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)于自動駕駛汽車的研究越來越多。許多研究表明，自動駕駛汽車外部人機(jī)通信接口(eHMI)的重要性，可以向其他道路使用者表明其意圖。通過實驗設(shè)計，將3個eHMI與3個道路基礎(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)對行人過馬路的決定有一定的影響，證實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的最終實施提供了一些有前途的想法。

01、介紹

幾年來，通過引入越來越先進(jìn)的功能(如ADAS:高級駕駛輔助系統(tǒng))，汽車駕駛已經(jīng)變成了一項更加自動化的活動。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自動化級別2,2016)。更高的自動化水平正在開發(fā)中，研究的重點是駕駛員作為駕駛員和汽車的監(jiān)督者。然而，即使關(guān)于行人和自動駕駛汽車之間互動的研究正在出現(xiàn)，許多問題仍未得到解決，特別是自動駕駛汽車與其他道路使用者之間的溝通。

02外部人機(jī)交互窗口(eHMI)

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)。事實上，這種交互目前并沒有實際應(yīng)用，如果不考慮其他參數(shù)(例如其他車輛)，就會造成危險的情況。換句話說，車輛指示前面的行人可以過馬路，因為它目前正在停車，環(huán)境中的其他車輛不一定會停車。因此，這類信息可能導(dǎo)致對情況的錯誤解釋。

03基礎(chǔ)設(shè)施

人行橫道作為典型的交通基礎(chǔ)設(shè)施之一，其會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，28%的人等待車輛完全靜止后再過馬路。Jayaraman等人在虛擬現(xiàn)實中測試了自動駕駛汽車的駕駛風(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自動駕駛汽車的信任。

04行人對eHMI和基礎(chǔ)設(shè)施偏好實驗

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

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?；虺C正過。

2、實驗環(huán)境

這個虛擬環(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)，參與者在這個環(huán)境中用操縱桿移動。他們的移動速度是每秒3米(大約是參與者平均實際速度的兩倍)。這個恒定的速度對所有參與者和測試條件是相同的，以抵消個體之間的影響，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(圖1)，左側(cè)街道的車輛啟動并以30km/h的速度行駛。當(dāng)檢測到參與者到達(dá)環(huán)境中預(yù)先設(shè)定的位置(即，所有參與者都相同)時，車輛立即停止，并在行人過馬路時重新啟動。

圖1車輛觸發(fā)示意圖

圖2虛擬城市環(huán)境示例圖

圖3展示了帶有兩個配置示例的虛擬環(huán)境的示意圖。在這個圖中，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號樓與2號樓之間的交叉路口，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的自動駕駛車輛和一個人行橫道。這些配置更改使得一個參與者與另一個參與者相比沒有看到相同的配置順序。由于有3個基礎(chǔ)設(shè)施和5輛車，每個參與者面臨15種配置。

圖3虛擬環(huán)境的示意圖，包含兩個配置示例

3、交通工具

在自動駕駛汽車上使用eHMI測試了三種系統(tǒng):i)二極管線程，ii)LED燈條和iii)象形圖。二極管螺紋對應(yīng)的幾個二極管定位在車輛的前面，從開始的屋頂?shù)奖ｋU杠。LED燈條由三個LED波段組成，分別位于擋風(fēng)玻璃上方、擋風(fēng)玻璃下方和保險杠上方。象形圖系統(tǒng)由4個顯示象形圖的屏幕組成，分別位于車輛前部的四個角落，一個位于右上，一個位于左上，一個位于右下，一個位于左下(見表1)。

表1這4種信息和3類eHMI

4、調(diào)查表與問卷

本實驗采用的調(diào)查表與問卷如下：過馬路評估問卷、接受范圍問卷、系統(tǒng)偏好問卷、真實度量表。

5、實驗過程

受試者被安置在椅子上，面對屏幕(距離屏幕160厘米)。首先，參與者被邀請進(jìn)入虛擬環(huán)境，以更加熟悉操縱桿的使用。當(dāng)參與者對虛擬環(huán)境的置換感到舒適時，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)的自動車輛和有通信系統(tǒng)的自動車輛。在每個測試階段，參與者在一輛常規(guī)車輛、一輛沒有eHMI的自動駕駛汽車和三輛帶有eHMI的自動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)的一個示例

05實驗結(jié)果

1、沉浸度

在場問卷決定了參與者的沉浸程度。參與者評估他們在虛擬環(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，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，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的評估

接受量表對eHMI進(jìn)行了評估。在多元重復(fù)測量檢驗中，一般線性模型檢驗不考慮方差-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，參與者在兩個子量表中對eHMI的評價是積極的(見表3)。另一個分析包括顯示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(80.72%正確理解)高。統(tǒng)計分析表明，有eHMI時比沒有eHMI時更容易理解車輛行為(χ2(1,N = 647) = 28.989, p < .001)。

表3三種eHMI的接受量表的兩個分量表的平均分?jǐn)?shù)(和標(biāo)準(zhǔn)偏差)

4、參與者的eHMI偏好

測試結(jié)束后，參與者根據(jù)自己的偏好對三個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eHMI。各eHMI間第三位的差異無統(tǒng)計學(xué)意義(χ2(2,N = 49) = 5.429, p = .066)。

圖5eHMI根據(jù)參與者的偏好(出現(xiàn)次數(shù))對結(jié)果進(jìn)行排序

06結(jié)論

總之，新的挑戰(zhàn)是通過面對不同的環(huán)境和其他弱勢用戶(如騎自行車或踏板車)來鞏固這些結(jié)果。與此同時，我們對行人的研究結(jié)果顯示了對eHMI的真實需求，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，因為它強(qiáng)調(diào)了即單靠eHMI不足以考慮行人和自動駕駛汽車之間的互動。為了設(shè)計出最安全、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)建議反對可能涉及危險行為的溝通指導(dǎo))，以及監(jiān)管約束(例如，車輛的顏色和位置)。

文章來源：

NMétayer, Coeugnet S. Improving the experience in the pedestrian'sinteraction with an autonomous vehicle: An ergonomic comparison ofexternal HMI[J]. Applied Ergonomics, 2021, 96(4):103478.