關(guān)于L3自動(dòng)駕駛的人機(jī)交互設(shè)計(jì)研究

張大權(quán) 張惠 楊冬雨 趙默涵

（中國第一汽車股份有限公司 智能網(wǎng)聯(lián)開發(fā)院，長春 130013）

主題詞：自動(dòng)駕駛 人機(jī)交互 用戶體驗(yàn) 駕駛接管

1 前言

當(dāng)前，隨著芯片、雷達(dá)、攝像頭的硬件發(fā)展及圖像識別、圖像計(jì)算等技術(shù)的進(jìn)度，特別是特斯拉的出現(xiàn)，讓自動(dòng)駕駛技術(shù)進(jìn)入到大眾的視野，也讓越來越多的汽車企業(yè)推出自己的自動(dòng)駕駛車輛。但同時(shí)，隨著汽車保有量的增加及道路資源的緊張，交通環(huán)境的復(fù)雜度也同時(shí)在增加，造成了自動(dòng)駕駛技術(shù)無法完全覆蓋所有的駕駛場景的境況。

按SAE發(fā)布的J3016的自動(dòng)駕駛標(biāo)準(zhǔn)，目前大部分的自動(dòng)駕駛車輛屬于Level 2～Level 3。按Level 3的自動(dòng)駕駛標(biāo)準(zhǔn)定義，系統(tǒng)在特定路況下（如高速、城市快速路等）執(zhí)行自動(dòng)駕駛，系統(tǒng)要求駕駛員保證隨時(shí)可以接管車輛，因此本文僅針對L3級自動(dòng)駕駛場景的人機(jī)交互設(shè)計(jì)展開研究。

2 自動(dòng)駕駛的交互需求分析

對于Level 3的自動(dòng)駕駛?cè)藱C(jī)交互(如表1)，由于其必須要求駕駛員隨時(shí)接管，人機(jī)交互設(shè)計(jì)的核心是“人車共駕”，除此之外還要充分考慮自動(dòng)駕駛這一新穎的技術(shù)被用戶所理解和接受的程度。

表1 SAEJ3016標(biāo)準(zhǔn)定義自動(dòng)駕駛分級[1]

2.1 從自動(dòng)駕駛分級定義分析交互需求

Level 3自動(dòng)駕駛定義為“條件智能”，即在特定道路上可以緩解駕駛員的駕駛負(fù)荷，但同時(shí)又要求駕駛員做好隨時(shí)接管車輛的準(zhǔn)備，因此對人機(jī)交互提出了“輕松而又緊張”的交互需求。

2.2 從用戶體驗(yàn)分析交互需求

另外一方面，自動(dòng)駕駛技術(shù)還未充分為市場和用戶所理解和接受，而符合自動(dòng)駕駛的道路資源有限、且交通規(guī)則也未成型。所以在進(jìn)行交互設(shè)計(jì)時(shí)，還需要充分考慮用戶體驗(yàn)，特別是中國市場用戶的體驗(yàn)。

JD Power于2017年發(fā)布了《中國消費(fèi)者自動(dòng)駕駛傾向調(diào)查》[2]，調(diào)查1 576名用戶，平均年齡34歲，84%以上具有本科以上學(xué)歷，是自動(dòng)駕駛汽車主要的購買群體。而調(diào)查顯示，受訪者對自動(dòng)駕駛車輛有78%的接受度，但同時(shí)也反饋了主要的擔(dān)憂：

●53%:可能存在的技術(shù)故障或系統(tǒng)問題；

●18%:事故發(fā)生時(shí)的法律責(zé)任；

●11%:車輛被黑客襲擊;

總結(jié)調(diào)查結(jié)果：用戶對自動(dòng)駕駛車輛有很好的接受和期待，同時(shí)最大擔(dān)心就是“駕駛安全”和“責(zé)權(quán)邊界”，對人機(jī)交互提出了“安全而有擔(dān)當(dāng)”的交互需求。

3 主要設(shè)計(jì)理念

綜合以上，針對Level 3自動(dòng)駕駛車輛的人機(jī)交互設(shè)計(jì)，需要考慮：用戶信任建立、和駕駛責(zé)任分配、駕駛接管3個(gè)維度。

3.1 用戶信任建立

為了讓駕駛員信任系統(tǒng)，并接受自動(dòng)駕駛，需要讓駕駛員建立信任心理并交接駕駛權(quán)給自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，這需要系統(tǒng)給駕駛員可感知的反饋，且反饋符合駕駛員對駕駛決策判斷的依賴。常見的方式有：“你見即我見”和“決策預(yù)告”。

“你見即我見”即系統(tǒng)以實(shí)時(shí)通過傳感器及攝像頭采集到的真實(shí)交通信息，形成等比例模型，通過儀表或其它界面，主要以視覺反饋給駕駛員，并附加必要的提示，如相鄰車道后方來車等。

圖1 特斯拉Model 3 Autopilot[3]

特斯拉系列車型采用該方案（如圖1）。該方案通過在儀表或其它界面的交通場景“重現(xiàn)”的方式，與駕駛員自己對駕駛場景的觀察形成映射，并建立高同步性的“直播”反饋，讓駕駛員建立“系統(tǒng)與我所見略同”的信任心理。

但該方案對系統(tǒng)，特別是圖像識別的處理負(fù)荷高，同時(shí)因界面內(nèi)的交通場景以“直播”的方式實(shí)時(shí)演變，會吸引駕駛員的視覺注意力，從而減少對路況的關(guān)注，容易造成駕駛權(quán)交接延誤，造成安全事故。

“決策預(yù)告”即系統(tǒng)僅在改變當(dāng)前駕駛行為，執(zhí)行新駕駛決策時(shí)，通過儀表或其它界面，主要以視覺反饋給駕駛員，并在決策執(zhí)行時(shí)給予必要的演示，如車輛變道等。

圖2 奧迪A8L Audi AI[4]

奧迪系列車型采用的該方案（如圖2），該方案通過系統(tǒng)對當(dāng)前交通場景的分析，當(dāng)駕駛決策變化時(shí)，提前告知駕駛員。讓駕駛員充分了解決策變化及車輛即將執(zhí)行的控制方案，建立“決策裁決”的信任心理。

該方案對系統(tǒng)負(fù)荷小，且對駕駛員視覺注意力需求也小。但該方案需要一定周期的“人車磨合”，讓駕駛員了解系統(tǒng)的決策思路，適應(yīng)系統(tǒng)控制車輛的方式，對新手體驗(yàn)有些不友好。

3.2 駕駛責(zé)任分配

車輛的駕駛?cè)蝿?wù)是明確當(dāng)前車輛駕駛權(quán)的重要依據(jù)，特別是Level 3級自動(dòng)駕駛的定義標(biāo)準(zhǔn)也明確規(guī)范了系統(tǒng)與駕駛員在駕駛決策時(shí)的職責(zé)，因此在進(jìn)行交互設(shè)計(jì)時(shí)，需要充分明確當(dāng)前車輛的控制權(quán)所屬，目前廣泛普遍采用的方案是“監(jiān)控眼”，“橫向手”，“縱向腳”。

“監(jiān)控眼”即根據(jù)Level 3的接管要求，保證駕駛員能在系統(tǒng)請求接管時(shí)及時(shí)，安全的接管車輛，要求駕駛員視線以適當(dāng)?shù)闹芷?，保持對交通環(huán)境的觀察（如圖3），例如凱迪拉克CT6就在方向盤上放置攝像頭觀察駕駛員的視線情況。

“橫向手”即當(dāng)系統(tǒng)通過傳感器等，覺察駕駛員是否有對方向盤的操作，以判定當(dāng)前車輛的橫向控制駕駛?cè)蝿?wù)所屬，如系統(tǒng)判斷駕駛員對方向盤有操作，則系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)交接橫向駕駛?cè)蝿?wù)給駕駛員（如圖4），例如特斯拉系列車型就在方向盤上裝置扭矩類傳感器判斷駕駛員是否操作方向盤，一個(gè)橙子的重量帶來的扭矩都可以被傳感器識別到。

圖3 凱迪拉克CT6 Super Cruise[5]

圖4 特斯拉Model S自動(dòng)駕駛視頻截圖[6]

“縱向腳”即當(dāng)系統(tǒng)通過傳感器等，覺察駕駛員是否有對油門踏板或制動(dòng)踏板的操作，以判斷當(dāng)前車輛縱向控制駕駛?cè)蝿?wù)所屬，當(dāng)駕駛員有操作的情況，系統(tǒng)應(yīng)該交接縱向的駕駛?cè)蝿?wù)給駕駛員。

以上這些駕駛?cè)蝿?wù)的分配，交互設(shè)計(jì)都需要考慮給予駕駛員充足的信息反饋，比如在儀表或其它界面顯示當(dāng)前駕駛?cè)蝿?wù)分配情況，以保證其充分知曉當(dāng)前車輛的控制自己與系統(tǒng)都承擔(dān)了什么任務(wù)及負(fù)擔(dān)的責(zé)任。

3.3 駕駛接管

因?yàn)長evel 3自動(dòng)駕駛?cè)詫儆凇安糠种悄堋?，所以，仍存在駕駛權(quán)交接的情況，但無論是由駕駛員交接給系統(tǒng)，還是系統(tǒng)交接給駕駛員，系統(tǒng)都要明確的反饋當(dāng)前駕駛權(quán)的交接情況和交接結(jié)果。應(yīng)注重整個(gè)交接過程的信息傳遞與反饋（如圖5）。因此接管過程的交互應(yīng)分為3個(gè)步驟設(shè)計(jì)：“請求”、“交接”和“確立”。

圖5 駕駛接管關(guān)系

“請求”即無論系統(tǒng)或駕駛員任意一方，當(dāng)發(fā)生駕駛權(quán)交接時(shí)，都應(yīng)當(dāng)發(fā)生“請求”，比如系統(tǒng)請求自動(dòng)駕駛接管車輛，或者系統(tǒng)請求駕駛員接管車輛，都應(yīng)當(dāng)保證有“請求”環(huán)節(jié)，以確立接管雙方發(fā)生權(quán)責(zé)交替，需要按接管的場景等因素設(shè)計(jì)合適的交互方案，比如系統(tǒng)請求駕駛員操作方向盤，應(yīng)通過視覺、聽覺等告知駕駛員執(zhí)行什么操作。

“交接”即系統(tǒng)或駕駛員任意一方，在“請求”得到反饋后，執(zhí)行的操作。比如特斯拉系列車型要求駕駛員連續(xù)撥動(dòng)操作撥桿激活自動(dòng)駕駛?！敖唤印钡慕换ピO(shè)計(jì)要體現(xiàn)規(guī)范的操作指引，或者體現(xiàn)“儀式感”以明確接受“請求”并執(zhí)行“交接”。

“確立”即無論系統(tǒng)或駕駛員任意一方，在“交接”后都能充分的知曉并達(dá)成一致的“確立”駕駛權(quán)的交替，交互設(shè)計(jì)須保證雙方有對駕駛權(quán)交替的“確立”認(rèn)可的反饋，比如系統(tǒng)檢測駕駛員雙手離開了方向盤，同時(shí)系統(tǒng)通過視覺、聽覺反饋了當(dāng)前駕駛權(quán)的歸屬等。

4 結(jié)論及啟示

針對Level 3自動(dòng)駕駛的人機(jī)交互研究表明，用戶信任建立、駕駛責(zé)任分配、駕駛接管是設(shè)計(jì)自動(dòng)駕駛?cè)藱C(jī)交互的基本出發(fā)點(diǎn)，隨著傳感器及計(jì)算平臺的進(jìn)步，會采用不同的技術(shù)手段，通過的視、聽、感等多維度交互，圍繞這三個(gè)出發(fā)點(diǎn)設(shè)計(jì)人機(jī)交互，未來，針對自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的架構(gòu)方案設(shè)計(jì)對應(yīng)的交互方案，實(shí)現(xiàn)駕駛負(fù)荷最小、安全水平最高、體驗(yàn)最優(yōu)。

同時(shí)，隨著自動(dòng)駕駛技術(shù)的日益進(jìn)步及自動(dòng)駕駛車型的發(fā)布、上市，自動(dòng)駕駛技術(shù)也將面臨對應(yīng)的交通法規(guī)（雙手離開方向盤是否違法，自動(dòng)駕駛出現(xiàn)違章行為的懲罰責(zé)任歸屬）和交通倫理問題（緊急安全的保護(hù)原則）等，德國等國家已經(jīng)出臺了相關(guān)的法律規(guī)范，值得借鑒和思考。因此，人機(jī)交互在設(shè)計(jì)中也要充分考慮法律法規(guī)要求，并建立新的“駕駛員”概念，在提供良好的使用體驗(yàn)的同時(shí)，避免違章行為。