L2和L3級(jí)智能駕駛車輛駕駛員的角色轉(zhuǎn)變研究

自動(dòng)化程度不斷提高的車輛在駕駛員決定交出控制權(quán)后，管理諸如轉(zhuǎn)向、油門控制和剎車等關(guān)鍵安全功能的能力也在不斷增強(qiáng)?？梢约僭O(shè)，在智能駕駛系統(tǒng)控制車輛之時(shí)，駕駛員就變成了間歇性操作員（即駕駛員是必須持續(xù)參與車輛縱向和橫向控制的操作員）。對(duì)于 L2 級(jí)和 L3 級(jí)智能駕駛車輛，駕駛員的角色轉(zhuǎn)變，車輛縱向和橫向控制在不同程度上被移交。此時(shí)，駕駛員成為間歇性操作員（即駕駛員只是有時(shí)承擔(dān)車輛的縱向和橫向控制）。因此，我們使用 “操作員” 一詞，而不是 “駕駛員”。

在本項(xiàng)目開(kāi)始時(shí)，各種各樣的自動(dòng)駕駛車輛技術(shù)和概念開(kāi)始涌現(xiàn)。美國(guó)國(guó)家公路交通安全管理局（NHTSA）用五個(gè)自動(dòng)化等級(jí)來(lái)描述這些技術(shù)。這些等級(jí)描述了從控制系統(tǒng)完全沒(méi)有自動(dòng)化的車輛（L0 級(jí)）到完全自動(dòng)化車輛（L4 級(jí)）的車輛控制連續(xù)體。本研究的目的是調(diào)查操作員在 L2 級(jí)和 L3 級(jí)自動(dòng)化下如何與部分自動(dòng)化系統(tǒng)交互。之所以關(guān)注 L2 級(jí)和 L3 級(jí)，是因?yàn)樵谶@兩個(gè)級(jí)別上駕駛員的角色從駕駛轉(zhuǎn)變?yōu)椴僮鳎瘩{駛員在最大程度上與車輛共享控制權(quán)）。L2 級(jí)和 L3 級(jí)（來(lái)自美國(guó)國(guó)家公路交通安全管理局 2013 年資料）的定義如下：

L2 級(jí)智能駕駛

L2 級(jí) “涉及至少兩個(gè)主要控制功能的自動(dòng)化，這些功能協(xié)同工作，減輕駕駛員對(duì)這些功能的控制。在這種自動(dòng)化水平下的車輛在駕駛員在某些有限駕駛情況下交出主動(dòng)主要控制權(quán)時(shí)可以使用共享權(quán)限。駕駛員仍然負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)道路情況和安全操作，并應(yīng)隨時(shí)準(zhǔn)備在短時(shí)間內(nèi)接管控制。系統(tǒng)可以在無(wú)提前警告的情況下放棄控制，駕駛員必須準(zhǔn)備好安全地控制車輛。使 L2 級(jí)系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)的組合功能的一個(gè)例子是自適應(yīng)巡航控制與車道居中功能的結(jié)合。L1 級(jí)和 L2 級(jí)之間的主要區(qū)別在于，在 L2 級(jí)中，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的特定操作條件下，啟用了自動(dòng)操作模式，駕駛員可同時(shí)將手從方向盤上移開(kāi)且腳從踏板上移開(kāi)，不再實(shí)際操作車輛?！?/p>

L3 級(jí)有限自動(dòng)駕駛

具有 L3 級(jí)自動(dòng)駕駛的車輛 “能讓駕駛員在某些交通或環(huán)境條件下交出所有關(guān)鍵安全功能的完全控制權(quán)，并且在這些條件下主要依靠車輛監(jiān)測(cè)需要轉(zhuǎn)換回駕駛員控制的條件變化。預(yù)計(jì)駕駛員偶爾需要接管控制，但有足夠充裕的轉(zhuǎn)換時(shí)間。車輛設(shè)計(jì)用于確保在自動(dòng)駕駛模式下的安全運(yùn)行。例如，一輛自動(dòng)駕駛汽車可以判斷系統(tǒng)何時(shí)無(wú)法再支持自動(dòng)化，比如遇到前方施工區(qū)域，然后向駕駛員發(fā)出重新接管駕駛?cè)蝿?wù)的信號(hào)，并為駕駛員提供適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換時(shí)間，以便安全地重新獲得手動(dòng)控制。L2 級(jí)和 L3 級(jí)之間的主要區(qū)別在于，在 L3 級(jí)情況下，車輛設(shè)計(jì)為駕駛員在駕駛時(shí)無(wú)需持續(xù)監(jiān)測(cè)道路情況。”

這項(xiàng)研究重點(diǎn)關(guān)注駕駛員（或者更確切地說(shuō)是操作員）在自動(dòng)駕駛和非自動(dòng)駕駛車輛操作之間如何轉(zhuǎn)換，以及人機(jī)界面（HMI）如何影響這種交互。在受控試驗(yàn)跑道上，利用部分自動(dòng)駕駛車輛的原型系統(tǒng)進(jìn)行了三項(xiàng)人為因素實(shí)驗(yàn)，以回答美國(guó)國(guó)家公路交通安全管理局提出的六個(gè)研究問(wèn)題。下面描述這三項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，隨后介紹研究的主要發(fā)現(xiàn)。

每項(xiàng)研究都包括一個(gè)熟悉過(guò)程，在此期間，會(huì)向參與者提供與系統(tǒng)交互的基本指導(dǎo)。作為這些指導(dǎo)的一部分，參與者會(huì)被告知如何知曉系統(tǒng)已準(zhǔn)備好啟動(dòng)自動(dòng)化。所有三個(gè)原型系統(tǒng)都清楚地顯示了系統(tǒng)何時(shí)準(zhǔn)備好啟動(dòng)自動(dòng)化。

具有 L3 級(jí)自動(dòng)化的車輛 “能讓駕駛員在某些交通或環(huán)境條件下交出所有關(guān)鍵安全功能的完全控制權(quán)，并且在這些條件下主要依靠車輛監(jiān)測(cè)需要轉(zhuǎn)換回駕駛員控制的條件變化。預(yù)計(jì)駕駛員偶爾需要接管控制，但有足夠充裕的轉(zhuǎn)換時(shí)間。車輛設(shè)計(jì)用于確保在自動(dòng)駕駛模式下的安全運(yùn)行。例如，一輛自動(dòng)駕駛汽車可以判斷系統(tǒng)何時(shí)無(wú)法再支持自動(dòng)化，比如遇到前方施工區(qū)域，然后向駕駛員發(fā)出重新接管駕駛?cè)蝿?wù)的信號(hào)，并為駕駛員提供適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換時(shí)間，以便安全地重新獲得手動(dòng)控制。L2 級(jí)和 L3 級(jí)之間的主要區(qū)別在于，在 L3 級(jí)情況下，車輛設(shè)計(jì)為駕駛員在駕駛時(shí)無(wú)需持續(xù)監(jiān)測(cè)道路情況?！边@項(xiàng)研究重點(diǎn)關(guān)注駕駛員（或者更確切地說(shuō)是操作員）在自動(dòng)駕駛和非自動(dòng)駕駛車輛操作之間如何轉(zhuǎn)換，以及人機(jī)界面（HMI）如何影響這種交互。在受控試驗(yàn)跑道上，利用部分自動(dòng)駕駛車輛的原型系統(tǒng)進(jìn)行了三項(xiàng)人為因素實(shí)驗(yàn)，以回答美國(guó)國(guó)家公路交通安全管理局提出的六個(gè)研究問(wèn)題。下面描述這三項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，隨后介紹研究的主要發(fā)現(xiàn)。每項(xiàng)研究都包括一個(gè)熟悉過(guò)程，在此期間，會(huì)向參與者提供與系統(tǒng)交互的基本指導(dǎo)。作為這些指導(dǎo)的一部分，參與者會(huì)被告知如何知曉系統(tǒng)已準(zhǔn)備好啟動(dòng)自動(dòng)化。所有三個(gè)原型系統(tǒng)都清楚地顯示了系統(tǒng)何時(shí)準(zhǔn)備好啟動(dòng)自動(dòng)化。

實(shí)驗(yàn) 1 - 提醒操作員重新控制 L2 級(jí)自動(dòng)駕駛車輛有多種方法可以通知操作員需要重新控制部分自動(dòng)駕駛車輛。本實(shí)驗(yàn)的目的是研究人機(jī)界面（HMI）的哪些特性在發(fā)出接管請(qǐng)求（TOR）時(shí)最有效，并確定操作員與駕駛?cè)蝿?wù)相關(guān)自動(dòng)化功能之間的轉(zhuǎn)換時(shí)間。

方法

25 名參與者在受控試驗(yàn)跑道上駕駛 L2 級(jí)自動(dòng)駕駛車輛 90 分鐘。參與者被要求在車內(nèi)實(shí)驗(yàn)人員的指令下執(zhí)行幾項(xiàng)視覺(jué)注意力高度集中的非駕駛?cè)蝿?wù)。（非駕駛?cè)蝿?wù)是那些不涉及車輛控制的任務(wù)。實(shí)驗(yàn)人員會(huì)遞給參與者卡片，上面寫著諸如：向特定地址發(fā)送電子郵件并詢問(wèn)特定問(wèn)題、輸入卡片上注明的特定數(shù)字 - 街道 - 城市 - 州地址，或者訪問(wèn)某個(gè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)站并根據(jù)該網(wǎng)站信息回答問(wèn)題等任務(wù)。）在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，他們也會(huì)收到重新控制自動(dòng)駕駛車輛的警報(bào)。共產(chǎn)生了六種類型的警報(bào)，其形式和嚴(yán)重程度各不相同。形式可以是視覺(jué)警報(bào)（單模態(tài)）或視覺(jué)與觸覺(jué)座椅警報(bào)相結(jié)合（多模態(tài)）。嚴(yán)重程度可以是警示性警報(bào)、緊急警報(bào)或分階段警報(bào)。（分階段警報(bào)包括兩個(gè)階段。在本實(shí)驗(yàn)中，分階段警報(bào)先是警示性警報(bào)階段，隨后是緊急警報(bào)階段；因此，隨著時(shí)間推移，警報(bào)的嚴(yán)重程度會(huì)增加。）這六種類型的警報(bào)每種呈現(xiàn)三次，總共 18 次（即三種不同類型警報(bào)各重復(fù)三次，每種警報(bào)以兩種形式呈現(xiàn)，僅視覺(jué)形式和視覺(jué)加觸覺(jué)形式）。警報(bào)是在沒(méi)有任何意外事件的情況下發(fā)出的。然而，在研究結(jié)束時(shí)，車內(nèi)實(shí)驗(yàn)人員使車輛意外偏離車道。當(dāng)車道開(kāi)始偏離時(shí)，參與者收到視覺(jué)和觸覺(jué)的緊急警報(bào)。本研究記錄了他們對(duì)警報(bào)響應(yīng)的特征（例如，反應(yīng)時(shí)間、重新控制車輛的時(shí)間）。

研究結(jié)果

警報(bào)形式對(duì)重新控制車輛所需的時(shí)間有顯著影響。當(dāng)視覺(jué)警報(bào)包含觸覺(jué)成分時(shí)（平均時(shí)間為 1.3 秒 [標(biāo)準(zhǔn)誤差 = 0.1 秒]），參與者重新控制車輛的速度明顯比僅有視覺(jué)警報(bào)時(shí)（平均時(shí)間為 4.8 秒 [標(biāo)準(zhǔn)誤差 = 0.5 秒]）更快。這可能是因?yàn)橛|覺(jué)成分的特性使參與者在執(zhí)行非駕駛?cè)蝿?wù)時(shí)也能察覺(jué)到警報(bào)。如果警示性警報(bào)和緊急警報(bào)都包含觸覺(jué)成分，參與者在這兩種警報(bào)下重新控制車輛的速度一樣快，這進(jìn)一步支持了上述觀點(diǎn)。

當(dāng)參與者收到由紅色發(fā)光二極管（LED）構(gòu)成的緊急視覺(jué)警報(bào)時(shí)（平均時(shí)間為 2.9 秒 [標(biāo)準(zhǔn)誤差 = 0.4 秒]），比收到由黃色 LED 構(gòu)成的警示性視覺(jué)警報(bào)（平均時(shí)間為 6.3 秒 [標(biāo)準(zhǔn)誤差 = 1.0 秒]）能更快地重新控制車輛。黃色的警示性視覺(jué)警報(bào)可能不如紅色的緊急視覺(jué)警報(bào)醒目，這使得操作員很難察覺(jué)它的出現(xiàn)。有幾次參與者完全沒(méi)注意到警示性視覺(jué)警報(bào)，這進(jìn)一步證實(shí)了這一點(diǎn)。因此，警示性警報(bào)要么應(yīng)包含非視覺(jué)成分，要么可將視覺(jué)反饋設(shè)置在更靠近非駕駛?cè)蝿?wù)源頭的位置。

當(dāng)緊急視覺(jué)和觸覺(jué)警報(bào)與意外的車道偏離同時(shí)發(fā)生時(shí)（平均時(shí)間為 1.2 秒 [標(biāo)準(zhǔn)誤差 = 0.1 秒]），參與者重新控制車輛的速度與沒(méi)有意外車道偏離時(shí)（平均時(shí)間為 1.3 秒 [標(biāo)準(zhǔn)誤差 = 0.1 秒]）一樣快。然而，需要注意的是，由于警報(bào)是在車道開(kāi)始偏離時(shí)發(fā)出的，大多數(shù)參與者在車輛在車道內(nèi)大幅移動(dòng)之前就對(duì)警報(bào)做出了反應(yīng)，這使得這種情況與沒(méi)有車道偏離時(shí)發(fā)出警報(bào)的情形非常相似。不過(guò)，另一種解釋是，如果在車道保持性能出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)發(fā)出緊急視覺(jué)和觸覺(jué)警報(bào)，它們可以防止車輛大幅偏離車道。

總體而言，參與者表示在體驗(yàn)部分自動(dòng)化之前、期間和之后都非常信任它。部分參與者（25 人中有 9 人）表示在參加研究之前就聽(tīng)說(shuō)過(guò)自動(dòng)駕駛車輛。

實(shí)驗(yàn) 2 - 在操作 L2 級(jí)自動(dòng)駕駛車輛時(shí)促使操作員留意路況

第二個(gè)實(shí)驗(yàn)研究了在操作 L2 級(jí)自動(dòng)駕駛車輛時(shí)分心的情況下如何促使操作員關(guān)注道路情況。第二個(gè)目的是研究隨著時(shí)間推移這些提示的有效性。

方法

56 名參與者在受控試驗(yàn)跑道上駕駛 L2 級(jí)自動(dòng)駕駛車輛，每次時(shí)長(zhǎng) 1 小時(shí)，共進(jìn)行 3 次。參與者被要求在實(shí)驗(yàn)人員的指令下執(zhí)行幾項(xiàng)視覺(jué)注意力高度集中的非駕駛?cè)蝿?wù)。（非駕駛?cè)蝿?wù)是那些不涉及車輛控制的任務(wù)。實(shí)驗(yàn)人員會(huì)遞給參與者卡片，上面寫著諸如：向特定地址發(fā)送電子郵件并詢問(wèn)特定問(wèn)題、輸入卡片上注明的特定數(shù)字 - 街道 - 城市 - 州地址，或者訪問(wèn)某個(gè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)站并根據(jù)該網(wǎng)站信息回答問(wèn)題等任務(wù)。）通過(guò)組間設(shè)計(jì)，參與者會(huì)體驗(yàn)三種注意力提示類型中的一種。當(dāng)他們連續(xù) 2 秒停止監(jiān)測(cè)駕駛環(huán)境、連續(xù) 7 秒停止監(jiān)測(cè)駕駛環(huán)境時(shí)會(huì)收到提示，或者完全不收到提示。這些提示由分階段的視覺(jué)警報(bào)、視覺(jué)與觸覺(jué)座椅警報(bào)以及視覺(jué)、觸覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)警報(bào)組合而成。提示的每個(gè)階段持續(xù) 5 秒或直到參與者作出反應(yīng)。

在每次實(shí)驗(yàn)中，參與者還會(huì)經(jīng)歷智能駕駛系統(tǒng)的正常運(yùn)行、無(wú)警報(bào)的意外車道偏離，或者伴有視覺(jué)和觸覺(jué)緊急警報(bào)的意外車道偏離情況。（與實(shí)驗(yàn) 1 一樣，當(dāng)操作員在執(zhí)行非駕駛?cè)蝿?wù)且相鄰車道無(wú)其他車輛時(shí)，車內(nèi)實(shí)驗(yàn)人員觸發(fā)車道偏離情況。）請(qǐng)注意，盡管在本研究中警報(bào)和提示就其產(chǎn)生原因而言有本質(zhì)區(qū)別，但并未向參與者解釋這些區(qū)別。對(duì)于處于 2 秒和 7 秒提示條件下的參與者來(lái)說(shuō)，他們?cè)谲嚨榔x時(shí)收到的警報(bào)與他們因?qū)︸{駛環(huán)境的注意力情況而收到的提示無(wú)法區(qū)分。提示是由參與者的注意力狀態(tài)觸發(fā)的，而車道偏離警報(bào)是由車內(nèi)實(shí)驗(yàn)人員在車輛偏離車道的適當(dāng)時(shí)間啟動(dòng)的。

研究結(jié)果

總體而言，提示在讓參與者留意道路方面是有效的。然而，這些提示以不同的方式起作用。7 秒提示在呈現(xiàn)后提高了參與者對(duì)道路的注意力（圖 ES - 1）。這種提高隨著時(shí)間的推移也得以持續(xù)。然而，由于只有當(dāng)參與者連續(xù) 7 秒注意力不集中時(shí)才會(huì)發(fā)出提示，所以只有在參與者對(duì)駕駛環(huán)境極度不注意時(shí)才會(huì)有提示。這反映在提示前觀察到的低監(jiān)測(cè)率上。相比之下，研究發(fā)現(xiàn) 2 秒提示在呈現(xiàn)后并未提高參與者對(duì)駕駛環(huán)境的注意力（圖 ES - 1）。不過(guò)，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，2 秒提示確實(shí)使參與者的注意力達(dá)到最高水平。出現(xiàn)這種情況可能是因?yàn)?2 秒提示比 7 秒提示出現(xiàn)得更頻繁，而且是在參與者對(duì)駕駛環(huán)境還未極度不注意之前就出現(xiàn)了?？傮w而言，結(jié)果表明，在操作配備 L2 級(jí)智能駕駛系統(tǒng)的車輛時(shí)，2 秒提示比 7 秒提示更能促使操作員留意駕駛環(huán)境。然而，需要注意的是，參與者并未被告知他們收到提示的原因。相反，（在研究開(kāi)始時(shí)）只告訴他們收到提示時(shí)該怎么做。因此，操作員在收到提示后對(duì)駕駛環(huán)境的關(guān)注，在某種程度上可能是為了弄清楚他們最初為什么會(huì)收到警報(bào)。還必須注意到，有參與者忽略了提示的第一階段（僅視覺(jué)警報(bào)），只有在收到觸覺(jué)警報(bào)（在他們注意力不集中 5 秒后出現(xiàn)）時(shí)才做出反應(yīng)。因此，未來(lái)的研究應(yīng)該探索針對(duì) 2 秒提示的其他人機(jī)界面方法，以確定既能有效引起操作員即時(shí)反應(yīng)又不會(huì)讓他們厭煩的提示。

圖 ES - 1. 參與者在收到 2 秒提示、7 秒提示或無(wú)提示情況下，前后的監(jiān)測(cè)率當(dāng)發(fā)生意車道偏離時(shí)，視覺(jué)加觸覺(jué)的緊急警報(bào)能有效讓參與者重新控制車輛。如果參與者收到警報(bào)，他們需要 2.4 秒來(lái)應(yīng)對(duì)意外車道偏離并重新控制車輛。（注意，警報(bào)和車道偏離同時(shí)開(kāi)始。）當(dāng)沒(méi)有收到警報(bào)時(shí)，許多參與者需要得到重新控制車輛的指令（49 名未收到警報(bào)的參與者中有 23 人需要指令，而 54 名收到警報(bào)的參與者中只有 1 人需要）。那些沒(méi)有警報(bào)或沒(méi)有實(shí)驗(yàn)人員指令就重新控制車輛的人需要 4.4 秒才能重新控制。這凸顯了警報(bào)在通知操作員車道保持性能問(wèn)題方面的價(jià)值。與實(shí)驗(yàn) 1 類似，參與者表示在體驗(yàn)部分自動(dòng)化之前、期間和之后都非常信任它。部分參與者（56 人中有 16 人）表示在參加這項(xiàng)研究之前就聽(tīng)說(shuō)過(guò)自動(dòng)駕駛車輛。然而，在沒(méi)有警報(bào)的情況下經(jīng)歷車道保持性能問(wèn)題的參與者對(duì)自動(dòng)化的信任有所降低。這表明操作員可能已經(jīng)在一定程度上根據(jù)自動(dòng)化的能力調(diào)整了他們的信任程度。第三個(gè)實(shí)驗(yàn)的目的是研究人機(jī)界面（HMI）的哪些特性在提醒操作員重新控制 L3 級(jí)自動(dòng)駕駛車輛方面是有效的，并確定操作員與駕駛?cè)蝿?wù)相關(guān)自動(dòng)化功能之間的轉(zhuǎn)。

實(shí)驗(yàn) 3 - 提醒操作員重新控制 L3 級(jí)自動(dòng)駕駛車輛方法

25 名參與者在受控試驗(yàn)跑道上駕駛一輛可模擬 L3 級(jí)自動(dòng)駕駛車輛（使用 “自動(dòng)駕駛” 原型系統(tǒng)）90 分鐘。他們會(huì)拿到一臺(tái)平板電腦，并可隨意使用。車內(nèi)時(shí)間被分為三個(gè) 30 分鐘的時(shí)段。每個(gè)時(shí)段參與者會(huì)收到一次接管請(qǐng)求（TOR）警報(bào)。他們?cè)跓o(wú)外部威脅的情況下收到分階段警報(bào)、在無(wú)外部威脅的情況下收到緊急警報(bào)，以及在有外部威脅（路上出現(xiàn)一個(gè)顯露的箱子）時(shí)收到緊急警報(bào)。在本實(shí)驗(yàn)中，分階段警報(bào)包含多個(gè)階段，隨著時(shí)間推移，警報(bào)嚴(yán)重程度增加。在本實(shí)驗(yàn)中，分階段警報(bào)由以下四個(gè)階段組成：1）一個(gè)短音，隨后是一條信息，要求操作員準(zhǔn)備手動(dòng)控制（包括一個(gè)倒計(jì)時(shí)計(jì)時(shí)器）；2）除了有動(dòng)畫的人機(jī)界面顯示外，還會(huì)播放警示性語(yǔ)音警報(bào)，顯示 “請(qǐng)關(guān)閉自動(dòng)駕駛” 指令，持續(xù) 10 秒；3）除了橙色視覺(jué)警報(bào)外，還會(huì)重復(fù)播放警示音，顯示 “立即關(guān)閉自動(dòng)駕駛” 指令，持續(xù) 10 秒；4）除了紅色視覺(jué)警報(bào)外，還會(huì)重復(fù)播放緊急音，顯示 “立即關(guān)閉自動(dòng)駕駛” 指令，持續(xù) 10 秒，同時(shí)自動(dòng)化系統(tǒng)開(kāi)始剎車。緊急警報(bào)（無(wú)論有無(wú)外部威脅）由紅色視覺(jué)警報(bào)組成，顯示 “立即關(guān)閉自動(dòng)駕駛” 指令，持續(xù) 10 秒，同時(shí)自動(dòng)化系統(tǒng)剎車。然后對(duì)參與者對(duì)這些警報(bào)的反應(yīng)進(jìn)行研究（例如，反應(yīng)時(shí)間、重新控制時(shí)間）。

研究結(jié)果

在無(wú)外部危險(xiǎn)的情況下，與收到分階段警報(bào)（平均時(shí)間為 17.0 秒 [標(biāo)準(zhǔn)誤差 = 1.2 秒]）相比，參與者收到緊急警報(bào)時(shí)能更快地重新控制車輛（平均時(shí)間為 2.3 秒 [標(biāo)準(zhǔn)誤差 = 0.2 秒]）。這可能是因?yàn)榫o急警報(bào)直接給出了立即接管的指令，而分階段警報(bào)的信息階段給出的是一條要求操作員準(zhǔn)備手動(dòng)控制并帶有倒計(jì)時(shí)計(jì)時(shí)器的信息。較長(zhǎng)的反應(yīng)時(shí)間可能不是因?yàn)閰⑴c者忽視了分階段警報(bào)的信息階段，而是他們?cè)谧裱藱C(jī)界面給出的指令。也有可能是因?yàn)閰⑴c者看過(guò)展示分階段警報(bào)所有四個(gè)階段的視頻，所以他們可能沒(méi)有感覺(jué)到要立即接管的緊迫性。重要的是，所有收到分階段警報(bào)的參與者在警報(bào)到達(dá)第三階段之前就重新控制了車輛（圖 ES - 2）。

圖 ES - 2. 出現(xiàn)分階段警報(bào)時(shí)重新控制 3 級(jí)自動(dòng)駕駛車輛的時(shí)間

在有外部威脅的情況下收到緊急警報(bào)后，參與者重新控制 3 級(jí)自動(dòng)駕駛車輛的速度（平均時(shí)間為 2.1 秒 [標(biāo)準(zhǔn)誤差 = 0.1 秒]）與在無(wú)外部威脅情況下（平均時(shí)間為 2.3 秒 [標(biāo)準(zhǔn)誤差 = 0.2 秒]）一樣快。這可能是因?yàn)榫o急警報(bào)是在 10 秒的接管請(qǐng)求（TOR）時(shí)間發(fā)出的。（注意：對(duì)于有外部威脅的緊急警報(bào)和無(wú)外部威脅的緊急警報(bào)這兩種情況，由于在發(fā)出接管請(qǐng)求時(shí)車輛會(huì)自動(dòng)減速，反應(yīng)的時(shí)間緩沖也增加了。）因此，在箱子構(gòu)成威脅之前，為參與者提供了相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，讓他們能夠從容地接管控制。

與實(shí)驗(yàn) 1 和 2 類似，在實(shí)驗(yàn)前信任度評(píng)價(jià)很高。此外，信任度隨著時(shí)間推移顯著提高。然而，應(yīng)該注意的是，這可能是因?yàn)?25 名參與者中有 11 人在參與之前就聽(tīng)說(shuō)過(guò)自動(dòng)駕駛車輛。在之前就知道自動(dòng)駕駛車輛的 11 名參與者中，有 10 人特別提到了谷歌自動(dòng)駕駛汽車。

在警報(bào)發(fā)出后，觀察到參與者啟動(dòng)自動(dòng)化并放開(kāi)駕駛?cè)蝿?wù)的控制權(quán)。研究發(fā)現(xiàn)，一旦啟動(dòng)自動(dòng)化，放開(kāi)駕駛?cè)蝿?wù)控制權(quán)所需的時(shí)間受之前警報(bào)的嚴(yán)重程度和場(chǎng)景的影響。當(dāng)出現(xiàn)分階段警報(bào)時(shí)，參與者需要 1.4 秒（標(biāo)準(zhǔn)誤差 = 0.2 秒）放開(kāi)控制權(quán)；當(dāng)出現(xiàn)無(wú)外部威脅的緊急警報(bào)時(shí)，需要 1.8 秒（標(biāo)準(zhǔn)誤差 = 0.3 秒）放開(kāi)控制權(quán)；當(dāng)因路上出現(xiàn)意外箱子而收到緊急警報(bào)時(shí)，需要 2.7 秒（標(biāo)準(zhǔn)誤差 = 0.5 秒）放開(kāi)控制權(quán)。這表明，隨著場(chǎng)景嚴(yán)重程度的增加，參與者可能對(duì)將控制權(quán)交回自動(dòng)化系統(tǒng)變得更加謹(jǐn)慎。然而，需要注意的是，參與者仍然表示他們有很高的信任度。

研究問(wèn)題 1 - 駕駛員如何與具備 L2 級(jí)和 L3 級(jí)自動(dòng)化的車輛交互及操作這些車輛？

研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)考慮參與者在遇到意外事件時(shí)重新控制車輛所需的時(shí)間、他們是否未注意到接管請(qǐng)求（TOR）警報(bào)或?qū)ζ涓械嚼Щ?，以及在需要時(shí)他們是否持續(xù)留意道路等方面，來(lái)評(píng)估自動(dòng)駕駛車輛的操作情況。在經(jīng)過(guò)測(cè)試的最有效的警報(bào)方式下，當(dāng)遇到意外事件（即駕駛配備 L2 級(jí)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的車輛時(shí)出現(xiàn)意外車道偏離，駕駛配備 L3 級(jí)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的車輛時(shí)路上出現(xiàn)意外障礙物）時(shí)，參與者能在相對(duì)較短的時(shí)間內(nèi)重新控制部分自動(dòng)駕駛車輛。當(dāng)收到視覺(jué)和觸覺(jué)的緊急警報(bào)時(shí)，參與者重新控制配備 L2 級(jí)智能駕駛系統(tǒng)的車輛平均耗時(shí) 1.2 秒（標(biāo)準(zhǔn)誤差 = 0.1 秒）；當(dāng)收到視覺(jué)加聽(tīng)覺(jué)的緊急警報(bào)且車輛自動(dòng)剎車時(shí)，他們重新控制配備 L3 級(jí)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的車輛平均耗時(shí) 2.1 秒（標(biāo)準(zhǔn)誤差 = 0.1 秒）。需要注意的是，在發(fā)出緊急警報(bào)時(shí)意外事件的嚴(yán)重程度相對(duì)較低；在發(fā)出警報(bào)時(shí)車道偏離尚未發(fā)生，對(duì)于 L3 級(jí)系統(tǒng)中遇到的障礙物情況，接管請(qǐng)求是在距碰撞還有 10 秒時(shí)發(fā)出的。

然而，參與者會(huì)遺漏一些警報(bào)。這凸顯了人機(jī)界面（HMI）在支持人機(jī)安全交互方面的重要性。數(shù)據(jù)顯示，操作員可能對(duì)單純的視覺(jué)警示性警報(bào)反應(yīng)遲緩，甚至完全遺漏。然而，將視覺(jué)警報(bào)與非視覺(jué)模式（如觸覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)）相結(jié)合并非簡(jiǎn)單的解決方案，因?yàn)檫@樣做會(huì)增加操作員產(chǎn)生厭煩情緒的可能性。

參與者在自動(dòng)化操作方面的表現(xiàn)隨著時(shí)間在某些方面有所變化。在實(shí)驗(yàn) 2 中，隨著研究時(shí)長(zhǎng)在 3 小時(shí)內(nèi)的推移，參與者對(duì)提示做出反應(yīng)所需的時(shí)間變長(zhǎng)。他們?cè)诘谝粋€(gè)小時(shí)內(nèi)的平均反應(yīng)時(shí)間是 2.4 秒（標(biāo)準(zhǔn)誤差 = 0.2 秒），在第二個(gè)小時(shí)是 3.0 秒（標(biāo)準(zhǔn)誤差 = 0.3 秒），在第三個(gè)小時(shí)是 3.0 秒（標(biāo)準(zhǔn)誤差 = 0.2 秒）。這可能是因?yàn)?2 秒和 7 秒提示并非針對(duì)需要采取糾正措施的自動(dòng)化性能問(wèn)題而發(fā)出的。

研究問(wèn)題 2 - 操作員參與次要任務(wù)以及因次要任務(wù)而中斷操作對(duì)系統(tǒng)性能有哪些風(fēng)險(xiǎn)？

研究發(fā)現(xiàn)，一些駕駛配備 L2 級(jí)智能系統(tǒng)車輛的操作員在執(zhí)行非駕駛?cè)蝿?wù)時(shí)會(huì)忽略注意力提示的第一階段（5 秒視覺(jué)警報(bào)）。也有一些駕駛配備 L3 級(jí)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)車輛的操作員直到接管請(qǐng)求警報(bào)的第二階段發(fā)出（第一階段開(kāi)始 20 秒后）才重新控制車輛。數(shù)據(jù)表明，一些操作員會(huì)將優(yōu)先級(jí)從與駕駛相關(guān)的任務(wù)完全轉(zhuǎn)向與非駕駛相關(guān)的任務(wù)。當(dāng)操作員將優(yōu)先級(jí)轉(zhuǎn)移到非駕駛?cè)蝿?wù)時(shí)，他們因感覺(jué)有義務(wù)先完成非駕駛?cè)蝿?wù)，從而對(duì)與駕駛相關(guān)的提示和警報(bào)做出響應(yīng)的準(zhǔn)備狀態(tài)會(huì)延遲。

研究問(wèn)題 3 - 系統(tǒng)和操作員之間最有效的交接策略是什么？

在這項(xiàng)研究中，最有效的交接策略是那些包含非視覺(jué)成分的策略。在實(shí)驗(yàn) 1 和 2 涉及的 L2 級(jí)智能駕駛車輛中，當(dāng)參與者收到視覺(jué)和觸覺(jué)座椅相結(jié)合的警報(bào)時(shí)，他們重新控制車輛的速度最快。在實(shí)驗(yàn) 2 中，一些參與者甚至忽略了視覺(jué)提示，只有當(dāng)提示包含觸覺(jué)成分時(shí)才做出反應(yīng)?？紤]到操作員在執(zhí)行非駕駛?cè)蝿?wù)時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)主要任務(wù)注意力反轉(zhuǎn)的情況，在交接策略中包含非視覺(jué)成分可能會(huì)產(chǎn)生最佳效果。其他類型的視覺(jué)警報(bào)可能也有效。

有趣的是，在涉及 L3 級(jí)自動(dòng)駕駛車輛的實(shí)驗(yàn) 3 中表明，當(dāng)操作員收到視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)元素相結(jié)合的信息警報(bào)時(shí)，他們重新控制車輛所需的時(shí)間會(huì)大幅延遲。然而，這種延遲可能是人機(jī)界面（HMI）通知操作員 “準(zhǔn)備” 接管（而不是要求立即接管）以及向他們展示有多少反應(yīng)時(shí)間（在這種情況下有一個(gè)倒計(jì)時(shí)計(jì)時(shí)器）所導(dǎo)致的結(jié)果。因此，如果人機(jī)界面告知操作員他們有時(shí)間準(zhǔn)備重新控制，許多人可能會(huì)利用這段時(shí)間完成他們的非駕駛活動(dòng)。

研究問(wèn)題 4 - 操作員如何參與、脫離和重新參與駕駛?cè)蝿?wù)？

當(dāng)自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)出接管請(qǐng)求（TOR）警報(bào)時(shí)，操作員參與駕駛?cè)蝿?wù)的情況通過(guò)他們做出反應(yīng)并重新控制所需的時(shí)間以及重新控制所采取的行動(dòng)順序來(lái)體現(xiàn)。重新啟動(dòng)自動(dòng)化并放開(kāi)控制權(quán)所需的時(shí)間也進(jìn)行了評(píng)估（表 ES - 1）。根據(jù)不同的研究，參與者對(duì)接管請(qǐng)求警報(bào)做出反應(yīng)（例如，向前看）平均在 1.2 秒內(nèi)。參與者傾向于先握住方向盤來(lái)重新控制 L2 級(jí)智能駕駛車輛。這平均需要 1.3 秒到 2.4 秒。如果收到信息警報(bào)，參與者傾向于按下方向盤上的關(guān)閉按鈕來(lái)重新控制 L3 級(jí)自動(dòng)駕駛車輛。然而，參與者花費(fèi)了大部分分配時(shí)間來(lái)執(zhí)行此操作，平均時(shí)間為 17 秒。相比之下，如果收到緊急警報(bào)，操作 L3 級(jí)自動(dòng)駕駛車輛的參與者傾向于立即踩剎車。這平均耗時(shí)不到 2.3 秒。也許參與者在此處踩剎車是因?yàn)榫o急警報(bào)所傳達(dá)的緊迫性。

關(guān)于在短暫手動(dòng)控制后重新啟動(dòng)自動(dòng)化，一旦自動(dòng)化系統(tǒng)可用，參與者平均花費(fèi)不到 4.6 秒放開(kāi)控制權(quán)。這個(gè)時(shí)間有些波動(dòng)，可能取決于各種因素，可能包括參與者在收到第一階段的分階段警報(bào)后是否認(rèn)為自動(dòng)化系統(tǒng)會(huì)進(jìn)入更嚴(yán)重的警告狀態(tài)（如分階段警報(bào)的情況）。

研究問(wèn)題 5 - 在 L2 級(jí)和 L3 級(jí)自動(dòng)化的各種操作概念下，操作員的表現(xiàn)如何？

這三項(xiàng)實(shí)驗(yàn)是在試驗(yàn)跑道設(shè)施中進(jìn)行的，通過(guò)使用多輛協(xié)同車輛來(lái)模擬高速公路速度下的混合交通狀況。在這些條件下，當(dāng)使用有效的人機(jī)界面（HMI）時(shí)，參與者與自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行交互，并且表現(xiàn)得相當(dāng)不錯(cuò)。然而，如前文所述，當(dāng)操作員沒(méi)有察覺(jué)到人機(jī)界面信息時(shí)（例如操作員在從事非駕駛?cè)蝿?wù)時(shí)），操作員的表現(xiàn)可能會(huì)大幅下降。需要注意的是，在 2 級(jí)自動(dòng)化情況下，操作員需要持續(xù)監(jiān)測(cè)道路。他們?cè)趫?zhí)行視覺(jué)干擾性任務(wù)時(shí)重新控制自動(dòng)駕駛車輛的表現(xiàn)代表了一種嚴(yán)峻但很現(xiàn)實(shí)的使用場(chǎng)景。有趣的是，當(dāng)在路上靠近其他車輛行駛時(shí)，參與者會(huì)迅速將控制權(quán)交還給自動(dòng)駕駛車輛。這進(jìn)一步凸顯了在研究過(guò)程中參與者對(duì)部分自動(dòng)化系統(tǒng)持續(xù)保持的信任。

研究問(wèn)題 6 - 對(duì)于優(yōu)化 L2 級(jí)和 L3 級(jí)系統(tǒng)安全運(yùn)行的人機(jī)界面概念，哪些是最有效的？

在經(jīng)過(guò)測(cè)試的人機(jī)界面（HMI）概念中，最有效的是那些除了視覺(jué)警報(bào)之外還包含非視覺(jué)警報(bào)的概念。在執(zhí)行非駕駛?cè)蝿?wù)時(shí)，一些參與者出現(xiàn)了主要任務(wù)反轉(zhuǎn)的情況，他們選擇優(yōu)先完成非駕駛?cè)蝿?wù)，而非優(yōu)先操作部分自動(dòng)駕駛車輛。這種現(xiàn)象（對(duì)車輛自動(dòng)化的過(guò)度依賴）有可能抵消自動(dòng)駕駛車輛技術(shù)帶來(lái)的許多安全益處。與僅依賴視覺(jué)警報(bào)的人機(jī)界面概念相比，包含聽(tīng)覺(jué)和觸覺(jué)成分的人機(jī)界面概念在參與者執(zhí)行視覺(jué)注意力高度集中的任務(wù)時(shí)更能成功吸引他們的注意力，而且在引發(fā)安全響應(yīng)方面也更為有效。需要注意的是，視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)和觸覺(jué)警報(bào)有許多不同類型，可能會(huì)產(chǎn)生與本研究不同的結(jié)果。

出現(xiàn)這種情況的一個(gè)原因可能是，當(dāng)參與者在執(zhí)行視覺(jué)注意力高度集中的非駕駛?cè)蝿?wù)時(shí)，觸覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)警報(bào)的全方位特性使操作員能夠察覺(jué)到警報(bào)。然而，另一個(gè)原因可能是觸覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)警報(bào)比單純的視覺(jué)警報(bào)傳達(dá)出更高的緊迫性。

在此需要注意的是，考慮使用單純的視覺(jué)警報(bào)概念是為了降低惹惱車輛操作員的可能性。人們擔(dān)心，持續(xù)產(chǎn)生聽(tīng)覺(jué)或觸覺(jué)警報(bào)的人機(jī)界面會(huì)讓操作員覺(jué)得煩擾難耐，進(jìn)而可能導(dǎo)致他們不購(gòu)買具有自動(dòng)化技術(shù)安全優(yōu)勢(shì)的車輛。因此，謹(jǐn)慎平衡警報(bào)方法的醒目程度、緊迫性和煩擾程度非常重要。未來(lái)的研究將有助于更好地理解如何針對(duì)部分自動(dòng)駕駛車輛優(yōu)化人機(jī)界面。

總結(jié)

這項(xiàng)研究調(diào)查了操作員在混合交通的受控試驗(yàn)跑道上與 2 級(jí)和 3 級(jí)部分自動(dòng)駕駛車輛交互的情況。研究表明，不同的人機(jī)界面元素對(duì)操作員與這些車輛的交互方式有很大影響?？傮w而言，參與者非常信任自動(dòng)化系統(tǒng)的能力。雖然這種信任對(duì)于自動(dòng)駕駛技術(shù)的廣泛應(yīng)用至關(guān)重要，但也觀察到參與者會(huì)將非駕駛活動(dòng)置于車輛操作之上，并且在收到接管請(qǐng)求時(shí)不予理會(huì)。未來(lái)的研究可以對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行探索，以幫助優(yōu)化自動(dòng)化系統(tǒng)的人機(jī)界面。本研究中觀察到的駕駛員參與模式為支持 L2 級(jí)和 L3 級(jí)部分自動(dòng)駕駛車輛的人為因素設(shè)計(jì)原則的未來(lái)發(fā)展提供了數(shù)據(jù)和證據(jù)。

本文由小明師兄翻譯，原文作者 Blanco, M., Atwood, J., Vasquez, H. M., Trimble, T. E., Fitchett, V. L., Radlbeck, J., ... & Morgan