智能车的“聪明”设计：考虑人因学问题

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31.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-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41.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63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412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8Wickens,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&Dodson,1908;Broadhurst,1959;Coughlinetal,2011)耶德定律驾驶绩效理想状态基于Yerkes-DodsonLaw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1213潜在的安全问题视觉分心（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：FARS2010-2014,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SafeDriveMode驾驶员辅助系统17技术展望•先进人机交互界面(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,Meratetal.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(Lankenau2002)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&Riley1997)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(Parasuramanetal.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(WIlde1998)(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-ProjectHAVEit(Flemischetal,2011)212.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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),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(DetectionResponseTask,DRT)–换道任务(LaneChangeTask,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-backTask,ClockTask…–视觉类:ArrowTask,SuRT…26研究工具–HMI任务钟表任务(ClockTask)数字记忆任务(N-backTask)箭头任务(ArrowTask)替代参考任务(SuRT)27研究案例1•HMI字体显示的影响HumanistSquareGrotesque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606570758085BeforeParkingAfterHeartRate(bpm)APAManual•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3.4BPM的心率•心率比主观汇报的压力值更敏感29研究案例3•方向盘语音触控+抬头显示303.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Coughlin,Reimer&Mehler,200932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344.问题解决指南•ISO国际标准Roadvehicles--Ergonomicaspectsoftransportinformationandcontrolsystems–ISO14198,15006,15008,16673,17287,17488,26022Measurementofdrivervisualbehaviourwithrespecttotransportinformationandcontrolsystems–ISO15007•学术期刊HumanFactorsErgonomics/AppliedErgonomicsAccidentAnalysisandPreventionTransportationResearchPartF:PsychologyandBehaviourInternationalJournalofHuman-ComputerStudies35文件参考•AutomotiveUI–InternationalConferenceonAutomotiveUserInterfacesandInteractiveVehicularApplications()•DriverAssessmentConference–InternationalDrivingSymposiumonHumanFactorsinDriverAssessment,TrainingandVehicleDesign()•HFES–InternationalAnnualMeetingoftheHumanFactorsandErgonomicsSociety()–CheckouttheSurfaceTransportationGroup36会议参考37谢谢！欢迎提问[e-mail]