面向所有人的外部车机交互界面——研究自动驾驶车辆外部沟通对行人、驾驶员和骑行车者的影响

文献标题

eHMI for All - Investigating the Effect of External Communication of Automated Vehicles on Pedestrians, Manual Drivers, and Cyclists

出版信息

• 主题领域: 自动驾驶车辆的外部人机界面（eHMI）及其对不同道路使用者的影响。
• 关键词: 自动驾驶车辆, eHMI, 行人, 骑行者, 手动驾驶员, 虚拟现实, 信任, 感知安全性, 可用性, 分心。

背景与问题

• 问题/挑战: 现有关于eHMI的研究主要集中在行人与自动驾驶车辆的交互上，忽略了其他道路使用者如骑行者和手动驾驶员。此前没有研究比较过eHMI对这些角色的影响。
• 重要性: 统一的eHMI设计可以简化自动驾驶车辆与不同道路使用者之间的沟通，减少模糊性并改善混合交通环境中的安全性。
• 动机与相关工作: 之前的研究表明eHMI对信任和清晰度有积极影响，但未解决可扩展性或角色特定的挑战。本研究通过评估统一的eHMI设计在行人、骑行者和驾驶员之间的效果，并考虑不同分心条件下的表现，填补了这一空白。

解决方案

• 提出的方法: 使用慢速脉动光带（Slow-Pulsing Light Band, SPLB）作为统一的eHMI设计，用于向行人、骑行者和手动驾驶员传达自动驾驶车辆的意图（例如，礼让）。
• 创新点:
  1. 首次比较eHMI对三种道路使用者角色（行人、骑行者、驾驶员）的影响。
  2. 评估eHMI在不同分心条件（无分心、视觉噪声、干扰）下的性能。
  3. 使用虚拟现实（VR）设置模拟所有角色的真实交通场景。
  4. 提供统一eHMI设计对不同道路使用者的可行性洞察。
• 实验过程与关键技术:
  • 进行了一项40名参与者的被试内设计虚拟现实实验。
  • 测试了三种角色和三种分心级别下有无eHMI的场景。
  • 测量主观指标（如信任、感知安全性、可用性）和客观指标（如到达交叉路口的时间、注视数据）。

结果

• 具体发现:
  • eHMI显著提高了感知安全性（F(1, 39) = 47.88, p < 0.001）、信任（F(1, 39) = 40.96, p < 0.001）和可用性（F(1, 39) = 37.19, p < 0.001）。
  • 使用eHMI时的心理需求较低（M = 7.81），相比无eHMI时（M = 10.24, p < 0.001）。
  • 骑行者报告的信任和感知安全性低于行人和驾驶员。
• 相较基线的优势:
  • 使用eHMI的场景在信任、感知安全性和可用性方面始终优于无eHMI的场景。
  • eHMI减少了对自动驾驶车辆的首次注视时间（TTFF），提高了注意力捕获效果。
• 实验/评估:
  • 参与者体验了18种条件（3种角色 × 3种分心级别 × 2种eHMI状态）。
  • 主观指标包括NASA-TLX、自动化信任量表、系统可用性量表（SUS）和感知安全性。
  • 客观指标包括注视跟踪和交互时间。
• 局限性与未来工作:
  • 人口统计学多样性有限（参与者年龄为21–30岁，大多数为德国人）。
  • 虚拟现实场景的真实性及自行车模拟器的刹车系统有待改进。
  • 仅测试了一种eHMI设计（SPLB）；未来工作应探索其他设计及非礼让场景。
  • 未解决文化差异对eHMI解释的影响。

总结

本研究评估了一种统一的eHMI设计（慢速脉动光带）在向行人、骑行者和手动驾驶员传达自动驾驶车辆意图方面的有效性。基于40名参与者的虚拟现实实验结果显示，eHMI显著增强了所有角色的感知安全性、信任和可用性，即使在分心条件下也是如此。骑行者报告的信任和安全性低于其他角色，突出了角色特定的挑战。研究结果支持统一eHMI设计的可行性，并对自动驾驶车辆设计、法规制定及推广具有重要意义。未来工作应关注文化差异、替代eHMI设计及现实世界验证。