人機交互HMI（Human-Machine Interaction）是指人與計算機之間通過某種對話語言、以一定的交互方式、為完成確定任務的，人與計算機之間的信息交換過程。人機交互目的是為了促進人與計算機之間的相互理解，在最大程度上為人類完成信息管理、服務和處理。

汽車HMI提供了人與車之間交換信息和操作的界面，它可以使用視覺、聽覺、觸覺等通道來為用戶提供相關信息，也可以提供開關、觸屏、語音、手勢等不同通道來接受用戶的輸入。

圖 1  汽車人機交互HMI

一、人機交互對自動駕駛的意義

對于裝備有自動駕駛系統的車輛來說，良好的人機交互可以促進人與系統之間的有效溝通，增進彼此的理解，從而達到更安全、舒心、有效的駕駛體驗，增加用戶對自動駕駛系統的信任感。

自動駕駛系統HMI的目的在于優化人類對任務和情況的理解，減少意外誤用或不正確的操作，其最重要和最具挑戰性的目標在于使用戶正確地理解當前實際的駕駛模式，以及該模式下附屬的用戶責任和駕駛任務。

二、人類駕駛員與自動駕駛系統的職責分配

根據SAE J3016標準的定義，隨著車輛駕駛自動化水平從L0級到L5級，用戶需要承擔的駕駛任務和職責不斷變化，車輛控制權逐步由人類駕駛員轉移到自動駕駛系統，下圖2顯示了車輛控制權的轉移趨勢。

圖 2  人類駕駛員和自動駕駛系統在不同駕駛自動化等級中的職責變化

下表1具體說明了不同自動化等級下人類駕駛員和自動駕駛系統的駕駛任務分配情況。

表 1  人類駕駛員和自動駕駛系統的駕駛任務分配

*注：DDT——動態駕駛任務Dynamic Driving Task

在L0級到L5級中，L3級自動駕駛屬于人機共駕階段，當滿足一定設計運行條件時，將首次允許人類駕駛員完全交出車輛控制權。因此在L3級自動駕駛車輛運行時，用戶將會體驗到自動駕駛系統具有多個不同任務和職責的工作模式，非常容易造成模式混亂和責任擴散。

對于L3級以下的系統，目前市場上出現了很多L2+、L2++、L2.5、L2.9、L2.99等概念，這些都容易造成用戶混淆，使用戶產生誤用行為，威脅自動駕駛系統的運行安全。

L3級以上的L4級自動駕駛，雖然進一步轉移了駕駛員需要承擔的駕駛任務，但因為系統無法覆蓋所有設計運行區域ODD，所以在ODD以外同樣面臨多種工作模式及駕駛控制器權切換的問題。同時，L4級自動駕駛系統的HMI還可能在Robotaxi、自主泊車等服務中需要向車輛外部的道路使用者傳遞系統運行信息。

三、自動駕駛的人機交互功能

自動駕駛人機交互功能的最主要目標就是實現自動駕駛系統與駕駛員之間的相互理解，保證自動駕駛系統的安全運行。

因此，針對表1中不同駕駛自動化等級下的人機功能分配差異，自動駕駛系統對人機交互的功能需求也存在差異，具體來說可分以下四類功能：

Ⅰ類HMI功能

僅顯示自動駕駛系統的工作狀態及提供必要的報警提示。適用于L0級駕駛自動化系統。

Ⅱ類HMI功能

在Ⅰ類HMI功能基礎上，增加請求駕駛員接管提示。適用于L1、L2級駕駛自動化系統。

Ⅲ類HMI功能

在Ⅱ類HMI功能基礎上，進一步增加駕駛員狀態監控；自動駕駛系統設計運行區域監測；在必要時配合整個系統執行最小風險策略。適用于L2、L3級駕駛自動化系統。

Ⅳ類HMI功能

在有人駕駛模式下，需提供Ⅲ類HMI所有功能，同時可支持駕駛員在車外的無人駕駛模式。適用于L4、L5級駕駛自動化系統。

下表2是四類自動駕駛人機交互功能的對比。

表 2  自動駕駛人機交互功能分類

自動駕駛人機交互的主要目標是保證系統的安全運行，其主要受到安全威脅的使用場景見下圖1。

圖 1  自動駕駛人機交互使用場景

場景一：自車感知系統失效

使用場景描述

指自動駕駛系統的環境感知傳感器（攝像頭、毫米波雷達、激光雷達、超聲波雷達）或先驗感知傳感器（高精地圖、GNSS）發生故障，無法有效獲取車道線、目標、交通標志等情況。

圖 2  自車感知系統失效

HMI響應要求

場景一對自動駕駛人機交互的響應要求見下表1。

表 1  自車感知系統失效場景HMI響應要求

*注：Ⅰ類/Ⅱ類/Ⅲ類/Ⅳ類HMI功能的定義參見《自動駕駛人機交互[一]：自動駕駛人機交互的Why與What》。

場景二：超出設計運行區域ODD范圍

使用場景描述

指當前車輛超出了自動駕駛系統定義的設計運行區域（地理圍欄、道路基礎設施、天氣、交通等）。

圖 3  超出設計運行區域ODD

HMI響應要求

場景二對自動駕駛人機交互的響應要求見下表2。

表 2  超出設計運行區域ODD范圍HMI響應要求

場景三：駕駛員狀態異常，無法正常駕駛

使用場景描述

指當駕駛員處于不在場、疲勞、注意力不集中等異常情況，而無法完成動態駕駛任務。

圖 4  駕駛員狀態異常

HMI響應要求

場景三對自動駕駛人機交互的響應要求見下表3。

表 3  駕駛員狀態異常HMI響應要求

場景四：規劃決策模塊或執行機構失效

使用場景描述

指自動駕駛系統控制器或執行機構（轉向、制動、驅動等）失效，系統無法做出正確的規劃決策及控制執行。

圖 5  規劃決策模塊或執行機構失效

HMI響應要求

場景四對自動駕駛人機交互的響應要求見下表4。

表 4  規劃決策模塊或執行機構失效HMI響應要求

場景五：駕駛員主動干預

使用場景描述

指駕駛員通過轉向、制動、油門等操作裝置，主動對車輛進行了控制。

HMI響應要求

場景五對自動駕駛人機交互的響應要求見下表5。

表 5  駕駛員主動干預HMI響應要求

HMI功能類型	響應要求
Ⅰ類	提示系統工作狀態信息，并根據駕駛員駕駛意圖切換工作狀態
Ⅱ類	提示系統工作狀態信息，并根據駕駛員駕駛意圖切換工作狀態，移交車輛控制權給駕駛員
Ⅲ類	提示系統工作狀態信息，在保證安全的前提下安裝駕駛員駕駛意圖切換工作狀態，并給出車輛控制權移交提示
Ⅳ類	同Ⅲ類

場景六：駕駛員誤操作

使用場景描述

指駕駛員的操作行為不符合自動駕駛系統當前定義的合理范圍。

HMI響應要求

目前HMI尚難以準確判斷駕駛員的誤操作行為，只能設計一些特殊的保護機制防止駕駛員誤操作，例如要求系統的關閉方式必須為：雙擊、長按或兩個獨立且同時的控制輸入。