機器與人類駕駛員接管的新研究

搭載了高速公路自動駕駛等功能的汽車原則上是與人類駕駛員“協(xié)同”工作的。但最大的問題是，大多數(shù)車廠對我們在現(xiàn)實世界中的駕駛行為幾乎一無所知。問題在于，當人類駕駛員和部分自動駕駛的車輛雙方都對對方一無所知時，如何進行協(xié)作。

想象一下，當汽車停止自動駕駛功能并要求駕駛員接管的場景。突然之間，駕駛員必須承擔起責任，不管他/她在認知上或身體上是否準備好接管。

這是車廠對人類駕駛員一廂情愿的期望，而人類駕駛員對此并沒有準備充分。

“協(xié)同駕駛”是建立在一個謬誤之上的。當機器或人類駕駛員對另一方的行為或即將采取的行動了解甚少時，雙向協(xié)作變得幾乎不可能。

真實世界的數(shù)據(jù)

關于機器到人類駕駛接管的問題，有大量扎實的學術研究和技術論文。這一研究方向提出了諸如人類駕駛員表現(xiàn)出“模式混淆（mode confusion）”或“脫離循環(huán)（out of the loop）”等問題。一個突出的擔憂是人類傾向于“過度信任”部分自動駕駛汽車的技術。

這些研究中缺少的是關于人類在駕駛部分自動駕駛汽車時的真實世界行為數(shù)據(jù)，例如：

對于汽車的接管請求，典型的直接反應是什么？

駕駛員接下來會做什么？

駕駛員的視線注意力會發(fā)生變化嗎？

駕駛員首先關注什么？接下來又是什么？

駕駛員需要多長時間才能控制汽車？

駕駛員何時才能達到穩(wěn)定的手動駕駛狀態(tài)？

AVT（The Advanced Vehicle Technology）聯(lián)盟，一個學術產(chǎn)業(yè)合作伙伴關系，最近發(fā)布了一項關于使用Super Cruise部分自動駕駛系統(tǒng)時人類行為的現(xiàn)實世界研究結果。

MIT交通與物流中心的研究科學家Bryan Reimer在最近的解釋說，這個研究結果“提供了一個窗口，展示了在真實世界、自然駕駛條件下與系統(tǒng)啟動的控制轉(zhuǎn)換相關的實際駕駛員行為?！?Reimer認為，這項研究為OEM、供應商、監(jiān)管機構和其他利益相關者提供了“客觀數(shù)據(jù)”，以開始了解如何開發(fā)更安全的協(xié)同駕駛體驗及其可能的權衡，“平衡便利性、舒適性和安全性。”

實驗設置

AVT的設置非常簡單。在一個“自然”的環(huán)境中使用數(shù)據(jù)收集方法，“14名駕駛員每人駕駛一輛搭載了Super Cruise的凱迪拉克CT6一個月。Super Cruise是一種部分自動駕駛系統(tǒng)，啟動后可以實現(xiàn)脫手駕駛”。根據(jù)已發(fā)表的論文，車輛配備了不間斷記錄數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括：（i） CAN總線，用于確定車輛動力學、駕駛員與車輛控制器的互動以及車內(nèi)自動駕駛系統(tǒng)的狀態(tài)；（ii） GPS記錄位置；（iii） 4個720p攝像頭（30fps）分別捕捉駕駛員的面部、車廂、儀表盤和前方道路狀況。

該研究旨在“描述自動駕駛發(fā)起的解除請求發(fā)生的特征，并評估駕駛員的響應和恢復行為?！?/p>

該研究還量化了“自動駕駛解除之前和之后視覺注意力的變化”，并分析了“駕駛員凝視和手握方向盤行為的時刻分布特性?！?/p>

主要作者、MIT的研究科學家Pnina Gershon解釋說，該研究提供了關于“駕駛員如何動態(tài)分配視覺注意力以及在自動駕駛發(fā)起的解除后恢復控制所需時間”的見解。

測量內(nèi)容

AVT研究中最值得注意的是，它以30fps的速度逐幀標注駕駛員的注視位置。研究人員將注視分為四類：（i） 道路（注視前風擋的方向）；（ii） 儀表組（儀表盤/方向盤位置）；（iii） 下方和中控（中央控制臺、艙內(nèi)多媒體以及向下或大腿位置）；（iv） 鏡子（左、右窗戶或側(cè)視鏡，以及后視鏡）。

該研究還根據(jù)手的位置逐幀標注駕駛員的方向盤控制水平。所使用的類別包括：（i） 脫手（無需雙手駕駛）；（ii） 一只手；（iii） 兩只手；及（iv） 不可見。

研究結果

研究發(fā)現(xiàn)的最具啟示性的人類行為是，在關鍵時刻，當Super Cruise通知駕駛員自動駕駛已解除并要求駕駛員接管時，駕駛員會將目光從道路上移開，開始在車內(nèi)其他地方四處張望，特別是在儀表組上。

值得注意的是，數(shù)據(jù)顯示駕駛員對道路的“整體視覺注意力較低且更碎片化”，特別是在潛在的時間關鍵駕駛情境要求全神貫注時。

AVT數(shù)據(jù)顯示，在Super Cruise發(fā)起的解除自動駕駛后，注視道路的比例減少（Q50Before=0.91，Q50After=0.69；Q85Before=1.0，Q85After=0.79），注視儀表組的比例增加（Q50Before=0.14，Q50After=0.25；Q85Before=0.34，Q85After=0.45），以及注視道路的平均時長在Q85中減少了4.86秒。

研究還發(fā)現(xiàn)，在解除自動駕駛后，注視位置之間的轉(zhuǎn)換次數(shù)增加了43%。

駕駛員的這種注視行為變化是一個嚴重的問題。它們顯示在有限數(shù)量的注視位置之間頻繁轉(zhuǎn)換，同時將駕駛員長時間注視道路的時間縮短了73%。

AVT研究的作者認為，這種反應反映了駕駛員尋求解釋自動駕駛解除和/或自動駕駛狀態(tài)的信息的愿望。他們稱之為“信息尋求行為”。

Gershon還指出了另一個令人驚訝的發(fā)現(xiàn)。研究發(fā)現(xiàn)，“接管請求的影響并不在駕駛員接管方向盤的那一刻結束。”注視行為的變化持續(xù)了相當長的一段時間。她指出，“我們繼續(xù)觀察到駕駛員視覺注意力在接下來的幾秒鐘里仍受到影響。”

需要多少秒？

研究顯示，當進行脫手駕駛時，與至少一只手握方向盤駕駛相比（1.8秒），接管時間顯著更長（2.4秒）。

AVT研究通過識別脫手駕駛過程中的“延遲、反應和恢復時間段”，深入研究了接管期。

正如Gershon解釋的，“延遲”是指從自動駕駛解除請求開始到行為發(fā)生變化（注視/握方向盤）的時間。“反應”階段的特點是在延遲期后出現(xiàn)行為變化，然后進入恢復期?！盎謴推凇庇稍谠u估窗口期間不發(fā)生變化的穩(wěn)定行為表示。

（a） 在自動駕駛解除前10秒和解除后10秒內(nèi)，不同注視區(qū)域的注視比例。自動駕駛解除發(fā)生在0秒，用虛線標出。（b） 隨著時間的推移，道路注視比例，趨勢穩(wěn)定的注視行為時期（延遲、反應和恢復）用水平線標出。（來源：AVT）

AVT對接管過程中瞬間視覺注意力和方向盤控制的分析表明，“平均而言，駕駛員需要6.1秒的時間開始恢復對道路的注視行為，以及1.5秒的時間將至少一只手放在方向盤上。”

當汽車尋求幫助時，人類需要多少秒鐘來接管是汽車專家們激烈討論的焦點。最常引用的猜測是至少三秒鐘。

Gershon解釋說：“接管所需的充足時間與駕駛員預防不良后果的時間預算、駕駛環(huán)境、駕駛員狀態(tài)和駕駛員能力有關。在我們的數(shù)據(jù)中，我們發(fā)現(xiàn)在高速公路上進行脫手駕駛時，接管平均需要2.4秒?！?/p>

但她強調(diào)：“我認為這仍然是一個需要更多數(shù)據(jù)和更多背景的懸而未決的問題?！彼赋觯癆VT還有很多研究將有助于加深我們的理解。”

要點

鑒于對駕駛員“注視行為”的理解發(fā)生了如此巨大的變化，系統(tǒng)和HMI設計變得至關重要。

車廠如何才能將駕駛員調(diào)整注視以響應車輛自動駕駛狀態(tài)變化的延遲時間減到最?。?/p>

AVT研究認為，“提供與自動駕駛解除相關的易于理解和充足信息的設計”對于“更順暢的過渡和更快的恢復”至關重要。

AVT成立于2015年，今擁有30多家贊助商，包括車廠、保險公司、Tier1和研究機構。根據(jù)Reimer的說法，其目標是為OEM提供高保真數(shù)據(jù)，使OEM能夠構建“以人為本的系統(tǒng)”。

AVT聯(lián)盟的關鍵架構師Reimer懷疑，一些成員“在一段時間里已經(jīng)接觸到這些和其他比較數(shù)據(jù)，他們已經(jīng)開始改變以獲得市場優(yōu)勢。”

權衡取舍

Reimer指出，設計部分自動駕駛汽車的關鍵在于“平衡便利性、舒適性和安全性”。

車廠應該通過部署部分自動駕駛為駕駛員提供多大程度的便利？駕駛員應該感到多舒適？

駕駛員是否相信該系統(tǒng)能夠在可能出現(xiàn)問題時發(fā)出警報？還是駕駛員會確信，盡管系統(tǒng)的自動駕駛能力有限，但它會在那里保護他？

自動駕駛將使駕駛變得多安全？

或許最重要的是，Reimer指出：“所有這些因素如何共同支持協(xié)同駕駛體驗中校準好的信任水平?！?/p>

實際上，“校準信任”是什么？

Reimer認為，每家OEM都在試圖尋找平衡。AVT希望車廠可以利用其研究來設立基準，確定系統(tǒng)面臨改進困難的領域，并“最終從輔助和自動駕駛中獲得更強的安全效益”。

安全專家長期以來一直警告我們部分自動駕駛的困境。但是具有高速公路脫手駕駛功能的車輛正在迅速成為現(xiàn)實。這種技術的推進迫使汽車設計師預測人類駕駛員在關鍵安全時刻的行為，并開發(fā)一種至少可以簡化接管過程的人機界面。

審核編輯 ：李倩