L2和L3級智能駕駛車輛駕駛員的角色轉(zhuǎn)變研究

自動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?？梢约僭O(shè)，在智能駕駛系統(tǒng)控制車輛之時，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）。對于 L2 級和 L3 級智能駕駛車輛，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，駕駛員成為間歇性操作員（即駕駛員只是有時承擔(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”。

在本項目開始時，各種各樣的自動駕駛車輛技術(shù)和概念開始涌現(xiàn)。美國國家公路交通安全管理局（NHTSA）用五個自動化等級來描述這些技術(shù)。這些等級描述了從控制系統(tǒng)完全沒有自動化的車輛（L0 級）到完全自動化車輛（L4 級）的車輛控制連續(xù)體。本研究的目的是調(diào)查操作員在 L2 級和 L3 級自動化下如何與部分自動化系統(tǒng)交互。之所以關(guān)注 L2 級和 L3 級，是因為在這兩個級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 級和 L3 級（來自美國國家公路交通安全管理局 2013 年資料）的定義如下：

L2 級智能駕駛

L2 級 “涉及至少兩個主要控制功能的自動化，這些功能協(xié)同工作，減輕駕駛員對這些功能的控制。在這種自動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主要控制權(quán)時可以使用共享權(quán)限。駕駛員仍然負(fù)責(zé)監(jiān)測道路情況和安全操作，并應(yīng)隨時準(zhǔn)備在短時間內(nèi)接管控制。系統(tǒng)可以在無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 級系統(tǒng)得以實現(xiàn)的組合功能的一個例子是自適應(yīng)巡航控制與車道居中功能的結(jié)合。L1 級和 L2 級之間的主要區(qū)別在于，在 L2 級中，在系統(tǒng)設(shè)計的特定操作條件下，啟用了自動操作模式，駕駛員可同時將手從方向盤上移開且腳從踏板上移開，不再實際操作車輛?！?/p>

L3 級有限自動駕駛

具有 L3 級自動駕駛的車輛 “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)測需要轉(zhuǎn)換回駕駛員控制的條件變化。預(yù)計駕駛員偶爾需要接管控制，但有足夠充裕的轉(zhuǎn)換時間。車輛設(shè)計用于確保在自動駕駛模式下的安全運行。例如，一輛自動駕駛汽車可以判斷系統(tǒng)何時無法再支持自動化，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，并為駕駛員提供適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換時間，以便安全地重新獲得手動控制。L2 級和 L3 級之間的主要區(qū)別在于，在 L3 級情況下，車輛設(shè)計為駕駛員在駕駛時無需持續(xù)監(jiān)測道路情況?！?/p>

這項研究重點關(guān)注駕駛員（或者更確切地說是操作員）在自動駕駛和非自動駕駛車輛操作之間如何轉(zhuǎn)換，以及人機界面（HMI）如何影響這種交互。在受控試驗跑道上，利用部分自動駕駛車輛的原型系統(tǒng)進(jìn)行了三項人為因素實驗，以回答美國國家公路交通安全管理局提出的六個研究問題。下面描述這三項實驗，隨后介紹研究的主要發(fā)現(xiàn)。

每項研究都包括一個熟悉過程，在此期間，會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，參與者會被告知如何知曉系統(tǒng)已準(zhǔn)備好啟動自動化。所有三個原型系統(tǒng)都清楚地顯示了系統(tǒng)何時準(zhǔn)備好啟動自動化。

具有 L3 級自動化的車輛 “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)測需要轉(zhuǎn)換回駕駛員控制的條件變化。預(yù)計駕駛員偶爾需要接管控制，但有足夠充裕的轉(zhuǎn)換時間。車輛設(shè)計用于確保在自動駕駛模式下的安全運行。例如，一輛自動駕駛汽車可以判斷系統(tǒng)何時無法再支持自動化，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，并為駕駛員提供適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換時間，以便安全地重新獲得手動控制。L2 級和 L3 級之間的主要區(qū)別在于，在 L3 級情況下，車輛設(shè)計為駕駛員在駕駛時無需持續(xù)監(jiān)測道路情況?！边@項研究重點關(guān)注駕駛員（或者更確切地說是操作員）在自動駕駛和非自動駕駛車輛操作之間如何轉(zhuǎn)換，以及人機界面（HMI）如何影響這種交互。在受控試驗跑道上，利用部分自動駕駛車輛的原型系統(tǒng)進(jìn)行了三項人為因素實驗，以回答美國國家公路交通安全管理局提出的六個研究問題。下面描述這三項實驗，隨后介紹研究的主要發(fā)現(xiàn)。每項研究都包括一個熟悉過程，在此期間，會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，參與者會被告知如何知曉系統(tǒng)已準(zhǔn)備好啟動自動化。所有三個原型系統(tǒng)都清楚地顯示了系統(tǒng)何時準(zhǔn)備好啟動自動化。

實驗 1 - 提醒操作員重新控制 L2 級自動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駕駛車輛。本實驗的目的是研究人機界面（HMI）的哪些特性在發(fā)出接管請求（TOR）時最有效，并確定操作員與駕駛?cè)蝿?wù)相關(guān)自動化功能之間的轉(zhuǎn)換時間。

方法

25 名參與者在受控試驗跑道上駕駛 L2 級自動駕駛車輛 90 分鐘。參與者被要求在車內(nèi)實驗人員的指令下執(zhí)行幾項視覺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)。實驗人員會遞給參與者卡片，上面寫著諸如：向特定地址發(fā)送電子郵件并詢問特定問題、輸入卡片上注明的特定數(shù)字 - 街道 - 城市 - 州地址，或者訪問某個互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)站并根據(jù)該網(wǎng)站信息回答問題等任務(wù)。）在整個實驗過程中，他們也會收到重新控制自動駕駛車輛的警報。共產(chǎn)生了六種類型的警報，其形式和嚴(yán)重程度各不相同。形式可以是視覺警報（單模態(tài)）或視覺與觸覺座椅警報相結(jié)合（多模態(tài)）。嚴(yán)重程度可以是警示性警報、緊急警報或分階段警報。（分階段警報包括兩個階段。在本實驗中，分階段警報先是警示性警報階段，隨后是緊急警報階段；因此，隨著時間推移，警報的嚴(yán)重程度會增加。）這六種類型的警報每種呈現(xiàn)三次，總共 18 次（即三種不同類型警報各重復(fù)三次，每種警報以兩種形式呈現(xiàn)，僅視覺形式和視覺加觸覺形式）。警報是在沒有任何意外事件的情況下發(fā)出的。然而，在研究結(jié)束時，車內(nèi)實驗人員使車輛意外偏離車道。當(dāng)車道開始偏離時，參與者收到視覺和觸覺的緊急警報。本研究記錄了他們對警報響應(yīng)的特征（例如，反應(yīng)時間、重新控制車輛的時間）。

研究結(jié)果

警報形式對重新控制車輛所需的時間有顯著影響。當(dāng)視覺警報包含觸覺成分時（平均時間為 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警報時（平均時間為 4.8 秒 [標(biāo)準(zhǔn)誤差 = 0.5 秒]）更快。這可能是因為觸覺成分的特性使參與者在執(zhí)行非駕駛?cè)蝿?wù)時也能察覺到警報。如果警示性警報和緊急警報都包含觸覺成分，參與者在這兩種警報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。

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

當(dāng)緊急視覺和觸覺警報與意外的車道偏離同時發(fā)生時（平均時間為 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有意外車道偏離時（平均時間為 1.3 秒 [標(biāo)準(zhǔn)誤差 = 0.1 秒]）一樣快。然而，需要注意的是，由于警報是在車道開始偏離時發(fā)出的，大多數(shù)參與者在車輛在車道內(nèi)大幅移動之前就對警報做出了反應(yīng)，這使得這種情況與沒有車道偏離時發(fā)出警報的情形非常相似。不過，另一種解釋是，如果在車道保持性能出現(xiàn)問題時發(fā)出緊急視覺和觸覺警報，它們可以防止車輛大幅偏離車道。

總體而言，參與者表示在體驗部分自動化之前、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說過自動駕駛車輛。

實驗 2 - 在操作 L2 級自動駕駛車輛時促使操作員留意路況

第二個實驗研究了在操作 L2 級自動駕駛車輛時分心的情況下如何促使操作員關(guān)注道路情況。第二個目的是研究隨著時間推移這些提示的有效性。

方法

56 名參與者在受控試驗跑道上駕駛 L2 級自動駕駛車輛，每次時長 1 小時，共進(jìn)行 3 次。參與者被要求在實驗人員的指令下執(zhí)行幾項視覺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)。實驗人員會遞給參與者卡片，上面寫著諸如：向特定地址發(fā)送電子郵件并詢問特定問題、輸入卡片上注明的特定數(shù)字 - 街道 - 城市 - 州地址，或者訪問某個互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)站并根據(jù)該網(wǎng)站信息回答問題等任務(wù)。）通過組間設(shè)計，參與者會體驗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)測駕駛環(huán)境、連續(xù) 7 秒停止監(jiān)測駕駛環(huán)境時會收到提示，或者完全不收到提示。這些提示由分階段的視覺警報、視覺與觸覺座椅警報以及視覺、觸覺和聽覺警報組合而成。提示的每個階段持續(xù) 5 秒或直到參與者作出反應(yīng)。

在每次實驗中，參與者還會經(jīng)歷智能駕駛系統(tǒng)的正常運行、無警報的意外車道偏離，或者伴有視覺和觸覺緊急警報的意外車道偏離情況。（與實驗 1 一樣，當(dāng)操作員在執(zhí)行非駕駛?cè)蝿?wù)且相鄰車道無其他車輛時，車內(nèi)實驗人員觸發(fā)車道偏離情況。）請注意，盡管在本研究中警報和提示就其產(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。對于處于 2 秒和 7 秒提示條件下的參與者來說，他們在車道偏離時收到的警報與他們因?qū)︸{駛環(huán)境的注意力情況而收到的提示無法區(qū)分。提示是由參與者的注意力狀態(tài)觸發(fā)的，而車道偏離警報是由車內(nèi)實驗人員在車輛偏離車道的適當(dāng)時間啟動的。

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)后提高了參與者對道路的注意力（圖 ES - 1）。這種提高隨著時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 秒注意力不集中時才會發(fā)出提示，所以只有在參與者對駕駛環(huán)境極度不注意時才會有提示。這反映在提示前觀察到的低監(jiān)測率上。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駕駛環(huán)境的注意力（圖 ES - 1）。不過，在整個實驗過程中，2 秒提示確實使參與者的注意力達(dá)到最高水平。出現(xiàn)這種情況可能是因為 2 秒提示比 7 秒提示出現(xiàn)得更頻繁，而且是在參與者對駕駛環(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 級智能駕駛系統(tǒng)的車輛時，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，（在研究開始時）只告訴他們收到提示時該怎么做。因此，操作員在收到提示后對駕駛環(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收到警報。還必須注意到，有參與者忽略了提示的第一階段（僅視覺警報），只有在收到觸覺警報（在他們注意力不集中 5 秒后出現(xiàn)）時才做出反應(yīng)。因此，未來的研究應(yīng)該探索針對 2 秒提示的其他人機界面方法，以確定既能有效引起操作員即時反應(yīng)又不會讓他們厭煩的提示。

圖 ES - 1. 參與者在收到 2 秒提示、7 秒提示或無提示情況下，前后的監(jiān)測率當(dāng)發(fā)生意車道偏離時，視覺加觸覺的緊急警報能有效讓參與者重新控制車輛。如果參與者收到警報，他們需要 2.4 秒來應(yīng)對意外車道偏離并重新控制車輛。（注意，警報和車道偏離同時開始。）當(dāng)沒有收到警報時，許多參與者需要得到重新控制車輛的指令（49 名未收到警報的參與者中有 23 人需要指令，而 54 名收到警報的參與者中只有 1 人需要）。那些沒有警報或沒有實驗人員指令就重新控制車輛的人需要 4.4 秒才能重新控制。這凸顯了警報在通知操作員車道保持性能問題方面的價值。與實驗 1 類似，參與者表示在體驗部分自動化之前、期間和之后都非常信任它。部分參與者（56 人中有 16 人）表示在參加這項研究之前就聽說過自動駕駛車輛。然而，在沒有警報的情況下經(jīng)歷車道保持性能問題的參與者對自動化的信任有所降低。這表明操作員可能已經(jīng)在一定程度上根據(jù)自動化的能力調(diào)整了他們的信任程度。第三個實驗的目的是研究人機界面（HMI）的哪些特性在提醒操作員重新控制 L3 級自動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)自動化功能之間的轉(zhuǎn)。

實驗 3 - 提醒操作員重新控制 L3 級自動駕駛車輛方法

25 名參與者在受控試驗跑道上駕駛一輛可模擬 L3 級自動駕駛車輛（使用 “自動駕駛” 原型系統(tǒng)）90 分鐘。他們會拿到一臺平板電腦，并可隨意使用。車內(nèi)時間被分為三個 30 分鐘的時段。每個時段參與者會收到一次接管請求（TOR）警報。他們在無外部威脅的情況下收到分階段警報、在無外部威脅的情況下收到緊急警報，以及在有外部威脅（路上出現(xiàn)一個顯露的箱子）時收到緊急警報。在本實驗中，分階段警報包含多個階段，隨著時間推移，警報嚴(yán)重程度增加。在本實驗中，分階段警報由以下四個階段組成：1）一個短音，隨后是一條信息，要求操作員準(zhǔn)備手動控制（包括一個倒計時計時器）；2）除了有動畫的人機界面顯示外，還會播放警示性語音警報，顯示 “請關(guān)閉自動駕駛” 指令，持續(xù) 10 秒；3）除了橙色視覺警報外，還會重復(fù)播放警示音，顯示 “立即關(guān)閉自動駕駛” 指令，持續(xù) 10 秒；4）除了紅色視覺警報外，還會重復(fù)播放緊急音，顯示 “立即關(guān)閉自動駕駛” 指令，持續(xù) 10 秒，同時自動化系統(tǒng)開始剎車。緊急警報（無論有無外部威脅）由紅色視覺警報組成，顯示 “立即關(guān)閉自動駕駛” 指令，持續(xù) 10 秒，同時自動化系統(tǒng)剎車。然后對參與者對這些警報的反應(yīng)進(jìn)行研究（例如，反應(yīng)時間、重新控制時間）。

研究結(jié)果

在無外部危險的情況下，與收到分階段警報（平均時間為 17.0 秒 [標(biāo)準(zhǔn)誤差 = 1.2 秒]）相比，參與者收到緊急警報時能更快地重新控制車輛（平均時間為 2.3 秒 [標(biāo)準(zhǔn)誤差 = 0.2 秒]）。這可能是因為緊急警報直接給出了立即接管的指令，而分階段警報的信息階段給出的是一條要求操作員準(zhǔn)備手動控制并帶有倒計時計時器的信息。較長的反應(yīng)時間可能不是因為參與者忽視了分階段警報的信息階段，而是他們在遵循人機界面給出的指令。也有可能是因為參與者看過展示分階段警報所有四個階段的視頻，所以他們可能沒有感覺到要立即接管的緊迫性。重要的是，所有收到分階段警報的參與者在警報到達(dá)第三階段之前就重新控制了車輛（圖 ES - 2）。

圖 ES - 2. 出現(xiàn)分階段警報時重新控制 3 級自動駕駛車輛的時間

在有外部威脅的情況下收到緊急警報后，參與者重新控制 3 級自動駕駛車輛的速度（平均時間為 2.1 秒 [標(biāo)準(zhǔn)誤差 = 0.1 秒]）與在無外部威脅情況下（平均時間為 2.3 秒 [標(biāo)準(zhǔn)誤差 = 0.2 秒]）一樣快。這可能是因為緊急警報是在 10 秒的接管請求（TOR）時間發(fā)出的。（注意：對于有外部威脅的緊急警報和無外部威脅的緊急警報這兩種情況，由于在發(fā)出接管請求時車輛會自動減速，反應(yīng)的時間緩沖也增加了。）因此，在箱子構(gòu)成威脅之前，為參與者提供了相當(dāng)長的時間，讓他們能夠從容地接管控制。

與實驗 1 和 2 類似，在實驗前信任度評價很高。此外，信任度隨著時間推移顯著提高。然而，應(yīng)該注意的是，這可能是因為 25 名參與者中有 11 人在參與之前就聽說過自動駕駛車輛。在之前就知道自動駕駛車輛的 11 名參與者中，有 10 人特別提到了谷歌自動駕駛汽車。

在警報發(fā)出后，觀察到參與者啟動自動化并放開駕駛?cè)蝿?wù)的控制權(quán)。研究發(fā)現(xiàn)，一旦啟動自動化，放開駕駛?cè)蝿?wù)控制權(quán)所需的時間受之前警報的嚴(yán)重程度和場景的影響。當(dāng)出現(xiàn)分階段警報時，參與者需要 1.4 秒（標(biāo)準(zhǔn)誤差 = 0.2 秒）放開控制權(quán)；當(dāng)出現(xiàn)無外部威脅的緊急警報時，需要 1.8 秒（標(biāo)準(zhǔn)誤差 = 0.3 秒）放開控制權(quán)；當(dāng)因路上出現(xiàn)意外箱子而收到緊急警報時，需要 2.7 秒（標(biāo)準(zhǔn)誤差 = 0.5 秒）放開控制權(quán)。這表明，隨著場景嚴(yán)重程度的增加，參與者可能對將控制權(quán)交回自動化系統(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。

研究問題 1 - 駕駛員如何與具備 L2 級和 L3 級自動化的車輛交互及操作這些車輛？

研究團(tuán)隊通過考慮參與者在遇到意外事件時重新控制車輛所需的時間、他們是否未注意到接管請求（TOR）警報或?qū)ζ涓械嚼Щ?，以及在需要時他們是否持續(xù)留意道路等方面，來評估自動駕駛車輛的操作情況。在經(jīng)過測試的最有效的警報方式下，當(dāng)遇到意外事件（即駕駛配備 L2 級自動駕駛系統(tǒng)的車輛時出現(xiàn)意外車道偏離，駕駛配備 L3 級自動駕駛系統(tǒng)的車輛時路上出現(xiàn)意外障礙物）時，參與者能在相對較短的時間內(nèi)重新控制部分自動駕駛車輛。當(dāng)收到視覺和觸覺的緊急警報時，參與者重新控制配備 L2 級智能駕駛系統(tǒng)的車輛平均耗時 1.2 秒（標(biāo)準(zhǔn)誤差 = 0.1 秒）；當(dāng)收到視覺加聽覺的緊急警報且車輛自動剎車時，他們重新控制配備 L3 級自動駕駛系統(tǒng)的車輛平均耗時 2.1 秒（標(biāo)準(zhǔn)誤差 = 0.1 秒）。需要注意的是，在發(fā)出緊急警報時意外事件的嚴(yán)重程度相對較低；在發(fā)出警報時車道偏離尚未發(fā)生，對于 L3 級系統(tǒng)中遇到的障礙物情況，接管請求是在距碰撞還有 10 秒時發(fā)出的。

然而，參與者會遺漏一些警報。這凸顯了人機界面（HMI）在支持人機安全交互方面的重要性。數(shù)據(jù)顯示，操作員可能對單純的視覺警示性警報反應(yīng)遲緩，甚至完全遺漏。然而，將視覺警報與非視覺模式（如觸覺、聽覺）相結(jié)合并非簡單的解決方案，因為這樣做會增加操作員產(chǎn)生厭煩情緒的可能性。

參與者在自動化操作方面的表現(xiàn)隨著時間在某些方面有所變化。在實驗 2 中，隨著研究時長在 3 小時內(nèi)的推移，參與者對提示做出反應(yīng)所需的時間變長。他們在第一個小時內(nèi)的平均反應(yīng)時間是 2.4 秒（標(biāo)準(zhǔn)誤差 = 0.2 秒），在第二個小時是 3.0 秒（標(biāo)準(zhǔn)誤差 = 0.3 秒），在第三個小時是 3.0 秒（標(biāo)準(zhǔn)誤差 = 0.2 秒）。這可能是因為 2 秒和 7 秒提示并非針對需要采取糾正措施的自動化性能問題而發(fā)出的。

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

研究發(fā)現(xiàn)，一些駕駛配備 L2 級智能系統(tǒng)車輛的操作員在執(zhí)行非駕駛?cè)蝿?wù)時會忽略注意力提示的第一階段（5 秒視覺警報）。也有一些駕駛配備 L3 級自動駕駛系統(tǒng)車輛的操作員直到接管請求警報的第二階段發(fā)出（第一階段開始 20 秒后）才重新控制車輛。數(shù)據(jù)表明，一些操作員會將優(yōu)先級從與駕駛相關(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)先級轉(zhuǎn)移到非駕駛?cè)蝿?wù)時，他們因感覺有義務(wù)先完成非駕駛?cè)蝿?wù)，從而對與駕駛相關(guān)的提示和警報做出響應(yīng)的準(zhǔn)備狀態(tài)會延遲。

研究問題 3 - 系統(tǒng)和操作員之間最有效的交接策略是什么？

在這項研究中，最有效的交接策略是那些包含非視覺成分的策略。在實驗 1 和 2 涉及的 L2 級智能駕駛車輛中，當(dāng)參與者收到視覺和觸覺座椅相結(jié)合的警報時，他們重新控制車輛的速度最快。在實驗 2 中，一些參與者甚至忽略了視覺提示，只有當(dāng)提示包含觸覺成分時才做出反應(yīng)?？紤]到操作員在執(zhí)行非駕駛?cè)蝿?wù)時可能會出現(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成分可能會產(chǎn)生最佳效果。其他類型的視覺警報可能也有效。

有趣的是，在涉及 L3 級自動駕駛車輛的實驗 3 中表明，當(dāng)操作員收到視覺和聽覺元素相結(jié)合的信息警報時，他們重新控制車輛所需的時間會大幅延遲。然而，這種延遲可能是人機界面（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)時間（在這種情況下有一個倒計時計時器）所導(dǎo)致的結(jié)果。因此，如果人機界面告知操作員他們有時間準(zhǔn)備重新控制，許多人可能會利用這段時間完成他們的非駕駛活動。

研究問題 4 - 操作員如何參與、脫離和重新參與駕駛?cè)蝿?wù)？

當(dāng)自動化系統(tǒng)發(fā)出接管請求（TOR）警報時，操作員參與駕駛?cè)蝿?wù)的情況通過他們做出反應(yīng)并重新控制所需的時間以及重新控制所采取的行動順序來體現(xiàn)。重新啟動自動化并放開控制權(quán)所需的時間也進(jìn)行了評估（表 ES - 1）。根據(jù)不同的研究，參與者對接管請求警報做出反應(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重新控制 L2 級智能駕駛車輛。這平均需要 1.3 秒到 2.4 秒。如果收到信息警報，參與者傾向于按下方向盤上的關(guān)閉按鈕來重新控制 L3 級自動駕駛車輛。然而，參與者花費了大部分分配時間來執(zhí)行此操作，平均時間為 17 秒。相比之下，如果收到緊急警報，操作 L3 級自動駕駛車輛的參與者傾向于立即踩剎車。這平均耗時不到 2.3 秒。也許參與者在此處踩剎車是因為緊急警報所傳達(dá)的緊迫性。

關(guān)于在短暫手動控制后重新啟動自動化，一旦自動化系統(tǒng)可用，參與者平均花費不到 4.6 秒放開控制權(quán)。這個時間有些波動，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后是否認(rèn)為自動化系統(tǒng)會進(jìn)入更嚴(yán)重的警告狀態(tài)（如分階段警報的情況）。

研究問題 5 - 在 L2 級和 L3 級自動化的各種操作概念下，操作員的表現(xiàn)如何？

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

研究問題 6 - 對于優(yōu)化 L2 級和 L3 級系統(tǒng)安全運行的人機界面概念，哪些是最有效的？

在經(jīng)過測試的人機界面（HMI）概念中，最有效的是那些除了視覺警報之外還包含非視覺警報的概念。在執(zhí)行非駕駛?cè)蝿?wù)時，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)先操作部分自動駕駛車輛。這種現(xiàn)象（對車輛自動化的過度依賴）有可能抵消自動駕駛車輛技術(shù)帶來的許多安全益處。與僅依賴視覺警報的人機界面概念相比，包含聽覺和觸覺成分的人機界面概念在參與者執(zhí)行視覺注意力高度集中的任務(wù)時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、聽覺和觸覺警報有許多不同類型，可能會產(chǎn)生與本研究不同的結(jié)果。

出現(xiàn)這種情況的一個原因可能是，當(dāng)參與者在執(zhí)行視覺注意力高度集中的非駕駛?cè)蝿?wù)時，觸覺和聽覺警報的全方位特性使操作員能夠察覺到警報。然而，另一個原因可能是觸覺和聽覺警報比單純的視覺警報傳達(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警報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)生聽覺或觸覺警報的人機界面會讓操作員覺得煩擾難耐，進(jìn)而可能導(dǎo)致他們不購買具有自動化技術(shù)安全優(yōu)勢的車輛。因此，謹(jǐn)慎平衡警報方法的醒目程度、緊迫性和煩擾程度非常重要。未來的研究將有助于更好地理解如何針對部分自動駕駛車輛優(yōu)化人機界面。

總結(jié)

這項研究調(diào)查了操作員在混合交通的受控試驗跑道上與 2 級和 3 級部分自動駕駛車輛交互的情況。研究表明，不同的人機界面元素對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化系統(tǒng)的能力。雖然這種信任對于自動駕駛技術(shù)的廣泛應(yīng)用至關(guān)重要，但也觀察到參與者會將非駕駛活動置于車輛操作之上，并且在收到接管請求時不予理會。未來的研究可以對這些問題進(jìn)行探索，以幫助優(yōu)化自動化系統(tǒng)的人機界面。本研究中觀察到的駕駛員參與模式為支持 L2 級和 L3 級部分自動駕駛車輛的人為因素設(shè)計原則的未來發(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