行人为自动车辆配备外部通信系统在前方过马路的决策受行人行为、时间压力和重复暴露的影响

文献标题

Effects of Pedestrian Behavior, Time Pressure, and Repeated Exposure on Crossing Decisions in Front of Automated Vehicles Equipped with External Communication

文献信息

• 主题领域: 人车交互、自动驾驶车辆的外部通信设计与行人行为研究
• 关键词: 外部通信、自动驾驶车、行人行为、鸡兔博弈时间压力、eHMI、人机交互

研究背景与问题

• 发现的挑战:

  • 自动驾驶车辆（AVs）的外部通信（例如通过LED灯条或显示器）用于替代传统的人类驾驶员-行人互动仍存在开放性问题。
  • 行人横穿行为受其他行人行为、时间压力和过往经历等多种因素影响，但这些因素在自动驾驶车辆的外部通信研究中尚未充分探讨。
  • "鸡兔博弈"理论表明行人可能会因自动驾驶车辆具有强制停车机制而更频繁地穿越，这种假设未得到实证验证。
  • 配备倒计时计时器的外部通信方式可能引发行人危险行为的风险。

• 研究动机:

  • 探讨外部通信(eHMIs)的详细作用，尤其是在多行人参与的复杂情景下以及行人反复遭遇非让行自动驾驶车辆的情况下。
  • 提高对AV安全和信任的理解，有助于规划其在混合交通中的引入方式。

解决方案

• 提出的方法:

  • 开展三部分的虚拟现实(VR)实验，探讨行人行为、时间压力以及重复暴露对自动驾驶车辆前横穿决策的影响。
  • 在三个场景中设计不同的条件：包括不同行人行为、AV是否显示计时器信息，以及行人是否反复经历非让行的AV。

• 创新之处:

  • 在自动驾驶车辆与行人外部通信（eHMIs）研究中首次纳入了其他行人行为的影响以及重复暴露的作用。
  • 系统性地对AV外部通信中的计时器效果进行稳健性测试，并结合行人过往经验的动态变化，科学评价其行为影响。

• 实施步骤与技术:

  1. 场景设计：使用Unity 2020.3.1f10构建虚拟交通环境。
  2. 实验设置：
     • 场景1（“行人群体行为”）：模拟某些行人违法跨越道路时，调查其他行人的模仿行为，考察AV外部通信（eHMI）信号的有效性。
     • 场景2（“计时器”）：考察AV外部显示计时器是否引发时间压力及其对危险横穿行为的影响。
     • 场景3（“非让行自动驾驶车辆”）：研究行人在重复暴露于非让行AV下的行为调整及信任变化（鸡兔博弈理论验证）。
  3. 数据测量：包括行人行为（例如横穿时长、碰撞次数）、认知负荷、信任、感知安全性及通信质量。
  4. 问卷调查：使用NASA-TLX和信任自动化问卷等标准化量表评估心理负荷、信任度等。

研究成果

• 具体成果:

  1. 行人行为影响:
     • 行人行为受其他行人影响明显。
     • 配备eHMI的AV显著提高了行人的信任感、降低了认知负荷，并提升了通信质量。
  2. 计时器的安全性:
     • 显示倒计时信息的计时器未诱发危险行为。
     • 计时器显著改善了用户对eHMI的实用性和愉悦性的感知。
  3. 重复暴露与“鸡兔博弈”理论验证:
     • 行人在反复暴露于非让行AV后适应速度加快；信任增加但危险穿越行为显现，这表明“鸡兔博弈”理论的行为影响在视觉实验中的初步验证。

• 相较现有解决方案的优势:

  • 通过真实世界接近程度较高的虚拟现实模拟，将多因素叠加的复杂动态情境融入行人-自动驾驶车辆外部通信研究中，为后续更精准的交通安全干预提供了依据。

• 实验结果:

  • eHMI在提高信任与横穿效率方面的效果显著。
  • 行人习惯效应显现，但部分行人可能出现对AV过分依赖的风险。

• 局限性与未来方向:

  • 局限性：
    • 样本量较小（N=18），且多为年轻人，年龄普适性待检验。
    • 虚拟现实实验与真实场景的差异可能影响结果外推。
  • 未来方向：
    • 考察不同年龄段和文化背景的行人对eHMI的认知差异。
    • 在真实环境中验证eHMI的长期效果。
    • 探究可降低行人过度依赖eHMI的对策。