智能车的“聪明”设计:考虑人因学问题

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1、智能车的“聪明” 设计 考虑 人因学问题 安 全研究 王 颖 副教授 北 京航空航天大学 交通科学与工程学院交通运输工程系 2016年 07月 01日 报告人 2 工作经历 北京航空航天大学交通科学与工程学院 副教授 (2013 - ) 麻省理工学院 AgeLab 新英格兰大学交通研究中心 博士后研究员 (2009 2012) 教育背景 清华大学工业工程 系 工学博士 (2009) 西安交通大学工业工程系 管理学 /工学 学士 (2003) 王颖 报 告内容 3 1. 汽车中新兴的人因学问题 - 基本理论 - 移动互联生活 - 先 进驾驶员辅助系统( ADAS) 2. 汽车人机交互设计与评估 。

2、- 研究方法 - 研究工具 - 研究案例 3. 驾驶 人 状态管理 - 传统汽车 - 自动汽车 4. 问题解决指南 - 文件参考 - 会议 参考 4 1.汽车中新兴的人因学问题 基础理论 5 以 驾驶人为中心,结合生理 学、心理学、人体测量学、 汽车工程、道路交通工程等 多个学科,研究如何提高交 通系统宜人性、安全性和效 率的交叉性学科 人 (心理学、医 学) 车辆 ( 汽车 工程) 道路环境 (土木工程) 研究 领域 6 3 节能技术、智能交通系统等 安全技术、人机交互等 信号、标识、监控设施等 4 1 2 交通人因学 7 生理 上 肢体 /j肌肉 年龄 /性别 视力 /健康 心理上 感知 。

3、认 知 反 应 行为上 酒精 /药物驾驶 侵略 性驾驶 分 心驾 驶 同 伴影响 社会规范 关注问题 8 Wickens, C. (1980, 2002, 2010) 多资源理论 模型 9 (Endsley, M. R. 1995) 汽车 情境意识 航空 核电 航天 复杂系统 10 (Yerkes Broadhurst, 1959; Coughlin et al, 2011) 耶 德定律 驾驶绩效 理想状态 基于 Yerkes-Dodson Law的驾驶绩效与工作负荷关系图 工作负荷 /压力 注意力缺失 驾驶疲劳 主动注意力 分散 过载 移 动互联生活 11 世界的变化 12 13 潜在的安全。

4、问题 视 觉分心(眼睛离开路面) 认知分心(注视但未注意) 使 用手机软件(一名北京出租车司机) 使 用车载软件(特斯拉内景) 14 数 据事实 注意力分散原因在所有分心事故中的百分比(数据来源: FARS 2010-2014, 美国) 手 机 车 载 设 备 15 数 据事实 10%的驾驶员在通过交叉口时看或打手机(数据来源:北航交通 学院自然驾驶实验研究, 2016) 出台 智能手机 APP和 车载 APP行驶安全标 准 依 据标准 严格设计 上述软硬件的 功 能 及 HMI 智 能 手机驾驶模式 16 解 决方法 Safe Drive Mode 驾驶 员辅助系统 17 技术展望 先进人机。

5、交互界面 (视觉与认知需求高 ) 半自动化 (主动安全,驾驶员状态检测,技术信任 ) 全自动化 (情境意识,技术信任 ) 18 人因 学问题 1. 技术的鲁棒性 2. 倦怠和分心 对行驶中的关键事件识别缓慢,对紧急状态反应迟钝 (Jamson, Merat et al. 2013, etc.) 3. 模式困惑 对系统所处的当前模式混淆不清从而做出错误决策 (Lankenau 2002) 4. 技术信任 操作者一旦发现一次某项功能不可靠,就会弃之不用 (Parasuraman & Riley 1997) 5. 技能 退化 熟 练操作之后,操作者就会过于依赖技术,自己反而失去了应有的技 能 (Pa。

6、rasuraman et al. 2000). 一旦驾驶员发现某项辅助功能很大,他们就会主动接受更高的风险 (WIlde 1998) (Cummings & Ryan, 2013) 解决方法 设计恰当的 HMI (有效减少模式困惑、倦怠和分心 ) 1. 清晰表现权利分享状况 2. 有交互的模式切换 3. 驾驶员状态评估 4. “不完美”的系统有利于驾驶安全 (Larsson, 2011) EU-Project HAVEit (Flemisch et al, 2011) 21 2. 汽 车人机交互设计与评估 测试车 仿真 器 实验 室测试 CAN数据 车道位置 GPS 雷达 生理数据 眼 动数据。

7、 视 频数据 音频数据 22 研 究方法 测试车 高保真模拟器 低保真模拟器 非驾驶实验测试 研究目的 5. 制定 HMI设计和应用准则, 保障交通安全 4. 建议更 优的 HMI设计 , 提升 用户体验 3. 评估 HMI对驾驶安全的影响 2. 评估 HMI对车辆操作的影响 1. 评估 HMI对驾驶员的工作负 荷需求 政府 厂商 用户 安全性 舒适性 易用性 道路观察 行为决策 纵向操作 横向操作 视觉负荷 操作负荷 认知负荷 直接测量法 主观度量 : NASA-TLX 客 观度量 : 视觉负荷 眼 动 指标 注视时长、频率、长注视 (1.6或 2s)等 认知负荷 生理指标 心 电 (ECG。

8、),皮电 (GSR),脑电 (EEG),瞳孔直径 等 24 研究 工 具 工作负荷度量 间接 测量法 检测反应任务 (Detection Response Task, DRT) 换道任务 (Lane Change Task, LCT) 25 研究 工 具 工作负荷度量 远 程式 头戴式 触觉式 实际任务 根 据 HMI在驾驶中的实际工作场景设计规范化的实验任务,难度可呈 阶梯变化 替代任务(标准任务) 认知类 : N-back Task, Clock Task 视 觉类 : Arrow Task, SuRT 26 研究 工 具 HMI任务 钟 表任务 (Clock Task) 数字记忆任务 (。

9、N-back Task) 箭头任务 (Arrow Task) 替代参考任务 (SuRT) 27 研究案例 1 HMI字体显示的影响 Humanist Square Grotesque 对男性影响显著, 对女性不显著 28 研究 案 例 2 自 动泊车系统的压力缓解效果 60 65 70 75 80 85 Before Parking After Hea rt Ra te ( bp m) APA Manua l 停车时使用自动泊车系统驾驶员的 心率比人工停车少 12BPM以上 等待停车时预期使用自动泊车系统 的驾驶员也比人工低 3.4 BPM的心 率 心率比主观汇报的压力值更敏感 29 研究 案。

10、 例 3 方向 盘语音触控 +抬头显示 30 3. 驾驶人状态管理 驾驶绩效提升与 事故预防 驾驶人避撞 系统避撞 伤害缓解与被 动安全 驾驶人状态检测与 工作负荷管理 碰撞预警、车道偏 离预警 刹车、车道矫正 等自动响应系统 缓冲区、气囊 等 碰撞 安全技术时间窗 31 传统汽车:驾 驶 人状态检测 检 测驾驶 人状态 心率 脑电 波 血压 呼吸 皮 肤电 注视集中 疲劳参数 瞳孔尺寸 视觉注意 面部识别 声 音 皮 肤电阻 情绪 天气 交通 流 地形 加速 刹 车 转向 车道 环境信息 车辆操作 侵略型 防御 型 谨 慎型 驾驶风格 跟车距离 换道 速 度 驾驶行为 生理测量 Coughl。

11、in, Reimer & Mehler, 2009 32 驾驶人状态检测模型 33 失效预警 事件发生 时间 开始接管 人工接管前 人工接管反应 人工接管后 自动汽车:模式切换过程 驾驶人状态 - 易疲劳 - 易注意力缺失 - 易丧失情境意识 接管反应及时性 - 易延迟接管 人工驾驶安全性和稳定性 - 易发生危险 - 易操作不稳定 低负荷 驾驶人状态 监 督与调节 模 式切换安全性评价 失效预警 HMI设 计评价 34 4. 问题解决指南 ISO国际标准 Road vehicles - Ergonomic aspects of transport information and control。

12、 systems ISO 14198, 15006, 15008, 16673, 17287, 17488, 26022 Measurement of driver visual behaviour with respect to transport information and control systems ISO 15007 学术期刊 Human Factors Ergonomics / Applied Ergonomics Accident Analysis and Prevention Transportation Research Part F: Psychology and B。

13、ehaviour International Journal of Human-Computer Studies 35 文 件参考 Automotive UI International Conference on Automotive User Interfaces and Interactive Vehicular Applications (http:/www.auto-ui.org/) Driver Assessment Conference International Driving Symposium on Human Factors in Driver Assessment, Training and Vehicle Design (http:/drivingassessment.uiowa.edu) HFES International Annual Meeting of the Human Factors and Ergonomics Society (http:/www.hfes.org/web/HFESMeetings) Check out the Surface Transportation Group 36 会议参考 37 谢谢! 欢迎提问 yingwang http:/www.wangying.me 。

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