原文：《Improvingthe experience in the pedestrian’s interaction with an autonomousvehicle: An ergonomic comparison of external HMI》

作者：NatachaM′etayer,St′ephanieCoeugnet

編譯：趙晨堯 郭雨欣

指導(dǎo)：林燕丹

近年來，關(guān)于自動(dòng)駕駛汽車的研究越來越多。許多研究表明，自動(dòng)駕駛汽車外部人機(jī)通信界面(eHMI)的重要性，可以向其他道路使用者表明其意圖。通過實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，將3個(gè)eHMI與3個(gè)道路基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行比較，觀察行人過馬路行為，收集行人對(duì)不同車輛類型的感受。我們的研究結(jié)果表明，行人信息系統(tǒng)對(duì)行人過馬路的決定有一定的影響，證實(shí)了建立行人信息系統(tǒng)的重要性。配備eHMI的車輛比未配備eHMI的車輛的行人在自動(dòng)駕駛車輛前面過馬路的比例更顯著。在10%的情況下，行人使用規(guī)避策略，而不是從沒有eHMI的車輛前面過馬路。這種行為在沒有受保護(hù)的基礎(chǔ)設(shè)施時(shí)更常見。最后，參與者偏好的主觀數(shù)據(jù)為進(jìn)一步的研究和eHMI的最終實(shí)施提供了一些有前途的想法。

幾年來，通過引入越來越先進(jìn)的功能(如ADAS:高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng))，汽車駕駛已經(jīng)變成了一項(xiàng)更加自動(dòng)化的活動(dòng)。在某些情況下，駕駛員可以將車輛的縱向和橫向控制委托給系統(tǒng)，但仍需負(fù)責(zé)監(jiān)督(SAE自動(dòng)化級(jí)別2,2016)。更高的自動(dòng)化水平正在開發(fā)中，研究的重點(diǎn)是駕駛員作為駕駛員和汽車的監(jiān)督者。然而，即使關(guān)于行人和自動(dòng)駕駛汽車之間互動(dòng)的研究正在出現(xiàn)，許多問題仍未得到解決，特別是自動(dòng)駕駛汽車與其他道路使用者之間的溝通。

為了彌補(bǔ)與駕駛員溝通的不足，可以采用多種形式的外部人機(jī)界面(eHMI)與其他道路使用者進(jìn)行溝通。這種eHMI將通過人機(jī)界面通信取代最初的人-人交流，該eHMI的目標(biāo)是向周圍的交通參與者發(fā)送信息。目前對(duì)電子信息管理的研究使用了不同的通信設(shè)備(如顯示器、投影、矩陣LED、文字、圖片等)。事實(shí)上，這種交互目前并沒有實(shí)際應(yīng)用，如果不考慮其他參數(shù)(例如其他車輛)，就會(huì)造成危險(xiǎn)的情況。換句話說，車輛指示前面的行人可以過馬路，因?yàn)樗壳罢谕＼?，環(huán)境中的其他車輛不一定會(huì)停車。因此，這類信息可能導(dǎo)致對(duì)情況的錯(cuò)誤解釋。

人行橫道作為典型的交通基礎(chǔ)設(shè)施之一，其會(huì)增加行人過馬路的醫(yī)院。Clamann等人觀察到，56%的行人在沒有人行橫道的情況下先過馬路。此外，他們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)有人行橫道時(shí)，28%的人等待車輛完全靜止后再過馬路。Jayaraman等人在虛擬現(xiàn)實(shí)中測(cè)試了自動(dòng)駕駛汽車的駕駛風(fēng)格(例如，快速、中等或緩慢)以及是否存在人行橫道。他們觀察到，人行橫道的存在增加了人們對(duì)自動(dòng)駕駛汽車的信任。

之前的研究已經(jīng)證明了eHMIs和道路基礎(chǔ)設(shè)施在行人與自動(dòng)駕駛汽車互動(dòng)過程中的重要性，一些研究已經(jīng)顯示了使用虛擬環(huán)境來測(cè)試行為和用戶體驗(yàn)的效率。我們選擇了3D虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，以提供結(jié)合兩個(gè)評(píng)估池的可能性:預(yù)期行為評(píng)估和用戶體驗(yàn)評(píng)估。本研究旨在為未來在虛擬環(huán)境下自動(dòng)駕駛汽車上實(shí)施eHMI提供實(shí)證數(shù)據(jù)。設(shè)計(jì)結(jié)果將不是本文的目標(biāo)，它更有利于對(duì)行為和用戶體驗(yàn)的評(píng)估。

1、被試

樣本49人，年齡20~ 60歲(平均41.02,SD= 12.3)，其中女性25人。所有參與者的視力都正常或矯正過。

2、實(shí)驗(yàn)環(huán)境

這個(gè)虛擬環(huán)境是用3DUnity (Unity Technologies, UnitedStates)開發(fā)的。它顯示在屏幕上(尺寸:60.8*34.6厘米)，參與者在這個(gè)環(huán)境中用操縱桿移動(dòng)。他們的移動(dòng)速度是每秒3米(大約是參與者平均實(shí)際速度的兩倍)。這個(gè)恒定的速度對(duì)所有參與者和測(cè)試條件是相同的，以抵消個(gè)體之間的影響，并允許我們控制車輛與行人之間的差距。當(dāng)行人到達(dá)目標(biāo)交叉口前的觸發(fā)區(qū)時(shí)(圖1)，左側(cè)街道的車輛啟動(dòng)并以30km/h的速度行駛。當(dāng)檢測(cè)到參與者到達(dá)環(huán)境中預(yù)先設(shè)定的位置(即，所有參與者都相同)時(shí)，車輛立即停止，并在行人過馬路時(shí)重新啟動(dòng)。

圖1車輛觸發(fā)示意圖

圖2虛擬城市環(huán)境示例圖

圖3展示了帶有兩個(gè)配置示例的虛擬環(huán)境的示意圖。在這個(gè)圖中，環(huán)境結(jié)構(gòu)(例如建筑位置，路口)是一樣的，但是基礎(chǔ)設(shè)施的類型或車輛的類型是平衡過的。例如，在1號(hào)樓與2號(hào)樓之間的交叉路口，在配置(a)中，有一輛常規(guī)車輛，沒有行人過路。而配置(b)在同一交叉口，存在一輛沒有eHMI的自動(dòng)駕駛車輛和一個(gè)人行橫道。這些配置更改使得一個(gè)參與者與另一個(gè)參與者相比沒有看到相同的配置順序。由于有3個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施和5輛車，每個(gè)參與者面臨15種配置。

3、交通工具

在自動(dòng)駕駛汽車上使用eHMI測(cè)試了三種系統(tǒng):i)二極管線程，ii)LED燈條和iii)象形圖。二極管螺紋對(duì)應(yīng)的幾個(gè)二極管定位在車輛的前面，從開始的屋頂?shù)奖ｋU(xiǎn)杠。LED燈條由三個(gè)LED波段組成，分別位于擋風(fēng)玻璃上方、擋風(fēng)玻璃下方和保險(xiǎn)杠上方。象形圖系統(tǒng)由4個(gè)顯示象形圖的屏幕組成，分別位于車輛前部的四個(gè)角落，一個(gè)位于右上，一個(gè)位于左上，一個(gè)位于右下，一個(gè)位于左下(見表1)。

表1這4種信息和3類eHMI

4、調(diào)查表與問卷

本實(shí)驗(yàn)采用的調(diào)查表與問卷如下：過馬路評(píng)估問卷、接受范圍問卷、系統(tǒng)偏好問卷、真實(shí)度量表。

5、實(shí)驗(yàn)過程

受試者被安置在椅子上，面對(duì)屏幕(距離屏幕160厘米)。首先，參與者被邀請(qǐng)進(jìn)入虛擬環(huán)境，以更加熟悉操縱桿的使用。當(dāng)參與者對(duì)虛擬環(huán)境的置換感到舒適時(shí)，置換的熟悉階段結(jié)束。然后，指示被分發(fā)給參與者。任務(wù)包括確保夜間城市建筑的安全。參與者被告知有幾種類型的車輛可以運(yùn)行，即有駕駛員的常規(guī)車輛、沒有通信系統(tǒng)的自動(dòng)車輛和有通信系統(tǒng)的自動(dòng)車輛。在每個(gè)測(cè)試階段，參與者在一輛常規(guī)車輛、一輛沒有eHMI的自動(dòng)駕駛汽車和三輛帶有eHMI的自動(dòng)駕駛汽車前面穿過街道。他們還面臨著三種基礎(chǔ)設(shè)施類型(見圖4)。

圖4虛擬環(huán)境-eHMI系統(tǒng)的一個(gè)示例

1、沉浸度

在場(chǎng)問卷決定了參與者的沉浸程度。參與者評(píng)估他們?cè)谔摂M環(huán)境中的整體沉浸度為76%。

2、行為

表2列出了根據(jù)遇到的車輛類型，每種行為的“去/不去”行為的出現(xiàn)次數(shù)。不同類型車輛之間的交叉行為存在顯著差異(χ2(4,N = 709) = 16.338, p =.003)。在沒有eHMI的車輛與有eHMI的車輛之間進(jìn)行比較時(shí)，這種差異仍然存在(χ2(1,N = 709) = 13.694, p <.001)。當(dāng)參與者遇到一輛沒有eHMI的車輛時(shí)，他們比遇到一輛有eHMI的車輛更頻繁地從車輛后面經(jīng)過。

表2根據(jù)車輛類型，每一次交叉行為發(fā)生的次數(shù)

3、三類eHMI的評(píng)估

接受量表對(duì)eHMI進(jìn)行了評(píng)估。在多元重復(fù)測(cè)量檢驗(yàn)中，一般線性模型檢驗(yàn)不考慮方差-協(xié)方差矩陣的球形性，因此我們依靠Greenhouse-Geisser校正進(jìn)行分析。分析未能突出三種eHMIs之間在效用分量表(F(1.702)= 1.155, p = .314)或滿意度分量表(F(1.586)= 1.662, p =.201)方面的差異。盡管如此，參與者在兩個(gè)子量表中對(duì)eHMI的評(píng)價(jià)是積極的(見表3)。另一個(gè)分析包括顯示eHMI是否允許更好地理解車輛行為(即，理解車輛已停止;94.35%正確理解)比車輛沒有配備eHMI時(shí)(80.72%正確理解)高。統(tǒng)計(jì)分析表明，有eHMI時(shí)比沒有eHMI時(shí)更容易理解車輛行為(χ2(1,N = 647) = 28.989, p < .001)。

4、參與者的eHMI偏好

測(cè)試結(jié)束后，參與者根據(jù)自己的偏好對(duì)三個(gè)eHMI進(jìn)行排序(見圖5)。分析顯示各eHMI之間存在差異(χ2(2,N = 49) = 16.449, p <.001)。與其他兩個(gè)ehmi相比，二極管的線程較少被選為第一。參與者主要喜歡LED燈條和象形圖。對(duì)于第二種選擇，各eHMI之間出現(xiàn)顯著差異(χ2(2,N = 49) = 6.898, p =.032)，其中象形圖的排名低于其他兩個(gè)eHMI。各eHMI間第三位的差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(χ2(2,N = 49) = 5.429, p = .066)。

結(jié)論

總之，新的挑戰(zhàn)是通過面對(duì)不同的環(huán)境和其他弱勢(shì)用戶(如騎自行車或踏板車)來鞏固這些結(jié)果。與此同時(shí)，我們對(duì)行人的研究結(jié)果顯示了對(duì)eHMI的真實(shí)需求，特別是在不明確的情況下(即沒有人行橫道)，這與積極用戶的信任體驗(yàn)緊密相關(guān)，我們的結(jié)論可能有助于標(biāo)準(zhǔn)化和監(jiān)管團(tuán)體的考慮，因?yàn)樗鼜?qiáng)調(diào)了即單靠eHMI不足以考慮行人和自動(dòng)駕駛汽車之間的互動(dòng)。為了設(shè)計(jì)出最安全、最可接受的交互條件，必須考慮到所有系統(tǒng):車輛的行為，行人的期望和需求，專家的分析(例如，ISOTR23049標(biāo)準(zhǔn)建議反對(duì)可能涉及危險(xiǎn)行為的溝通指導(dǎo))，以及監(jiān)管約束(例如，車輛的顏色和位置)。

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