適度信任構(gòu)建下面向人車共駕的自動駕駛HMI設(shè)計策略研究

摘要：人車共駕是自動駕駛發(fā)展的重要方向，信任是影響其中人車協(xié)作關(guān)系可持續(xù)性的關(guān)鍵因素，適度信任構(gòu)建有助于提升用戶使用自動駕駛的意愿、安全性與用戶體驗。在分析信任與自動駕駛HMI關(guān)系的基礎(chǔ)上，從共駕與接管兩大場景出發(fā)，解析人車共駕中信任來源，提煉設(shè)計目標(biāo)，總結(jié)設(shè)計策略。針對內(nèi)容與形式設(shè)計的一體兩面，圍繞適度信任構(gòu)建，提出HMI內(nèi)容設(shè)計涵蓋的信息要素及形式設(shè)計的可行方向。自動駕駛HMI設(shè)計需從系統(tǒng)層、環(huán)境層與駕駛層提供維持適度信任交互所需的關(guān)鍵信息，并從多維度、多模態(tài)與擬人化方向構(gòu)建適度的情境信任、經(jīng)驗信任與關(guān)系信任。

關(guān)鍵詞：人車信任；自動駕駛；HMI設(shè)計；人機交互；人車共駕

中圖分類號：TB472 文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1003-0069（2024）16-0139-03

Abstract：Human-Vehicle Co-Driving is a significant direction of the autonomous driving development，where trust is a key factor influencing the sustainability of the Human-Vehicle collaborative relationship. Building appropriate trust is beneficial for enhancing users’ willingness to use autonomous driving，as well as its safety and user experience. Based on the analysis of the relationship between trust and the autonomous driving HMI，from the two major scenarios of co-driving and takeover，this paper analyzes the sources of trust in HumanVehicle Vo-Driving，extract design objectives，and summarizes design strategies. Focusing on the integration of content and form in design，to build appropriate trust，this paper proposes information elements for HMI content design and feasible directions for form design. Autonomous driving HMI design should provide key information needed for maintaining appropriate trust interactions at the system，environment，and driving levels. It should build situational trust，experiential trust，and relational trust through multi-dimensional，multimodal，and anthropomorphic approaches.

Keywords：Human-vehicle trust；Autonomous driving；HMI design；Humanmachine interaction；Human-vehicle co-driving

引言

近年來，隨著自動駕駛技術(shù)在國內(nèi)進入商業(yè)化應(yīng)用階段，以蔚來、小鵬、問界等新勢力品牌為代表的乘用車企業(yè)發(fā)布多款搭載L2+級別自動駕駛能力的汽車，將其作為市場競爭中的重要賣點。2023年，多部門聯(lián)合發(fā)布《智能網(wǎng)聯(lián)汽車準(zhǔn)入和上路通行試點實施指南》，允許L3級別的自動駕駛汽車備案后合法上路，進一步刺激國內(nèi)自動駕駛行業(yè)的蓬勃發(fā)展。可以預(yù)見，自動駕駛作為一項前沿的人工智能技術(shù)，將改寫人們未來的出行方式，重塑出行體驗。

在席卷而來的技術(shù)浪潮之下，需要突破技術(shù)的本體桎梏，重新思考科技與生活之間的關(guān)系，用設(shè)計的手段彌合新技術(shù)與人們生活的邊界，構(gòu)建科技向善、融入生活的應(yīng)用方式。人車信任是自動駕駛交互設(shè)計的重要話題，也是自動駕駛技術(shù)得以廣泛應(yīng)用的重要前提。適度人車信任有助于用戶在使用自動駕駛車輛時獲取安心、高效且安全的出行體驗。因此，在近未來以人車共駕為主要特征的自動駕駛應(yīng)用中，從人車信任的視角分析信任的影響因素，并構(gòu)建針對自動駕駛HMI這一新興人機交互媒介的設(shè)計策略，為后續(xù)基于適度信任內(nèi)核的自動駕駛HMI提供了設(shè)計依據(jù)，成為當(dāng)前階段值得探討的問題。

一、人車信任與自動駕駛HMI設(shè)計

（一）人車信任

信任的概念最早源于社會學(xué)，信任關(guān)系中包含了委托者與受托者。在自動化信任領(lǐng)域，LEE等人認為信任是個體對在不確定性、易受傷害的情境下認為代理（Agent）是否能幫助其實現(xiàn)目標(biāo)的態(tài)度[1]。自動駕駛汽車指具備自主式自動化駕駛能力的交通工具。在當(dāng)前自動駕駛發(fā)展進程中，隨著L3級別的自動駕駛技術(shù)逐步進入應(yīng)用，允許駕駛員在駕駛過程中注意力暫時離開路面，并由自動駕駛系統(tǒng)代理駕駛權(quán)。當(dāng)系統(tǒng)面臨無法處理的突發(fā)狀況時，駕駛員需要及時接管車輛。自動駕駛汽車的人車信任關(guān)注交互過程中向駕駛員提供系統(tǒng)、情境相關(guān)信息，從而提高系統(tǒng)透明度，降低不確定性，并在需要接管時使駕駛員能夠準(zhǔn)確理解系統(tǒng)運行狀態(tài)，在接管后能根據(jù)當(dāng)前駕駛情境做出正確的駕駛決策。

（二）適度信任與信任校準(zhǔn)

人車信任過程中信任的構(gòu)建，根據(jù)不同的信任水平可以分為——信任不足（Under-trust）、過度信任（Over-trust）與適度信任（Appropriate-trust）[2]。當(dāng)信任不足時，駕駛員會減少使用自動駕駛技術(shù)，增加使用過程中的疲勞與負荷，降低舒適性；當(dāng)過度信任時，駕駛員在使用自動駕駛過程中的情景意識降低，造成安全隱患；適度信任代表了人對自動駕駛系統(tǒng)的理解與認知與其真實能力相符，即主觀實際信任水平與客觀可信任水平的匹配關(guān)系，實現(xiàn)匹配的過程即指信任校準(zhǔn)（Trust calibration）。適度信任構(gòu)建是保證駕駛員愿意和正確使用自動駕駛系統(tǒng)的基礎(chǔ)，是自動駕駛HMI人機交互研究的重要目標(biāo)。在此過程中，當(dāng)系統(tǒng)能力在使用過程中發(fā)生變異時，主觀實際信任水平需要隨之變化，從而保持人車信任維持在適度的區(qū)間。主觀實際信任水平適應(yīng)系統(tǒng)能力變化而變化的能力，稱為動態(tài)實時信任分辨率，如圖1。

根據(jù)自動駕駛的不同等級，人車適度信任的標(biāo)定水平呈現(xiàn)先下降再上升的趨勢，信任校準(zhǔn)的方向也存在一定差異性：在人駕階段，人掌握駕駛權(quán)，車作為出行代步的工具由駕駛員完全控制，用戶對系統(tǒng)能力邊界的認知清晰，不需要信任校準(zhǔn)的介入；在輔助駕駛階段，車輛提供車道保持、定速巡航等駕駛輔助能力，人依然掌握全程的駕駛權(quán)，用戶對系統(tǒng)能力有較為清晰的認識，信任校準(zhǔn)需要強化用戶對車輛能力邊界的認知，避免過度信任；在人車共駕階段，車輛在部分場景下接過駕駛權(quán)，駕駛員對運行中自動駕駛狀態(tài)實時監(jiān)督，受限于自動駕駛能力的限制，用戶需要隨時發(fā)現(xiàn)并糾正車駕可能存在的安全風(fēng)險。此時，針對新手用戶，信任校準(zhǔn)需要幫助用戶正確認識系統(tǒng)能力，避免因其黑箱式的運作方式造成信任不足影響使用率；針對老手用戶，需要關(guān)注其對系統(tǒng)能力邊界是否保持清晰認知，避免因過度信任造成安全隱患。

（三）自動駕駛HMI與適度信任構(gòu)建

自動駕駛汽車的人機交互關(guān)注駕駛過程中人車之間的駕駛協(xié)同、控制權(quán)交接以及信息互動的過程。HMI（Human Machine Interface，人機交互界面）是自動駕駛汽車人車交互的載體，承載了自動駕駛過程中系統(tǒng)狀態(tài)、行為和意圖的輸出，從而有效傳達系統(tǒng)實際能力，促進人車協(xié)同完成駕駛?cè)蝿?wù)。因此，自動駕駛HMI是人車共駕階段人車信任關(guān)系搭建的橋梁，通過自動駕駛HMI有效、適當(dāng)?shù)爻尸F(xiàn)和反饋信息，是促使用戶正確理解實際系統(tǒng)能力，構(gòu)建適度主觀信任水平的主要路徑。

二、人車共駕階段適度信任介入自動駕駛HMI的設(shè)計目標(biāo)

受制于車輛感知能力的局限，以及真實駕駛環(huán)境與規(guī)則描述的差異，人車共駕是未來一段時間內(nèi)自動駕駛應(yīng)用的主旋律。在此階段中，車輛將無法勝任的全部駕駛場景，需要人類司機協(xié)作共同實現(xiàn)駕駛目標(biāo)。適度信任的構(gòu)建，有助于穩(wěn)固人車共駕階段中人車協(xié)作關(guān)系，使自動駕駛在規(guī)模應(yīng)用中得到持續(xù)發(fā)展。

適度信任構(gòu)建視角下，人車共駕的自動駕駛HMI設(shè)計目標(biāo)將圍繞共駕與接管兩大核心應(yīng)用場景，分析與解構(gòu)信任的影響因素，構(gòu)建與維持駕駛?cè)讨袆討B(tài)的適度信任[3]。

（一）共駕場景下的設(shè)計目標(biāo)

人車共駕時，駕駛控制權(quán)由自動駕駛系統(tǒng)與人類司機共同承接。車輛提供與正在運行的自動駕駛模式相匹配的駕駛控制能力，人類司機可以對車駕狀態(tài)下的車輛行為進行監(jiān)管，也可部分接管駕駛權(quán)，如干預(yù)車輛行駛速度或行駛方向等。

考慮適度信任構(gòu)建，在共駕場景下：一方面，系統(tǒng)能力所反映的客觀可信任水平是主觀信任水平形成的主要依據(jù)；另一方面，當(dāng)共駕過程中系統(tǒng)能力變異時，主觀實際信任水平具備適應(yīng)變化的能力[4]。因此，共駕場景下適度信任介入自動駕駛HMI的設(shè)計目標(biāo)包括以下兩方面。

1.高實時透明度：自動駕駛HMI可以準(zhǔn)確表征客觀可信任水平，幫助用戶準(zhǔn)確理解系統(tǒng)能力邊界和車輛駕駛行為，從而構(gòu)建適度信任。

2.高動態(tài)分辨率：自動駕駛HMI在客觀可信任水平變化時，可以觸發(fā)主觀實際信任水平的實時動態(tài)響應(yīng)，使主觀信任維持適度的區(qū)間。

（二）接管場景下的設(shè)計目標(biāo)

接管是人車共駕時介于車駕與人駕間的過渡狀態(tài)，一般由車輛向用戶發(fā)送接管請求，并由用戶在規(guī)定的時間內(nèi)接過車輛的駕駛權(quán)。接管是一個連貫的過程，依賴人與自動駕駛系統(tǒng)間信息交互與行為配合完成駕駛權(quán)責(zé)的移交。對自動駕駛系統(tǒng)而言，系統(tǒng)根據(jù)接管原因，預(yù)估接管時間并提前發(fā)送接管請求。對用戶而言，用戶在接收到接管請求后，需要做出正確的反應(yīng)，包括在系統(tǒng)預(yù)估接管時間內(nèi)重塑情景感知、回歸正確的駕駛狀態(tài)，從而在接管后做出正確的駕駛決策。其中，情景感知反映用戶對于周圍正在發(fā)生事件的了解情況，包括感知-理解-預(yù)測3個認

知階段[5]。

考慮適度信任的構(gòu)建，在接管場景下：一方面，在駕駛權(quán)責(zé)移交的連續(xù)過程中提供人車配合必要的交互信息，有助于維持動態(tài)實時信任的；另一方面，用戶在系統(tǒng)引導(dǎo)下以適當(dāng)?shù)恼J知能力與駕駛狀態(tài)成功完成接管，對于歷史信任的構(gòu)建有積極作用。與之相應(yīng)，接管場景下適度信任介入自動駕駛HMI的設(shè)計目標(biāo)包括以下3方面。

1.適時有效的接管提示：自動駕駛HMI需要提供針對當(dāng)前接管場景的接管提示，適時引導(dǎo)用戶采取合適的駕駛行為。

2.及時正確的情景感知：自動駕駛HMI需要幫助用戶正確構(gòu)建情境感知，使用戶對當(dāng)前駕駛情境有充分認知。

3.安全規(guī)范的狀態(tài)回歸：自動駕駛HMI需要引導(dǎo)用戶回歸規(guī)范的駕駛狀態(tài)，接續(xù)執(zhí)行駕駛?cè)蝿?wù)。

三、人車共駕階段適度信任介入自動駕駛HMI的設(shè)計策略

適度信任構(gòu)建視角下，作為貫徹自動駕駛功能體驗旅程的信息交互媒介，自動駕駛HMI設(shè)計需從整體考慮適度信任構(gòu)建性能的魯棒性，兼顧不同場景下的信息需求。在此基礎(chǔ)上，基于信息內(nèi)容與形式一體兩面，通過內(nèi)容的充要性和形式的合理性設(shè)計，滿足設(shè)計的有效性和更高層次的用戶體驗要求。

（一）HMI內(nèi)容設(shè)計

信息內(nèi)容是交互事件中各類實體、現(xiàn)象內(nèi)涵的集中表達。自動駕駛HMI旨在通過充要的信息供給，維持人車共駕中交互信息的供需平衡。針對自動駕駛HMI在人車共駕關(guān)鍵場景下適度信任構(gòu)建的設(shè)計目標(biāo)，提供高實時透明度與高動態(tài)分辨率的客觀可信任水平，塑造用戶對當(dāng)前場景的及時正確情景感知，引導(dǎo)用戶在接管時安全規(guī)范且適時有效地完成駕駛權(quán)責(zé)移交。因此，自動駕駛HMI的內(nèi)容設(shè)計可以從系統(tǒng)層、環(huán)境層與駕駛層的全局視角，提供人車共駕全程的信息要素，實現(xiàn)適度信任的有效維持。

1.系統(tǒng)層：關(guān)注系統(tǒng)能力、狀態(tài)變化與車輛行為。人類駕駛員與自動駕駛系統(tǒng)作為人車共駕中具備主觀能動性的雙方，系統(tǒng)層包含用戶形成對系統(tǒng)能力正確認知，建立合適的概念模型的必要信息。適度信任表示人對于系統(tǒng)能力理解與其實際能力相符。因此，在進行HMI內(nèi)容設(shè)計時需包含3類信息：系統(tǒng)能力、狀態(tài)變化以及車輛行為。系統(tǒng)能力包括實時的自動化水平，以及當(dāng)前自動化水平可以維持的通行區(qū)間。在系統(tǒng)能力中，自動化水平反映車輛具備的不同的自動駕駛能力，通行區(qū)間指當(dāng)前自動化水平不會降級或請求接管的覆蓋范圍。狀態(tài)變化指狀態(tài)間用戶可辨別的臨界差異，包括每種狀態(tài)所界定的范疇，以及狀態(tài)間存在的置信度與能力差異。當(dāng)系統(tǒng)狀態(tài)變化時，用戶可以快速識別并理解狀態(tài)前后差異，采取適當(dāng)?shù)拇胧＼囕v行為包含當(dāng)前情境下的車輛意圖與決策依據(jù)。其中，車輛意圖指車輛接下來的駕駛控制行為，決策依據(jù)反映引起駕駛控制行為變化的客觀因素，可以通過車輛引導(dǎo)線與道路主體的交互關(guān)系表征，如車輛為避讓行人采取的剎停動作。

2.環(huán)境層：映射環(huán)境變量與緊急情形。自動駕駛HMI通過對周圍環(huán)境信息的映射，輔助用戶在共駕場景或接管場景下有效構(gòu)建情境感知，這類信息稱為環(huán)境層信息。從情景感知的形成階段看，自動駕駛HMI主要在感知與理解階段發(fā)揮促進作用。在感知階段中，HMI提供必要的環(huán)境信息的映射，包括交通參與方，交通標(biāo)識、障礙物以及與自車的相對關(guān)系等，通過還原其位置、狀態(tài)、屬性等要素輔助用戶感知環(huán)境關(guān)鍵變量。理解作為內(nèi)驅(qū)的認知過程，可以通過提升信息的還原度并過濾引起信息過載的非必要駕駛信息，從而加速用戶對當(dāng)前事件、模式、趨勢的理解。此外，對于環(huán)境中存在風(fēng)險的情形，通過對緊急情形的表征可以迫使用戶主動感知環(huán)境中的風(fēng)險，加速接管時情境感知的形成。需要注意的是，高緊迫性的信息可能造成額外的認知負荷以及反應(yīng)準(zhǔn)確性的下降，冗余的接管預(yù)算可以提高駕駛員使用系統(tǒng)的滿意度。

3.駕駛層：提供接管引導(dǎo)、過渡支持與駕駛支持。人類駕駛員作為人車共駕中分擔(dān)駕駛權(quán)的共同主體，在執(zhí)行駕駛?cè)蝿?wù)時受到駕駛狀態(tài)與認知水平的影響，自動駕駛HMI提供輔助用戶完成駕駛?cè)蝿?wù)的信息稱為駕駛層信息。自動駕駛HMI作為自動駕駛的人機交互界面，可以通過人工智能算法分析為駕駛員提供接管引導(dǎo)、接管中的過渡支持以及接管后的駕駛支持，從而促進平滑接管，維持人車適度信任。人車共駕中合理的接管提示應(yīng)表現(xiàn)為支持駕駛目標(biāo)的引導(dǎo)信息，而非告知系統(tǒng)錯誤的警示信息。類似的引導(dǎo)信息如導(dǎo)航中對下一機動點的提示，包含以下信息：下一機動點坐標(biāo)，期望的行動目標(biāo)，以及行動指南。類比來看，自動駕駛的接管引導(dǎo)信息可以包括：接管時機，接管目標(biāo)，以及接管指南。此外，在接管過程中通過提供相應(yīng)的過渡支持，引導(dǎo)駕駛員注意力遷移到合適的信息媒介，可以促進駕駛員情景感知的塑造。此外，通過將人工智能生成的駕駛支持信息給予用戶，如駕駛時的機會、風(fēng)險與目標(biāo)等，也可以幫助用戶平滑地完成接管。

（二）HMI形式設(shè)計

信任是多方面影響的結(jié)果，在充要性的內(nèi)容設(shè)計滿足有效性要求前提下，合理的形式設(shè)計賦予自動駕駛HMI更高可用性、更好安全性，以及更優(yōu)用戶體驗。適度信任構(gòu)建的視角下，自動駕駛HMI的形式設(shè)計可以從三維空間交互、多模態(tài)交互和擬人化交互等維度出發(fā)從而構(gòu)建真實透明的情境信任、冗余可靠的經(jīng)驗信任以及親近友好的關(guān)系信任。一款綜合以上形式設(shè)計特色的自動駕駛HMI概念設(shè)計方案如圖3所示，該方案在提供人車共駕場景下適度信任構(gòu)建必需的信息內(nèi)容的前提下，利用AR-HUD（Advanced Head Up Display，增強現(xiàn)實平視顯示器）打造三維空間交互，將接管引導(dǎo)信息紓解到視、聽、觸等模態(tài)進行輸出，并通過實體化的智能體形象實現(xiàn)擬人化交互。

1.三維空間交互打造情境信任。增強現(xiàn)實技術(shù)通過將信息與真實環(huán)境相融合，拓展人對三維世界的感知能力[6]?；谶@種特性，增強現(xiàn)實技術(shù)在駕駛領(lǐng)域的應(yīng)用可以幫助提升用戶的情景感知能力，從而構(gòu)建情境信任。在自動駕駛HMI設(shè)計中，通過AR-HUD（Advanced Head Up Display，增強現(xiàn)實平視顯示器）等媒介可以將駕駛信息映射到真實路面，幫助駕駛員更好感知環(huán)境信息。在接管場景下可以將值得關(guān)注的駕駛線索或風(fēng)險提示進行高亮展示，有助于更好地提供駕駛狀態(tài)回歸過程中的過渡支持，幫助用戶理解環(huán)境信息要素。最后，通過AR-HUD將引導(dǎo)線或指引箭頭與現(xiàn)實路面進行融合，從而提供駕駛支持信息，可以促進用戶在接管后迅速采取正確的駕駛行動。

2.多模態(tài)交互鞏固經(jīng)驗信任。多資源理論解釋了多任務(wù)之間資源分配的方式[7]。在人車共駕中，駕駛?cè)蝿?wù)與各類次級任務(wù)在駕駛情境中的相互疊加、相互切換，為駕駛員帶來額外的認知負荷[8]。在進行自動駕駛HMI設(shè)計時，將來源于系統(tǒng)層、環(huán)境層與駕駛層的信息分布于不同的認知模態(tài)，可以提升交互效能的可靠性與冗余度，從而在用戶長期使用自動駕駛過程中形成經(jīng)驗信任。在共駕場景，當(dāng)駕駛員執(zhí)行以視覺為主的次級任務(wù)，如查看新聞或觀看視頻時，通過聽覺模態(tài)預(yù)告必要的駕駛行為與風(fēng)險信息，保持系統(tǒng)透明度，提升動態(tài)實時信任分辨率。在接管場景中，通過聽覺模態(tài)解釋接管原因、提供過渡支持，并通過座椅震動等觸覺模態(tài)的反饋快速喚醒駕駛狀態(tài)，可以提升接管的任務(wù)績效。

3.擬人化交互維護關(guān)系信任。語言學(xué)視角下對話在社會情境中的使用，有助于塑造對話者之間的身份關(guān)系[9]。在與自動駕駛HMI交互時，社會性線索在自動駕駛HMI形式中的體現(xiàn)有助于構(gòu)建更具有信任感的對話關(guān)系，維護親近友好的關(guān)系信任[10]。因此，在設(shè)計自動駕駛HMI的人車對話方式時，需要關(guān)注對話關(guān)系和對話形式的塑造。在對話關(guān)系層面，隨著駕駛權(quán)的歸屬從手動駕駛階段的人獨占到人車共駕階段的車與人共同方面，駕駛過程中的人車對話關(guān)系從提供輔助手段的“導(dǎo)航助手”向獨當(dāng)一面的“專職司機”進化，對話內(nèi)容更精煉，對話結(jié)構(gòu)應(yīng)更靈活，對話語氣應(yīng)更篤定，強調(diào)“行程全局”而非“通行細節(jié)”。 在對話形式方面，通過實體化的形態(tài)可以進一步塑造與鞏固自動駕駛HMI與用戶交互時的對話身份。信任構(gòu)建視角下，這類形態(tài)以傳達科技與可靠的智能體形象為佳。

結(jié)語

科技向善，適度信任的構(gòu)建有助于自動駕駛技術(shù)在改寫人們出行方式過程中取得正向的使用意愿與正確的使用行為，促進技術(shù)在應(yīng)用場景下不斷進化迭代。在此基礎(chǔ)上，人們將真正獲益于自動駕駛技術(shù)釋放出的駕駛精力，解鎖未來出行更多可能性。

文章通過對人車信任的理論的分析，對人車共駕中共駕與接管兩大場景下影響設(shè)計的因素進行分析，提出了通過自動駕駛HMI構(gòu)建適度信任的5個設(shè)計目標(biāo)：高系統(tǒng)實時透明度、高動態(tài)信任分辨率、提供接管提示、塑造情景感知以及回歸駕駛狀態(tài)。在此基礎(chǔ)上從HMI設(shè)計的內(nèi)容和形式一體兩面出發(fā)，提出構(gòu)建適度信任的設(shè)計策略：在內(nèi)容層面，關(guān)注系統(tǒng)層的系統(tǒng)能力、車輛行為與狀態(tài)變化以構(gòu)建高分辨率、高透明度的實時客觀可信任水平，映射環(huán)境層的環(huán)境變量與緊急情形以塑造及時正確的情景感知，提供駕駛層的接管引導(dǎo)、過渡支持與駕駛支持以實現(xiàn)適時有效的駕駛提示與安全規(guī)范的駕駛狀態(tài)回歸，從而確保自動駕駛HMI設(shè)計有效性；在形式層面，提出打造情境信任的三維空間交互、鞏固經(jīng)驗信任的多模態(tài)交互與維護關(guān)系信任的擬人化交互的設(shè)計方向，從而支持自動駕駛HMI設(shè)計具備更高可用性、更好安全性以及更優(yōu)用戶體驗。

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