ISOTR 21959-22020 道路车辆.自动驾驶环境下的人的性能和状态.第2部分研究过渡过程的试验设计考虑因素标准立项发展报告

道路车辆自动驾驶环境下的人的性能和状态第2部分：研究过渡过程的试验设计考虑因素标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:RoadVehicles—Humanperformanceandstateinthecontextofautomateddriving—Part2:Considerationsindesigningexperimentstoinvestigatetransitionprocesses摘要随着自动驾驶技术的快速演进，从部分自动化到完全自动化的过渡过程（即驾驶控制权在人与系统之间的交接）已成为决定自动驾驶安全性与用户接受度的核心议题。本报告旨在系统分析国际标准ISO/TR21959-2:2020《道路车辆自动驾驶环境下的人的性能和状态第2部分：研究过渡过程的试验设计考虑因素》的立项背景、技术内容和行业发展影响。研究指出，该标准基于人因工程学理论，为研究自动驾驶车辆中人机控制权过渡过程提供了系统性的试验设计指导框架。报告详细阐述了标准中关于试验变量定义、受试者选择、场景设计、数据收集方法及伦理考量等关键要素。结论表明，该标准不仅填补了自动驾驶系统人机交互评测领域的国际空白，更为全球汽车制造商、科研机构和法规制定者提供了统一的研究方法论基础，对推动自动驾驶技术的安全落地具有重要意义。未来，随着高级别自动驾驶的普及，该标准有望进一步向具体测试场景和量化评价指标体系演进。关键词：自动驾驶道路车辆；人机交互；过渡过程；试验设计；人因工程；T/CPQSA0009-2023标准；标准化发展Keywords:AutomatedRoadVehicles;Human-MachineInteraction;TransitionProcess;ExperimentDesign;HumanFactorsEngineering;StandardizationDevelopment正文1.引言在汽车“新四化”（电动化、网联化、智能化、共享化）浪潮的驱动下，自动驾驶技术正从实验室走向商业化应用。然而，技术的成熟度不仅取决于传感器、算法与执行器的性能，更取决于一个关键但复杂的因素——人。在L3级及以上的有条件自动或高度自动驾驶中，驾驶任务的主导权并非一成不变。当遇到系统设计运行域（ODD，OperationalDesignDomain）的边界、系统失效或驾驶员主动接管请求时，车辆必须能够将控制权安全、顺畅地交还给人类驾驶员。这一“过渡过程”（TransitionProcess）是自动驾驶安全中最具挑战性的环节之一，也是人为因素事故的高发地带。然而，长期以来，如何科学、系统、可重复地设计与评估这类人机控制权过渡实验，缺乏统一的技术指南。各个研究机构和企业采用的方法论千差万别，导致研究成果难以互认，无法形成有效的行业共识。正是在此背景下，国际标准化组织（ISO）于2020年发布了ISO/TR21959-2:2020技术报告，旨在为全球范围内的研究者提供一套严谨、可靠、可操作的试验设计考量框架。2.标准概述与背景分析ISO/TR21959-2:2020属于ISO/TR21959系列标准的一部分，该系列专注于“自动驾驶环境下的人的性能和状态”（Humanperformanceandstateinthecontextofautomateddriving）。第2部分专门针对“研究过渡过程的试验设计考虑因素”，提供的是指导性、建议性的技术内容（技术报告），而非强制性的规范要求。该标准的发布机构为国际标准化组织（ISO），其下属的道路车辆技术委员会（ISO/TC22）与人因工程相关技术委员会（如ISO/TC159）紧密合作，确保了标准的跨学科性与权威性。从行业背景看，该标准的出台恰逢其时：1.技术发展需求：当时，诸多国际车企（如奥迪、宝马、奔驰）和科技巨头（如Waymo、百度）已开始进行L3级自动驾驶的公开道路测试，频繁暴露出的接管问题（如接管时间过长、接管后操作失误）凸显了标准化试验方法的重要性。2.法规完善需求：联合国欧洲经济委员会（UNECE）《自动驾驶车辆法规》（即R157号法规）对自动驾驶系统的人机交接提出了原则性要求，但缺乏具体的试验指导。ISO/TR21959-2正好填补了这一技术细节的空白。3.学术研究需求：人因工程学领域关于接管行为的研究呈爆发式增长，但由于试验范式不统一，数据可比性差。该标准为建立领域内的“金标准”（GoldStandard）实验范式奠定了基础。3.核心技术内容解析ISO/TR21959-2:2020并非一个生硬的条款列表，而是一套围绕“如何设计好一个接管实验”的方法论指南。其核心内容可以归纳为以下几个维度：3.1确立试验目标与变量标准首先强调，任何试验设计都需明确界定其研究目标。例如，是评估“系统的失效预告时间（TTC，TimeToCollision）对接管质量的影响”，还是研究“驾驶员手离方向盘时长对情境意识恢复的影响”。据此，标准指导研究者识别：*自变量：如自动驾驶系统对驾驶员警告的提前量、视觉/触觉/听觉警报的组合、驾驶环境复杂度、驾驶员从事的非驾驶任务（如看电影、看手机）类型等。*因变量：如接管时间（TimetoTakeover）、接管质量（如转向或制动操作的平顺性、最大横向偏移）、驾驶员的生理数据（心率、皮电、眼动追踪）以及主观负荷评估（如NASA-TLX量表）等。*控制变量：如驾驶模拟器的逼真度、交通流量密度、天气条件、方向盘力反馈特性等。3.2受试者选择与样本量考量标准指出，受试者样本的代表性直接影响研究的外部效度。建议兼顾以下因素：*年龄与驾龄：年轻驾驶员与老年驾驶员对接管信号的反应存在显著差异。*驾驶经验：拥有自动驾驶系统使用经验的“专家”与完全无经验的“新手”对系统的信任度不同。*个体差异：个人的空间认知能力、注意力分配能力、心理耐受力等。标准还参考心理学实验的通用准则，提出了基于功效分析（PowerAnalysis）计算样本量的基本框架，避免因样本量过小导致统计效力不足。3.3试验场景与任务设计这是标准最核心的实用部分。标准建议设计多层次、多维度的过渡场景：*系统主导的接管（系统请求接管）：通常源于车辆即将驶出ODD（如高清地图终止、前方修路）或发生关键故障。标准指导如何设计不同程度的告警提前量，以及如何控制非驾驶任务的干扰。*驾驶员主导的接管（驾驶员接管）：当驾驶员对系统行为不满意（如系统过于保守、车辆突然减速）时，驾驶员主动要求恢复手动控制。标准探讨了如何设计这一“自愿接管”场景，以及如何测量驾驶员决策的延迟性。*紧急接管：模拟最坏情况，如前方突发障碍物、系统感知失效，要求驾驶员在极短时间内（如3-5秒）做出反应。标准对这类高压力场景下的生物力学数据采集提出了特别建议。此外，标准详细讨论了模拟器逼真度（静态驾驶台vs.运动平台模拟器）、虚拟场景构建（使用CityEngine或OpenDrive格式）以及副驾驶任务（使用SART、DMS等负荷度量）的设计原则。3.4数据采集与伦理要求标准明确要求，实验必须遵循《赫尔辛基宣言》和当地数据保护法规。具体包括：*知情同意：受试者必须清楚了解实验可能带来的风险（如模拟器眩晕）以及数据用途。*数据匿名化：采集的生理数据、驾驶行为数据需去标识化处理。*实验终止条件：如果受试者出现严重焦虑或生理不适，应立即停止实验。在数据采集层面，标准推荐采用多模态数据同步记录，包括CAN总线数据、眼动追踪仪、脑电图（EEG）或功能性近红外光谱（fNIRS）等，以全面评估驾驶员的生理和心理状态。4.主要参与单位介绍：国际标准化组织（ISO）ISO/TR21959-2:2020由国际标准化组织（InternationalOrganizationforStandardization，简称ISO）制定并发布。ISO是全球最大、最权威的非政府性国际标准化专门机构，总部位于瑞士日内瓦。ISO成立于1947年，其核心目标是通过制定和推广国际标准，促进全球货物与服务的自由流动，解决技术壁垒，并推动技术创新。其工作成果涵盖从传统工业制造到新兴的数字经济、环境治理等几乎所有领域。ISO标准在全球范围内具有极高的权威性和公信力，通常被各国政府、行业协会及企业广泛引用，甚至被采纳为国家标准或行业规范。在本标准的制定过程中，ISO发挥了以下关键作用：1.平台搭建：ISO提供了跨学科、跨国界的协作平台。来自美国（SAE）、德国（DIN）、日本（JIS）、中国（SAC）等主要汽车工业强国的专家，通过ISO旗下的工作组（如ISO/TC22/SC39“人机交互”或相关分委会）进行了多轮、深入的研讨。2.流程管理：ISO拥有严谨的标准制定流程，包括NP（新工作项目提议）、WD（工作组草案）、CD（委员会草案）、DIS（国际标准草案）、FDIS（最终国际标准草案）等阶段。该标准在两年多的起草和审阅中，经过了无数次的实验验证与意见修改，确保了其科学性、严谨性和普适性。3.协调统一：在面对“接管”这一复杂人因问题时，各国专家可能存在不同的方法论偏好（如德国偏好高保真度模拟，美国偏好数据驱动模型）。ISO通过召开技术会议、开展联合实验（RoundRobinTest）等方式，协调各方意见，最终促成了这份能被全球广泛接受的技术报告。4.权威背书：作为ISO发布的文件，该标准获得了全球范围内的行业认可。对于汽车制造商而言，遵循该标准进行实验，意味着其研究成果更容易被同行审稿、监管机构采信以及行业联盟接受，从而降低了研发风险，提升了技术路线的一致性。由于ISO是发布机构而非单一的研发企业，其核心贡献在于组织、协调、管理和标准文本的最终审定。具体的技术贡献则由来自美国通用汽车、德国奥迪、日本丰田、瑞典沃尔沃以及诸多高校和研究机构的专家在标准起草过程中完成。5.标准的影响与价值ISO/TR21959-2:2020虽然是一份技术报告，不具强制性，但其对行业的影响是深远的：1.统一研究范式：它终结了自动驾驶接管研究领域“各自为战”的局面。现在，全球的研究者可以采用标准定义的变量命名、场景分类和数据采集指标，使得不同研究的结论可以进行横向比较与元分析。2.指导产品研发：汽车企业的HMI（人机界面）设计部门可以依据该标准，设计更具针对性的用户测试方案。例如，设定符合标准要求的“最小接管时间阈值”，或按照标准推荐的非驾驶任务类型来评估自家系统的鲁棒性。3.支持法规制定：该标准为UNECER157等法规的后续修订提供了宝贵的实证方法学基础。法规制定者可以参考该建议，提出针对“接管过程安全性”的具体测试要求。4.促进跨领域合作：标准促进了心理学、认知科学、计算机科学、机械工程等多学科背景的研究者在同一方法论框架下合作，加速了对“人-自动驾驶系统”交互本质的理解。6.结论与展望ISO/TR21959-2:2020《道路车辆自动驾驶环境下的人的性能和状态第2部分：研究过渡过程的试验设计考虑因素》是全球自动驾驶人机交互标准化进程中的一座重要里程碑。它通过对接管实验模型的系统化梳理，将原本复杂、模糊的人因研究变成了可量化、可设计、可复现的科学活动。该标准的发布，不仅显著提升了相关研究的科学性与严谨性，也为实际产品开发和法规制定提供了宝贵的参照系。展望未来，随着搭载L3/L4级功能的量产车逐渐进入市场，人机交接的“最后一公里”安全难题将更加突出