機(jī)器與人類駕駛員接管的新研究

搭載了高速公路自動(dòng)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(duì)我們?cè)诂F(xiàn)實(shí)世界中的駕駛行為幾乎一無所知。問題在于，當(dāng)人類駕駛員和部分自動(dòng)駕駛的車輛雙方都對(duì)對(duì)方一無所知時(shí)，如何進(jìn)行協(xié)作。

想象一下，當(dāng)汽車停止自動(dòng)駕駛功能并要求駕駛員接管的場(chǎng)景。突然之間，駕駛員必須承擔(dān)起責(zé)任，不管他/她在認(rèn)知上或身體上是否準(zhǔn)備好接管。

這是車廠對(duì)人類駕駛員一廂情愿的期望，而人類駕駛員對(duì)此并沒有準(zhǔn)備充分。

“協(xié)同駕駛”是建立在一個(gè)謬誤之上的。當(dāng)機(jī)器或人類駕駛員對(duì)另一方的行為或即將采取的行動(dòng)了解甚少時(shí)，雙向協(xié)作變得幾乎不可能。

真實(shí)世界的數(shù)據(jù)

關(guān)于機(jī)器到人類駕駛接管的問題，有大量扎實(shí)的學(xué)術(shù)研究和技術(shù)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(gè)突出的擔(dān)憂是人類傾向于“過度信任”部分自動(dòng)駕駛汽車的技術(shù)。

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

對(duì)于汽車的接管請(qǐng)求，典型的直接反應(yīng)是什么？

駕駛員接下來會(huì)做什么？

駕駛員的視線注意力會(huì)發(fā)生變化嗎？

駕駛員首先關(guān)注什么？接下來又是什么？

駕駛員需要多長時(shí)間才能控制汽車？

駕駛員何時(shí)才能達(dá)到穩(wěn)定的手動(dòng)駕駛狀態(tài)？

AVT（The Advanced Vehicle Technology）聯(lián)盟，一個(gè)學(xué)術(shù)產(chǎn)業(yè)合作伙伴關(guān)系，最近發(fā)布了一項(xiàng)關(guān)于使用Super Cruise部分自動(dòng)駕駛系統(tǒng)時(shí)人類行為的現(xiàn)實(shí)世界研究結(jié)果。

MIT交通與物流中心的研究科學(xué)家Bryan Reimer在最近的解釋說，這個(gè)研究結(jié)果“提供了一個(gè)窗口，展示了在真實(shí)世界、自然駕駛條件下與系統(tǒng)啟動(dòng)的控制轉(zhuǎn)換相關(guān)的實(shí)際駕駛員行為?！?Reimer認(rèn)為，這項(xiàng)研究為OEM、供應(yīng)商、監(jiān)管機(jī)構(gòu)和其他利益相關(guān)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(yàn)及其可能的權(quán)衡，“平衡便利性、舒適性和安全性?！?/p>

實(shí)驗(yàn)設(shè)置

AVT的設(shè)置非常簡單。在一個(gè)“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(gè)月。Super Cruise是一種部分自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，啟動(dòng)后可以實(shí)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(dòng)力學(xué)、駕駛員與車輛控制器的互動(dòng)以及車內(nèi)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的狀態(tài)；（ii） GPS記錄位置；（iii） 4個(gè)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(dòng)駕駛發(fā)起的解除請(qǐng)求發(fā)生的特征，并評(píng)估駕駛員的響應(yīng)和恢復(fù)行為?！?/p>

該研究還量化了“自動(dòng)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(shí)刻分布特性?！?/p>

主要作者、MIT的研究科學(xué)家Pnina Gershon解釋說，該研究提供了關(guān)于“駕駛員如何動(dòng)態(tài)分配視覺注意力以及在自動(dòng)駕駛發(fā)起的解除后恢復(fù)控制所需時(shí)間”的見解。

測(cè)量內(nèi)容

AVT研究中最值得注意的是，它以30fps的速度逐幀標(biāo)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(fēng)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(tái)、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(biāo)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(jié)果

研究發(fā)現(xiàn)的最具啟示性的人類行為是，在關(guān)鍵時(shí)刻，當(dāng)Super Cruise通知駕駛員自動(dòng)駕駛已解除并要求駕駛員接管時(shí)，駕駛員會(huì)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(duì)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(shí)間關(guān)鍵駕駛情境要求全神貫注時(shí)。

AVT數(shù)據(jù)顯示，在Super Cruise發(fā)起的解除自動(dòng)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(shí)長在Q85中減少了4.86秒。

研究還發(fā)現(xiàn)，在解除自動(dòng)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(gè)嚴(yán)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(shí)將駕駛員長時(shí)間注視道路的時(shí)間縮短了73%。

AVT研究的作者認(rèn)為，這種反應(yīng)反映了駕駛員尋求解釋自動(dòng)駕駛解除和/或自動(dòng)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(gè)令人驚訝的發(fā)現(xiàn)。研究發(fā)現(xiàn)，“接管請(qǐng)求的影響并不在駕駛員接管方向盤的那一刻結(jié)束?！弊⒁曅袨榈淖兓掷m(xù)了相當(dāng)長的一段時(shí)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?！?/p>

需要多少秒？

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

AVT研究通過識(shí)別脫手駕駛過程中的“延遲、反應(yīng)和恢復(fù)時(shí)間段”，深入研究了接管期。

正如Gershon解釋的，“延遲”是指從自動(dòng)駕駛解除請(qǐng)求開始到行為發(fā)生變化（注視/握方向盤）的時(shí)間?！胺磻?yīng)”階段的特點(diǎn)是在延遲期后出現(xiàn)行為變化，然后進(jìn)入恢復(fù)期。“恢復(fù)期”由在評(píng)估窗口期間不發(fā)生變化的穩(wěn)定行為表示。

（a） 在自動(dòng)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(dòng)駕駛解除發(fā)生在0秒，用虛線標(biāo)出。（b） 隨著時(shí)間的推移，道路注視比例，趨勢(shì)穩(wěn)定的注視行為時(shí)期（延遲、反應(yīng)和恢復(fù)）用水平線標(biāo)出。（來源：AVT）

AVT對(duì)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(shí)間開始恢復(fù)對(duì)道路的注視行為，以及1.5秒的時(shí)間將至少一只手放在方向盤上?！?/p>

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

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

但她強(qiáng)調(diào)：“我認(rèn)為這仍然是一個(gè)需要更多數(shù)據(jù)和更多背景的懸而未決的問題。”她指出，“AVT還有很多研究將有助于加深我們的理解?！?/p>

要點(diǎn)

鑒于對(duì)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(shè)計(jì)變得至關(guān)重要。

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

AVT研究認(rèn)為，“提供與自動(dòng)駕駛解除相關(guān)的易于理解和充足信息的設(shè)計(jì)”對(duì)于“更順暢的過渡和更快的恢復(fù)”至關(guān)重要。

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

AVT聯(lián)盟的關(guān)鍵架構(gòu)師Reimer懷疑，一些成員“在一段時(shí)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(chǎng)優(yōu)勢(shì)?！?/p>

權(quán)衡取舍

Reimer指出，設(shè)計(jì)部分自動(dòng)駕駛汽車的關(guān)鍵在于“平衡便利性、舒適性和安全性”。

車廠應(yīng)該通過部署部分自動(dòng)駕駛為駕駛員提供多大程度的便利？駕駛員應(yīng)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(shí)發(fā)出警報(bào)？還是駕駛員會(huì)確信，盡管系統(tǒng)的自動(dòng)駕駛能力有限，但它會(huì)在那里保護(hù)他？

自動(dòng)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(yàn)中校準(zhǔn)好的信任水平?！?/p>

實(shí)際上，“校準(zhǔn)信任”是什么？

Reimer認(rèn)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(shè)立基準(zhǔn)，確定系統(tǒng)面臨改進(jìn)困難的領(lǐng)域，并“最終從輔助和自動(dòng)駕駛中獲得更強(qiáng)的安全效益”。

安全專家長期以來一直警告我們部分自動(dòng)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(shí)。這種技術(shù)的推進(jìn)迫使汽車設(shè)計(jì)師預(yù)測(cè)人類駕駛員在關(guān)鍵安全時(shí)刻的行為，并開發(fā)一種至少可以簡化接管過程的人機(jī)界面。

審核編輯 ：李倩