L2和L3智能駕駛系統(tǒng)人機(jī)交互研究結(jié)論

本研究的目的是檢查駕駛員與自動(dòng)駕駛車輛系統(tǒng)之間的交互。本研究側(cè)重于駕駛員是否能夠安全地在自動(dòng)駕駛和非自動(dòng)駕駛車輛操作之間轉(zhuǎn)換，以及這種交互如何受到人機(jī)界面（HMI）的影響。為了回答六個(gè)研究問題，進(jìn)行了三項(xiàng)實(shí)驗(yàn)。表5-1提供了每個(gè)實(shí)驗(yàn)的摘要。在表后討論了這六個(gè)研究問題的答案。

在本文檔中，車輛用戶被稱為操作員或駕駛員。一旦用戶激活了智能駕駛系統(tǒng)，他或她就不再積極且不間斷地指導(dǎo)車輛的行駛方向。對(duì)于本文研究的L2級(jí)和L3級(jí)智能駕駛水平，用戶可以將縱向和橫向控制權(quán)都交給自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，有時(shí)會(huì)持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間。然而，L2級(jí)和L3級(jí)的車輛可能看起來完全一樣，唯一的區(qū)別在于界面。因此，設(shè)計(jì)時(shí)考慮到人的因素原則（即，用戶的能力和限制）可以成為區(qū)分因素，包括使系統(tǒng)的功能和限制對(duì)操作員透明。本節(jié)討論了研究結(jié)果如何影響界面設(shè)計(jì)。

表 5-1. 主要發(fā)現(xiàn)

主要發(fā)現(xiàn)

研究問題1：駕駛員如何與提供L2級(jí)和L3級(jí)智能駕駛功能的車輛互動(dòng)和操作？

研究問題1特別詢問：“駕駛員如何與提供L2級(jí)和L3級(jí)智能駕駛功能的車輛互動(dòng)和操作；例如，在持續(xù)或持續(xù)的自動(dòng)化期間，駕駛員的性能表現(xiàn)如何？”通過考慮操作員在面對(duì)意外事件時(shí)重新獲得控制所需的時(shí)間，操作員是否錯(cuò)過了TOR（接管請(qǐng)求）警報(bào)或表現(xiàn)出困惑，以及操作員是否在需要時(shí)繼續(xù)監(jiān)視道路，評(píng)估了部分自動(dòng)化車輛的安全操作。在測(cè)試的最有效的警報(bào)方法下，當(dāng)遇到意外事件時(shí)（例如，在操作配備L2系統(tǒng)的車輛時(shí)發(fā)生意外的車道偏離，以及在操作配備L3系統(tǒng)的車輛時(shí)道路上出現(xiàn)意外的障礙物），操作員在被警報(bào)提醒后在合理的時(shí)間內(nèi)重新獲得了部分智能化車輛的控制權(quán)。當(dāng)向配備L2系統(tǒng)的車輛呈現(xiàn)即將發(fā)生的視覺和觸覺警報(bào)時(shí)，操作員平均需要1.3秒（標(biāo)準(zhǔn)誤差=0.08秒）來重新獲得控制權(quán)。當(dāng)向配備L3系統(tǒng)的車輛呈現(xiàn)即將發(fā)生的視覺加聽覺警報(bào)時(shí)，操作員平均需要2.1秒（標(biāo)準(zhǔn)差=0.7秒）來重新獲得控制權(quán)，該警報(bào)伴隨著自動(dòng)駕駛功能提供的制動(dòng)。需要注意的是，在呈現(xiàn)即將發(fā)生的警報(bào)時(shí)，意外事件的嚴(yán)重程度相對(duì)較低；在警報(bào)發(fā)出時(shí)，車道偏離尚未發(fā)生，而且TOR是在距離障礙物10秒的TTC（時(shí)間到碰撞）時(shí)發(fā)出的。然而，有些警報(bào)被操作員錯(cuò)過了。這突顯了HMI（人機(jī)界面）在支持安全的人機(jī)交互中的重要性。數(shù)據(jù)顯示，操作員對(duì)嚴(yán)格的視覺警告可能反應(yīng)延遲，或者完全錯(cuò)過。然而，將視覺警告與其他非視覺模式（例如觸覺、聽覺）結(jié)合并不是一個(gè)簡(jiǎn)單的解決方案，因?yàn)檫@樣做會(huì)增加操作員的煩惱。

隨著時(shí)間的推移，操作員在自動(dòng)化環(huán)境下的表現(xiàn)被觀察到有所變化。隨著參與者在研究中的時(shí)間推移，他們對(duì)提示的響應(yīng)時(shí)間變得更長(zhǎng)。他們?cè)诘谝浑A段的平均響應(yīng)時(shí)間為2.4秒（標(biāo)準(zhǔn)誤差=0.2秒），在第二和第三階段增加到了3.0秒（第二階段的標(biāo)準(zhǔn)誤差為0.3秒，第三階段為0.2秒）。這可能是因?yàn)樘崾静⒉皇轻槍?duì)需要糾正措施的自動(dòng)化性能問題生成的。鑒于車輛自動(dòng)化不太可能頻繁出現(xiàn)性能問題，提示的有效性隨時(shí)間降低是有可能的。

對(duì)不同原型系統(tǒng)的暴露時(shí)間從90分鐘到3小時(shí)不等。所有三項(xiàng)研究代表了對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)的合理暴露，通過研究參與者的反應(yīng)行為可以學(xué)到很多東西。同時(shí)，重要的是要考慮到這項(xiàng)研究測(cè)量的是新手用戶的一次性暴露（即操作員之前沒有接觸過這些級(jí)別的車輛自動(dòng)化）。因此，隨著對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)的暴露增加，可能會(huì)出現(xiàn)的各種意外后果，如智能駕駛濫用，可能沒有顯示出來。鑒于實(shí)驗(yàn)車內(nèi)有實(shí)驗(yàn)員的存在，這一點(diǎn)尤其正確。

決定操作員如何與智能駕駛系統(tǒng)互動(dòng)的另一個(gè)關(guān)鍵因素是他們對(duì)自動(dòng)化的信任。如果對(duì)智能駕駛的信任度低，操作員可能不會(huì)將控制權(quán)交給系統(tǒng)；或者，如果他們決定這樣做，他們可能會(huì)密切監(jiān)視其性能。如果信任度高，操作員可能更愿意將車輛的控制權(quán)交給系統(tǒng)，并將注意力轉(zhuǎn)移到其他感興趣的事項(xiàng)上。研究發(fā)現(xiàn)，在研究之前、期間和之后，操作員都信任智能駕駛功能。事后經(jīng)驗(yàn)訪談表明，參與者在研究開始時(shí)（經(jīng)驗(yàn)之前）的想法與他們能夠舒適地放棄控制權(quán)后不久的經(jīng)歷之間存在一些有趣的差異。當(dāng)被問及他們達(dá)到舒適水平的速度（具體或相對(duì)時(shí)間）時(shí)，大多數(shù)參與者報(bào)告說他們?cè)?5分鐘或更短時(shí)間內(nèi)達(dá)到了他們的最終舒適水平。

然而，在第二項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，那些在L2智能駕駛車輛上經(jīng)歷了車道保持性能問題但沒有警告的參與者被發(fā)現(xiàn)對(duì)智能駕駛失去了一些信任。這表明這些操作員可能已經(jīng)根據(jù)智能駕駛的性能能力調(diào)整了他們的信任度，并變得不太可能過度依賴智能駕駛。然而，他們的信任度是否隨時(shí)間持續(xù)降低還有待進(jìn)一步調(diào)查。值得注意的是，在實(shí)驗(yàn)2中，并沒有提供關(guān)于系統(tǒng)如何工作，或者不同功能應(yīng)該如何執(zhí)行的指導(dǎo)。因此，結(jié)果可以推廣到“汽車租賃場(chǎng)景”，在這種情況下，操作員所獲得的信息僅限于系統(tǒng)在“鑰匙開啟”時(shí)顯示的內(nèi)容（可能沒有提供其他信息，也沒有時(shí)間閱讀車主手冊(cè)或接受詳細(xì)的經(jīng)銷商演示）。結(jié)果表明，人機(jī)界面（HMI）在指導(dǎo)操作員如何與自動(dòng)化系統(tǒng)互動(dòng)方面起著重要作用。

研究問題 #2：操作員參與次要任務(wù)時(shí)系統(tǒng)性能面臨哪些風(fēng)險(xiǎn)？

第二個(gè)研究問題是：“當(dāng)操作2級(jí)或3級(jí)自動(dòng)化車輛系統(tǒng)時(shí)，操作員參與（例如便攜式電子設(shè)備使用）以及從次要任務(wù)中斷時(shí)，系統(tǒng)性能面臨哪些風(fēng)險(xiǎn)？”作為這項(xiàng)工作的一部分進(jìn)行的所有實(shí)驗(yàn)都要求并允許參與者在車輛智能駕駛激活時(shí)執(zhí)行與駕駛無(wú)關(guān)的任務(wù)。測(cè)試的智能駕駛車輛原型并未阻止用戶執(zhí)行與駕駛無(wú)關(guān)的任務(wù)，這些任務(wù)也沒有影響智能駕駛繼續(xù)控制車輛。

發(fā)現(xiàn)的主要系統(tǒng)性能風(fēng)險(xiǎn)是，當(dāng)參與者專注于視覺密集型的非駕駛?cè)蝿?wù)時(shí)，會(huì)忽略或錯(cuò)過警報(bào)。例如，一些配備L2系統(tǒng)的車輛的操作員忽略了注意力提示的第一階段（5秒的視覺警報(bào)），而一些配備L3系統(tǒng)的車輛的操作員直到接管請(qǐng)求的第二階段發(fā)出后（第一階段20秒后）才重新控制車輛。數(shù)據(jù)顯示，一些操作員會(huì)完全顛倒從駕駛相關(guān)任務(wù)到非駕駛相關(guān)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)?？赡苓@種主要任務(wù)顛倒現(xiàn)象是操作員在操作自動(dòng)化車輛時(shí)參與次要任務(wù)面臨的最大風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)操作員將他們的優(yōu)先級(jí)轉(zhuǎn)移到非駕駛?cè)蝿?wù)時(shí)，他們對(duì)駕駛相關(guān)提示和警報(bào)的響應(yīng)準(zhǔn)備可能會(huì)因?yàn)槭紫韧瓿煞邱{駛?cè)蝿?wù)的感知義務(wù)而延遲。

研究問題 #3：系統(tǒng)與操作員之間最有效的交接策略是什么？

第三個(gè)研究問題是：“系統(tǒng)與駕駛員之間最有效的交接策略是什么，包括對(duì)故障/失敗的響應(yīng)？” 本研究中，最有效的交接策略是那些涉及非視覺組件的策略。在實(shí)驗(yàn)1和實(shí)驗(yàn)2中，當(dāng)操作員接收到視覺和觸覺座椅警報(bào)相結(jié)合的信號(hào)時(shí)，他們重新控制車輛的速度最快。在實(shí)驗(yàn)2中，一些操作員錯(cuò)過了視覺提示，只有在提示包括觸覺組件時(shí)才做出反應(yīng)。在交接策略中包含非視覺組件可能會(huì)導(dǎo)致最佳結(jié)果，鑒于操作員在執(zhí)行非駕駛?cè)蝿?wù)時(shí)可能會(huì)表現(xiàn)出主要任務(wù)的逆轉(zhuǎn)。

有趣的是，實(shí)驗(yàn)3使用L3級(jí)自動(dòng)駕駛車輛顯示，當(dāng)呈現(xiàn)結(jié)合視覺和聽覺元素的信息警報(bào)時(shí)，操作員會(huì)顯著延遲重新控制車輛的時(shí)間。然而，這種延遲很可能是由于人機(jī)界面（HMI）通知參與者“準(zhǔn)備”接管控制（而不是現(xiàn)在就接管控制），以及顯示他們有多少時(shí)間可以做出反應(yīng)（在這種情況下，呈現(xiàn)了一個(gè)倒計(jì)時(shí)計(jì)時(shí)器）。因此，如果HMI向操作員傳達(dá)他們有時(shí)間準(zhǔn)備重新控制，許多人會(huì)利用這段時(shí)間完成他們的非駕駛活動(dòng)。例如，也許操作員信任計(jì)時(shí)器，并允許自動(dòng)化盡可能長(zhǎng)時(shí)間地控制車輛，然后再手動(dòng)接管控制。

研究問題 #4：在L2級(jí)和L3級(jí)智能駕駛層度不同狀態(tài)下，操作員是如何參與、脫離以及重新參與駕駛?cè)蝿?wù)的？

第四個(gè)研究問題是：“在L2級(jí)和L3級(jí)智能駕駛功能發(fā)出任務(wù)接管請(qǐng)求（TOR）時(shí)，操作員是如何參與、脫離以及重新參與駕駛?cè)蝿?wù)的？”當(dāng)智能駕駛功能發(fā)出TOR時(shí)，操作員參與駕駛?cè)蝿?wù)的特征是他們反應(yīng)并重新控制所需的時(shí)間，以及他們采取的行動(dòng)序列來重新控制。重新參與智能駕駛功能并釋放控制所需的時(shí)間也被評(píng)估。

表5-2總結(jié)了操作員在這一系列事件中的表現(xiàn)。操作員在1.2秒內(nèi)對(duì)TOR作出反應(yīng)（即向前看），這取決于上下文。參與者更傾向于首先抓住方向盤來重新控制L2級(jí)自動(dòng)駕駛車輛。平均需要1到2.4秒。如果參與者收到信息性警告，他們更傾向于按方向盤上的關(guān)閉按鈕來重新控制L3級(jí)自動(dòng)駕駛車輛。然而，參與者在執(zhí)行此動(dòng)作時(shí)使用了大部分分配的時(shí)間，平均用時(shí)為17秒。相比之下，操作L3級(jí)自動(dòng)駕駛車輛的參與者如果收到即將發(fā)生的警告，更傾向于立即踩下剎車踏板。這需要不到2.3秒。有一名參與者未能成功地用力踩下剎車踏板以重新獲得控制。然而，其他研究表明，在緊急事件中，并非所有駕駛員都會(huì)對(duì)剎車踏板施加適當(dāng)?shù)牧σ酝Ｖ管囕v。

關(guān)于在短暫的手動(dòng)控制后重新參與智能駕駛功能，參與者平均在智能駕駛功能可用時(shí)少于4.6秒內(nèi)釋放控制。這個(gè)時(shí)間有些波動(dòng)，可能取決于操作員是否相信智能駕駛功能可能會(huì)進(jìn)入更嚴(yán)重的警告狀態(tài)（如在分階段警告的情況下）。由于單模態(tài)警告不如其多模態(tài)對(duì)應(yīng)物有效，因此未將它們包括在表5-2中。

表 5-2. 不同警報(bào)和提示響應(yīng)的平均時(shí)間（單位：秒）

a 不是所有操作員都能重新獲得控制；這個(gè)值只包括那些能夠?yàn)槭录匦芦@得控制的操作員。

b 不是所有操作員都需要重新獲得控制；只有提示的最后階段要求操作員重新獲得控制。

c 時(shí)間是相對(duì)于即將出現(xiàn)警報(bào)本應(yīng)呈現(xiàn)的時(shí)間點(diǎn)計(jì)算的。

d 時(shí)間是從分階段警報(bào)的信息階段開始的時(shí)間點(diǎn)計(jì)算的。

應(yīng)該指出，意外的車道偏離不應(yīng)被視為系統(tǒng)的失敗，而是早期智能駕駛水平的一部分，因?yàn)橐恍┘夹g(shù)可能尚未完全成熟（例如，低太陽(yáng)角度影響車道檢測(cè)機(jī)制，由于低太陽(yáng)角度情況下檢測(cè)器飽和而受到影響）。在當(dāng)前的研究中發(fā)生了這種情況（低太陽(yáng)角度條件影響了車道中心化原型系統(tǒng)），并且在典型的駕駛環(huán)境中也可能發(fā)生；因此，操作員需要預(yù)期到這一點(diǎn)以及其他系統(tǒng)性能中的噪聲，這將需要更高的情境意識(shí)。系統(tǒng)警報(bào)要求操作員接管時(shí)，應(yīng)使用操作員未被其他任務(wù)占用的資源（例如，觸覺或聽覺），因?yàn)榇蠖鄶?shù)注意力不集中的特征影響視覺資源。

還應(yīng)該指出，L3級(jí)別的系統(tǒng)預(yù)計(jì)將為操作員提供足夠的反應(yīng)時(shí)間。測(cè)試的L3系統(tǒng)向操作員提供了分階段的警報(bào)，從信息性警報(bào)開始，隨著時(shí)間的推移根據(jù)條件的演變進(jìn)展到警告和緊急階段。測(cè)試的原型系統(tǒng)提前向用戶提供了最多50秒的信息。這主要是為了信息階段。在緊急警報(bào)條件下測(cè)試了更緊急的警報(bào)。重要的是要強(qiáng)調(diào)，帶有信息組件的分階段警報(bào)能夠使操作員平均在警報(bào)進(jìn)展到緊急警報(bào)階段前約39秒作出反應(yīng)。

與地面交通相關(guān)的典型人因研究，旨在評(píng)估安全結(jié)構(gòu)，以預(yù)防致命傷害的潛力（例如，計(jì)算預(yù)防和暴露比率）。這項(xiàng)研究可能提供一個(gè)完全不同的視角。它可能向設(shè)計(jì)師和從業(yè)者提供信息，關(guān)于操作員需要多長(zhǎng)時(shí)間才能反應(yīng)并重新控制，以便有效地設(shè)計(jì)出能夠考慮到操作員最可能反應(yīng)的故障安全和故障操作狀態(tài)。由于更先進(jìn)的技術(shù)和更高水平的智能駕駛功能，一些警報(bào)可能是由于車輛內(nèi)部的條件（例如，GPS信號(hào)惡化，由于路面標(biāo)記褪色導(dǎo)致從攝像頭捕獲的信心降低）而不是與車輛外部的演變事件相關(guān)。因此，理解像“即將來臨-無(wú)外部威脅”這樣的情況非常重要。

研究問題 #5：在2級(jí)和3級(jí)智能駕駛功能下的不同操作概念中，操作員的表現(xiàn)如何？

第五個(gè)研究問題是，“在2級(jí)和3級(jí)智能駕駛功能下的不同操作概念中，駕駛員的表現(xiàn)如何，例如，為日常駕駛在開放道路上的混合交通設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，或者為專用道路-車輛應(yīng)用設(shè)計(jì)的系統(tǒng)（例如，自動(dòng)化車道，遠(yuǎn)程高速公路）？”這項(xiàng)研究進(jìn)行了三項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，這些實(shí)驗(yàn)是在模擬混合交通高速公路條件的測(cè)試軌道設(shè)施上進(jìn)行的。表5-3總結(jié)了所涵蓋的操作條件。Marinik等人提供了一個(gè)擴(kuò)展的測(cè)試參數(shù)列表。該列表描述了智能駕駛功能概念測(cè)試中常見的因素：高速公路、混合交通、現(xiàn)狀基礎(chǔ)設(shè)施、僅限蜂窩和GPS連接、無(wú)車輛協(xié)調(diào)（單個(gè)車輛操作）、對(duì)車輛、摩托車和行人的意識(shí)、干燥和潮濕的天氣/道路條件、新手和經(jīng)驗(yàn)豐富的駕駛員，以及由駕駛員或系統(tǒng)進(jìn)行的接合/脫離。

在選定的條件下，操作員與智能駕駛系統(tǒng)互動(dòng)，并在有效的人機(jī)界面（HMI）顯示時(shí)表現(xiàn)得相當(dāng)好。如前所述，然而，當(dāng)HMI元素未能考慮操作員的潛在狀態(tài)時(shí)，操作員的表現(xiàn)可能會(huì)大幅下降；在這種情況下，是高度視覺分散的狀態(tài)。同時(shí)，有趣的是，當(dāng)車輛在道路上靠近其他車輛行駛時(shí)，參與者迅速將控制權(quán)交給了自動(dòng)駕駛車輛。這進(jìn)一步突顯了參與者在整個(gè)研究期間對(duì)部分智能駕駛功能所持的信任。結(jié)果表明，這種信任與智能駕駛功能的能力得到了適當(dāng)?shù)男?zhǔn)。

表5-3. 用于人機(jī)界面評(píng)估選定的自動(dòng)化概念

（Marinik, Bishop, Fitchett, Morgan, Trimble, 和 Blanco, 2014）以及在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的相應(yīng)表示

應(yīng)該注意的是，L2級(jí)和L3級(jí)智能駕駛功能之間存在顯著差異。

從L2級(jí)智能駕駛過渡到L3級(jí)智能駕駛，范式從操作員需要隨時(shí)準(zhǔn)備完全控制車輛轉(zhuǎn)變?yōu)椴僮鲉T承擔(dān)監(jiān)督或越來越被動(dòng)的角色；這對(duì)設(shè)計(jì)者和從業(yè)者提出了多重挑戰(zhàn)。

及時(shí)向操作員提供信息，以便在需要時(shí)鼓勵(lì)適當(dāng)?shù)能囕v控制，支持操作員的安全和用戶接受度。此外，這兩個(gè)系統(tǒng)的定義（由NHTSA定義）依賴于兩個(gè)完全不同的前提。對(duì)于L2級(jí)，“駕駛員仍然負(fù)責(zé)監(jiān)控道路和安全操作，并且應(yīng)隨時(shí)準(zhǔn)備控制，且能夠在短時(shí)間內(nèi)做到?！倍鴮?duì)于L3級(jí)，“……車輛設(shè)計(jì)得使駕駛員在駕駛時(shí)不需要持續(xù)監(jiān)控道路?！边@兩種截然不同的描述提供了完全不同的性能模型和要求，關(guān)于系統(tǒng)需要能夠持續(xù)多長(zhǎng)時(shí)間的智能駕駛，以便操作員成功控制車輛。未來的研究應(yīng)繼續(xù)關(guān)注這個(gè)問題。

研究問題 #6：哪些是最有效的人機(jī)界面概念？

最后提出的研究問題是：“哪些是最有效的人機(jī)界面概念，這些概念遵循人類因素最佳實(shí)踐，能夠優(yōu)化L2級(jí)和L3級(jí)系統(tǒng)的安全操作？”這項(xiàng)研究表明，最有效的HMI概念是那些除了視覺警報(bào)之外還涉及非視覺警報(bào)的概念。當(dāng)從事非駕駛?cè)蝿?wù)時(shí)，一些操作員表現(xiàn)出主要任務(wù)的反轉(zhuǎn)，并選擇優(yōu)先完成非駕駛?cè)蝿?wù)而不是操作部分自動(dòng)化的車輛。那些包括聽覺和觸覺組件的HMI概念在參與者從事視覺要求高的任務(wù)時(shí)更能吸引他們的注意力，并且比僅依賴視覺警報(bào)的HMI概念在引發(fā)安全響應(yīng)方面要有效得多。如前所述，需要注意的是，有許多不同類型的視覺、聽覺和觸覺警報(bào)可能會(huì)產(chǎn)生與本研究不同的結(jié)果。

有趣的是，考慮了僅視覺警報(bào)的概念，以減少對(duì)車輛操作員造成煩擾的可能性。存在一種擔(dān)憂，即不斷產(chǎn)生聽覺或觸覺警報(bào)的HMI將對(duì)操作員產(chǎn)生不可接受的煩擾，他們可能會(huì)選擇不購(gòu)買具有自動(dòng)化技術(shù)安全優(yōu)勢(shì)的車輛。因此，平衡警報(bào)方法的顯著性和煩擾性非常重要。未來的研究將有助于更好地理解如何為部分自動(dòng)化車輛優(yōu)化HMI。

從本研究中提取的設(shè)計(jì)啟示列表如下：

多模態(tài)警報(bào)

? 操作員在經(jīng)歷多模態(tài)警報(bào)后對(duì)警報(bào)的反應(yīng)時(shí)間顯著少于僅視覺警報(bào)后的時(shí)間。

? 多模態(tài)警報(bào)導(dǎo)致恢復(fù)控制的時(shí)間顯著少于單模態(tài)警報(bào)。

? 大多數(shù)操作員在多模態(tài)警報(bào)期間表現(xiàn)正確。

? 根據(jù)主觀評(píng)估，如果在短時(shí)間內(nèi)可能發(fā)生多個(gè)警報(bào)，建議采用觸覺警報(bào)以減少煩惱。

? 對(duì)于需要詳細(xì)指示的不頻繁事件，可以增加聽覺部分（口頭指示）來補(bǔ)充警報(bào)的信息視覺部分。

? 警報(bào)的視覺部分應(yīng)該被視為信息性的，原因如下：操作員在伴隨聽覺和/或觸覺部分的視覺警告時(shí)反應(yīng)更快。

? 操作員可能會(huì)從事與駕駛無(wú)關(guān)的任務(wù)，這可能會(huì)阻擋視覺提示或延遲它們。

隨時(shí)間變化的提示有效性

? L2級(jí)智能駕駛功能可能會(huì)遇到超出其性能能力的情況，并在沒有提前通知的情況下要求操作員接管（根據(jù)NHTSA的定義），這為人類因素提供了改善操作員表現(xiàn)的機(jī)會(huì)。評(píng)估這些情況的基本對(duì)策是嘗試提示操作員保持對(duì)周圍環(huán)境的一定程度的警覺。然而，這種類型的提示并不是一個(gè)簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)問題。諸如煩惱、緊迫感、積極強(qiáng)化和后果等主題，都是在研究?jī)?yōu)化界面設(shè)計(jì)時(shí)可以探索的。

? 實(shí)驗(yàn)2使用的提示的初始原型界面沒有包括第三階段（即以聽覺“注意力提醒器”的形式出現(xiàn)的基本后果）。在試點(diǎn)測(cè)試顯示了主要任務(wù)逆轉(zhuǎn)的初步跡象后，增加了這一最后階段。該界面具有一定程度的緊迫感和正確的視覺及觸覺部分，但沒有后果。在原型界面設(shè)計(jì)的這一點(diǎn)上，如果操作員決定繼續(xù)進(jìn)行非駕駛相關(guān)任務(wù)，甚至在重新關(guān)注道路之前完成它們，都沒有后果。然后重新設(shè)計(jì)了提示，包括一個(gè)“注意力提醒器”。這種潛在的煩惱后果，與安全帶提醒器的目的相似，但具有緊急警報(bào)的聽覺特征，被選中。然而，結(jié)果表明，隨著時(shí)間的推移，即使是煩惱因素也可能被完成另一項(xiàng)任務(wù)的緊迫感所克服。這為主要任務(wù)逆轉(zhuǎn)理論提供了更多的支持，并建議可以調(diào)查更強(qiáng)的后果或更好的方法來強(qiáng)調(diào)積極強(qiáng)化策略，作為L(zhǎng)2級(jí)智能駕駛功能的主要對(duì)策。

作為重新控制機(jī)制的制動(dòng)

? 在這項(xiàng)研究中，只有一名參與者未能用力踩下剎車踏板以解除自動(dòng)系統(tǒng)。盡管這可能是一個(gè)問題，但這一現(xiàn)象在之前完成的制動(dòng)研究中已被記錄。Fitch等人顯示，在某些模式或力量要求下，制動(dòng)對(duì)某些操作者來說可能是一個(gè)問題。這在要求緊急制動(dòng)操作的情況下尤其如此。盡管過去的制動(dòng)輔助技術(shù)只在駕駛員踩下制動(dòng)踏板時(shí)激活，但重要的是要注意，本研究中測(cè)試的L3級(jí)自動(dòng)駕駛車輛繞過了操作者的反應(yīng)時(shí)間，并在沖突升級(jí)之前應(yīng)用了剎車。

車輛自動(dòng)化理論

主要任務(wù)逆轉(zhuǎn)

主要任務(wù)逆轉(zhuǎn)描述了從駕駛相關(guān)任務(wù)（例如，監(jiān)控環(huán)境）到非駕駛?cè)蝿?wù)（例如，回復(fù)電子郵件）的完全優(yōu)先級(jí)轉(zhuǎn)移。操作者完全專注于非駕駛?cè)蝿?wù)，使這成為主要任務(wù)，并將控制車輛（駕駛）降級(jí)為次要任務(wù)。這與之前在“駕駛分心”或注意力不集中研究中觀察到的情況非常不同。這是一個(gè)優(yōu)先級(jí)的完全逆轉(zhuǎn)，即使警報(bào)也不會(huì)“分散”用戶對(duì)“新主要任務(wù)”的注意力，直到他或她感覺任務(wù)已經(jīng)成功完成。這可能比幾秒鐘要長(zhǎng)；潛在地，操作者可能會(huì)執(zhí)行新主要任務(wù)幾分鐘而不被駕駛的次要任務(wù)分散注意力。人類是任務(wù)導(dǎo)向的個(gè)體，用戶的思維模型基于可用性而演變。如果自動(dòng)駕駛車輛提供了這樣的感覺（可用性），即它能夠完成主要駕駛?cè)蝿?wù)（包括保持與其他車輛的車距，保持在車道內(nèi)，以及檢測(cè)和響應(yīng)對(duì)象和事件），用戶的主要任務(wù)可能潛在地成為非駕駛?cè)蝿?wù)。

該研究中使用的非駕駛?cè)蝿?wù)通過明確的研究指導(dǎo)，清晰地呈現(xiàn)了次要任務(wù)目標(biāo)，試圖解決“最壞情況”（對(duì)于L2級(jí)來說是不恰當(dāng)?shù)模┲悄荞{駛使用問題。在這些實(shí)驗(yàn)中呈現(xiàn)的非駕駛?cè)蝿?wù)代表了許多人在日常生活中執(zhí)行的任務(wù)（例如，電子郵件、網(wǎng)頁(yè)瀏覽、導(dǎo)航），這些任務(wù)使我們與工作、家庭和朋友保持聯(lián)系。所有研究參與者都是智能手機(jī)用戶，沒有經(jīng)歷運(yùn)動(dòng)病；因此，遠(yuǎn)程或在移動(dòng)中執(zhí)行這些任務(wù)并不會(huì)阻礙他們的目標(biāo)。當(dāng)提供自動(dòng)化輔助和明確的指導(dǎo)目標(biāo)（例如，發(fā)送關(guān)于必須重新安排的會(huì)議的電子郵件）時(shí)，參與者經(jīng)常將非駕駛?cè)蝿?wù)作為他們的優(yōu)先事項(xiàng)。如前所述，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)2之前的試點(diǎn)研究中呈現(xiàn)的視覺警報(bào)并沒有代表一個(gè)緊急水平，有助于將用戶的注意力重新引導(dǎo)到前方道路上。這一發(fā)現(xiàn)促使團(tuán)隊(duì)迅速反應(yīng)，開發(fā)了作為提示的一部分的額外階段，試圖提供必要的反饋并為長(zhǎng)時(shí)間的主任務(wù)逆轉(zhuǎn)增加后果。然而，在設(shè)計(jì)改進(jìn)后，“注意力提醒器”并沒有在整個(gè)會(huì)話中持續(xù)產(chǎn)生效果?？梢赃M(jìn)行進(jìn)一步的研究，以調(diào)查其他可能打破這種非常強(qiáng)烈的“清晰指導(dǎo)目標(biāo)”次要任務(wù)呈現(xiàn)的人機(jī)界面（HMI）元素。

目前尚未觀察到意外后果。然而，很明顯，在研究中提供的指導(dǎo)之下，非駕駛相關(guān)任務(wù)似乎比手動(dòng)駕駛時(shí)具有更高的優(yōu)先級(jí)。駕駛分心是一個(gè)被廣泛研究多年的現(xiàn)象（Dingus等人，2011年；Fitch等人，2013年；Hickman和Hanowski，2012年；Klauer等人，2006年；Klauer等人，2014年；Llaneras等人，2013年；Olson等人，2009年）。車輛自動(dòng)化為這一概念引入了一個(gè)新的轉(zhuǎn)折——主任務(wù)逆轉(zhuǎn)——前提是當(dāng)前研究中提供的指導(dǎo)類型。也就是說，隨著角色從駕駛員轉(zhuǎn)變?yōu)椴僮鲉T，以前的次要任務(wù)（例如，使用電子設(shè)備）可能成為操作員感興趣的首要任務(wù)。

警報(bào)提醒習(xí)慣化

主要任務(wù)逆轉(zhuǎn)中提到的結(jié)果暗示了另一個(gè)潛在理論：警報(bào)提醒習(xí)慣化。本研究的實(shí)驗(yàn)2中的系統(tǒng)提示旨在在檢測(cè)到操作員未監(jiān)視駕駛環(huán)境時(shí)通知操作員進(jìn)行監(jiān)視。如果操作員未能通過監(jiān)視駕駛環(huán)境來響應(yīng)這些提示，它們還設(shè)計(jì)成會(huì)增加緊急性。必須指出的是，這些提示是在智能駕駛系統(tǒng)沒有任何性能問題的情況下生成的；只有在檢測(cè)到操作員未監(jiān)視駕駛環(huán)境時(shí)才會(huì)發(fā)出。

在參與的早期階段，參與者對(duì)低級(jí)別的視覺提示做出了反應(yīng)。然而，隨著研究的進(jìn)展，一些參與者對(duì)這些提示產(chǎn)生了習(xí)慣化，并且只有在提示的緊急性升級(jí)時(shí)才會(huì)監(jiān)視駕駛環(huán)境。這種行為在初步的試點(diǎn)測(cè)試中就已被懷疑；因此，在提示的最后階段增加了連續(xù)的聽覺提示。盡管做出了這樣的努力，但隨著研究的進(jìn)行，一些參與者甚至開始忽略更高層次的提示，有些甚至忽略了帶有連續(xù)聽覺提示的提示的最后階段，以便完成非駕駛?cè)蝿?wù)。這可能是因?yàn)樗麄儗?duì)提示產(chǎn)生了習(xí)慣化，特別是因?yàn)檫@些提示是在沒有任何可能立即產(chǎn)生后果的智能駕駛系統(tǒng)性能問題的情況下生成的。

有兩個(gè)類比有助于解釋這種行為。

? 首先，當(dāng)沒有明顯的車輛問題或他們知道他們有幾分鐘的時(shí)間來響應(yīng)時(shí)，駕駛員通常會(huì)忽略他們的檢查引擎燈或低油量指示器。這些單階段通知也不會(huì)升級(jí)其嚴(yán)重性。

? 考慮這種行為與新生兒父母的行為之間的相似之處也很有趣。新生兒的父母通常會(huì)對(duì)嬰兒的任何哭聲做出反應(yīng)。然而，隨著他們對(duì)這種溝通方式的習(xí)慣化，他們學(xué)會(huì)了區(qū)分不同類型的哭聲，并區(qū)分何時(shí)以及如何需要做出反應(yīng)。

基于這些證據(jù)，我們假設(shè)車輛操作員隨時(shí)間可能會(huì)對(duì)注意力提示產(chǎn)生習(xí)慣化，并適應(yīng)于對(duì)提示緊急性越來越高的接受程度。如何防止這種習(xí)慣化，并確保所有操作員都對(duì)警報(bào)做出反應(yīng)——而不對(duì)那些遵守規(guī)則的人造成煩惱——是人類因素困境中的一個(gè)關(guān)鍵問題。因此，在未來的界面設(shè)計(jì)努力中考慮警報(bào)惱怒習(xí)慣化是至關(guān)重要的。

結(jié)論

這項(xiàng)研究努力產(chǎn)生了幾份關(guān)鍵文件：《過去的研究》、《智能駕駛技術(shù)的現(xiàn)狀》以及《新興系統(tǒng)概念》，以及《L2級(jí)和L3級(jí)操作概念》。這些文件指導(dǎo)了本報(bào)告中呈現(xiàn)的研究實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的開發(fā)。這項(xiàng)研究努力還制定了一份與車輛自動(dòng)化研究相關(guān)的操作定義的全面列表。此外，它還開發(fā)了理論，這些理論可以幫助優(yōu)化自動(dòng)化車輛的界面設(shè)計(jì)。

車輛自動(dòng)化帶來了許多改進(jìn)的承諾，例如生活質(zhì)量、舒適度，以及潛在的安全性。本文呈現(xiàn)的研究表明，對(duì)自動(dòng)化有很高的信任度，并且提出了向這些車輛的駕駛員提供當(dāng)前信息的替代方案，這些信息在需要時(shí)能有效地幫助他們反應(yīng)并重新獲得控制。下圖5-1顯示了從2級(jí)和3級(jí)自動(dòng)化接收到的多模態(tài)緊急警報(bào)的平均反應(yīng)時(shí)間。在兩種條件下，參與者在接收到緊急多模態(tài)警報(bào)時(shí)的反應(yīng)時(shí)間相似。圖5-2顯示了在多模態(tài)緊急警報(bào)條件下觀察到的2級(jí)和3級(jí)車輛的反應(yīng)時(shí)間排名順序。還展示了反應(yīng)時(shí)間的第90百分位數(shù)（1.08秒）。這些信息可能為設(shè)計(jì)師和從業(yè)者提供了警醒駕駛員的方法，以及大多數(shù)用戶（例如，第90百分位數(shù)）在控制決策上可能需要的時(shí)間，如果優(yōu)先級(jí)可能轉(zhuǎn)向其他方便任務(wù)（例如，電子郵件，網(wǎng)頁(yè)瀏覽）。這將有助于確保系統(tǒng)設(shè)計(jì)有足夠的冗余，以便在必要時(shí)為操作員重新獲得對(duì)車輛的控制提供足夠的時(shí)間。使用2級(jí)和3級(jí)能力的車輛進(jìn)行的額外研究將提供對(duì)更大范圍設(shè)置中反應(yīng)時(shí)間模式更完整的理解。

圖5-1. 2級(jí)和3級(jí)自動(dòng)化下的多模態(tài)緊迫警報(bào)反應(yīng)時(shí)間

圖 5-2. L2級(jí)和L3級(jí)智能駕駛多模式緊急警報(bào)的反應(yīng)時(shí)間百分位數(shù)

這組研究代表了一項(xiàng)重要的研究努力。它更深入地審視了可能影響車輛自動(dòng)化未來的多個(gè)方面。本文所呈現(xiàn)的信息代表了幾個(gè)全面的測(cè)試軌道研究的結(jié)果，這些研究使用了三種不同的原型車輛（最先進(jìn)的）。所實(shí)施的方法涉及在混合交通條件下使用真實(shí)車輛，以確保在所有時(shí)候都存在潛在碰撞的后果。這種可能性激勵(lì)操作員盡可能地像在現(xiàn)實(shí)條件下提供自動(dòng)化車輛時(shí)的天真司機(jī)那樣行為。未來的研究應(yīng)該通過自然駕駛研究調(diào)查操作員在現(xiàn)實(shí)駕駛條件下與自動(dòng)化系統(tǒng)的互動(dòng)。這項(xiàng)研究應(yīng)該包括一個(gè)駕駛基線條件，以便能夠調(diào)查不使用車輛自動(dòng)化功能時(shí)的駕駛員表現(xiàn)。例如，這樣的基線可以分析駕駛員在有無(wú)自動(dòng)化支持的情況下保持車輛在車道內(nèi)以及對(duì)危險(xiǎn)做出反應(yīng)的能力。

研究?jī)?nèi)容翻譯結(jié)束，希望車企重視智能駕駛安全，杜絕滿嘴跑火車