智能車的‘聰明’設(shè)計：考慮人因?qū)W問題

智能網(wǎng)聯(lián)大潮下，ADAS作為離現(xiàn)實最近的自動駕駛實現(xiàn)手段，備受行業(yè)關(guān)注。近日，“第三屆智能汽車技術(shù)國際論壇暨創(chuàng)新展”集合諸多行業(yè)專家、學(xué)者針對此話題展開深入探討，蓋世汽車將論壇中部分演講進行梳理，以饗以內(nèi)。

北京航空航天大學(xué)交通科學(xué)與工程學(xué)院 王穎副教授

以下內(nèi)容為英飛凌科技股份公司汽車電子全球資深市場經(jīng)理Mr.Kai Michael Konrad先生關(guān)于“芯片企業(yè)能夠為自動駕駛做什么”的演講實錄：

謝謝大家，非常高興見到各位同仁，我想剛才前面兩位的演講者陳芳教授和Dr.-Ing.Peter Roessger都給我的演講打下了非常好的基礎(chǔ)。我今天的演講題目是“智能車的聰明設(shè)計，考慮人因?qū)W問題”。剛才有人問這方面的人才去哪里找？我們有一個專業(yè)叫人因?qū)I(yè)。

這是我本人的教育經(jīng)歷和工作經(jīng)歷，我的專業(yè)叫工業(yè)工程，在國外叫IE，是工程門類里面一個非常重要的分支。IE下面有一個研究方向叫人因工程，這個專業(yè)本身就是一個交叉學(xué)科，它包括機械、系統(tǒng)、數(shù)學(xué)、工程心理學(xué)，它本身就是一個交叉學(xué)科，這個專業(yè)就是來解決剛才Dr.-Ing.Peter Roessger和陳老師提到的各種各樣的問題，國內(nèi)大多數(shù)的院校都有這個專業(yè)，他們分支的人都有人從事關(guān)于HMI的研究。我的報告分為幾個內(nèi)容：第一，汽車中新興的人因?qū)W問題。第二，汽車機人交互設(shè)計與評估。第三，駕駛?cè)藸顟B(tài)管理。第四，問題解決指南。

首先來看一下汽車中新興的人因?qū)W問題。我可以點幾個比較有用的基礎(chǔ)理論，我把它叫做交通人因?qū)W，比如說HMI，我認為是交通人因?qū)W里面非常重要的研究放心，這個學(xué)科不是單個門類，它本身就是一個交叉學(xué)科，就是人、路、車相交叉，我們知道人車路中的每一個交叉都會新派生出來很多汽車領(lǐng)域的研究方向。那么人因?qū)W本身就是一個心理學(xué)、生理學(xué)、人體測量學(xué)、道路交通工程等多學(xué)科交叉，它的目的是如何提高交通系統(tǒng)的宜人性、安全性、效率。宜人性就是怎么樣讓駕駛員更適應(yīng)的操作汽車工具，安全是我們最關(guān)心的以及效率也是。我們這個學(xué)科關(guān)注的問題，從駕駛員來講關(guān)注的問題簡而言之分為三方面：生理、心理、行為。我們知道汽車人體測量學(xué)，研究座椅怎么讓人坐的舒服，比如說寶馬坐的比捷達要舒服很多，這就是生理上的研究。此外我們還有年輕、性別，不同年齡、性別的駕駛員是不一樣的，如何考慮他們的生理特征來設(shè)計你們的汽車。此外還有視力、健康等等，這個領(lǐng)域有無數(shù)的文件來討論這個問題，感興趣的可以就你們的需要來了解。還有一個學(xué)科是認知心理學(xué)，我們認為在心理學(xué)上來講，從人因?qū)W工程角度考慮，最重要的是三個階段：感知、認知、反映。另外一個是行為，我們知道國外叫受影響的研究（酒駕、藥物駕駛），還有分心駕駛，跟HMI結(jié)合最緊密的問題就是分心。還有同伴影響，這是針對青年駕駛員的，年輕人容易受同伴的影響，這些都是行為上的。我們?nèi)艘蚬こ?，很重要的是約束人的行為方法不是靠技術(shù)，最主要的約束方法是社會規(guī)范，這個社會認為你什么是好的，大家會無形去遵守，如果這個社會不關(guān)心這件事，大家也就無所謂了。所以這是我們比較關(guān)注的問題。

接下來我介紹三個理論，第一，多資源理論模型。這個模型非常易懂，它是很簡潔的把人的處理信息模式用一個立方體來表示，比如說最右邊，人接收信息是視覺和聽覺以及觸覺，但是對開車而言最主要的是視覺，其次是聽覺。我接收信息以后，大腦對信息進行加工，通過認知（大腦空間記憶認知）對接收到的信息進行語言編碼處理，然后我們用手進行操作或者用聲音把這件事（語音交互）說出來，就是這樣一個模型，很簡單那么多資源理論模型有很多衍生的理論，感興趣的同仁可以查。比如說我這個公司設(shè)計了一個HMI產(chǎn)品，也沒有相關(guān)人員檢測，我怎么知道我這個東西好用不好用？你就對著這個理論來看一下，駕駛員在使用這個系統(tǒng)的時候，他接收信息、處理信息、反饋信息的過程中有沒有和駕駛?cè)蝿?wù)本身進行了沖突，一旦有了沖突，就會占用他的駕駛資源，就有可能出問題。如果HMI占用的太多，會導(dǎo)致注意力分散，會導(dǎo)致事故。稍微定量一下，你可以根據(jù)任務(wù)的重要性，比如說分配權(quán)重再進行計算，這是一個比較簡單的理論，你們看跟多資源理論相關(guān)的技術(shù)規(guī)范和學(xué)術(shù)論文都可以看到非常簡單易用的方法。

第二，情景意識。這其實是跟汽車的自動化息息相關(guān)，剛才有同仁認為無人車時代就不要人了，這個觀點肯定是錯誤的。很簡單你模仿一下航天系統(tǒng)，飛機大部分的時間是在自己飛行的，但是飛機能離了駕駛員嗎？不可能的。在航天系統(tǒng)和核電系統(tǒng)中，操作人員依然是最重要的，而且在核電系統(tǒng)、航天系統(tǒng)發(fā)生事故最主要的原因就是人的問題，為什么人會發(fā)生錯誤呢？我們看一下這個圖，中間這部分，人在開車時對道路的情況進行信息采集，然后中間會有情景意識，這就是對我現(xiàn)在和所處的狀態(tài)有一個感知，在航空航天的情景意識已經(jīng)研究了很多年，航天員、核電操作員的操作環(huán)境長期都是自動化的，時間長了他就忘了，已經(jīng)喪失了情景意識，他不知道自己在做什么了，等到突然有需要操作的時候，會出現(xiàn)這樣的問題，所以發(fā)生了事故。

第三，耶德定律。我在MIT時的導(dǎo)師把這個用在了駕駛理論里面，比如說我們開車時的壓力和工作量越高和越低的，如果工作量越高，容易出事。如果工作負荷特別低，那就是在高速公路上出現(xiàn)的疲勞。那么我們技術(shù)能夠幫助的就是檢測駕駛員，比如說張偉博士做的疲勞檢測，然后給你一個反饋讓你回到清醒狀態(tài)。不管你的狀態(tài)到了哪一端，我都應(yīng)該用技術(shù)幫你反饋過來。

這兩個圖是2005年教皇舊址和2013年新教皇舊址的照片，200就職的時候有很多人在看就職013年的時候大家都在用手機在拍，現(xiàn)在大家無可無視的跟手機進行無線連接。那么你開車用手機，雖然眼睛看著路，用藍牙耳機聽電話，還有汽車的人機交互，雖然我眼睛沒有離開路，但是如果我的交互過程非常復(fù)雜，難以進行下去，人會產(chǎn)生認知分心，就是你眼睛雖然在看的，但你的腦子不知道在哪兒了。右下角的圖大家知道，比如說滴滴叫車，他們的車里最少放兩個電話。交通領(lǐng)域有很多手機APP應(yīng)運而生，但是對駕駛員最大的影響就是分心。特斯拉引以為傲就是中控臺，它的按鈕在最下面，你看一眼都比看其他車的中控要費勁。

這個是數(shù)據(jù)事實，我作為一個研究者，確實我找不到在中國的可靠的數(shù)據(jù)源。而這個數(shù)據(jù)非常的詳細，我們對這個數(shù)據(jù)進行了處理，2010至2014年跟手機相關(guān)的事故顯著上升。還有跟車載設(shè)備，除去空調(diào)和音響，剩下的就是各種各樣的電子設(shè)備，這方面也在上升。這是我們自己做的自然駕駛實驗，我們發(fā)現(xiàn)我們有一千多個駕駛員過路口的駕駛員，有大部分人都在用手機，這種移動互聯(lián)的生活給我們交通駕駛帶來了前所未有的挑戰(zhàn)。

我認為我們的解決方法是，你在手機上做APP，我們應(yīng)該出臺智能手機APP和車載APP行駛安全標準。第二，依據(jù)標準嚴格設(shè)計上述軟硬件的功能HMI。第三，我一開車以后，智能手機進入一個駕駛模式（類似飛行模式）。

下面我講一下駕駛技術(shù)的展望，我們現(xiàn)在還在ADAS的階段，那么這個階段把很多的技術(shù)放到車里面去，駕駛員90%的信息是用眼睛獲得的，所有的ADAS都應(yīng)該經(jīng)過比較嚴格的視覺認知需求有多高的評測。接下來，可能現(xiàn)在我們一只腳已經(jīng)邁到半自動化了，有很多的主動安全的技術(shù)，我們要提供給駕駛員主動安全技術(shù)和主動檢測技術(shù)。有很多汽車ADAS制造商跟我說，他們的東西投到市場中很多人不用，絕大多數(shù)人不用你們的產(chǎn)品，為什么？因為不好用，而且這些東西一旦失效一次，他就不會再用了。全自動化更是如此，技術(shù)信任非常重要，以及我剛才講的情景意識。

人因?qū)W問題，這篇文章的作者是美國MIT實驗室的專家，他總結(jié)了五個。第一，技術(shù)的魯膀（音））性。2.倦怠和分心。我開車的時候，你自動化程度一高，就不想希望關(guān)注了，非常容易倦怠。這些都會導(dǎo)致對行駛中的關(guān)鍵時候反映緩慢。3.模式困惑，比如說可能有人用蘋果手機，同時也用三星手機，你肯定會發(fā)生困惑，你來回換的時候肯定會換錯鍵。那我們在自動狀態(tài)和半自動狀態(tài)、人工狀態(tài)的切換之中，人一定會發(fā)生問題的，這是肯定的。所以如果人們對系統(tǒng)當前所處的模式混淆不清，非常容易做出錯誤決策。4.技術(shù)信任，如果駕駛員如果發(fā)現(xiàn)某個功能失效，以后再也不用。5.技能退化。因此應(yīng)對這些問題都要有一些對策，比如說技能退化，你不應(yīng)該讓駕駛員天天都自動駕駛，你每天至少讓他練練吧。

我們的解決方法是：第一，設(shè)計恰當?shù)腍MI。比如說1.清晰表現(xiàn)權(quán)利分享狀況，這方法在歐洲，還有陳老師所在的瑞典的專家做這方面的研究，他們非常的發(fā)達，我覺得參考他們是對的，美國沒有歐洲做的好。2.有交互的模式切換，在開車過程中你始終要跟駕駛員交互。3.駕駛員的狀態(tài)評估。我們知道自動化程度很高的時候，你確實不用把腳一直放在油門上，但是自動車應(yīng)該評估駕駛員現(xiàn)在正在做什么，這叫駕駛員的狀態(tài)評估，你知道他的評估才可以采用適當?shù)姆椒ㄈヮA(yù)警他或者喚醒他。4.不完美的系統(tǒng)有利于駕駛員的安全。你偶爾可以在可控的范圍內(nèi)讓駕駛員知道你不是100%可靠，他這樣就會自動的補償他的行為。

第二部分，研究方法。研究領(lǐng)域有很多的方法，比如說測試車、仿真器（高保真、低保真），還有非駕駛實驗，純粹在計算機上做，但凡做一個，都比什么都不做強。那么我們做駕駛員的行為研究，還有他們跟HMI研究，你需要很多數(shù)據(jù)的研究。我們的研究目的：1.我用你的HMI，需要駕駛員多少視覺分析和視覺資源和認知資源，視覺和認知方面的負荷。2.評估HMI對車輛操作的影響。3.評估HMI對駕駛安全的影響，安全包括用HMI的時，對道路的觀察和行為決策會產(chǎn)生什么樣的影響。4.建議更優(yōu)的HMI設(shè)計，提升用戶體驗，體現(xiàn)在安全性、舒適型、易用性。我們希望更多的HMI設(shè)計和應(yīng)用準則來保障交通安全。

研究工具—工作負荷合乎度量，直接測量法，它的主觀度量：NASA-TLX。但是我們知道主觀度量是主觀的。另外一個是客觀測量，我們可以知道駕駛員使用這個設(shè)備時的時長、分布等等。還有他用你的東西不應(yīng)該單次完成某個任務(wù)眼睛離開0.5秒。其次是認知負荷，就是我費了多少腦力怎么去測？我們用生理指標可以測，腦電等都可以反映出駕駛員現(xiàn)在的壓力是不是大，負荷是不是高。

間接測量法。它很重要的一個任務(wù)是DRT，美國人用的很多，這個任務(wù)是我用你的周邊視覺，眼睛余光縮到的東西，我們認為不管你做什么任務(wù)的時候，你對周邊的視覺和刺激反映是人的基礎(chǔ)生理反映時間，可以體現(xiàn)到你的大腦消耗有多少。所以DRT分很多種，比如說我做測試，車里面放一個燈，它閃一下就可以測到反映時間。還有一種是觸覺式，總之有了一個刺激就按一個按鈕來進行反映。當人們用了HMI，當大腦不在這個事情上時，或者無人駕駛疲勞的時候，它的反映都會變慢。比如說還有換道任務(wù)知道你這個設(shè)計好不好，這些是間接的測量方法。

具體在評估HMI的時候，我可以有很多方法來評估。一種是實際任務(wù)，就是讓駕駛員來用我的HMI。還有一個是標準任務(wù)，這些標準任務(wù)可以模擬，比如說我知道這個任務(wù)是語音交互，或者是視覺任務(wù)，我可以用標準任務(wù)來替代，標準任務(wù)有很多的文獻對比，可以通過對比知道HMI好不好。另外在自動駕駛當中，我需要自動駕駛當中的覺醒意識有多好，那么這些任務(wù)是認知類的語言記憶、鐘表任務(wù)、箭頭任務(wù)這些都有國際標準。

案例方面，比如說HMI，這是我做的一個研究，比如說HMI字體，你投入了很大功夫使得預(yù)警精度可以提前一秒，但是字體沒有設(shè)計好，我們看到這兩種字體，方的字體，我們發(fā)現(xiàn)針對男性來說在用這個設(shè)備時的注視頻率和時都要比不用增加了10%多。這個是伏特的自動泊車系統(tǒng)的壓力緩解效果，大家覺得一般，我們對它進行了客觀測量，生理上，用了自動泊車系統(tǒng)，確實讓他的心率降低了，讓他放松了這說明客觀值比主觀值更為可靠。

第三個是我自己做的研究，就是抬頭顯示和HUD，如果兩者相結(jié)合可以達到很好的效果，我就不詳細展開的。

第三，駕駛?cè)藸顟B(tài)管理。它對于傳統(tǒng)汽車是ADAS的重點，重中之重，因為駕駛員管理可以更遭的預(yù)警，防止碰撞，提升安全。那么我們駕駛?cè)藸顟B(tài)管理是怎么管理的？剛才張偉博士講到疲勞里面有很多的多元信息，生理的、視覺的、情緒、駕駛行為等可以體現(xiàn)駕駛?cè)说臓顟B(tài)。對于自動汽車來說，我們認為比較值得研究的一個領(lǐng)域是模式切換過程，因為我們知道自動汽車到L4，到L3也需要人工接管，不管是車的系統(tǒng)壞了，需要人來接管這個人。那么很多事故發(fā)生在接管過程中，比如說谷歌的11起事故里面有2起或3起是發(fā)生在切換的。自動車，建議大家看密歇根大學(xué)交通研究所有一位研究員寫了一系列的文章，大家可以看一下。人工接管的過程我不詳細講了。我們在接管之前根據(jù)接管狀態(tài)，如果駕駛員是疲勞狀態(tài)，你干脆把車停在邊上，不需要他來接管了。

最后，簡單跟大家說一下可以找什么東西。

第一，ISO國際標準，就是車里面的信息系統(tǒng)，HMI，它有一堆的標準，它有你的屏幕怎么設(shè)計，聲音怎么設(shè)計。還有DRT的檢測反映任務(wù)和替代任務(wù)怎么設(shè)計，它會有一些標準。

第二，還有一個很重要的是ISO15007，它會詳細的指導(dǎo)你如何做HMI視覺上設(shè)計的方法、怎么去評價、怎么去評估，非常詳細。

學(xué)術(shù)期刊方面，前兩個是人因工程領(lǐng)域的，中間兩個是交通領(lǐng)域的，最后一個是計算機人機交互領(lǐng)域的（圖示） ，這幾個期刊都比較多，跟汽車HMI尤其是半自動化時代相關(guān)性比較多，現(xiàn)在比較熱門的東西在這上面都有有很多的文章在發(fā)表，大家可以參考。

還有三個會議大家可以看一下，因為我對美國的會議比較熟，歐洲也比較多，但是我不太了解。一個是automotive UI每年都有，一年在美國，一年在歐洲。另外一個會議是driver Assessment Conference是兩年一次。最后一個會議是HFES。

以上是我的報告，以上是我的網(wǎng)址，無論我在哪里工作，我的網(wǎng)址大家都可以找得到。

謝謝大家。

（文章來源：蓋世汽車）

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