自动驾驶辅助系统的HMI设计研究

作者 | CDylan，系统架构师

出品 | 汽车电子与软件

所谓⾃动驾驶辅助，就是“⽬标和事件探测与响应”需要由驾驶员和智能驾驶系统共同完成的智驾系统。智能驾驶辅助系统依赖于⼈机交互技术来实现与驾驶员之间的信息交流和指令传递，可以说智能驾驶辅助系统和⼈机交互系统之间的关系⾮常密切。HMI（ Human Machine Interface） 系统设计的⽬标，就是使驾驶员更加⽅便、⾼效地与⻋辆进⾏交互，从⽽提升智能驾驶的驾驶体验并增强驾驶安全性。

HMI信息是通过显示屏、仪表盘或者其他交互系统（ 视觉、声⾳、触感等）向驾驶员传递的交互信息 。它包括:

1.1、Notification

Notification 指的是 HMI 系统向驾驶员发送的各类提醒或者消息通知 。这些通知内容包括⽂字弹窗（有时伴随图标）或语⾳。具体的来说，HMI 系统中涉及⾃动驾驶辅助的 notification 包括如下⼏类：

• 功能状态提醒：例如功能取消，功能降级，条件满⾜时提醒驾驶员可以激活功能，系统发⽣故障等。

• 安全驾驶提醒：如前⻋驶离，提醒驾驶员继续运⾏ ACC ，提醒驾驶员接管，前⽅道路环境复杂提醒谨慎驾驶，碰撞提醒，开⻔碰撞预警等。

• 系统操作反馈：例如⽤户激活时 ICA 系统⾃检后反馈功能⽆法激活。 

图1:  Notification 示意图

1.2、Telltale 图标

Telltale 指⼀种指示灯，⽤于向驾驶员传达特定的车辆状态或警告信息。这些telltale 通常以图标的形式显示在车辆的仪表盘、HUD 上，旨在帮助驾驶员快速了解和处理车辆相关的信息。

具体来说，涉及⾃动驾驶辅助系统的 Telltale 包括以下⼏种：

• AEB Telltale，包括 AEB 功能 off , AEB 制动激活报警、AEB 功能发⽣故障指示灯; 

• ICA Telltale，包括纵向和横向控制状态指示灯;

• RCW Telltale，后向碰撞⻛险指示灯；

• LCC Telltale，车辆偏离车道报警指示灯；

• FCTA/RCTA Telltale，前向侧⽅，后向侧⽅碰撞⻛险指示灯；   

• DOW Telltale，开⻔时碰撞⻛险指示灯。

图2:  汽车仪表 Telltale 示意图

1.3、Animation 动画

Animation 指 HMI 系统根据智能驾驶辅助系统实时输出的信息进⾏实时动画描绘的显示内容，它包括车道线、周边障碍物、周边车辆、⾃车及状态（如发⽣横向偏移、距离路沿过近），以及⾏车事件（如碰撞⻛险动画），在有HD map 的情况下，可以结合地图的信息描绘出更丰富的内容。

图3:  智能驾驶仪表动画示意图

1.4、Audio Chime

Chime 指⼀种提示⾳或警告⾳，这种声⾳通常被设计成短暂的声⾳⽚段，⽤于向驾驶员传达特定的信息或警告，以增强驾驶员对车辆状态和环境的注意⼒ 。Chime 声⾳通常是伴随 Notification 、Telltale 亦或⾏车事件同时响应。

1.5、语⾳ prompt

语⾳ prompt 是指通过语⾳交互向驾驶员提供信息、指示的功能。这些语⾳prompt 通常由车辆的语⾳识别系统⽣成和播放，旨在让驾驶员能够通过语⾳与车辆进⾏交互，⽽⽆需分散注意⼒去观察显示屏或操作控制⾯板。

语⾳ prompt 可以伴随 Notification 、Telltale 亦或⾏车事件同时响应，也可以单独进⾏交互。当语⾳ prompt 和 notification 因为同⼀触发条件响应时，语⾳ prompt 和 notification 的⽂本设计是不同的。notification 通常⽂本较短，以精炼简短的语⾔向驾驶员传递信息，以减少驾驶员将⽬光聚焦在屏幕上的时间，确保⾏车安全。

1.6、Setting ⽤户设定

Setting 项指的是各类 ADAS 功能开关和智能驾驶辅助系统的状态反馈。 

图4: 智能驾驶功能设置项示意图

根据⾃动驾驶辅助系统运⾏环境条件，基于⼈机交互的紧迫度，我们可以将智能驾驶辅助系统的⼈机交互信息分为如下四类，紧迫度从低到⾼。

2.1、消息 (Message)

消息是通过显示屏、仪表盘或者声⾳系统向驾驶员传递的⽂本、图像和声⾳信息。这些消息旨在帮助驾驶员更好的理解车辆状态、环境条件或系统操作情况。这些信息对于驾驶员来说是低优先级的，可以关注，不关注也不影响正常驾驶。

它的交互形式可以包括驾驶辅助动画、功能正常状态 Telltale 显示和⽂字 notification/ 语⾳等等。

2.2、提醒 Attention

当智能驾驶运⾏条件发⽣变化时，这些变化已影响系统的正常运⾏，“提醒Attention ”旨在提醒驾驶员保持开⻋注意⼒，以确保安全驾驶和有效操作⻋辆。为确保驾驶员关注到这些信息，除了“消息 Message ”中提到的交互⽅式外，可以通过声⾳提示、震动、视觉等⽅式提醒驾驶员。

具体场景如驾驶员分⼼提醒、驾驶员脱⼿提醒（ 前期）等。 

2.3、警告

警告⼜可以根据情况分为中等级别警告(Caution)，和⾼级别警告(Warning)。

• “警告 Caution ”通常指⼀种中等级的警告信息，⽤于向驾驶员传达系统状态或者驾驶情况可能存在潜在问题或⻛险。这些信息不如紧急警告（warning）那样紧急或严重，但依然需要驾驶员注意并采取⼀些措施或者调整⾃身的驾驶⾏为。

  
  

  “警告 Caution ”场景如传感器故障，系统将会退出的提醒等。

  
  

• “警告 Warning ”通常指较⾼级别的警告信息，⽤于向驾驶员传达系统或者驾驶存在严重问题或潜在的安全⻛险。这些信息需要驾驶员⽴即注意，并⽴即采取⾏动以避免潜在的危险或损害。

  
  

  “警告 Warning ”场景如即将发⽣碰撞的告警等。

需要说明的是，有些触发条件发⽣时，伴随着时间的持续，需要驾驶员注意的紧迫度越来越⾼，信息分级会发⽣动态变动。如驾驶员脱⼿发⽣时，⼀开始的⼀定时间内（ 如10s），信息等级可能为“提醒 Attention ”，随着脱⼿持续，可能会上升为“警告 Caution ”。

3.1、⼀般准则

HMI 设计整体上需要服从信任原则和效率原则：

1. 提⾼⽤户对于⾃动驾驶辅助系统的信任

研究表明：

• ⽤户在⼀般交互场景下对智能驾驶辅助系统语⽓委婉温和的信任度⼤于语⽓直接的信任度，⽽在警告的交互场景下，则相反；

• 虽然不同性格特质的⽤户对于⼈机交互的设计特征的感知程度不同，且⽤户对不同设计特征的态度存在刻板印象，最终不影响信任情感的变化。

2. 提⾼⼈机沟通效率原则

从驾驶员认知⻆度来看，⼈机沟通不畅是驾驶员降低对⾃动驾驶辅助系统信任度的主要原因， 通过 HMI 设计来让驾驶员对系统的⾏为和意图有所了解，明确各个情境下⼈机各⾃的责任，提升驾驶员的驾驶信任度。

对于传达给驾驶员信息的⼈机沟通⽅式，根据消息分级，我们在进⾏ HMI 系统设计时，可以根据不同的场景采⽤多样、多模态的⼈机交互⽅式，达到提⾼⼈机沟通效率的⽬的。

3.2、结合 HMI 要素，确定的设计准则

1. 统⼀性原则

元素设计在整个系统中应保持⼀致，包括图标的⻛格、尺⼨、线条、布局等需要统⼀⻛格，不同功能间表征相同状态的图标颜⾊、⼤⼩和⻛格要⼀致。这样驾驶员⽆论使⽤哪个功能或查看哪个信息，都能保持⼀致的使⽤体验和理解。如表征 ICA 横向和纵向⼯作状态的 Telltale 需要同⼀颜⾊，如均使⽤绿⾊；表征 AEB 故障和 LDW 故障的 Telltale 也需要同⼀颜⾊，如均为红⾊。

图5: FEB/LDW Telltale 示意图

Audio Chime 中涉及⾃动驾驶辅助系统的设计也要考虑独特的、统⼀的规则，要有明确的辨识度，能区别于其他系统的 Chime ⾳，⽐如 infotainment 系统的 Chime 声⾳和 ADAS 的 Chime ⾳要有区别，可以考虑在频率、占空⽐、声⾳⼤⼩上做⼀些特殊设计。

2. 表意性原则

HMI 界⾯的布局（动画、Notification）、图标的使⽤、⽂本的选择要能清晰的传达信息和功能，使驾驶员能够快速、准确地理解和操作系统。

元素设计要直观易懂，使驾驶员能够直接理解和预期每个元素的功能和作⽤。 

3. 易⽤性原则

HMI 要素设计要可以作为设计资产沉淀下去，这样有利于其他项⽬的延⽤，对内部来说不仅提升了产品开发效率，对客户来说也减少了⽤户的学习成本。

除了仪表显示内容外，Setting 项也需要考虑易⽤性原则，以提⾼操作效率，减少⽤户学习成本，增加⽤户可⽤性和⽤户体验。可以从设置合理的初始状态，各类 ADAS 功能设置项集中化、集约化来进⾏设计。

Setting 项应能及时地向⽤户提供反馈，确认它们的操作已被系统接收并理解。 

4. 优先级策略

当多个智能驾驶辅助系统的触发条件同时触发时，特别时对于显示区域统⼀的Notification，需要根据信息的优先级设置信息仲裁策略，并设计最⼩的显示时间，确保⽤户可以阅读到需要的信息。

5. 时间性策略

对于多模态的交互，需要同⼀时间响应，需要确保多模态交互时间上的同⼀性和实时性。

4.1、语⾳声⾳的选择

在确定语⾳代理的性别时，需要考虑到的是：⽤户的普遍刻板印象是与男性沟通更可靠，与⼥性沟通更感性，当使⽤男性的语⾳声⾳作为智能驾驶辅助驾驶的代理时，此时代理的性别特征与⼈们的刻板印象重合，更有利于⽤户对⾃动驾驶辅助系统的信任，增加对系统易⽤和有⽤的评价。 

4.2、语⾳语⽓和⽂本的选择

根据场景需要，选择不同的语⽓，在⼀般交互场景下，推荐使⽤温和的语⽓进⾏交互，促进⽤户对于智能驾驶辅助系统的情感；⽽在警告的交互场景下，推荐采⽤直接的语⽓、简短的⽂字进⾏交互，提⾼对系统的信任度。

• 如在驾驶辅助系统进⾏主动变道时，可以说“前⽅空间充⾜，您的⻋辆准备加速，实施变道操作”，通过信息透明、语⽓温和的语⾳交互，促进⽤户对于系统的情感感受，增进⽤户对于智能驾驶辅助系统的信任。

• 如在需要⽤户主动控制⻋辆时，通过“请您⻢上接管⻋辆，即将退出驾驶辅助功能”直接表达需要驾驶员⽴刻⼿动驾驶的诉求，引起⽤户的警觉意识。

5.1、灯带

灯带在 HMI 中扮演着越来越重要的要⾊，通过可视化的⽅式向驾驶员传递关键的⻋辆信息和警告，以提交⼈机交互效率，确保驾驶安全性，同时给驾驶员提供沉浸式驾驶体验。

1. ⽬前灯带有：

• 仪表呼吸灯

图6:  仪表呼吸灯示意图

• ⽅向盘灯带

图7: ⽅向盘灯带示意图

5.2、3D Chime

1. 3D Chime 概念在2020年已经提出，但因为3D Chime 涉及智驾领域的功能定义、信息输出状态，涉及座舱领域的 Audio 通道设计、扬声器布局、声像定位等等，⽬前效果不尽如意，还有很⼤的提升空间。

   
   

2. 3D Chime 的创新可以从声⾳频率、声像为出发点，设计能快速引起驾驶员注意⼒、并可以让驾驶员进⾏准确信息联想的声⾳。

参考文献：

1. 詹芹芳.基于⼈机信任的智能驾驶中控系统设计研究[D].⼴东⼯业⼤学,2023.

2. MUIR B M. Trust in automation: Part I. Theoretical issues in the study of trust and human intervention in automated systems[J]. Ergonomics, 1994,37(11): 1905-1922.

3. 由芳,张景卉,张俊,等. 智能汽车中基于信任的接管系统交互设计[J].包装⼯程,2021.

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