾驶时代，复杂且高度依赖数据驱动的系统、难以预测的实际道路和用户场景，都让自动驾驶系统的开发者意识到：那些车辆能力边界之外的、来自于设计与系统自身局限性的风险，正在深刻地影响着自动驾驶环境下的车辆和人身安全。（国内外诸多自动驾驶的事故案例就不在此列举了，有时候，正是因为特定状态下的环境，例如反光、天气、道路状态；加上驾驶员状态，例如分神、误操作甚至打瞌睡，使得自动驾驶系统产生了“算法设定内”的“误判”，很多时候车辆的每一个零件和算法都在按照设计的指标运行，并没有发生“故障”，但依然造成了不可挽回的安全事故。）
这些关注“非故障”的安全领域，尝试解决那些因为设计不足或局限性在遭遇一定触发条件时（例如环境干扰或人员误操作）所导致危害的课题，就是眼下自动驾驶领域中非常热门的“预期功能安全”（SOTIF-Safty of The Intended Functionality，ISO/PAS 21448:2019 ）。SOTIF是一整套复杂的开发和设计流程，其中也包括一系列的确认和验证环节，以期待将已知的非预期风险和未知的潜在风险水平尽可能地降低。
基于SOTIF的开发目标
图片来源：《自动驾驶安全第一白皮书》（2019）
而“人”作为辅助驾驶系统或高级自动驾驶系统中不确定性最高的因素之一，自然成为基于SOTIF的设计中不可忽视的重要环节。事实上，在由众多头部汽车制造企业和系统供应商共同发布的基于SOTIF理念的《自动驾驶安全第一白皮书》（2019）中，人机交互系统被认为是自动驾驶汽车安全运行的关键因素。对于人机交互系统的可用性验证，也被认为是自动驾驶要素的验证与确认（Verficiation and Validation）中不可或缺的一个环节。
正如本章开头所说，当人们都在讨论“AI什么时候替代人类在道路上驾驶汽车”的时候，行业中躬身入局的设计师、工程师和可用性专家们，则正在思考如何将“人”更好、更安全地置身于这个并不完美却充满了魅力的全新的时代之中。
4展望未来
经历了100多年发展的汽车工业在眼下无疑正在面临着一个新的奇点时刻：高级辅助驾驶甚至全自动驾驶技术的突破与普及，万物互联的迅速扩张，基于AI技术的多模态交互与智能化交互对于人机关系的改写等等。这些都在对车载可用性工程与体验测试提出了无数新的挑战。
面对层出不穷的挑战，依然年轻的可用性工程正在实践中不断丰富内涵，拓展外延，以用户的视角和专业的方法度量世界。在每一个新的时代下，可用性工程师们依然将坚定地站在那些想要改变世界的设计师、工程师身边，做最具洞察力和最坦诚的伙伴。
参考文献
Usability Engineering, Jakob Nielsen, 1993
ISO 9241-11(2006) Ergonomics of human-system interaction
Visual-Manual NHTSA Driver Distraction Guidelines For In-Vehicle Electronic Devices
A Brief History of Usability, Dr. Jeff Sauro, 2013
2002 BMW 745i, Geog Kacher, 2001
Sundae for first class passengers, Artemy Lebedev, 2002
20 Years of the BMW iDrive: The Story, BMWGROUP, 2021
Why You Only Need to Test with 5 Users, Jakob Nielsen, 2000
《自动驾驶安全第一白皮书》，宝马、奥迪、戴姆勒、大众、菲亚特克莱斯勒、英特尔、英飞凌、安波福、大陆、HERE、百度，2019
《预期功能安全国际标准ISO21448及中国实践白皮书》，全国汽车标准化技术委员会，2020
《智能网联汽车预期功能安全前沿技术研究报告》，CAICV智能网联汽车预期功能安全工作组，2020
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