汽車的行駛安全和效率受復(fù)雜的行駛環(huán)境、車輛自身的故障或缺陷以及駕駛員的駕駛狀態(tài)、習(xí)性和技能等因素的影響，因此要圍繞行駛安全和效率的目標(biāo)，進(jìn)行面向人機(jī)共駕的“人-車-路”在線協(xié)同感知與預(yù)測(cè)方法研究。

1 車載地圖作為傳感器的駕駛預(yù)測(cè)控制[1]

1.1 主要目的和主要原理

近年來(lái)，北美和歐洲所有主要商用車為他們的在用車輛配備了基于電子地平線的預(yù)測(cè)功能。這是一個(gè)系統(tǒng)概念，讓車輛知道前方道路上發(fā)生了什么，并允許他們?cè)跊](méi)有駕駛員參與的情況下對(duì)信息作出反應(yīng)。通過(guò)優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元、傳動(dòng)控制裝置或車輛其他控制單元的算法來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在未來(lái)，電子地平線將能夠保存與位置相關(guān)的車輛數(shù)據(jù)，并將其傳輸?shù)皆贫耍蛘邽榍胺降缆诽峁﹦?dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，如交通擁堵、交通事故、天氣狀況。

1.1.1 地圖自學(xué)習(xí)

駕駛的汽車安裝了旋轉(zhuǎn)的激光雷達(dá)裝置，安裝在車頂上，可以發(fā)射激光束，形成道路和周圍環(huán)境的圖像。一輛裝有GPS、激光雷達(dá)和攝像機(jī)的Waymo汽車如圖1所示。然后檢查圖像和標(biāo)記發(fā)現(xiàn)的物體，如停止標(biāo)志、建筑物、紅綠燈和拒絕進(jìn)入的標(biāo)志。首先，在激光雷達(dá)或攝像機(jī)等車輛傳感器中，可以驗(yàn)證高清地圖。通過(guò)使用這些傳感器，地圖內(nèi)容可以被整合或偏差可以被檢測(cè)，如道路幾何形狀不匹配或交通標(biāo)志已經(jīng)改變。在發(fā)生偏差的情況下，檢測(cè)到的偏差將從車輛發(fā)送到后端。最后，所有車輛在進(jìn)行交驗(yàn)后，將會(huì)提供最新的高清地圖。

1.1.2 公共數(shù)據(jù)庫(kù)

道路數(shù)據(jù)庫(kù)背后的基本思想是自動(dòng)采集和處理高精度道路數(shù)據(jù):

（1）道路數(shù)據(jù)庫(kù)使用車輛中已有的傳感器來(lái)記錄道路的形狀和設(shè)備；

（2）數(shù)據(jù)被傳輸?shù)胶蠖?。這將從許多車輛提供的數(shù)據(jù)中生成高度精確的數(shù)據(jù)，所有參與的車輛都可以使用這些數(shù)據(jù)；

（3）使用道路數(shù)據(jù)庫(kù)，可以幾乎實(shí)時(shí)地生成、部署和更新路線信息，特別是有效地進(jìn)行更新。

在現(xiàn)代車輛中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的傳感器(攝像頭、雷達(dá)以及越來(lái)越多的激光雷達(dá))正在不斷地記錄大量的信息。首先對(duì)道路數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以在道路數(shù)據(jù)庫(kù)格式中提取道路特征。然后，車內(nèi)道路數(shù)據(jù)庫(kù)軟件將這些數(shù)據(jù)與任何可能已經(jīng)存儲(chǔ)在同一路段車輛中的信息進(jìn)行比較。

1.2 結(jié)論

思維地圖作為傳感器導(dǎo)致電子地平線的概念,可以讓車輛在路上知道正在發(fā)生什么,允許他們對(duì)這些信息沒(méi)有司機(jī)參與的情況下，提高燃料的燃燒效率,提高舒適和安全,使半自主系統(tǒng)乃至全自動(dòng)系統(tǒng)在不久的將來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2 帶有地標(biāo)增強(qiáng)功能的車載導(dǎo)航系統(tǒng)時(shí)對(duì)駕駛員的眼睛掃視行為、導(dǎo)航錯(cuò)誤的主觀評(píng)估[2]

2.1 主要目的和主要原理

本研究探討了三種導(dǎo)航系統(tǒng)人機(jī)界面(HMIs)對(duì)駕駛員視線行為、導(dǎo)航誤差和主觀評(píng)價(jià)的影響。三十六個(gè)司機(jī)在底特律市中心駕駛不熟悉的三段路線。本研究的目的是評(píng)估呈現(xiàn)不同程度詳細(xì)的導(dǎo)航信息對(duì)參與者的駕駛評(píng)估和駕駛方式的影響。在這項(xiàng)研究中，我們改變了視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)導(dǎo)航信息，以測(cè)量一組不熟悉底特律市中心地區(qū)的司機(jī)的眼睛掃視行為和方式錯(cuò)誤的影響。測(cè)試了3個(gè)條件:

(i)標(biāo)準(zhǔn)的視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)提示格式(2D電子地圖，基本語(yǔ)音方向信息);

(ii)3D視覺(jué)及聽(tīng)覺(jué)提示(即，具有細(xì)節(jié)層次或LOD地標(biāo)的三維電子地圖，具有基本聽(tīng)覺(jué)方向信息的視覺(jué)表示;

(iii)“增強(qiáng)”的3D地標(biāo)信息(添加照片真實(shí)感圖像)聽(tīng)覺(jué)提示。

人機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)

福特Flex采用車載同步3代原型導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，該系統(tǒng)被改裝或擴(kuò)充為三個(gè)HMI系統(tǒng)/實(shí)驗(yàn)條件，用于測(cè)試。圖2提供了三個(gè)人機(jī)系統(tǒng)和實(shí)驗(yàn)條件的照片。

2.2 結(jié)論

眼睛一瞥行為

圖3展示了車輛在行駛過(guò)程中，每條路線段的單目停留時(shí)間的經(jīng)驗(yàn)累積分布。對(duì)于每條航路段的導(dǎo)航區(qū)域，中位瞥一眼時(shí)間分別為0.8 s、0.77 s和0.77 s，分別為1段、2段和3段。無(wú)論在哪個(gè)路線段，反光持續(xù)時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)偏差約為0.38 s。因此，在移動(dòng)時(shí)，在不同時(shí)期內(nèi)，向?qū)Ш絽^(qū)域的單掃持續(xù)時(shí)間是相似的。

圖3 單目停留時(shí)間的經(jīng)驗(yàn)累積分布

忘記轉(zhuǎn)彎導(dǎo)航錯(cuò)誤

表1顯示了每條路線觀察到的錯(cuò)過(guò)轉(zhuǎn)彎次數(shù)段和人機(jī)界面條件。首先考慮表的路由段或行(n的不同值反映了分配給每個(gè)分段的隨機(jī)參與者的數(shù)量)。一個(gè)參與者的任務(wù)說(shuō)明了觀察到的變化),在第1節(jié)中比其他兩節(jié)中錯(cuò)過(guò)的次數(shù)更多。錯(cuò)過(guò)轉(zhuǎn)彎的主要原因是一個(gè)短方法的交叉口，導(dǎo)致了后發(fā)路線指導(dǎo)信息的呈現(xiàn)。

表1 按路線段和HMI錯(cuò)過(guò)轉(zhuǎn)彎

主觀評(píng)價(jià)

可用性評(píng)估(UA)包括可理解性(UA1)、可接受性(UA2)、有用性(UA3)、對(duì)路線指導(dǎo)(UA4)的滿意度，以及參與者向朋友推薦系統(tǒng)的程度(UA5)。結(jié)果表明，HMI特征之間的差異無(wú)顯著性差異，HMI的典型特征是高(7分制的評(píng)分范圍為5.3至5.9)。然而，無(wú)論HMI如何，在1號(hào)干線上的評(píng)分都較低。另一方面，與2D系統(tǒng)相比，增強(qiáng)3D+導(dǎo)航系統(tǒng)在“挫折”TLX分量表上的評(píng)分明顯較低，但與3D系統(tǒng)沒(méi)有明顯區(qū)別。

3 在雙重任務(wù)駕駛條件下，用來(lái)量化注意力負(fù)荷的指標(biāo) [3]

3.1 主要目的和主要原理

針對(duì)實(shí)際駕駛中注意力負(fù)荷和分心程度的測(cè)量和監(jiān)測(cè)，以及對(duì)車載人機(jī)界面(HMI或DVI)設(shè)備的評(píng)估和比較，開(kāi)發(fā)了一類駕駛員注意力負(fù)荷指標(biāo)。指標(biāo)包括駕駛員/車輛響應(yīng)和性能度量、駕駛員控制活動(dòng)以及駕駛員控制模型和參數(shù)。它們是多學(xué)科、實(shí)驗(yàn)和分析努力的結(jié)果，研究中使用的視覺(jué)-手動(dòng)輔助任務(wù)包括導(dǎo)航目標(biāo)輸入、無(wú)線電調(diào)優(yōu)、關(guān)鍵跟蹤任務(wù)，以及一個(gè)通用的觸摸屏輸入任務(wù)。非視覺(jué)-手動(dòng)輔助任務(wù)包括視覺(jué)-語(yǔ)音導(dǎo)航。這些指標(biāo)提供了司機(jī)在雙重任務(wù)情況下注意力負(fù)荷或分心程度的客觀衡量標(biāo)準(zhǔn)。除了客觀的駕駛員/車輛性能指標(biāo)外，本研究所獨(dú)有的駕駛員描述函數(shù)指標(biāo)為駕駛員增益和時(shí)滯在連續(xù)的實(shí)時(shí)基礎(chǔ)上為轉(zhuǎn)向控制任務(wù)計(jì)算。這些描述函數(shù)項(xiàng)直接衡量了駕駛員控制活動(dòng)的水平和對(duì)主要駕駛?cè)蝿?wù)的關(guān)注程度。提出了一種新的驅(qū)動(dòng)描述函數(shù)測(cè)度方法在道路條件下連續(xù)實(shí)時(shí)使用典型車輛的基本響應(yīng)和性能指標(biāo)。作為分心或注意力需求的客觀指標(biāo)，該指標(biāo)還可用于比較雙重任務(wù)工作負(fù)載與基線，或比較兩個(gè)雙重任務(wù)情況和HMIs。這些指標(biāo)旨在量化和監(jiān)控雙重任務(wù)條件下的分心程度。

3.2 結(jié)論及未來(lái)的方向

本文提出的注意力負(fù)荷指標(biāo)是客觀的、定量的，不需要特殊的駕駛員活動(dòng)或干預(yù)來(lái)進(jìn)行實(shí)時(shí)的實(shí)際駕駛計(jì)算。時(shí)變駕駛員描述函數(shù)可以在實(shí)際車輛中實(shí)時(shí)測(cè)量，得到的駕駛員控制模型參數(shù)(增益和時(shí)滯)可以用于一些指標(biāo)。根據(jù)度量應(yīng)用程序的不同，可以使用不同的觀察時(shí)間窗。這些指標(biāo)使用了當(dāng)代車輛中常見(jiàn)的響應(yīng)和性能度量。不一定只有一個(gè)唯一的指標(biāo)，而且可以使用最適合給定驅(qū)動(dòng)接口的指標(biāo)。給定可用的度量，派生的度量給出所選術(shù)語(yǔ)的相對(duì)權(quán)重和估計(jì)的度量預(yù)測(cè)值。有些指標(biāo)對(duì)于視覺(jué)-手工和非視覺(jué)-手工輔助任務(wù)都很好。雖然這一指標(biāo)是針對(duì)雙重任務(wù)駕駛情況而制定的，但它對(duì)于衡量其他類型的注意力不集中(如因困倦而引起的注意力不集中)可能很有用，在這方面還需要進(jìn)一步研究。

4 基于Qt和QML的HMI部件和用于診斷測(cè)試設(shè)備的OTX腳本[4]

4.1 主要目的和主要原理

本文首先簡(jiǎn)要介紹了標(biāo)準(zhǔn)化的組成部分。它重點(diǎn)描述了如何為執(zhí)行OTX腳本的外部測(cè)試設(shè)備創(chuàng)建一個(gè)基于Qt和QML的HMI。Qt的主要優(yōu)點(diǎn)是多平臺(tái)的能力和創(chuàng)建的可能性使用QML腳本定制HMI小部件。在創(chuàng)建、測(cè)試和批準(zhǔn)之后，可以使用定制的HMI小部件以及相應(yīng)的OTX序列并對(duì)其進(jìn)行重用任何一種客戶專用的測(cè)試設(shè)備。此外，Qt的多平臺(tái)功能允許用戶創(chuàng)建視覺(jué)豐富、非常高級(jí)的HMIs，在所有目標(biāo)平臺(tái)上都具有類似的外觀和感覺(jué)，包括Linux和移動(dòng)操作系統(tǒng)(如Android和iOS)。本文中的所有示例都基于Qt的開(kāi)源版本(版本5.9)。

4.1.1 用戶交互的當(dāng)前方法

當(dāng)前的OTX標(biāo)準(zhǔn)提供了一組基本的用戶交互表單，例如，可在運(yùn)行時(shí)向用戶顯示的選擇和合并對(duì)話框(圖4)。這些表單基于標(biāo)準(zhǔn)的操作系統(tǒng)特定表單作為第一項(xiàng)提供的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)話框可能非常有限的信息和選擇,更復(fù)雜的HMIs設(shè)計(jì)可以通過(guò)使用一個(gè)GUI編輯器。GUI編輯器提供了一個(gè)可配置的網(wǎng)格布局,預(yù)定程序的GUI部件如按鈕、復(fù)選框、單選按鈕、策劃者,儀表可以放置在網(wǎng)格通過(guò)簡(jiǎn)單的拖放。網(wǎng)格布局非常有用，因?yàn)樗梢?類似于web頁(yè)面)輕松地調(diào)整到不同的屏幕分辨率。預(yù)先編程的小部件提供了可以在GUI編輯器中設(shè)置的各種屬性，比如大小、顏色、字體和OTX腳本可以使用的按鈕按下按鈕之類的事件。與其他高級(jí)編程語(yǔ)言(如c++或c#)類似，圖形組件非常緊湊嵌入到OTX腳本中。核心部分是所謂的gui循環(huán)，用于處理小部件生成的事件。除此之外，還需要在OTX腳本中完全實(shí)現(xiàn)GUI邏輯(類似于C/c++/c#)。

4.2 結(jié)論

本章節(jié)通過(guò)使用OTX和QML腳本輕松創(chuàng)建可視化的豐富診斷應(yīng)用程序。由于主題的復(fù)雜性，只稍微觸及了QML圖形化可能性的表面。在圖形設(shè)計(jì)和用戶界面編程的過(guò)程中，在最終的解決方案真正實(shí)現(xiàn)之前，測(cè)試設(shè)備的可用性要經(jīng)過(guò)不同類型終端用戶的驗(yàn)證。由于可用性驗(yàn)證與圖形設(shè)計(jì)一起通常是一個(gè)需要多次重復(fù)的過(guò)程，因此開(kāi)發(fā)項(xiàng)目中的變更管理可能非常復(fù)雜且耗時(shí)。在最終實(shí)現(xiàn)之前，將用戶界面驗(yàn)證為具有不同最終用戶的高fidelity原型可以節(jié)省大量時(shí)間，并獲得優(yōu)化的可用性。QML和OTX腳本是實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期穩(wěn)定測(cè)試設(shè)備應(yīng)用程序的優(yōu)秀解決方案。由于診斷和用戶界面專家都可以專注于各自的專業(yè)領(lǐng)域并并行工作，因此開(kāi)發(fā)項(xiàng)目可以在時(shí)間和精力上進(jìn)行優(yōu)化。

圖4 用戶顯示的選擇和合并對(duì)話框

5 遠(yuǎn)程旋轉(zhuǎn)控制器對(duì)觸摸屏操作影響[5]

5.1 主要目的和主要原理

隨著新型人機(jī)界面(HMIs)的流行，人們對(duì)駕駛員注意力分散的擔(dān)憂也與日俱增。從某種程度上說(shuō)，這種擔(dān)憂源于設(shè)計(jì)系統(tǒng)的挑戰(zhàn)越來(lái)越大，該系統(tǒng)可以使駕駛員能夠使用各種功能，同時(shí)保持駕駛員應(yīng)對(duì)復(fù)雜駕駛?cè)蝿?wù)的能力。在這項(xiàng)研究中，比較了兩種基于到場(chǎng)的流行的視覺(jué)-手動(dòng)用戶界面。這兩個(gè)HMIs感興趣的是基于觸摸屏的接口(已經(jīng)在生產(chǎn)中)和基于遠(yuǎn)程旋轉(zhuǎn)控制器的接口。評(píng)估了五項(xiàng)車載任務(wù)，包括連續(xù)控制任務(wù)、快捷任務(wù)、導(dǎo)航任務(wù)、列表操作任務(wù)和功能切換任務(wù)。導(dǎo)航任務(wù)，列表操作任務(wù)和功能切換任務(wù)。16名參與者的一瞥行為被人工編碼以申請(qǐng)參加。結(jié)果表明，在更高位置的顯示和觸覺(jué)反饋下，旋轉(zhuǎn)控制器比基于觸摸屏的界面更能幫助駕駛員保持對(duì)道路的注意力，從而實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的連續(xù)控制和快捷操作。對(duì)于更復(fù)雜的任務(wù)，結(jié)果混合了有趣的見(jiàn)解。此外，出席者在注意管理策略上也顯示出顯著的個(gè)體差異。綜上所述，AttenDlike算法不僅可以比較不同的HMIs，還可以揭示個(gè)體的注意分配策略。

5.1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

一輛全尺寸運(yùn)動(dòng)型多用途車(SUV)用于橢圓形跑道上的測(cè)試目的。該車輛包含評(píng)估的觸摸界面。這個(gè)接口距離為16.3英寸(415毫米)扶手沿汽車縱軸的邊緣。如圖5所示。5個(gè)場(chǎng)景和駕駛艙攝像頭被用來(lái)收集司機(jī)行為的各個(gè)方面:包括前置攝像頭、駕駛員臉部攝像頭、駕駛員手運(yùn)動(dòng)攝像頭、駕駛整體運(yùn)動(dòng)攝像頭、駕駛員腳步攝像頭。

圖5 測(cè)試車輛中基于觸摸屏的系統(tǒng)、基于遠(yuǎn)程旋轉(zhuǎn)控制器的系統(tǒng)的顯示布局(左);帶有觸覺(jué)反饋的遙控旋轉(zhuǎn)控制器控制機(jī)構(gòu)(右)

5.1.2 五個(gè)評(píng)估的UI任務(wù)

UI任務(wù)1:連續(xù)控制任務(wù)(屏幕按鈕VS旋轉(zhuǎn)動(dòng)作)；

UI任務(wù)2:快捷鍵(屏幕按鈕VS機(jī)械按鈕)；

UI任務(wù)3:菜單導(dǎo)航(分層菜單操作由使用屏幕按鈕VS手勢(shì)搜索)；

UI任務(wù)4:列表操作(觸摸與移動(dòng))；

UI任務(wù)5:功能切換(直接點(diǎn)擊vs.Surface手勢(shì))；

5.2 結(jié)論

本研究考察了在評(píng)估HMIs時(shí)使用的AttenD buf?fer(它將隨時(shí)間變化的瀏覽模式組合成混合的性能度量)。它表明，與傳統(tǒng)的HMI評(píng)估(例如，單獨(dú)使用單獨(dú)的glance度量)相比，像AttenD這樣的方法為HMI開(kāi)發(fā)提供了新的和不同的見(jiàn)解。結(jié)果表明，像AttenD buf?fer這樣的方法有助于區(qū)分HMI對(duì)驅(qū)動(dòng)程序的影響，并有助于診斷哪種任務(wù)能更好地利用每種HMI方法。