張大權 張惠 楊冬雨 趙默涵

（中國第一汽車股份有限公司 智能網聯開發(fā)院，長春 130013）

主題詞：自動駕駛 人機交互 用戶體驗 駕駛接管

1 前言

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

按SAE發(fā)布的J3016的自動駕駛標準，目前大部分的自動駕駛車輛屬于Level 2～Level 3。按Level 3的自動駕駛標準定義，系統在特定路況下（如高速、城市快速路等）執(zhí)行自動駕駛，系統要求駕駛員保證隨時可以接管車輛，因此本文僅針對L3級自動駕駛場景的人機交互設計展開研究。

2 自動駕駛的交互需求分析

對于Level 3的自動駕駛人機交互(如表1)，由于其必須要求駕駛員隨時接管，人機交互設計的核心是“人車共駕”，除此之外還要充分考慮自動駕駛這一新穎的技術被用戶所理解和接受的程度。

表1 SAEJ3016標準定義自動駕駛分級[1]

2.1 從自動駕駛分級定義分析交互需求

Level 3自動駕駛定義為“條件智能”，即在特定道路上可以緩解駕駛員的駕駛負荷，但同時又要求駕駛員做好隨時接管車輛的準備，因此對人機交互提出了“輕松而又緊張”的交互需求。

2.2 從用戶體驗分析交互需求

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

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

●53%:可能存在的技術故障或系統問題；

●18%:事故發(fā)生時的法律責任；

●11%:車輛被黑客襲擊;

總結調查結果：用戶對自動駕駛車輛有很好的接受和期待，同時最大擔心就是“駕駛安全”和“責權邊界”，對人機交互提出了“安全而有擔當”的交互需求。

3 主要設計理念

綜合以上，針對Level 3自動駕駛車輛的人機交互設計，需要考慮：用戶信任建立、和駕駛責任分配、駕駛接管3個維度。

3.1 用戶信任建立

為了讓駕駛員信任系統，并接受自動駕駛，需要讓駕駛員建立信任心理并交接駕駛權給自動駕駛系統，這需要系統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“決策預告”。

“你見即我見”即系統以實時通過傳感器及攝像頭采集到的真實交通信息，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”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“系統與我所見略同”的信任心理。

但該方案對系統，特別是圖像識別的處理負荷高，同時因界面內的交通場景以“直播”的方式實時演變，會吸引駕駛員的視覺注意力，從而減少對路況的關注，容易造成駕駛權交接延誤，造成安全事故。

“決策預告”即系統僅在改變當前駕駛行為，執(zhí)行新駕駛決策時，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），該方案通過系統對當前交通場景的分析，當駕駛決策變化時，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。

該方案對系統負荷小，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”，讓駕駛員了解系統的決策思路，適應系統控制車輛的方式，對新手體驗有些不友好。

3.2 駕駛責任分配

車輛的駕駛任務是明確當前車輛駕駛權的重要依據，特別是Level 3級自動駕駛的定義標準也明確規(guī)范了系統與駕駛員在駕駛決策時的職責，因此在進行交互設計時，需要充分明確當前車輛的控制權所屬，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Level 3的接管要求，保證駕駛員能在系統請求接管時及時，安全的接管車輛，要求駕駛員視線以適當的周期，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”即當系統通過傳感器等，覺察駕駛員是否有對方向盤的操作，以判定當前車輛的橫向控制駕駛任務所屬，如系統判斷駕駛員對方向盤有操作，則系統應當交接橫向駕駛任務給駕駛員（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自動駕駛視頻截圖[6]

“縱向腳”即當系統通過傳感器等，覺察駕駛員是否有對油門踏板或制動踏板的操作，以判斷當前車輛縱向控制駕駛任務所屬，當駕駛員有操作的情況，系統應該交接縱向的駕駛任務給駕駛員。

以上這些駕駛任務的分配，交互設計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前駕駛任務分配情況，以保證其充分知曉當前車輛的控制自己與系統都承擔了什么任務及負擔的責任。

3.3 駕駛接管

因為Level 3自動駕駛仍屬于“部分智能”，所以，仍存在駕駛權交接的情況，但無論是由駕駛員交接給系統，還是系統交接給駕駛員，系統都要明確的反饋當前駕駛權的交接情況和交接結果。應注重整個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分為3個步驟設計：“請求”、“交接”和“確立”。

圖5 駕駛接管關系

“請求”即無論系統或駕駛員任意一方，當發(fā)生駕駛權交接時，都應當發(fā)生“請求”，比如系統請求自動駕駛接管車輛，或者系統請求駕駛員接管車輛，都應當保證有“請求”環(huán)節(jié)，以確立接管雙方發(fā)生權責交替，需要按接管的場景等因素設計合適的交互方案，比如系統請求駕駛員操作方向盤，應通過視覺、聽覺等告知駕駛員執(zhí)行什么操作。

“交接”即系統或駕駛員任意一方，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)撥動操作撥桿激活自動駕駛?！敖唤印钡慕换ピO計要體現規(guī)范的操作指引，或者體現“儀式感”以明確接受“請求”并執(zhí)行“交接”。

“確立”即無論系統或駕駛員任意一方，在“交接”后都能充分的知曉并達成一致的“確立”駕駛權的交替，交互設計須保證雙方有對駕駛權交替的“確立”認可的反饋，比如系統檢測駕駛員雙手離開了方向盤，同時系統通過視覺、聽覺反饋了當前駕駛權的歸屬等。

4 結論及啟示

針對Level 3自動駕駛的人機交互研究表明，用戶信任建立、駕駛責任分配、駕駛接管是設計自動駕駛人機交互的基本出發(fā)點，隨著傳感器及計算平臺的進步，會采用不同的技術手段，通過的視、聽、感等多維度交互，圍繞這三個出發(fā)點設計人機交互，未來，針對自動駕駛系統的架構方案設計對應的交互方案，實現駕駛負荷最小、安全水平最高、體驗最優(yōu)。

同時，隨著自動駕駛技術的日益進步及自動駕駛車型的發(fā)布、上市，自動駕駛技術也將面臨對應的交通法規(guī)（雙手離開方向盤是否違法，自動駕駛出現違章行為的懲罰責任歸屬）和交通倫理問題（緊急安全的保護原則）等，德國等國家已經出臺了相關的法律規(guī)范，值得借鑒和思考。因此，人機交互在設計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的同時，避免違章行為。