機器與人類駕駛員接管的新研究

搭載了高速公路自動駕駛等功能的汽車原則上是與人類駕駛員“協(xié)同”工作的。但最大的問題是，大多數(shù)車廠對我們在現(xiàn)實世界中的駕駛行為幾乎一無所知。問題在于，當(dāng)人類駕駛員和部分自動駕駛的車輛雙方都對對方一無所知時，如何進行協(xié)作。

想象一下，當(dāng)汽車停止自動駕駛功能并要求駕駛員接管的場景。突然之間，駕駛員必須承擔(dān)起責(zé)任，不管他/她在認(rèn)知上或身體上是否準(zhǔn)備好接管。

這是車廠對人類駕駛員一廂情愿的期望，而人類駕駛員對此并沒有準(zhǔn)備充分。

“協(xié)同駕駛”是建立在一個謬誤之上的。當(dāng)機器或人類駕駛員對另一方的行為或即將采取的行動了解甚少時，雙向協(xié)作變得幾乎不可能。

真實世界的數(shù)據(jù)

關(guān)于機器到人類駕駛接管的問題，有大量扎實的學(xué)術(shù)研究和技術(shù)論文。這一研究方向提出了諸如人類駕駛員表現(xiàn)出“模式混淆（mode confusion）”或“脫離循環(huán)（out of the loop）”等問題。一個突出的擔(dān)憂是人類傾向于“過度信任”部分自動駕駛汽車的技術(shù)。

這些研究中缺少的是關(guān)于人類在駕駛部分自動駕駛汽車時的真實世界行為數(shù)據(jù)，例如：

• 對于汽車的接管請求，典型的直接反應(yīng)是什么？
• 駕駛員接下來會做什么？
• 駕駛員的視線注意力會發(fā)生變化嗎？
• 駕駛員首先關(guān)注什么？接下來又是什么？
• 駕駛員需要多長時間才能控制汽車？
• 駕駛員何時才能達到穩(wěn)定的手動駕駛狀態(tài)？

AVT（The Advanced Vehicle Technology）聯(lián)盟，一個學(xué)術(shù)產(chǎn)業(yè)合作伙伴關(guān)系，最近發(fā)布了一項關(guān)于使用Super Cruise部分自動駕駛系統(tǒng)時人類行為的現(xiàn)實世界研究結(jié)果。

MIT交通與物流中心的研究科學(xué)家Bryan Reimer在最近的解釋說，這個研究結(jié)果“提供了一個窗口，展示了在真實世界、自然駕駛條件下與系統(tǒng)啟動的控制轉(zhuǎn)換相關(guān)的實際駕駛員行為?！?/p>

Reimer認(rèn)為，這項研究為OEM、供應(yīng)商、監(jiān)管機構(gòu)和其他利益相關(guān)者提供了“客觀數(shù)據(jù)”，以開始了解如何開發(fā)更安全的協(xié)同駕駛體驗及其可能的權(quán)衡，“平衡便利性、舒適性和安全性?！?/p>

實驗設(shè)置

AVT的設(shè)置非常簡單。在一個“自然”的環(huán)境中使用數(shù)據(jù)收集方法，“14名駕駛員每人駕駛一輛搭載了Super Cruise的凱迪拉克CT6一個月。Super Cruise是一種部分自動駕駛系統(tǒng)，啟動后可以實現(xiàn)脫手駕駛”。根據(jù)已發(fā)表的論文，車輛配備了不間斷記錄數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括：(i) CAN總線，用于確定車輛動力學(xué)、駕駛員與車輛控制器的互動以及車內(nèi)自動駕駛系統(tǒng)的狀態(tài)；(ii) GPS記錄位置；(iii) 4個720p攝像頭（30fps）分別捕捉駕駛員的面部、車廂、儀表盤和前方道路狀況。

該研究旨在“描述自動駕駛發(fā)起的解除請求發(fā)生的特征，并評估駕駛員的響應(yīng)和恢復(fù)行為?！?/p>

該研究還量化了“自動駕駛解除之前和之后視覺注意力的變化”，并分析了“駕駛員凝視和手握方向盤行為的時刻分布特性。”

主要作者、MIT的研究科學(xué)家Pnina Gershon解釋說，該研究提供了關(guān)于“駕駛員如何動態(tài)分配視覺注意力以及在自動駕駛發(fā)起的解除后恢復(fù)控制所需時間”的見解。

測量內(nèi)容

AVT研究中最值得注意的是，它以30fps的速度逐幀標(biāo)注駕駛員的注視位置。研究人員將注視分為四類：(i) 道路（注視前風(fēng)擋的方向）；(ii) 儀表組（儀表盤/方向盤位置）；(iii) 下方和中控（中央控制臺、艙內(nèi)多媒體以及向下或大腿位置）；(iv) 鏡子（左、右窗戶或側(cè)視鏡，以及后視鏡）。

該研究還根據(jù)手的位置逐幀標(biāo)注駕駛員的方向盤控制水平。所使用的類別包括：(i) 脫手（無需雙手駕駛）；(ii) 一只手；(iii) 兩只手；及(iv) 不可見。

研究結(jié)果

研究發(fā)現(xiàn)的最具啟示性的人類行為是，在關(guān)鍵時刻，當(dāng)Super Cruise通知駕駛員自動駕駛已解除并要求駕駛員接管時，駕駛員會將目光從道路上移開，開始在車內(nèi)其他地方四處張望，特別是在儀表組上。

值得注意的是，數(shù)據(jù)顯示駕駛員對道路的“整體視覺注意力較低且更碎片化”，特別是在潛在的時間關(guān)鍵駕駛情境要求全神貫注時。

AVT數(shù)據(jù)顯示，在Super Cruise發(fā)起的解除自動駕駛后，注視道路的比例減少（Q50Before=0.91，Q50After=0.69；Q85Before=1.0，Q85After=0.79），注視儀表組的比例增加（Q50Before=0.14，Q50After=0.25；Q85Before=0.34，Q85After=0.45），以及注視道路的平均時長在Q85中減少了4.86秒。

研究還發(fā)現(xiàn)，在解除自動駕駛后，注視位置之間的轉(zhuǎn)換次數(shù)增加了43%。

駕駛員的這種注視行為變化是一個嚴(yán)重的問題。它們顯示在有限數(shù)量的注視位置之間頻繁轉(zhuǎn)換，同時將駕駛員長時間注視道路的時間縮短了73%。

AVT研究的作者認(rèn)為，這種反應(yīng)反映了駕駛員尋求解釋自動駕駛解除和/或自動駕駛狀態(tài)的信息的愿望。他們稱之為“信息尋求行為”。

Gershon還指出了另一個令人驚訝的發(fā)現(xiàn)。研究發(fā)現(xiàn)，“接管請求的影響并不在駕駛員接管方向盤的那一刻結(jié)束。”注視行為的變化持續(xù)了相當(dāng)長的一段時間。她指出，“我們繼續(xù)觀察到駕駛員視覺注意力在接下來的幾秒鐘里仍受到影響?！?/p>

需要多少秒？

研究顯示，當(dāng)進行脫手駕駛時，與至少一只手握方向盤駕駛相比（1.8秒），接管時間顯著更長（2.4秒）。

AVT研究通過識別脫手駕駛過程中的“延遲、反應(yīng)和恢復(fù)時間段”，深入研究了接管期。

正如Gershon解釋的，“延遲”是指從自動駕駛解除請求開始到行為發(fā)生變化（注視/握方向盤）的時間。“反應(yīng)”階段的特點是在延遲期后出現(xiàn)行為變化，然后進入恢復(fù)期?！盎謴?fù)期”由在評估窗口期間不發(fā)生變化的穩(wěn)定行為表示。

(a) 在自動駕駛解除前10秒和解除后10秒內(nèi)，不同注視區(qū)域的注視比例。自動駕駛解除發(fā)生在0秒，用虛線標(biāo)出。(b) 隨著時間的推移，道路注視比例，趨勢穩(wěn)定的注視行為時期（延遲、反應(yīng)和恢復(fù)）用水平線標(biāo)出。（來源：AVT）

AVT對接管過程中瞬間視覺注意力和方向盤控制的分析表明，“平均而言，駕駛員需要6.1秒的時間開始恢復(fù)對道路的注視行為，以及1.5秒的時間將至少一只手放在方向盤上?！?/p>

當(dāng)汽車尋求幫助時，人類需要多少秒鐘來接管是汽車專家們激烈討論的焦點。最常引用的猜測是至少三秒鐘。

Gershon解釋說：“接管所需的充足時間與駕駛員預(yù)防不良后果的時間預(yù)算、駕駛環(huán)境、駕駛員狀態(tài)和駕駛員能力有關(guān)。在我們的數(shù)據(jù)中，我們發(fā)現(xiàn)在高速公路上進行脫手駕駛時，接管平均需要2.4秒?！?/p>

但她強調(diào)：“我認(rèn)為這仍然是一個需要更多數(shù)據(jù)和更多背景的懸而未決的問題?！彼赋觯癆VT還有很多研究將有助于加深我們的理解?！?/p>

要點

鑒于對駕駛員“注視行為”的理解發(fā)生了如此巨大的變化，系統(tǒng)和HMI設(shè)計變得至關(guān)重要。

車廠如何才能將駕駛員調(diào)整注視以響應(yīng)車輛自動駕駛狀態(tài)變化的延遲時間減到最??？

AVT研究認(rèn)為，“提供與自動駕駛解除相關(guān)的易于理解和充足信息的設(shè)計”對于“更順暢的過渡和更快的恢復(fù)”至關(guān)重要。

AVT成立于2015年，今擁有30多家贊助商，包括車廠、保險公司、Tier1和研究機構(gòu)。根據(jù)Reimer的說法，其目標(biāo)是為OEM提供高保真數(shù)據(jù)，使OEM能夠構(gòu)建“以人為本的系統(tǒng)”。

AVT聯(lián)盟的關(guān)鍵架構(gòu)師Reimer懷疑，一些成員“在一段時間里已經(jīng)接觸到這些和其他比較數(shù)據(jù)，他們已經(jīng)開始改變以獲得市場優(yōu)勢?！?/p>

權(quán)衡取舍

Reimer指出，設(shè)計部分自動駕駛汽車的關(guān)鍵在于“平衡便利性、舒適性和安全性”。

車廠應(yīng)該通過部署部分自動駕駛為駕駛員提供多大程度的便利？駕駛員應(yīng)該感到多舒適？

駕駛員是否相信該系統(tǒng)能夠在可能出現(xiàn)問題時發(fā)出警報？還是駕駛員會確信，盡管系統(tǒng)的自動駕駛能力有限，但它會在那里保護他？

自動駕駛將使駕駛變得多安全？

或許最重要的是，Reimer指出：“所有這些因素如何共同支持協(xié)同駕駛體驗中校準(zhǔn)好的信任水平?！?/p>

實際上，“校準(zhǔn)信任”是什么？

Reimer認(rèn)為，每家OEM都在試圖尋找平衡。AVT希望車廠可以利用其研究來設(shè)立基準(zhǔn)，確定系統(tǒng)面臨改進困難的領(lǐng)域，并“最終從輔助和自動駕駛中獲得更強的安全效益”。

安全專家長期以來一直警告我們部分自動駕駛的困境。但是具有高速公路脫手駕駛功能的車輛正在迅速成為現(xiàn)實。這種技術(shù)的推進迫使汽車設(shè)計師預(yù)測人類駕駛員在關(guān)鍵安全時刻的行為，并開發(fā)一種至少可以簡化接管過程的人機界面。