適度信任構建下面向人車共駕的自動駕駛HMI設計策略研究

摘要：人車共駕是自動駕駛發展的重要方向，信任是影響其中人車協作關系可持續性的關鍵因素，適度信任構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關系的基礎上，從共駕與接管兩大場景出發，解析人車共駕中信任來源，提煉設計目標，總結設計策略。針對內容與形式設計的一體兩面，圍繞適度信任構建，提出HMI內容設計涵蓋的信息要素及形式設計的可行方向。自動駕駛HMI設計需從系統層、環境層與駕駛層提供維持適度信任交互所需的關鍵信息，并從多維度、多模態與擬人化方向構建適度的情境信任、經驗信任與關系信任。

關鍵詞：人車信任；自動駕駛；HMI設計；人機交互；人車共駕

中圖分類號：TB472 文獻標識碼：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，隨著自動駕駛技術在國內進入商業化應用階段，以蔚來、小鵬、問界等新勢力品牌為代表的乘用車企業發布多款搭載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，多部門聯合發布《智能網聯汽車準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，進一步刺激國內自動駕駛行業的蓬勃發展。可以預見，自動駕駛作為一項前沿的人工智能技術，將改寫人們未來的出行方式，重塑出行體驗。

在席卷而來的技術浪潮之下，需要突破技術的本體桎梏，重新思考科技與生活之間的關系，用設計的手段彌合新技術與人們生活的邊界，構建科技向善、融入生活的應用方式。人車信任是自動駕駛交互設計的重要話題，也是自動駕駛技術得以廣泛應用的重要前提。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用中，從人車信任的視角分析信任的影響因素，并構建針對自動駕駛HMI這一新興人機交互媒介的設計策略，為后續基于適度信任內核的自動駕駛HMI提供了設計依據，成為當前階段值得探討的問題。

一、人車信任與自動駕駛HMI設計

（一）人車信任

信任的概念最早源于社會學，信任關系中包含了委托者與受托者。在自動化信任領域，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）是否能幫助其實現目標的態度[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。在當前自動駕駛發展進程中，隨著L3級別的自動駕駛技術逐步進入應用，允許駕駛員在駕駛過程中注意力暫時離開路面，并由自動駕駛系統代理駕駛權。當系統面臨無法處理的突發狀況時，駕駛員需要及時接管車輛。自動駕駛汽車的人車信任關注交互過程中向駕駛員提供系統、情境相關信息，從而提高系統透明度，降低不確定性，并在需要接管時使駕駛員能夠準確理解系統運行狀態，在接管后能根據當前駕駛情境做出正確的駕駛決策。

（二）適度信任與信任校準

人車信任過程中信任的構建，根據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]。當信任不足時，駕駛員會減少使用自動駕駛技術，增加使用過程中的疲勞與負荷，降低舒適性；當過度信任時，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系，實現匹配的過程即指信任校準（Trust calibration）。適度信任構建是保證駕駛員愿意和正確使用自動駕駛系統的基礎，是自動駕駛HMI人機交互研究的重要目標。在此過程中，當系統能力在使用過程中發生變異時，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間。主觀實際信任水平適應系統能力變化而變化的能力，稱為動態實時信任分辨率，如圖1。

根據自動駕駛的不同等級，人車適度信任的標定水平呈現先下降再上升的趨勢，信任校準的方向也存在一定差異性：在人駕階段，人掌握駕駛權，車作為出行代步的工具由駕駛員完全控制，用戶對系統能力邊界的認知清晰，不需要信任校準的介入；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，用戶對系統能力有較為清晰的認識，信任校準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，駕駛員對運行中自動駕駛狀態實時監督，受限于自動駕駛能力的限制，用戶需要隨時發現并糾正車駕可能存在的安全風險。此時，針對新手用戶，信任校準需要幫助用戶正確認識系統能力，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，需要關注其對系統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與適度信任構建

自動駕駛汽車的人機交互關注駕駛過程中人車之間的駕駛協同、控制權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狀態、行為和意圖的輸出，從而有效傳達系統實際能力，促進人車協同完成駕駛任務。因此，自動駕駛HMI是人車共駕階段人車信任關系搭建的橋梁，通過自動駕駛HMI有效、適當地呈現和反饋信息，是促使用戶正確理解實際系統能力，構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的設計目標

受制于車輛感知能力的局限，以及真實駕駛環境與規則描述的差異，人車共駕是未來一段時間內自動駕駛應用的主旋律。在此階段中，車輛將無法勝任的全部駕駛場景，需要人類司機協作共同實現駕駛目標。適度信任的構建，有助于穩固人車共駕階段中人車協作關系，使自動駕駛在規模應用中得到持續發展。

適度信任構建視角下，人車共駕的自動駕駛HMI設計目標將圍繞共駕與接管兩大核心應用場景，分析與解構信任的影響因素，構建與維持駕駛全程中動態的適度信任[3]。

（一）共駕場景下的設計目標

人車共駕時，駕駛控制權由自動駕駛系統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下的車輛行為進行監管，也可部分接管駕駛權，如干預車輛行駛速度或行駛方向等。

考慮適度信任構建，在共駕場景下：一方面，系統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；另一方面，當共駕過程中系統能力變異時，主觀實際信任水平具備適應變化的能力[4]。因此，共駕場景下適度信任介入自動駕駛HMI的設計目標包括以下兩方面。

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

2.高動態分辨率：自動駕駛HMI在客觀可信任水平變化時，可以觸發主觀實際信任水平的實時動態響應，使主觀信任維持適度的區間。

（二）接管場景下的設計目標

接管是人車共駕時介于車駕與人駕間的過渡狀態，一般由車輛向用戶發送接管請求，并由用戶在規定的時間內接過車輛的駕駛權。接管是一個連貫的過程，依賴人與自動駕駛系統間信息交互與行為配合完成駕駛權責的移交。對自動駕駛系統而言，系統根據接管原因，預估接管時間并提前發送接管請求。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，包括在系統預估接管時間內重塑情景感知、回歸正確的駕駛狀態，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生事件的了解情況，包括感知-理解-預測3個認

知階段[5]。

考慮適度信任的構建，在接管場景下：一方面，在駕駛權責移交的連續過程中提供人車配合必要的交互信息，有助于維持動態實時信任的；另一方面，用戶在系統引導下以適當的認知能力與駕駛狀態成功完成接管，對于歷史信任的構建有積極作用。與之相應，接管場景下適度信任介入自動駕駛HMI的設計目標包括以下3方面。

1.適時有效的接管提示：自動駕駛HMI需要提供針對當前接管場景的接管提示，適時引導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建情境感知，使用戶對當前駕駛情境有充分認知。

3.安全規范的狀態回歸：自動駕駛HMI需要引導用戶回歸規范的駕駛狀態，接續執行駕駛任務。

三、人車共駕階段適度信任介入自動駕駛HMI的設計策略

適度信任構建視角下，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設計需從整體考慮適度信任構建性能的魯棒性，兼顧不同場景下的信息需求。在此基礎上，基于信息內容與形式一體兩面，通過內容的充要性和形式的合理性設計，滿足設計的有效性和更高層次的用戶體驗要求。

（一）HMI內容設計

信息內容是交互事件中各類實體、現象內涵的集中表達。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在人車共駕關鍵場景下適度信任構建的設計目標，提供高實時透明度與高動態分辨率的客觀可信任水平，塑造用戶對當前場景的及時正確情景感知，引導用戶在接管時安全規范且適時有效地完成駕駛權責移交。因此，自動駕駛HMI的內容設計可以從系統層、環境層與駕駛層的全局視角，提供人車共駕全程的信息要素，實現適度信任的有效維持。

1.系統層：關注系統能力、狀態變化與車輛行為。人類駕駛員與自動駕駛系統作為人車共駕中具備主觀能動性的雙方，系統層包含用戶形成對系統能力正確認知，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能力理解與其實際能力相符。因此，在進行HMI內容設計時需包含3類信息：系統能力、狀態變化以及車輛行為。系統能力包括實時的自動化水平，以及當前自動化水平可以維持的通行區間。在系統能力中，自動化水平反映車輛具備的不同的自動駕駛能力，通行區間指當前自動化水平不會降級或請求接管的覆蓋范圍。狀態變化指狀態間用戶可辨別的臨界差異，包括每種狀態所界定的范疇，以及狀態間存在的置信度與能力差異。當系統狀態變化時，用戶可以快速識別并理解狀態前后差異，采取適當的措施。車輛行為包含當前情境下的車輛意圖與決策依據。其中，車輛意圖指車輛接下來的駕駛控制行為，決策依據反映引起駕駛控制行為變化的客觀因素，可以通過車輛引導線與道路主體的交互關系表征，如車輛為避讓行人采取的剎停動作。

2.環境層：映射環境變量與緊急情形。自動駕駛HMI通過對周圍環境信息的映射，輔助用戶在共駕場景或接管場景下有效構建情境感知，這類信息稱為環境層信息。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揮促進作用。在感知階段中，HMI提供必要的環境信息的映射，包括交通參與方，交通標識、障礙物以及與自車的相對關系等，通過還原其位置、狀態、屬性等要素輔助用戶感知環境關鍵變量。理解作為內驅的認知過程，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，從而加速用戶對當前事件、模式、趨勢的理解。此外，對于環境中存在風險的情形，通過對緊急情形的表征可以迫使用戶主動感知環境中的風險，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準確性的下降，冗余的接管預算可以提高駕駛員使用系統的滿意度。

3.駕駛層：提供接管引導、過渡支持與駕駛支持。人類駕駛員作為人車共駕中分擔駕駛權的共同主體，在執行駕駛任務時受到駕駛狀態與認知水平的影響，自動駕駛HMI提供輔助用戶完成駕駛任務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、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表現為支持駕駛目標的引導信息，而非告知系統錯誤的警示信息。類似的引導信息如導航中對下一機動點的提示，包含以下信息：下一機動點坐標，期望的行動目標，以及行動指南。類比來看，自動駕駛的接管引導信息可以包括：接管時機，接管目標，以及接管指南。此外，在接管過程中通過提供相應的過渡支持，引導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、風險與目標等，也可以幫助用戶平滑地完成接管。

（二）HMI形式設計

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

1.三維空間交互打造情境信任。增強現實技術通過將信息與真實環境相融合，拓展人對三維世界的感知能力[6]。基于這種特性，增強現實技術在駕駛領域的應用可以幫助提升用戶的情景感知能力，從而構建情境信任。在自動駕駛HMI設計中，通過AR-HUD（Advanced Head Up Display，增強現實平視顯示器）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境信息。在接管場景下可以將值得關注的駕駛線索或風險提示進行高亮展示，有助于更好地提供駕駛狀態回歸過程中的過渡支持，幫助用戶理解環境信息要素。最后，通過AR-HUD將引導線或指引箭頭與現實路面進行融合，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.多模態交互鞏固經驗信任。多資源理論解釋了多任務之間資源分配的方式[7]。在人車共駕中，駕駛任務與各類次級任務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設計時，將來源于系統層、環境層與駕駛層的信息分布于不同的認知模態，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驗信任。在共駕場景，當駕駛員執行以視覺為主的次級任務，如查看新聞或觀看視頻時，通過聽覺模態預告必要的駕駛行為與風險信息，保持系統透明度，提升動態實時信任分辨率。在接管場景中，通過聽覺模態解釋接管原因、提供過渡支持，并通過座椅震動等觸覺模態的反饋快速喚醒駕駛狀態，可以提升接管的任務績效。

3.擬人化交互維護關系信任。語言學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形式中的體現有助于構建更具有信任感的對話關系，維護親近友好的關系信任[10]。因此，在設計自動駕駛HMI的人車對話方式時，需要關注對話關系和對話形式的塑造。在對話關系層面，隨著駕駛權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系從提供輔助手段的“導航助手”向獨當一面的“專職司機”進化，對話內容更精煉，對話結構應更靈活，對話語氣應更篤定，強調“行程全局”而非“通行細節”。 在對話形式方面，通過實體化的形態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。信任構建視角下，這類形態以傳達科技與可靠的智能體形象為佳。

結語

科技向善，適度信任的構建有助于自動駕駛技術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，促進技術在應用場景下不斷進化迭代。在此基礎上，人們將真正獲益于自動駕駛技術釋放出的駕駛精力，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計的因素進行分析，提出了通過自動駕駛HMI構建適度信任的5個設計目標：高系統實時透明度、高動態信任分辨率、提供接管提示、塑造情景感知以及回歸駕駛狀態。在此基礎上從HMI設計的內容和形式一體兩面出發，提出構建適度信任的設計策略：在內容層面，關注系統層的系統能力、車輛行為與狀態變化以構建高分辨率、高透明度的實時客觀可信任水平，映射環境層的環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、過渡支持與駕駛支持以實現適時有效的駕駛提示與安全規范的駕駛狀態回歸，從而確保自動駕駛HMI設計有效性；在形式層面，提出打造情境信任的三維空間交互、鞏固經驗信任的多模態交互與維護關系信任的擬人化交互的設計方向，從而支持自動駕駛HMI設計具備更高可用性、更好安全性以及更優用戶體驗。

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