ISOTR 21959-12020 道路车辆.自动驾驶环境下的人的性能和状态.第1部分基本概念标准立项发展报告

标题：道路车辆自动驾驶环境下的人的性能和状态第1部分：基本概念标准立项发展报告EnglishTitle：StandardizationDevelopmentReport:Roadvehicles—Humanperformanceandstateinthecontextofautomateddriving—Part1:Commonunderlyingconcepts摘要随着自动驾驶技术的快速发展，车辆控制权在人类驾驶员与自动化系统之间的动态交互成为影响行车安全与系统效能的核心理念。本报告围绕国际标准ISO/TR21959-1:2020《道路车辆自动驾驶环境下的人的性能和状态第1部分：基本概念》的立项与发展展开深入分析。研究背景方面，当前自动驾驶技术已从实验室走向部分商业化应用，但人机交互过程中的安全问题日益凸显，缺乏统一的概念框架来描述和评估驾驶员的性能与状态。报告主要内容包括：首先，解析该标准的技术背景与立项动因，即应对自动驾驶系统中“人因”要素的标准化缺失；其次，系统阐述该标准的核心内容，包括对“人的性能”、“人的状态”、“任务需求”、“情景意识”等基础概念的定义及其相互关系，以及如何将这些概念应用于人机交互设计、测试与评估；最后，探讨该标准的应用价值与行业影响。重要结论指出：ISO/TR21959-1:2020为自动驾驶领域的人因工程研究提供了一个共同的语言和概念参考架构，是后续制定可验证的测试方法与性能指标体系的重要基础，对于降低人因失误风险、提升人机共驾的安全性具有奠基性意义。该标准的发布标志着国际社会在自动驾驶人因标准化方面迈出了关键一步。关键词自动驾驶；人的性能；人的状态；人机交互；情景意识；道路车辆；技术报告；ISO/TR21959Keywords:AutomatedDriving;HumanPerformance;HumanState;Human-MachineInteraction;SituationAwareness;RoadVehicles;TechnicalReport;ISO/TR21959正文一、引言：标准立项背景与技术动因在智能网联汽车与自动驾驶技术飞速迭代的今天，L3级及以上自动驾驶系统逐步从概念走向现实。然而，一个核心挑战随之凸显：当自动化系统部分或完全接管驾驶任务后，人类驾驶员角色从“操作者”转变为“监督者”或“后备资源”。这种角色转换带来了全新的安全风险，其根源在于对“人在回路外”时的性能与状态缺乏系统性的理解和描述。现有的功能安全标准（如ISO26262）主要关注电子电气系统的随机硬件失效与系统故障，而ISO/PAS21448（预期功能安全，SOTIF）虽开始关注由系统功能不足或驾驶员误用引发的风险，但仍缺少一个专门针对人类驾驶员自身的、在自动驾驶特定情景下的性能与状态评估框架。正是基于这一明确的标准化缺口，国际标准化组织道路车辆技术委员会（ISO/TC22）启动了本标准的研制工作。ISO/TR21959-1:2020《道路车辆自动驾驶环境下的人的性能和状态第1部分：基本概念》的立项动因可归纳为三点：1.术语统一之需：业界对“驾驶员接管”、“情景意识下降”、“性能衰退”等关键术语的理解存在歧义，缺乏公认的定义，导致研究与测试结果无法有效对比。2.风险评估之需：L3级自动驾驶要求驾驶员在系统请求后有限时间内接管，但驾驶员的状态（如疲劳、分心、低负荷）直接决定了其能否有效执行接管任务。评估这种“人因风险”需要一套标准化的概念体系。3.设计与评价之需：自动驾驶系统的人机交互界面（HMI）设计需要基于对人的感知、认知和操控能力的准确理解。本标准提供的概念框架可作为HMI设计与安全性评估的理论基线。二、标准核心内容解析ISO/TR21959-1:2020作为一份技术报告（TechnicalReport），其定位并非带强制性的规范，而是为未来可能的国际标准（InternationalStandard）建立理论基础和通用概念。报告的核心贡献在于构建了一个用于描述和理解自动驾驶场景中人类驾驶员的“性能”与“状态”的概念体系。1.核心概念的定义与区分*人的状态（HumanState）：指驾驶员在特定时刻的生理、心理和认知状况的综合体现。例如，疲劳、警觉性、分心、疾病、情绪等。这个状态是动态变化的，受外部环境、系统状态和内部因素共同影响。*人的性能（HumanPerformance）：指驾驶员在完成某项驾驶相关任务（如监控、决策、操控）时所能达到的效率和效果。性能是状态的外在表现，但二者并非线性对应关系。例如，一个高水平的驾驶员即使在轻微疲劳状态下仍可能维持不错的性能，而一个新手可能在最佳状态下因经验不足而性能平平。2.概念间的关联框架报告提出了一个关键概念：任务需求（TaskDemand）。这是将人的状态和性能联系起来的重要桥梁。自动驾驶降低了“操作类”任务需求，但可能增加了“监控类”和“回退接管类”任务需求。当任务需求超出驾驶员当前性能的容量时，安全风险就会显著增加。报告中定义了多个相互关联的维度：*情景意识（SituationAwareness,SA）：Endsley提出的经典三层次模型被纳入标准框架。在自动驾驶中，报告强调了驾驶员的“模式意识”（系统目前处于何种自动化级别）和“系统状态意识”（系统正在做什么、即将做什么）。情景意识的缺失被认为是导致自动驾驶事故的常见原因。*工作量（Workload）：包括感知工作量、认知工作量、心流（Flow）等。L2/L3级的“低负荷监控”本身可能成为一个问题，导致驾驶员注意力涣散。*信任（Trust）：驾驶员对系统的过度信任（盲目依赖）或信任不足（频繁干预）都会影响其状态与策略，进而影响性能。3.标准的主要技术内容章节标准正文大致分为以下逻辑段落：*范围：明确本标准适用于道路车辆在自动驾驶环境下的设计、开发、测试与评估相关方。*术语与定义：系统定义了“自动驾驶系统”、“动态驾驶任务（DDT）”、“接管”、“最小风险条件”等20余个关键术语。*概念模型：提出了一个描述人-自动化系统交互的通用模型，强调驾驶员作为监控者和潜在控制者的双重角色。*影响要素分类：将影响人因表现的要素分为三类：驾驶员的个体差异（年龄、经验、状态）、系统特性（HMI设计、自动化策略）、环境因素（交通、天气、光线）。*应用场景举例：提供了如何使用这些概念进行风险分析和设计评价的示例，如评估接管请求的及时性与有效性。三、主要参与单位介绍：ISO/TC22/SC33/WG9工作组本标准的制定主要由国际标准化组织ISO/TC22（道路车辆技术委员会）下属的SC33（车辆与环境感知与连接技术分委会）下的WG9（自动化驾驶中的人机交互与人为因素工作组）负责。在此，我们详细介绍一个对本标准贡献突出的组织——德国汽车工业协会（VDA）——人因工程与自动驾驶专家组。1.机构历史与定位德国汽车工业协会（VDA,VerbandderAutomobilindustrie）是德国汽车产业的核心代表组织，旗下汇聚了大众、宝马、戴姆勒（现梅赛德斯-奔驰集团）、奥迪、保时捷等全球顶级整车制造商，以及博世、大陆、采埃孚等Tier1供应商。VDA下设多个专业技术委员会，其中在人因工程与自动驾驶领域的专家组，长期致力于将德国在工程心理学、认知工效学方面的深厚积累转化为国际标准。2.对本标准的贡献在ISO/TR21959-1:2020的编制过程中，VDA专家组发挥了关键作用：*理论输入：德国在人因研究领域拥有悠久传统，以卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）、慕尼黑工业大学（TUM）为代表的研究机构，在自动化信任、情景意识测量、接管性能建模等方面发表了大量高水平论文。VDA专家组将这些研究成果系统性地整合进标准草案，提出了基于“任务需求-人因资源”平衡的概念框架，填补了ISO原有标准在动态人机交互建模上的不足。*术语统一：标准中关于“动态性能下降”、“模式混乱”等核心概念的精准英文表述，以及德语与英文术语的对译，很大程度上得益于VDA专家的语言学与专业工程双栖素养。他们协调了不同ISO成员国之间（特别是美国SAE与欧洲之间）关于“接管（Takeover）”与“回退（Fallback）”等术语的重大分歧，最终形成了兼顾各方诉求的共识定义。*验证场景建议：VDA专家基于德国ADAC（全德汽车俱乐部）的事故数据与内部测试场（如安巴赫测试场，Aldenhoven）的模拟实验，提出了标准中用于解释概念的典型人因失效场景，如“机器学习型驾驶任务中断后恢复困难”的经典实验范式。3.组织的国际影响力通过主持或引导WG9工作组的技术讨论，VDA不仅推动了ISO/TR21959-1的发布，还积极影响了该系列标准的后续部分（如ISO/TR21959-2:2020关于测试评估方法的内容）。其代表在ISO/TC22/SC33中担任关键职务，确保了德国在自动驾驶人因标准化领域的话语权。VDA的这套概念体系目前已成为许多国际车厂及供应商进行内部人因风险分析的默认模板，充分体现了其技术思想的领先性和实用性。四、结论与展望ISO/TR21959-1:2020的发布，标志着自动驾驶领域人因标准化工作从碎片化迈向系统化的关键转型。该标准通过建立一套清晰、严谨、可操作的核心概念体系，为全球范围内从事自动驾驶系统设计、评估、测试的工程师、研究者和监管机构提供了共同的语言和理论框架。标准的重要价值体现在：*理论奠基：它是后续制定更具体的测试标准（如接管性能测试规程）、安全要求标准（如基于人因的SOTIF分析指南）以及认证标准的理论基础。*行业共识：它促进了汽车制造商、供应商、科研机构和政府监管之间的沟通，降低了因术语歧义导致的研发成本和伦理争议。*安全护栏：它为系统设计者提出了“必须评估和考虑驾驶员状态”的要求，引导产业界从“功能实现”向“安全、适人、可靠”的方向转变。展望未来，该标准的发展将沿着两个方向深入：1.从概念到指标：当前的技术报告将逐步向可验证的国际标准演进。未来的工作重点是开发可量化的、易于复现的关键性能指标（KPIs），如“最佳接管时间”、“情景意识感知置信区间”、“基于脑电或眼动的疲劳状态识别阈值”等，并将这些指标与ISO21448（预期功能安全）和ISO34501（自动驾驶系统的测试场景要求）等进行融合。2.从个体到群体：随着车路协同和V2X技术的发展，驾驶环境将涉及更多的“网联式”（Conn