Conghai,功能定义负责人本期主讲人

嬴彻大课堂 | 第四期:自动驾驶的「沟通之桥」- HMI人机交互

奥斯卡获奖影片《Her》中的人工智能系统“萨曼莎”扮演者斯嘉丽·约翰逊,是影史上第一位仅凭声音出境就获得最佳女配角奖的演员。“萨曼莎”用略微沙哑而性感的“嗓音”、风趣幽默善解人意的“个性”,像人类一般与用户沟通,建立了深度情感。这种高阶的人机沟通方式体验极佳,但离我们还比较遥远。

人机交互(HMI)是人与机器互动的通道,能够直接影响人的体验。对于智能汽车来说,HMI是支持用户使用车辆和获取服务最主要的方式,它对自动驾驶功能的实现起着关键的作用。那么,相比于传统汽车,HMI设计在自动驾驶汽车中会遇到哪些新挑战?应该采取怎样的设计思路?
本期嬴彻大课堂将分享L3级自动驾驶HMI设计的What、Why和How

What-什么是HMI?

HMI包含了两层含义:

  1. Human Machine Interaction
    指人需要与机器进行信息的交流
  2. Human Machine Interface
    指人需要通过接口/界面来完成和机器交流互动的功能

举几个例子让大家更容易理解:

我们和电灯之间的交流互动,通过开关来和灯实现人机的交互。

本文所有示意图片源自网络我们每天与手机的人机交互,是通过触屏的接口来完成的。

下面是一张飞机里操作环境的HMI界面的图片,这里有很多开关和显示屏。人通过这种复杂的界面和飞机实现交流互动。

随着自动驾驶功能的引入和进化,汽车的HMI也发生了显著的变化。

  • L0/L1-开关多

首先,下图是典型的L0/L1级自动驾驶车辆的HMI界面。特点是具有较多开关,中控区有小屏幕、仪表盘。驾驶员通过这些开关来激活和关闭车辆功能,在功能激活和关闭后,仪表盘和屏幕上出现文字或状态灯提示。

  • L2/L2.5-屏幕大

其次,下图是我们通常所说的L2/L2.5级自动驾驶在考虑应用的HMI界面。最大的特点是中控屏幕面积明显增大,它会提供导航、周边环境、自动驾驶状态等信息。屏幕增大的主要原因是由于更高级的自动驾驶功能引入,让人们有更多时间通过大屏幕进行娱乐活动,或了解周边环境信息等。

  • L4/L5-双消失

第三张图是未来L4/L5级自动驾驶车辆可能具有的HMI界面。由于车辆已经实现了在特定环境下或完全状态下的自动驾驶,所以最明显的特点是方向盘、油门/刹车踏板的消失

细心的读者会发现,以上并没有L3级自动驾驶的HMI界面。其实,L3级自动驾驶车辆的HMI设计,一直是行业中被认为难度较高的题目。

Why-为什么L3级自动驾驶HMI设计有难度?

在L3级自动驾驶条件下,自动驾驶系统将完成在运营场景ODD范围内的所有驾驶操作及周边环境监控,驾驶员可以从驾驶任务中脱离出来。当车辆出现系统性失效,或者出现超出车辆运行范围的事件后,驾驶员需要来接受自动驾驶系统给出的接管指令,接管车辆

这样的定义使得HMI设计存在以下6个痛点及难点:

01 人对自动驾驶的信任危机

每个人是否愿意接受、相信自动驾驶的能力和自动化程度,是需要驾驶员不断来调整意愿的过程。

02 自动驾驶的不恰当使用

由于人对自动驾驶的不理解,可能存在对自动驾驶的误用、弃用及滥用。

03 驾驶员不在环的注意力保持

在L3级自动驾驶的条件下,驾驶员实际已将注意力从驾驶任务中脱离了出来。同时,车辆也要求他在出现紧急情况时,重新聚焦注意力来接管车辆运行。所以如何有效地保持驾驶员注意力,保证驾驶员合理有效的接管车辆,是HMI设计的一大难点。

04 自动驾驶失效的接管不及时

当自动驾驶失效时,可能存在驾驶员接管不及时的情况。

05 笨拙的自动驾驶

如果自动驾驶系统设计的不合理,车辆可能只能帮助驾驶员解决简单的驾驶操作,却将需要驾驶员很紧急去接管的高难度任务再留给驾驶员。在这样的情况下,如果HMI设计的不合理,驾驶员将难以在短时间内有效承担高难度的驾驶任务。

06 驾驶模式的模糊

如果HMI设计的不合理,驾驶员将无法清楚区分当前车辆的运行模式是自动驾驶还是手动驾驶,从而做出错误判断和行为。

How-如何设计L3级自动驾驶的HMI?

嬴彻针对L3级自动驾驶的痛点和难点,从以下三个维度进行HMI设计:

01 人因

以人为核心,聚焦在“人对自动驾驶的信任原则”、“人的注意力状态和转移模型”、“人的疲劳模型”等。换句话说,我们将把人作为核心的研究对象,从人的角度出发,考虑HMI设计。

02 工程

以产品和系统为核心,用系统化的方法和思路提供合理的解决方案,“减少驾驶员高难度的驾驶任务”、“降低产品和系统的失效概率”、“提供合理且及时的接管方式”等将是工程维度的主要任务。

03 设计

以体验和美学为核心,聚焦于“用更简洁、清晰的方式传达足够有效的信息”、“用设计之美提升系统的使用体验”等。

三个维度的有机结合,形成了嬴彻对L3级自动驾驶的HMI设计思路。

  • 首先,人因的研究将卡车驾驶员的基本需求、驾驶行为等形成画像,为后续的工程开发提供理论基础和指导。

  • 其次,工程会提供合理的解决方案(产品和系统)来满足人因研究过程中提出的需求。

  • 然后,设计从UI界面的角度,将工程的解决方案转化为具体的设计方案。

  • 最后,设计方案将再次输入给人因工程,去反向验证设计方案是否符合对卡车驾驶员的理论研究并满足需求。

我们举个简单栗子来说明一下HMI的设计方法:

基于人因的研究,人从声音、文字提醒到反应过来的时间是4秒左右,而对震动提醒的反应时间通常只要1.5-2秒。所以,工程上就可能要求车辆的座椅具有震动功能,或安全带具有收紧功能。设计会从人的体验角度出发,去定义座椅最合适的震动方式、力度、频率,以及安全带收紧的力度等。最后,再回到人因部分去验证设计方案是否能够有效提醒驾驶员,从而使驾驶员能够更好接管车辆运行。

总结

L3级自动驾驶的HMI设计有其难点,主要存在于人类驾驶员与自动驾驶系统之间较为特殊的职责分配和任务切换上。

针对这些难点,嬴彻从人因、工程和设计三个维度综合考量进行L3级自动驾驶卡车的HMI设计。我们不会简单地依赖于单一的屏幕显示、文字提醒或声音报警,而是将整车作为大型可交互的内容进行整体的交互设计,以带给驾驶员最优、体验最好,同时最具安全性的HMI设计方案。


嬴彻科技
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专注于自动驾驶卡车网络运营,聚焦于干线物流运营场景,自主研发L3和L4级自动驾驶技术,和汽车产业紧密合作,为物流客户提供更安全、更高效、更优成本的资产服务,成为最值得信赖的自动驾驶卡车网络。

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