同濟大學　顧麗雯

摘要：自動駕駛技術給人們帶來新的駕駛和互動體驗，汽車中的人機界面（Human-Machine Interface，HMI）也已經從傳統(tǒng)的儀表和按鈕向觸摸屏、平視顯示器、語音控制等新技術轉型。自動駕駛技術如何影響車內人機界面的設計，以及如何通過設計改善技術對人的影響將會成為本文的研究問題。本文從人因工程學的角度出發(fā)，探討了自動駕駛技術對人在行為和認知上的影響，通過概述和案例分析研究在完全自動駕駛技術實現之前，車內人機界面設計將如何應對這些問題。

關鍵詞：自動駕駛技術;人機界面設計;人因工程;影響

中國分類號：TB472 文獻標識碼：A

文章編碼：1672-7053（2019）11-0145-02

自動駕駛技術是汽車發(fā)展的一大革命，將從根本上改變汽車行業(yè)。隨著自動化技術的不斷進步以及車輛自動化的升級，駕駛者逐漸放下了駕駛任務而承擔起監(jiān)管職責，被允許甚至鼓勵參與到其他非駕駛相關的任務中;同時，由于完全自動駕駛技術還未實現，過渡階段中的駕駛者必須在監(jiān)管過程中充分了解自動駕駛技術功能的能力和局限性，掌握車輛正在做什么以及何時需要進行干預。車內人機界面（HMI）作為人與車輛的橋梁，必須以符合人因工程學的方式清晰地傳達自動化狀態(tài)和限制因素，以防止意外[1]。

1自動駕駛技術概述

自動駕駛技術是指在沒有駕駛者直接操作的情況下，其中部分或全部安全控制功能可以自主完成的車輛，是自動化技術發(fā)展的革命。汽車工程師協(xié)會[2]根據自動化功能的實現程度和駕駛者的介入程度定義了LO到L5的汽車自動化水平，L5則是完全的自動駕駛技術。而2019年市場上的自動駕駛技術汽車已經可以達到L2級別，即在駕駛者必須充分關注的條件下，由自動駕駛技術系統(tǒng)控制制動和加速功能;已經實現的車型有特斯拉、奔馳E級等;L3水平的新款奔馳A8在2019年剛上市，該等級的自動駕駛技術僅需駕駛者在適當的時候提供應答，由自動駕駛技術系統(tǒng)完成所有駕駛操作。

2人機界面的概念

人機界面（Human-Machine Interface，HMI）狹義上是指汽車控制面板、顯示屏、控制器等部件，廣義上通常是指人與系統(tǒng)交流中用戶可見的部分。從早期的機械儀表，到可讀性高的電氣式儀表，HMI的設計終究以駕駛者的安全操作為核心，設計師需要運用人因工程學等可用性的知識，滿足可用性、用戶體驗和用戶喜悅度的三個關鍵參數[3]，使人車交互可用并實用[4]。

3自動駕駛技術中的人因工程學問題分析

3.1信任問題分析

有機構調研稱[5]，71%的美國人懼怕乘坐自動駕駛技術汽車，但89%的中國人表示已經準備好了迎接新技術，體現了不同群體對自動駕駛技術不同程度的信任。

信任的缺失來源于三個方面[6]：即新技術是否擁有能力（Ability）;是否具備履行承諾的誠信（Integrity）;當問題發(fā)生時，是否保障對用戶的仁慈（Benevolence）以及用戶利益的維護。Verberne在201 2年的研究表明[7]，給乘客顯示足夠的駕駛信息并且分享可預見的目標能夠提升自動駕駛技術的信任度和接受度;透明化的信息能幫助駕駛者判斷無人駕駛的運行和任務情況，彌補駕駛者缺失的操控感。

3.2注意力問題分析

車內HMI設計中最大的考量因素是用戶的注意程度（Attention）[8]，而分心（Distraction）是注意力轉移的表現。有人駕駛汽車中的HMI設計讓駕駛者集中最多的注意力是在駕駛操作上，盡可能減少非駕駛操作的注意;L3級別以上的自動駕駛技術允許用戶釋放注意力，自動駕駛技術使駕駛者交出了大部分控制權，由操控者變?yōu)榱吮O(jiān)管者。在L3級以上的自動駕駛技術中，由系統(tǒng)控制主要的動態(tài)駕駛任務，駕駛者的注意力被釋放到非駕駛相關活動中，此時的HMI設計的組織邏輯將從駕駛為中心轉向分配外圍注意力到二級任務中去，HMI設計會呈現出兼顧駕駛活動和非駕駛活動的混合布局[9]。

3.3情境意識問題分析

情境意識（Situation Awareness，SA）是指一定空間和時間內對環(huán)境中元素的感知、理解和對其將來狀態(tài)的預測[10]。當駕駛者將注意力從自動駕駛技術中分散到競爭力弱的活動時，他的SA會隨著注意資源的減少而降低，對車輛狀態(tài)和道路情況的感知減弱[11]。如果駕駛者不知道自動駕駛技術汽車的狀態(tài)，他會錯誤地根據他所認為的狀態(tài)來做出判斷，從而在接管駕駛任務的過程中出現危險情形。車內HMI是系統(tǒng)和駕駛者之間的橋梁，它的作用是使駕駛者充分了解車輛狀態(tài)和道路交通情況，以提高情境意識。Regan[1]認為HMI必須以符合人因工程學的方式清晰地傳達自動化狀態(tài)和限制，這種呈現或交流方式必須始終易于監(jiān)控，以防止出現自動化意外。

4自動駕駛技術對車內人機界面設計的影響體現

隨著自動駕駛技術的發(fā)展，駕駛系統(tǒng)對駕駛者的操縱和應答要求發(fā)生改變，用戶需求也變得更加多元，界面上的信息、層級增多，數字化的顯示界面和觸屏操控更能滿足需求。

4.1信息層級的改變

在傳統(tǒng)駕駛領域中，駕駛者的中心注意力分配給駕駛任務相關的活動，外圍注意力分配給非駕駛相關的活動[11];隨著自動化水平升級，中心注意力更多地分配給非駕駛相關的活動，使得服務體驗變得更豐富。駕駛相關任務和非駕駛相關任務通常被分為三個等級：

1）基礎信息。（1）駕駛中的關鍵績效指標，包括速度表、轉速表、電池狀態(tài)等;（2）重要警示信息、包括警示燈、發(fā)動機檢查、濕滑路面等。

2）二級信息，主要是車內的系統(tǒng)狀態(tài)，包括車內外溫度、空調控制、導航等。

3）三級信息，包括廣播播放、音樂播放以及其他軟件。

在通常設計中，基礎信息必須直接顯示在每個屏幕上的相同位置，且位于駕駛者可視范圍內，二級和三級信息盡量放在基礎信息屏幕的外圍;此外，有人駕駛模式應隱藏與駕駛或當前任務無關的信息，有助于保持駕駛者的注意力始終集中在路面上。 而在自動駕駛模式中，車輛掌控著基礎信息，駕駛信息的顯示已經發(fā)生了巨大變化;以特斯拉Model 3為例，車內HMI設計的主體是具有前瞻性的15寸中控大屏幕，并且省去了儀表盤。屏幕中，靠近駕駛者的半側屏幕顯示車況信息，相當于傳統(tǒng)儀表盤加上系統(tǒng)信息，視為基礎信息;右側屏幕顯示電話、音樂、導航等信息，為三級信息;下方的隱藏菜單為空調、座椅等二級信息的入口?？梢娫谄聊怀尸F中，非駕駛活動在汽車中獲得了更多地關注，在自動駕駛技術的輔助下，車輛駕駛的基礎信息僅在需要的情景下出現。因此，在車內HMI的設計上，應首先根據汽車的自動化程度區(qū)分用戶在不同階段的核心行為，得出用戶行為優(yōu)先級和信息優(yōu)先級，在不同的模式下重點展示一級信息，提煉精華展示二級信息，對三級信息提供展示或者入口;同時根據信息層級在視覺上以位置、大小、距離、內容形式和色彩等因素區(qū)分信息層級。

4.2更多的觸屏操作

有人駕駛操作過程中，駕駛者的控制范圍在方向盤、制動踏板和中控區(qū)域，大多是物理按鍵或者按鈕，需要駕駛者在高度集中時準確進行操作。而在自動駕駛模式下，物理按鈕將會被迅速替代和簡化[14]。觸覺交互方式是對視覺任務的補充[3]，可以保持駕駛視野不變，所以更多的觸屏操作將是必然的趨勢。比如特斯拉的Model S僅在方向盤上有幾個物理按鍵，用來操作巡航控制，自動駕駛技術等;Model 3的方向盤上僅剩兩個操作方向盤高低的滾軸;特斯拉車中大多二級功能都沒有物理控件，由觸摸屏上的圖標代替，視為“軟按鈕”。部分軟按鈕為了不改變用戶習慣，操作邏輯依然和物理按鍵相類似，比如Model 3的屏幕操作被重新設計成兩種快捷操作模式：兩點式操作和三點式操作，兩點旋轉調節(jié)多媒體音量，兩點橫向拖動快進音樂，三點旋轉調節(jié)空調溫度等。特斯拉屏幕操作的新設計雖然給用戶帶來一定的學習成本，但是由于屏幕化可以搭載更多功能和模塊的便利性，沿襲了舊的操作習慣，減少用戶注意力從而減少駕駛中的分心。

5結論

在完全自動駕駛技術到來之前，車內駕駛者仍需要控制或者監(jiān)管汽車運行，而自動駕駛技術正在給人車交互與界面設計帶來新的挑戰(zhàn)。通過概述和案例分析的研究，可以得出自動駕駛技術中的HMI設計需要保證對系統(tǒng)恰當的信任，保持駕駛者在駕駛和接管時的注意力，以及傳達充分的信息以提升駕駛者的情境意識。而自動駕駛技術帶來的非駕駛模式也給車內次級任務的完成帶來了更多可能性，由此車內的信息層級發(fā)生了變化，HMI的設計需要在不同模式的變化中展現對的信息，以及當駕駛者在不同模式的操作中，控制范圍和顯示范圍也會相應變化，在這些技術的升級和改革中，車內HMI設計也會在碰撞中找到新的機會點。

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作者簡介

顧麗雯/1994年生/女/江蘇人/碩士在讀/研究方向為工業(yè)設計、人因工程學（上海200092）