通過技術(shù)協(xié)助駕駛的合作行為– HMI、駕駛接受度影響駕駛的行為和負(fù)荷量

通過技術(shù)協(xié)助駕駛的合作行為–HMI、駕駛接受度影響駕駛的行為和負(fù)荷量關(guān)鍵字:

ADAS、協(xié)同駕駛、模擬器、實(shí)驗(yàn)、人機(jī)界面、可用性、評(píng)估Supportingcooperativedrivingbehaviourbytechnology–HMIsolution,acceptancebydriversandeffectsonworkloadanddrivingbehaviour第一章1.背景動(dòng)機(jī)

出于交通環(huán)境、安全和效率的原因（Benmimounetal.,2004;Fiosinsetal.,2016;Maag,

2004），許多用路人者試圖減少攻擊性和魯莽駕駛，并加強(qiáng)防御性和合作駕駛。Ellinghaus(1986)將這些策略描述為合作的，其中司機(jī)為了他人的利益放棄特權(quán)。駕駛員在執(zhí)行幫助另一個(gè)道路使用者駕駛通過特定交通情況的機(jī)動(dòng)時(shí)會(huì)進(jìn)行合作。新技術(shù)發(fā)展（例如C2X、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)元素的顯示概念、輔助駕駛和自動(dòng)駕駛功能）有可能改善協(xié)同駕駛（Gabbardet

al.,

2014;

Güntheret

al.,

2015;

Llatseret

al.,

2019)。第二章2.相關(guān)文獻(xiàn)-合作駕駛

合作駕駛是指優(yōu)先道路上的駕駛員產(chǎn)生間隙以幫助次要道路上的駕駛員并道或轉(zhuǎn)彎.

這種合作交通情況的核心特征是所涉及的道路使用者的兩種不同角色，包括“合作請(qǐng)求”和“合作授權(quán)”。Kraftetal.(2019)將合作駕駛描述為互動(dòng)，其中個(gè)體駕駛員以促進(jìn)彼此目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的方式協(xié)調(diào)他們的駕駛行為。合作的其他定義強(qiáng)調(diào)激勵(lì)的獎(jiǎng)勵(lì)的相關(guān)性（外部：互惠規(guī)范，他人的欽佩；內(nèi)部：自我感覺更好，自尊增強(qiáng)）（Batson,

1987;

Bierhoff

,

1996））。交通流量可以通過道路使用者之間的合作互動(dòng)來增強(qiáng)（Rieneretal.,2014，Wangetal.,2005)，合作變道和讓道有助于合并交通并減少高速公路交通的不穩(wěn)定性。第二章2.相關(guān)文獻(xiàn)-合作駕駛

根據(jù)Kraftetal.(2019)，交通中的協(xié)作交互過程包括五個(gè)連續(xù)的階段：識(shí)別、合作伙伴選擇、準(zhǔn)備、機(jī)動(dòng)執(zhí)行和完成。根據(jù)這個(gè)過程，支持協(xié)同駕駛的系統(tǒng)必須在接近高速公路或十字路口時(shí)感知潛在的合作情況（階段1）找合適的合作伙伴（階段2）達(dá)成一致，該合作伙伴為請(qǐng)求車輛準(zhǔn)備間隙（階段3）。由兩輛車執(zhí)行協(xié)同駕駛操作（階段4）授予車輛：例如降低速度和準(zhǔn)備間隙；請(qǐng)求車輛：例如改變車道）并且完成協(xié)同過程（階段5）。Maag(2013)概述了一種基于不同效果水平的評(píng)估方法。這些層次包括:可以發(fā)現(xiàn)不同標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)域的潛在影響，例如安全性、接受度和駕駛舒適性、駕駛員負(fù)荷量和效率。（1）個(gè)人（即駕駛員-車輛單元）（2）受合作影響的一組駕駛員之間的互動(dòng)（3）整個(gè)交通系統(tǒng)（例如在特定的高速公路路段上）。第三章3.研究目的

評(píng)估了支持合作駕駛的高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)(AdvancedDriverAssistanceSystem,ADAS)對(duì)駕駛員接受度、可用性、負(fù)荷量、駕駛行為和注視行為的影響。三種不同的實(shí)驗(yàn)條件比較了使用車輛傳感器訊息和C2X數(shù)據(jù)的完全功能系統(tǒng)(C2XHMI)、僅使用車載傳感器數(shù)據(jù)的系統(tǒng)(SensorHMI)

。研究的兩個(gè)用例包括從請(qǐng)求和授權(quán)的角度并入高速公路和在農(nóng)村十字路口左轉(zhuǎn)?？紤]了以下研究問題：駕駛員是否接受合作并道和左轉(zhuǎn)輔助？參與者如何評(píng)估可用性、用戶體驗(yàn)和負(fù)荷量與SensorHMI相比，C2XHMI是否更受歡迎？如果是，HMI的哪些方面有所不同？HMI條件如何在合并位置和開始轉(zhuǎn)彎前的延遲方面影響駕駛行為？HMI條件是否會(huì)影響協(xié)作交互的安全性（在合并時(shí)與自我車輛前后車輛的距離）和成功（即ADAS指示的目標(biāo)間隙確實(shí)由駕駛員選擇）？第四章4.方法

通過將其與基本驅(qū)動(dòng)和基于車載傳感器的最先進(jìn)的駕駛輔助進(jìn)行比較，評(píng)估了基于C2X的ADAS在實(shí)驗(yàn)?zāi)M器研究中支持協(xié)作駕駛。它評(píng)估主觀（例如接受度、可用性）和客觀測(cè)量（例如駕駛和注視行為）。第四章4-1受測(cè)者

三十名參與者（11名女性）參加了這項(xiàng)研究。參與者是從WIVWGmbH（維爾茨堡交通科學(xué)研究所）的駕駛員小組中招募的。該小組的所有成員都在駕駛模擬器中接受了5小時(shí)的車輛控制培訓(xùn)。該培訓(xùn)保證了參與者熟悉模擬器并防止了模擬器疾病的問題。沒有關(guān)于年齡或駕駛經(jīng)驗(yàn)的具體納入標(biāo)準(zhǔn)。參與者的平均年齡為47.4歲（標(biāo)準(zhǔn)差=12.5歲；最小=29歲，最大=65歲）。自我報(bào)告的平均年駕駛經(jīng)驗(yàn)為19,000公里（標(biāo)準(zhǔn)差=16,617公里）。第四章4-2儀器設(shè)備

WIVWGmbH的靜態(tài)高端駕駛模擬器中進(jìn)行的。駕駛模擬軟件SILAB?6.5版用于環(huán)境可視化以及周圍交通、車輛動(dòng)力學(xué)和支持協(xié)同駕駛的ADAS的模擬。歐寶InsigniaSportsTourer作為駕駛模擬器的模型。通過四攝像頭眼動(dòng)追蹤系統(tǒng)（SmartEye6.1)測(cè)量駕駛員的注視行為。要求戴眼鏡的參與者戴隱形眼鏡以確保高質(zhì)量的凝視數(shù)據(jù)。靜態(tài)高端模擬器（左）和操作員工作場(chǎng)所（右）的樣機(jī)和視覺系統(tǒng)第四章4-3受測(cè)者工作

第四章4-4實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)-操作型定義

使用內(nèi)部設(shè)計(jì)，參與者評(píng)估了支持在合并和左轉(zhuǎn)時(shí)協(xié)同駕駛的HMI的三種變體（基本、基于傳感器的HMI、基于C2X的HMI）。以下指示由實(shí)驗(yàn)者口頭給出。為了向參與者簡(jiǎn)要介紹合并和轉(zhuǎn)向場(chǎng)景以及HMI變體，場(chǎng)景和HMI的插圖支持口頭說明。標(biāo)準(zhǔn)：參與者被指示在實(shí)際道路交通中表現(xiàn)得像他們一樣。這也可能意味著當(dāng)他們想進(jìn)入高速公路或左轉(zhuǎn)進(jìn)入主干道時(shí)，他們會(huì)幫助其他車輛。此外，參與者被告知其他道路使用者在某些情況下也可以合作。HMI：該系統(tǒng)基于車載傳感器訊息，通知即將與其他車輛進(jìn)行的交互，并通過搜索間隙和建議何時(shí)合并或轉(zhuǎn)彎來幫助駕駛員。從優(yōu)先道路上給予合作的駕駛員的角度來看，系統(tǒng)告知前方的交叉路口和合并區(qū)域以及可能有車輛計(jì)劃進(jìn)入主要道路的事實(shí)。C2X：除了車載傳感器外，該系統(tǒng)還與其他車輛交換訊息。系統(tǒng)通過尋找合作伙伴、實(shí)時(shí)顯示間隙、建議并道或轉(zhuǎn)彎來輔助駕駛員（盡管交通安全的責(zé)任仍然在駕駛員身上）。從優(yōu)先道路上給予合作的駕駛員的角度來看，系統(tǒng)告訴參與者是否可以成為幫助其他道路使用者的合適合作伙伴。這樣的合作請(qǐng)求可以通過按下方向盤上的按鈕來接受。交通場(chǎng)景對(duì)于所有HMI條件都是相同的。第四章4-4實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)-腳本

駕駛路線的長度約為33公里，鄉(xiāng)村道路和高速公路路段的份額大致相等。具有三個(gè)系統(tǒng)大約需要30分鐘。參與者手動(dòng)駕駛，并被指示遵守道路交通法規(guī)并遵循平視顯示器中的導(dǎo)航箭頭。實(shí)驗(yàn)驅(qū)動(dòng)期間提出的用例是Kraftetal.,2020b）：在鄉(xiāng)村T字路口左轉(zhuǎn)（從請(qǐng)求的角度呈現(xiàn)3次，從授予的角度呈現(xiàn)2次）并入高速公路（從請(qǐng)求的角度呈現(xiàn)四次，從授予的角度呈現(xiàn)兩次）。范例（從駕駛員的角度來看）：并入高速公路（上）在十字路口左轉(zhuǎn)（下）請(qǐng)求（即需要間隙；左）授予（即準(zhǔn)備間隙；右）第四章4-4實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)-場(chǎng)景

“并入”（請(qǐng)求合作的駕駛員的視角）期間的機(jī)動(dòng)協(xié)調(diào)過程，藍(lán)綠色雙箭頭表示高速公路右側(cè)車道上的目標(biāo)間隙“并入高速公路”（請(qǐng)求合作的駕駛員的視角）期間的機(jī)動(dòng)協(xié)調(diào)過程，HMI中駕駛情況示意圖中的藍(lán)綠色雙箭頭表示高速公路右側(cè)車道上的目標(biāo)間隙。第四章4-4實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)-問卷

測(cè)量了許多主觀和客觀的依變項(xiàng)：駕駛調(diào)查[評(píng)分量表0-15]：在六個(gè)定義的路線點(diǎn)，參與者回答了兩個(gè)問題“目前旅行的壓力有多大？”和“目前的旅行有多有趣？”。行為觀察：實(shí)驗(yàn)者在每個(gè)合作測(cè)試情況后編碼參與者是否合作（授予視角）[否/是]，是否成功合作（請(qǐng)求和授予視角）[否/是]以及在兩種特殊情況下是否發(fā)生了危險(xiǎn)[沒有/未遂/事故]。標(biāo)準(zhǔn)化問卷：每次駕駛后，參與者填寫關(guān)于用戶體驗(yàn)(UEQ-S;

Schrepp,Hinderks&Thomaschewski,2017

)、接受度(

vanderLaan,Heino&deWaard,1997)、負(fù)荷量(DALI;

Pauzie,2008）和可用性（SUS；Brooke,1996）。來自駕駛模擬器的數(shù)據(jù)：記錄的駕駛數(shù)據(jù)作為計(jì)算運(yùn)行和駕駛參數(shù)的基礎(chǔ)。計(jì)算的參數(shù)是與前/后車輛的距離/間隙、合并位置、開始駕駛前的延遲（在交叉路口停止后）。第四章4-5實(shí)驗(yàn)程序

整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程持續(xù)2.5h，可分為三個(gè)階段。首先，參與者受到歡迎并被告知實(shí)驗(yàn)的一般過程。提交并簽署文件（例如知情同意書、隱私聲明），并讓參與者熟悉在線調(diào)查期間使用的評(píng)分量表。參與者進(jìn)入模擬器，調(diào)整座椅和內(nèi)后視鏡，并系好安全帶。向參與者展示了用于在駕駛過程中使用C2XHMI確認(rèn)合作請(qǐng)求的方向盤按鈕。其次，參與者根據(jù)排列方案依次進(jìn)行了三個(gè)實(shí)驗(yàn)驅(qū)動(dòng)（Baseline、SensorHMI、C2XHMI），并回答了實(shí)驗(yàn)者提出的問題。每次駕駛后，參與者使用幾份問卷反饋了有關(guān)系統(tǒng)和HMI剛剛體驗(yàn)的反饋。第三，在體驗(yàn)了所有三種HMI變體之后，參與者對(duì)每個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了偏好判斷，并說明了每個(gè)等級(jí)的合理性。第五章5.結(jié)果

所有三個(gè)HMI變體都獲得了有用性和滿意度的正面評(píng)價(jià)。接受度的兩個(gè)維度的結(jié)果表明，HMI對(duì)有用性和滿意度都沒有顯著影響（有用性：F（2,58）=1.49，p=.232；滿意度：F（2,58）=2.30，p=.109)。接受維度有用性（左；vanderLaan，1997）和滿意度（中；vanderLaan，1997）和偏好HMI變體（右）第五章5.結(jié)果

每次駕駛后填寫的SUS(

Brooke,1996)顯示SensorHMI的可用性明顯低于基本駕駛期間（F(2,58)=7.77,p=.001；）。SensorHMI的實(shí)用質(zhì)量比BaselineHMI差（F(2,54)=4.85,p=.012；中）。關(guān)于享樂質(zhì)量，SensorHMI和C2XHMI的得分均高于基本條件(F(2,54)=38.60,p<.001)。使用DALI(Pauzie,2008)測(cè)量負(fù)荷量。結(jié)果顯示系統(tǒng)條件對(duì)駕駛員的負(fù)荷量沒有影響（F(2,58)<1.00,p=.826；右）。每個(gè)測(cè)量因素也沒有顯著性（即注意力的努力：F（2,58）<1.00，p=.955），視覺需求（F（2,58）<1.00，p=.454），手動(dòng)需求(F(2,58)<1.00,p=.791)、時(shí)間需求(F(2,58)=2.16,p=.124)和情境壓力(F(2,58)<1.00,p=.935））。SUS得分（左）、用戶體驗(yàn)維度（中）和使用DALI測(cè)量的負(fù)荷量（右）第五章5.結(jié)果

在基本條件下，成功和合作合并操作的頻率已經(jīng)非常高（83-100%）。左轉(zhuǎn)時(shí)，兩種HMI變體（傳感器、C2X）比基本條件（80-83%）導(dǎo)致更成功的合作（即90-97%）。因此，參與者受益于HMI提供的訊息和支持。參與者在高速公路右車道上的加速車道位置在HMI條件下存在顯著差異（F(2,34)=9.23，p<.001；圖左）參與者在換到高速公路之前在加速車道上使用了更長的路段。此外，情況存在顯著差異（F(3,51)=19.99，p<.001）。在收到視覺消息“觀察環(huán)境并轉(zhuǎn)彎”后，直到駕駛員左轉(zhuǎn)之前的延遲發(fā)現(xiàn)了類似的結(jié)果(圖右)駕駛行為第六章6.結(jié)果與討論

并入高速公路和在十字路口左轉(zhuǎn)是一項(xiàng)艱巨的駕駛?cè)蝿?wù)（Buldet

al.,

2006;

Chovanet

al.,

1994;

deWaardet

al.,

2009;

Lord-Attivor&

Jha,

2012)。由于在每個(gè)HMI條件下的所有情況下都存在/創(chuàng)建了間隙，因此合并和轉(zhuǎn)向場(chǎng)景并不重要。盡管C2XHMI提供了更多訊息，但C2XHMI的心理和視覺負(fù)荷量不會(huì)超過基本或傳感器HMI報(bào)告的水平。從人為因素的角度來看，開發(fā)基于C2X技術(shù)的ADAS