探索自动驾驶汽车互连外部接口对行人安全和体验的影响

文献标题

探索自动驾驶汽车互联外部接口对行人安全与体验的影响

文献信息

• 主题领域: 人机交互、自动驾驶汽车、行人交通安全
• 关键词: 自动驾驶汽车, 外部通信, eHMIs, 易受伤害的道路使用者, 车-行人交互, 可扩展性

研究背景与问题

• 问题与挑战:

  • 随着自动驾驶汽车（AVs）的普及，如何解决其与行人之间的沟通成为关键问题，因为传统的人类沟通方式（如眼神交流、手势）在AV场景中不再有效。
  • 标准外部人机接口（external Human-Machine Interfaces，eHMIs）可能在复杂交通场景中造成行人的信息过载或矛盾信号，尤其在多车道、多车种类的场景中。
  • 当前的解决方案大多以单个车为中心，导致行人在决策时可能忽视周围车辆。

• 重要性:

  • 这项研究事关未来城市交通的安全性与流畅性，尤其是在行人和自动驾驶技术的交互中影响区域广泛的城市。

• 研究动机与相关工作:

  • 基于文献中对eHMIs潜在扩展和多车网络化的讨论，提出“互联eHMIs”的概念，即通过网络连接让多个自动驾驶汽车的eHMIs协同工作，输出一致的、清晰的信号。
  • 当前关于互联eHMI的讨论仍停留在理论层面，缺乏对视觉交互系统的实证研究。

解决方案

• 提出的解决方案:

  • 设计并验证一种基于视觉的互联eHMI系统，旨在提供行人关于多车道交通条件的统一信息。
  • 用VR（虚拟现实）模拟和实验方法对互联eHMI进行评估，并与无eHMI和非互联eHMI的条件进行比较。

• 创新之处:

  • 引入了红绿编码系统：红色斑马线表示需要谨慎，绿色斑马线表示完全安全。
  • 单车通信与集中式通信相结合：仅由一个自动驾驶汽车负责投影斑马线以减少视觉混乱，其余汽车用同步灯带强化信号一致性。
  • 融入Wi-Fi图标，帮助行人理解车辆之间的连接性。

• 实施步骤与关键技术:

  1. 设计三种场景接口（无eHMI、非互联eHMI和互联eHMI）。
  2. 在包含两车道交通的VR模拟中进行实验，记录与分析行人行为、安全性及主观体验。
  3. 测量工作负载（NASA-TLX量表）、信任和感知安全等主客观指标。

研究成果

• 实验结果与发现:

  • 行人安全:
    • 互联eHMI增强了行人对安全的感知，与其相比，无eHMI场景引发了更多的不确定感。
    • 在实际碰撞指标上，互联eHMI的表现与非互联eHMI接近，但未明显优于无eHMI；非互联eHMI可能导致信号误判（如将绿灯误解为整个道路安全）。
  • 工作负载：
    • 三种eHMI条件对行人工作负荷的影响未显示显著差异；但互联eHMI的红绿信号和Wi-Fi图标引起部分参与者的认知困惑。
  • 信任:
    • 与无eHMI相比，互联和非互联eHMI总体提高了信任感，但参与者对Wi-Fi图标等特定设计的理解能力显著影响了对互联eHMI的信任程度。

• 优势比较:

  • 相较非互联eHMI，互联eHMI更能减少信号误读的风险。
  • 红色信号的谨慎提示在强化行人警觉方面表现突出。

• 局限与未来方向:

  1. 局限性:
     • VR实验可能无法完全反映实际的街道环境。
     • 设计中某些元素（如红色斑马线与Wi-Fi标志）的认知一致性不足。
  2. 未来方向:
     • 探讨更直观和一致的信号语言（如颜色优化、文字标示）。
     • 在混合交通（自动车和手动车）的真实环境中测试eHMI。
     • 深入研究教育对行人理解eHMI的积极作用。

总结

本研究解决了行人-自动驾驶汽车交互中信号传递的部分矛盾，提出了互联eHMI的新设计并进行了系统实证测试，显示出该设计在感知安全和减少信号误读方面的潜力。然而，其在复杂交通条件中的效能与可靠性依然需通过更大规模和更真实场景的验证。