研究人机界面（HMIs），以促进传统车辆与自动驾驶车辆在交叉路口之间的通信

《IEEE Transactions on Human-Machine Systems》：Investigating HMIs to Foster Communications Between Conventional Vehicles and Autonomous Vehicles at Intersections

自动驾驶车辆与常规车辆混合交通中，通过内部（iHMI）和外部（eHMI）人机交互界面提升驾驶者态势感知（SA）和信任度的研究。在VR驾驶模拟器中，50名参与者使用iHMI时SA显著优于eHMI和控制组，且认知负荷增幅更低。研究为AV-CV有效通信设计提供实证依据。

　　

摘要：

在涉及传统车辆（CVs）和自动驾驶车辆（AVs）的混合交通环境中，传统车辆驾驶员保持适当的情境意识（SA）对于确保与自动驾驶车辆的安全高效互动至关重要。虽然先前的研究已经证明了外部人机界面（HMIs）在传达自动驾驶车辆意图方面的作用，但本研究通过关注与传统车辆驾驶员之间的重要但尚未充分探索的互动，进一步扩展了这一认识。具体而言，我们通过系统比较内部（iHMI）和外部（eHMI）界面，研究了自动驾驶车辆通过这些界面与驾驶员的互动方式，并考察了其对驾驶员意识、认知负荷和行为的影响。首先，我们通过以人为中心的设计流程设计了八个HMI概念。其中评分最高的两个概念被选为eHMIs和iHMIs进行实施。随后，我们设计了一个包含三种条件的被试内实验：一种是没有任何通信界面的控制条件，以及两种使用eHMIs和iHMIs作为通信手段的处理条件。我们在虚拟环境（VR）驾驶模拟器中对50名参与者进行了实验研究。通过自我报告评估和眼动追踪测量来评估参与者的情境意识、信任度、接受度和心理负荷。结果表明，与控制组和eHMI组相比，iHMI组参与者的情境意识更高，对自动驾驶车辆的信任度也更强。此外，iHMI组的心理负荷增加相对较少。我们的研究有助于开发有效的自动驾驶车辆与传统车辆之间的通信方式，并有可能为未来自动驾驶系统的设计提供参考。

引言

自动驾驶车辆（AVs）的出现有望通过减少人为错误引发的事故、提高运输效率以及增加无法驾驶者的出行便利性来彻底改变交通运输方式[1]、[2]。然而，随着自动驾驶车辆在道路上的普及，它们将在可预见的未来与传统车辆（CVs）共存，从而形成混合交通环境[3]。这种共存带来了独特的挑战，尤其是在自动驾驶车辆与其他道路使用者（如传统车辆和弱势道路使用者VRUs）之间的通信方面。在传统的车辆互动中，人类驾驶员或VRUs依赖一系列有限的显性信号（如喇叭声、车灯闪烁、眼神交流或手势），以及一些隐性线索（如车辆速度变化和行驶轨迹）[4]、[5]。尽管这些通信方法有限，但人类能够基于共同的理解和驾驶经验对其进行解读和响应。然而，在自动驾驶车辆与人类的互动中，这些传统方法的效果会减弱甚至变得过时。自动驾驶车辆缺乏进行眼神交流或使用手势的能力，其动作可能无法像人类驾驶的车辆那样传达相同的隐性意图[6]、[7]。