面向清晰ADAS边界的空间差异化、状态显式人机界面设计：系统当前在做什么？

《Proceedings of the Human Factors and Ergonomics Society Annual Meeting》：What Is the System Doing Now? Designing a Spatially Differentiated, State-Explicit HMI for Clear ADAS Boundaries

　　

摘要专业翻译 高级驾驶辅助系统（Advanced Driver Assistance Systems, ADAS）日益将纵向与横向功能相结合，这使得驾驶员难以理解当前哪些辅助功能处于激活状态、哪些受限、哪些需要干预。本文将一项针对新ADAS界面首次交互体验的自然主义道路研究结果，转化为一种空间差异化、状态显式的人机界面（Human-Machine Interface, HMI）。出声思维（think-aloud）评论与驾驶后访谈显示，驾驶员在区分控制维度、解读状态转换、识别运行设计域（Operational Design Domain, ODD）限制以及在不进行试验的情况下理解系统逻辑方面存在反复出现的困难。这些发现与生态界面设计（Ecological Interface Design, EID）、技能-规则-知识（Skills-Rules-Knowledge, SRK）原则以及ADAS界面基准分析相结合。通过与三位以人为本的设计师进行参与式设计，研究人员开发了针对自适应巡航控制（Adaptive Cruise Control, ACC）、停走功能（Stop-and-Go）、转向辅助（Steering Assist）和车道保持辅助（Lane Keep Assist）的中等保真原型。这些概念采用不同的视觉区域、渐进式转换提示、持续性边界信号以及冗余的非颜色线索，以支持模式意识、系统可理解性以及对驾驶员责任的认识。未来工作将与ADAS专家一起评估可解释性、工作负荷、可访问性和透明度。

论文解读

一、研究背景与问题

随着高级驾驶辅助系统（ADAS）能力的快速提升，纵向与横向辅助功能在同一系统中不断融合，交互逻辑日趋复杂。当系统中同时存在自适应巡航控制（ACC）、车道保持辅助（LKA）、转向辅助和停走功能时，驾驶员需要在实时驾驶过程中不断解读控制权的分配变化。然而，现有的人机界面（HMI）往往未能清晰地区分哪些功能处于激活状态、哪些功能受限、哪些需要驾驶员介入。即使系统技术性能表现良好，界面表征的模糊性仍可能导致驾驶员困惑。既有研究表明，模式意识不足是驾驶自动化中人因失误的重要来源，而运行设计域（ODD）边界的不透明更是加剧了这一问题。在此背景下，如何设计一个能够明确区分共存辅助功能、持续传达运行状态与边界条件的HMI，成为提升系统可理解性和驾驶安全的关键课题。

二、研究目的与意义

本研究旨在基于真实道路驾驶中的用户反馈，开发一种更加直观、状态显式的HMI，以区分纵向与横向辅助功能，并清晰传达系统运行状态与边界条件，从而支持驾驶员的持续模式意识和系统可理解性。该研究的意义在于：其一，将自然主义研究中的定性发现系统性地转化为具体的设计方案，弥合了用户研究与界面设计之间的鸿沟；其二，通过空间差异化、渐进式转换提示、持续性边界信号等设计策略，为ADAS界面设计提供了可操作的原则；其三，研究结果对提升驾驶员对L2级部分自动驾驶系统的信任校准和正确使用具有实际价值。

三、研究开展过程与主要结论

研究人员开展了一项包含11名有经验ADAS用户的自然主义道路研究。这些参与者虽已有驾驶员辅助系统的使用经验，但被引入了一种结合ACC、LKA、转向辅助和停走功能的新配置。通过出声思维协议、同步行为记录和驾驶后访谈，研究发现参与者普遍存在以下问题：质疑功能是否激活、不确定功能未启动的原因、混淆速度控制与转向辅助，以及常描述需要在激活和低速转换过程中通过试验来理解系统。基于这些实地洞察，研究人员结合生态界面设计（EID）原则、技能-规则-知识（SRK）框架以及现有量产ADAS界面的基准分析，通过三位人本设计师的参与式设计，开发了中等保真度的Figma原型。研究得出的核心结论是：通过空间分离纵向与横向控制表征、渐进式状态转换语义、持续可见的ODD边界信号以及统一的激活逻辑与透明的子状态呈现，可以显著提升驾驶员对ADAS功能状态和边界条件的理解。

四、主要关键技术方法

本研究采用的主要技术方法包括：一是自然主义道路研究法，结合出声思维协议、同步行为记录和驾驶后访谈收集驾驶员与新型ADAS界面交互时的实时认知过程数据；二是主题分析法，对出声思维评论和访谈记录进行系统化主题归纳；三是生态界面设计（EID）方法，强调使系统结构、约束和转换对用户可观察；四是技能-规则-知识（SRK）框架，用于指导界面信息呈现层次的设计；五是参与式设计方法，由三位以人为本的设计师共同参与原型迭代开发；六是基准分析法，对现有量产ADAS界面的功能分组、激活流程、线索冗余和ODD沟通方式进行系统比较。

五、研究结果

维度差异化（图1–图4）：通过空间上截然不同的视觉区域和线索语义来表征纵向与横向辅助。纵向控制状态锚定于速度和跟车距离表征，横向辅助则锚定于车道和转向指示器。这种空间分离外化了控制权分配，直接回应了实地观察到的辅助维度混淆问题，强化了模式意识。

显式转换语义（图1–图4）：状态转换通过渐进式视觉变化而非二元指示器来传达。例如，停走功能（图2）区分了启用（Enabled）、保持（Hold）和恢复（Resume）状态，减少了低速转换期间对推断的依赖。横向辅助转换（图3–图4）则明确了转向支持何时激活、何时需要驾驶员输入，支持符合SRK原则的规则级解释。

可见的运行边界：在所有图中，边界条件通过持续视觉状态和转换线索传达，而非突发的停用消息。通过在失效前外化ODD相关约束，界面减少了自然主义研究中发现的“隐形边界”效应，支持更稳定的信任校准。

统一激活与透明子状态：简化激活逻辑降低了交互复杂性，同时保持子系统状态的透明度。该架构保留统一接合方式，但在该结构内清晰区分各子辅助状态。

可访问的线索冗余：由于颜色不应单独承载关键含义，原型方向将颜色与空间位置、文本/图标标签和不同的状态变化配对呈现。未来图形修订和可用性评估应包含色觉缺陷检查，并在可行时提供可定制的调色方案，符合WCAG关于颜色不应作为唯一视觉信息传达方式的指南。

六、讨论与结论

本研究展示了从自然主义可理解性发现到表征重设计的结构化转化路径。通过将参与者反馈、基准分析洞察以及EID/SRK启发的设计原则相连接，这些原型超越了简单描述ADAS状态，使功能、边界与驾驶员责任之间的关系更加清晰可读。研究得到丰田汽车北美公司资助，作者声明无利益冲突。

研究的结论是：空间差异化与状态显式设计能够有效解决驾驶员在区分控制维度、理解状态转换和识别ODD边界方面的困难。未来阶段将开展与ADAS专家的可用性评估，包括基于汽车HMI指南的启发式评估、系统可用性量表（SUS）评分，以及对可解释性、认知负荷、可访问性和系统透明度的定性探究。随着ADAS架构的持续演进，表征清晰度仍将是支持可理解的驾驶员-自动化交互的关键设计考量。