三级自动驾驶过渡人机界面设计

三级自动驾驶向手动模式平顺安全过渡的人机界面系统设计

1 引言

自动驾驶系统根据美国汽车工程师学会（SAE）提出的自动化等级被分为五个等级。在一级和二级车辆中，驾驶员必须始终参与驾驶任务并监控环境。而在三级至五级车辆中，驾驶员则无需进行监控。在自动驾驶系统承担驾驶功能时，驾驶员可以自由进行进食或阅读等活动。

然而，在三级自动驾驶车辆中，当系统发出请求时，驾驶员必须接管车辆控制。尽管期望驾驶员始终对请求做出响应，但要让其保持对请求的警觉并不容易。同时，驾驶员也难以立即恢复包括速度感在内的驾驶感知。因此，从三级自动驾驶向手动驾驶过渡是一个需要解决的重要问题[2–6]。

人机界面（HMI）系统有助于引导驾驶员安全驾驶[7–12]。同时，也期望HMI系统能够促进从三级自动驾驶向手动驾驶的平稳和安全过渡。

2 目标

在本研究中，我们设计了一种人机界面系统，以指导驾驶员从三级自动驾驶平稳且安全地恢复驾驶。随后，我们进行了一项实验和一项调查，以检验该人机界面系统的效果。

3 方法论

日本汽车研究所（JARI）的本间等人开展了一项类似目的的研究[13]。他们研究了自动驾驶系统检测到车道封闭时，从自动驾驶转为手动驾驶的过渡情况。通过使用警告声和抬头显示器（HUD）提示驾驶员接管驾驶。分别在车辆到达道路封闭位置前2秒、5秒和10秒发出提示。实验结果表明：驾驶员在2秒内安全接管驾驶较为困难；即使有5秒或10秒的接管时间，若未提供适当的提示，仍有可能发生碰撞。当自动驾驶系统控制车辆时，如果驾驶员正在从事与驾驶无关的活动，则更有可能无法理解系统发出的过渡提示。

此外，一些受试者无法理解警报声的含义。需要注意的是，在这些受试者中有10秒的时间接管驾驶，但有一人因距离道路封闭处足够远而过于放松。

参考日本汽车研究所（JARI）[13]的上述研究成果，我们设计了一种人机界面系统，以促进从自动驾驶转为手动驾驶的安全过渡。我们不仅使用了警报声和抬头显示器，还采用了语音引导和车内灯光作为人机界面系统的引导工具，以提高驾驶员对系统通知的理解。

此外，我们预计逐步过渡到手动模式将有助于驾驶员提前充分准备接管驾驶。因此，我们在通往接管驾驶区域（过渡区域）的路线上设置了两个用于准备接管驾驶的区域（准备区）。在每个区域内，人机界面系统会向驾驶员发出通知和指示。驾驶员在过渡区域内接管驾驶的时间最初参考了日本汽车研究所（JARI）的研究成果，并通过初步实验确定。

通过驾驶模拟器（DS）实验验证了人机界面系统添加引导工具支持的逐步过渡的效果。利用驾驶模拟器，我们构建了一条包含三个过渡点的实验路线。实验结束后还进行了问卷调查和访谈，以获得主观评价。

3.1 请求驾驶员接管驾驶的情境

目前对于要求驾驶员从自动驾驶接管驾驶的情况尚无明确的定义或分类。在本研究中，我们假设了两种情况：一种是系统能够通过智能交通系统（ITS）提前充分检测到的情况，例如高速公路上的立交桥（IC）；另一种是系统在时间紧迫的情况下才检测到的情况。

由于系统能够提前良好检测到的情况，我们在高速公路路段设置了一个高速公路交汇处。同时，在能见度低的城市道路路段，由于交通事故导致车道封闭。在此情况下，系统直到车辆驶过事故现场附近的弯道时才能检测到事故现场。因此，系统在时间紧迫的情况下检测到事故现场。

3.2 实验设备

我们使用了规格如表1所示的驾驶模拟器。受试者坐在显示屏前，通过观看屏幕上显示的驾驶模拟器课程，操作模拟器方向盘、油门和制动踏板。

我们还使用了一套眼动追踪系统，该系统通过安装在受试者前方的摄像头采集瞳孔区域的数据。该系统每0.1秒记录一次瞳孔区域的数据。另一台摄像头安装在其附近脚部记录了他们的脚部动作。表2显示了眼动追踪系统的具体规格。

功能	规格
输入设备	罗技GT Force Pro HP ENVY
车辆动态计算设备	CPU: 英特尔酷睿 i5 GPU：NVIDIA GeForce GTX 680
图像生成设备	内存：4GB
输出设备	夏普：AQUOS
其他	座椅：适用于斯巴鲁力狮 B4 (BE5D) Desk

表1 驾驶模拟器规格

功能	规格
眼动摄像头	索尼：CCD-TRV126 NTSC
眼部行为接口单元	Techno Works: TE-9101B
计算设备	Dospa ra Prime CPU: 英特尔酷睿 i5 Windows 7
图像生成设备	GPU: 英特尔HD Graphics 4600 内存: 2GB
输出设备	三菱: RDT 234WX

表2 眼动追踪系统规格

3.3 引导驾驶员的引导工具

作为引导驾驶员的引导工具，警报声是使用最广泛的一种。然而，正如日本汽车研究所（JARI）所报告的那样，一些驾驶员可能无法正确或立即理解警报声[13]的含义，因此仅靠警报声和抬头显示器并不总是足够。为此，我们在警报声和抬头显示器的基础上，增加了语音引导和车内灯光作为引导驾驶员的引导工具。

警报声和车内灯光用于引起驾驶员注意。语音引导提示驾驶员应采取的操作。抬头显示器显示需要切换到手动模式的原因或位置（图1）。抬头显示器投影在挡风玻璃右下方。车内灯光安装在方向盘以下的位置，以便驾驶员低头时能够容易识别，因为年轻人经常使用智能手机（图2）。

3.4 人机界面系统

我们准备了两种类型的HMI系统。一种设计包含四种工具，包括语音引导、警报声和抬头显示器以及车内灯光。它通过分阶段引导驾驶员，提供过渡准备区域，并设有接管驾驶区域。另一种设计则使用警报声和抬头显示器，仅向驾驶员发出一个接管驾驶信号。前者为主要研究对象，命名为HMI-M；后者作为对比，用于检验HMI-M的效果，命名为HMI-C。

这两个HMI系统根据情况分为两类。HMI-M分为HMI-M1和HMI-M2，其中HMI-M1用于系统能够提前充分检测到的情况，HMI-M2用于系统在时间紧迫时检测到的情况。HMI-C也分为HMI-C1和HMI-C2。

过渡区域中驾驶员接管驾驶的时间最初参考了日本汽车研究所（JARI）的研究[13]。在其他区域行驶以准备过渡所需的时间由作者初步设定。我们多次驾驶实验路线并使用人机界面系统，确定了初始时间。

在设定初始时间后，使用两名持有驾驶证的22岁年轻驾驶员作为受试者进行了初步实验。要求他们在配备人机界面系统的路线上驾驶。我们仔细观察了他们的驾驶情况，以评价通过每个区域的初始时间是否合适。同时收集了受试者对人机界面系统发出通知和指示时机的主观评价。根据客观评价和主观评价的结果，确定了通过每个区域的最佳时间，并在必要时进行了微调。

3.4.1 HMI-M1（提前充分检测到的情况）

HMI-M1通过两个准备区域以及在高速公路交汇处接管驾驶的区域，逐步引导驾驶员接管驾驶（图3）。其中一个区域让驾驶员恢复驾驶感觉，另一个区域让他恢复速度感。

语音引导如下（图3）。

1) 车辆由自动驾驶系统控制，以100公里/小时的速度行驶。当车辆到达距离高速公路交汇处匝道入口（EI）30秒路程的点1时，HMI-M1发出第一次语音引导，告知驾驶员将在短时间内于交汇处接管驾驶。该语音引导同时提示驾驶员握住方向盘并监控周围环境。第一次语音引导的具体内容为：“您即将到达手动驾驶过渡点。请握住方向盘并监控周围环境。”

在实验前，受试者接受了关于“过渡点”一词含义的说明。

2) 车辆由自动驾驶系统控制，以100公里/小时的速度行驶至减速车道。在距入口12秒的减速车道起点（点2）处发出第二次语音引导。该语音引导告知驾驶员车辆正在减速，即将到达其应接管驾驶的过渡点。车辆在从点2到点3的区域内自动从100公里/小时减速至50公里/小时。第二次语音引导的内容为：“车辆正在减速。您即将到达过渡点。”

3) 在距EI入口（点3）7秒（50公里/小时）处，第三次语音引导提示驾驶员接管驾驶。第三次语音引导的内容为：“您已到达过渡点，请接管驾驶。”

4) 如果驾驶员在自动驾驶功能停止工作点（F点）后4秒内（车速为50公里/小时时）未接管驾驶，则会发出额外语音提示，敦促其接管驾驶。额外语音提示的内容为：“请自行驾驶。”该语音引导的音量大于其他语音引导。

从点1到点2的区域设置用于让驾驶员恢复驾驶感觉。驾驶员应通过握住方向盘并监控周围环境来恢复驾驶感觉。从点2到点3的另一个区域设置用于让其恢复速度感。驾驶员应在握住方向盘监控周围环境的同时，通过感受车辆减速来恢复速度感。

驾驶员可以通过按下按钮接管驾驶。即使驾驶员未按下按钮，自动驾驶也将在规定终点停止运行。

在点1处发出警报声并启动抬头显示器。车内灯光也在点1处开启，并在驾驶员接管驾驶或自动驾驶功能因机械原因停止时关闭。

警报声采用足够响亮的1000赫兹蜂鸣器，在2.7秒内鸣响十二次。抬头显示器显示‘高速公路匝道’，表示需要在此处进行切换到手动模式，如第1节3.3中的图2所示。

车内灯光为并排的红色小灯，如第3.3节中的图2所示。

3.4.2 HMI-C1（提前充分检测到的情况）

车辆由自动驾驶系统控制，以100公里/小时的速度行驶至减速车道。在减速区域，车辆自动从100公里/小时减速至50公里/小时。当实验车辆到达距匝道入口7秒的F点时，HMI-C1启动1（图4）。系统会发出警报声并通过抬头显示器提示驾驶员接管驾驶。驾驶员可随时接管车辆。警报声为清晰可闻的1000赫兹蜂鸣器，在2.7秒内鸣响十二次。抬头显示器上显示‘高速公路交汇处’，提示此处需要切换到手动模式。

3.4.3 HMI-M2（时间紧迫情况下检测到的情况）

当系统检测到时间紧迫的状况时，HMI-M2提供了一个准备区，使驾驶员能够识别状况并为过渡到手动驾驶做好准备，此外还设有接管驾驶的区域。在自动驾驶系统控制下，车辆以50公里/小时的速度行驶。

向手动驾驶过渡必须在距离事故现场20米处（图5中的B点）完成。B点到E点的距离最初是参考以下研究结果确定的JARI[13]。然后，我们通过初步实验确定，如果在B点前未完成过渡，则车辆由自动制动系统刹停。从点2′到B点的行驶时间设定为6秒（车速50公里/小时）。从点1′到点2′的行驶时间设定为4秒（车速50公里/小时）。

语音引导如下（图5）。

1) 当车辆到达距离B点10秒（以50公里/小时行驶）的点1′时，HMI-M2发出第一次语音引导，告知驾驶员前方存在障碍物，自动驾驶模式无法避开该障碍物。第一次语音引导的具体内容为：“前方有障碍物。”

2) 在距离B点6秒的位置（点2′）发出第二次语音引导，提示驾驶员接管驾驶。第二次语音引导的内容为：“请接管驾驶。”

3) 如果在距离最近车道（B点）20米前仍未完成向手动驾驶过渡，车辆将由自动制动系统强制停止。

从点1′到点2′的区域被设置为让驾驶员识别向手动驾驶过渡的情况。

在点1′处发出警报声并显示抬头显示器（HUD）信息。警报声采用清晰可闻的1000赫兹蜂鸣器，在2.7秒内鸣响十二次。抬头显示器提示前方已检测到障碍物。车内灯光也在点1′处开启，并在驾驶员接管驾驶或车辆被自动制动系统停止后关闭。

3.4.4 HMI-C2（时间紧迫情况下检测到的情况）

在自动驾驶系统控制下，车辆以50公里/小时的速度行驶。当车辆到达距离B点10秒（50公里/小时）处的1′时，HMI-C2启动（图6）。它发出警报声，并通过抬头显示器提示驾驶员接管驾驶。警报声采用足够响亮的1000赫兹蜂鸣器，在2.7秒内鸣响十二次。抬头显示器显示前方检测到障碍物。如前所述，车辆如果在距离车道封闭（E）20米（B）处仍未完成切换到手动模式，则由自动制动系统使车辆停止。

3.5 实验路线

我们使用驾驶模拟器准备了一条实验路线（图7）。实验路线包括高速公路和城市道路。实验车辆在高速公路上的速度设定为100公里/小时，在城市道路上的速度设定为50公里/小时。以这些速度行驶，通过高速公路需要10分钟，通过城市区域需要5分钟。

在图7中，高速公路的点1和点2处需要进行两次从自动驾驶切换到手动模式。驶离高速公路后，在城市道路的点3处需要进行一次从自动驾驶切换到手动模式。

在驾驶员即将接管驾驶的高速公路起始点之前，车辆的速度会自动降低至50公里/小时，驶向匝道入口。

3.6 自动驾驶功能期间的驾驶员任务

损保控股公司报告称，驾驶员希望在由自动驾驶系统控制的车辆中进行交谈、饮食等活动。因此，我们要求驾驶员在车辆由自动驾驶系统控制期间，与同车乘客（由研究人员扮演）进行交谈并同时进行饮食。

3.7 问卷调查与访谈

实验后我们进行了问卷调查，以获取HMI系统的主观评价数据。调查内容概述如下：1）受试者是否能够顺利接管驾驶，2）语音引导的时机是否合适，3）引导受试者的工具是否合适。

我们还进行了访谈，以获取更多信息以及驾驶员的心理状态。

3.8 受试者

受试者为41名年龄在18至23岁之间、持有驾驶证的年轻驾驶员。其中包括21名新手驾驶员，其余人员中有4名驾驶员具有两年以上驾驶经验。

自动驾驶技术有望通过代替容易犯错的人类驾驶员来操控车辆，从而减少交通事故。为了大幅降低交通事故，那些容易引发事故的驾驶员应积极使用自动驾驶技术。因此，我们认为，除了老年驾驶员外，包含许多新手驾驶员在内的年轻驾驶员也是主要目标群体，因为他们的致命事故率较高。因此，本研究将包含新手驾驶员在内的年轻驾驶员作为实验受试者进行准备。

20名受试者在HMI-M的辅助下驾驶，另外21名受试者在HMI-C的辅助下驾驶。新手驾驶员被几乎均等地分为两组，具有两年以上驾驶经验的驾驶员也被均等地分为两组。

此外，根据日本研究中心的报告[15]，二十多岁的年轻驾驶员比其他年龄段的驾驶员更希望使用自动驾驶系统。然而，他们也对这些技术的可靠性表示担忧。换句话说，年轻驾驶员需要支持以增强使用自动驾驶系统的信心。因此，我们选择他们作为人机界面系统支持的受试者。

3.9 实验步骤

实验开始前，我们向受试者解释了本研究（包括实验）的重要性，并告知他们如果愿意，可以随时退出实验。随后，如果受试者接受上述情况，会被要求签署一份同意书。

受试者还收到了关于HMI系统功能的详细说明。通过描述HMI系统的构成，我们向他们解释了每种工具（警报声、抬头显示器、语音引导、车内灯光）何时起作用，并说明了每种工具所发出通知的含义。关于语音引导，我们通过纸面内容向他们进行了展示和说明。

实验按以下步骤进行：1）受试者在测试路线驾驶，2）受试者在实验路线使用HMI-C或HMI-M进行驾驶，3）进行问卷调查和访谈。在测试路线上，受试者体验了自动驾驶并使用HMI系统练习了向手动驾驶过渡。

每个受试者的数据均被编码并匿名化处理。未存储可识别个人身份的信息。

3.10 数据分析

对HMI-C和HMI-M之间的特定数据进行了比较分析，以检验HMI-M的效果。

用于分析的数据包括瞳孔区域以及在接管驾驶后未能避免与城市道路事故现场发生碰撞的受试者数量。对于瞳孔区域，比较了其平均值，并分析了其增减率。我们还分析了从受试者被提示接管驾驶到将脚放在踏板上的时间。

在高速公路路段，受试者需要进行两次驾驶接管。每次接管时，均在以下位置获取瞳孔区域。

< HMI-C1>

(a) 在警报声发出前10秒至5秒之间。(b) 从发出警报声的时刻到受试者接管驾驶的时刻之间。(c) 从受试者按下按钮停止自动驾驶功能并接管驾驶的时刻，到自动驾驶系统再次启动的时刻之间。(d) 从自动驾驶系统再次启动的时刻起，至其后10秒之间。

< HMI-M1>

(A) 在第一次语音引导前10秒至5秒之间。(B) 从第一次语音引导发出时刻到第二次语音引导发出时刻之间。(C) 从第二次语音引导发出时刻到第三次语音引导发出时刻之间。(D) 从第三次语音引导发出时刻到受试者接管驾驶时刻之间。(E) 从受试者接管驾驶时刻到自动驾驶系统再次启动时刻之间。(F) 从自动驾驶系统再次启动时刻到其后10秒之间。

在城市道路路段，受试者需要接管驾驶一次。当时，在以下位置获取了具体数据。

< HMI-C2>

(a) 在警报声发出前10秒至5秒之间。(b) 从发出警报声的时刻到受试者接管驾驶的时刻。(c) 从受试者接管驾驶的时刻起至其后10秒之间。

< HMI-M2>

(A) 在第一次语音引导前10秒至5秒之间。(B) 从第一次语音引导发出时刻到第二次语音引导发出时刻之间。(C) 从第二次语音引导发出时刻到受试者接管驾驶时刻之间。(D) 从受试者接管驾驶时刻到其后10秒之间。

对于受试者将脚放在踏板上的时间的平均值分析，我们采用了威尔科克森秩和检验，这是一种用于处理非正态分布数据的非参数检验。对于与事故场景发生碰撞的受试者数量的分析，我们使用了同样属于非参数检验的卡方检验。在访谈的回答中，采用文本挖掘方法提取重要短语，并结合这些短语所处的上下文，形成重要内容的系统化摘要。

4 结果与讨论

4.1 实验结果

4.1.1 受试者被提示接管驾驶到F点至将脚放在踏板上的时间

HMI-C通过警报和抬头显示器提示受试者接管驾驶。HMI-M在高速公路路段使用第三次语音引导，在城市道路路段使用第二次语音提示。我们测量了图8中I和II之间的具体时间。图9显示了脚部位置。

在HMI-M的支持下，许多受试者在收到第一次语音引导时便将脚放在踏板上，该引导提示受试者在短时间内准备接管方向盘并监控周围环境，以向手动驾驶过渡。因此，当他们被提示接管驾驶时，脚已经位于踏板上。Consequently，这些受试者的测量值为零。

分析表明，受试者将脚放在踏板上的时间均值显著更短，在所有位置，使用HMI-M的支持均优于使用HMI-C的支持（图10）。研究表明，在HMI-M的支持下，逐步过渡到手动驾驶有助于驾驶员更平稳地接管驾驶。同时表明，语音引导提供的具体指示有助于提升驾驶员对当前状况的理解。

4.1.2 瞳孔区域

图11显示了在高速公路上首次切换到手动驾驶时瞳孔区域的增减情况。它们表现出显著特征。

横轴上的A至F点表示用于获取瞳孔区域的区域，解释如下。

A) HMI系统开始激活前10秒至5秒。B) 从HMI-M1第一次语音引导通知驾驶员即将需要接管驾驶，到第二次语音引导提示车辆减速为止。C) 从HMI-M1第二次语音引导发出，到第三次语音引导提示受试者接管驾驶为止。D) 从HMI-M1和HMI-C1的语音引导均提示受试者接管驾驶，到受试者实际接管驾驶为止。E) 从受试者完成过渡，到自动驾驶系统再次激活为止。F) 从自动驾驶系统再次激活时起，至其后10秒。

对于受HMI-M1支持的受试者，其瞳孔区域逐渐增大，并在驾驶员预期接管驾驶的D区达到峰值。而受HMI-C1支持的受试者的瞳孔区域则突然增大，但在过渡完成之后才达到峰值。

当人注意力集中时，其瞳孔 tends to 扩张。因此，结果表明，使用 HMI-M1 的受试者逐渐增加了注意力集中度，并在注意力最集中的状态下接管驾驶，而使用 HMI-C1 的受试者则在注意力尚未达到最高时就已接管驾驶。这表明，HMI-M1 的逐步引导对于驾驶员充分集中注意力并顺利接管驾驶更为有效。

在高速公路上的第二次切换也发现了类似的趋势。

图12显示了在城市道路上进行切换时瞳孔区域的变化情况。

图12横轴上的A到D表示获取瞳孔区域的区域，解释如下。

A) HMI系统开始激活前10秒到5秒。B) 从HMI-M2第一次语音引导告知驾驶员需要在短时间内接管驾驶的时刻，到第二次语音引导提示受试者接管驾驶的时刻。C) 从HMI-M2和HMI-C2的语音引导均提示受试者接管驾驶的时刻起到受试者完成过渡的时刻。D) 从受试者完成过渡的时刻到之后的10秒。

在城市道路上进行过渡时，受HMI-M2支持的受试者和受HMI-C2支持的受试者的瞳孔区域均在过渡完成后达到峰值。结果表明，HMI-M2提供的一个准备区不足以实现顺利的过渡。建议为了实现更平稳、更安全的过渡，驾驶员需要像HMI-M1那样在智能交通系统（ITS）支持下提供的逐步引导。

4.1.3 碰撞次数

我们统计了在城市道路上接管驾驶后导致车辆与事故现场发生碰撞的受试者数量。该数量包括车辆进入事故区域的情况，以及由于受试者为避让事故现场过度转动方向盘，导致车辆撞上道路对侧墙壁的情况。

如图13所示，21名受试者中有19名在HMI-C2支持下接管驾驶后发生了车辆碰撞。这与使用HMI-C2支持的受试者相比，使用HMI-M2支持的受试者数量显著更高。可以说，由HMI-M2支持的过渡比由HMI-C2支持的过渡更安全。

没有发生车辆被自动制动系统停止的情况。

4.2 问卷调查与访谈结果

4.2.1 问卷调查

图14显示了受访者对于受试者在HMI-M1或 HMI-C1支持下是否顺利接管驾驶这一问题的回答比例。说明注释1至4在图14中表示需选择的答案，解释如下。

切换到手动模式是
1 顺利执行
2 基本顺利执行
3 执行不太顺利
4 完全没有顺利执行

80%使用HMI-M1的受试者认为其过渡过程顺畅，而使用HMI-C1的受试者中不到一半有此感受。此外，部分使用HMI-C1的受试者感觉并不十分顺畅。这些结果表明，HMI-M1在实现顺畅过渡方面比HMI-C1更有效。

在高速公路上对第二次切换的评价具有相似的趋势。此外，对于感觉过渡过程较为顺畅的受试者而言，城市道路上使用HMI-M2的受试者比例（图16）低于高速公路上使用HMI-M1的受试者比例（图14和15），尤其是选择答案1的受试者比例更小。

这些结果与实验结果相互印证，表明所给出的逐步引导HMI-M1能更有效地帮助驾驶员注意力集中，及时接管驾驶。第二个问题是关于HMI系统提供引导的时机。

图17显示了在高速公路上第一次切换时，对 HMI-M1和HMI-C1提供引导时机的评价。数据通过卡方检验进行分析。图17中的说明注释1至5表示如下所述可选择的答案。

时机是
1 太早
2 稍早
3 合适
4 稍晚
5 太晚

HMI-M1的时机评价显著较高。没有受试者选择答案1、4和5。另一方面，约有40%的受试者认为HMI-C1的时机较晚。

如图18所示，城市道路上第二次切换时机的评价具有相似的趋势，尽管卡方检验未发现显著差异。

比较高速公路（图17）和城市道路（图18）上的时机评价，前者是对于两种HMI系统而言，前者均高于后者。这表明，在系统提前充分检测到需要切换到手动模式的位置时所提供的引导，比在时间紧迫情况下检测到时所提供的引导更容易让驾驶员遵循。

第三个问题是询问引导受试者的四种工具是否合适。这四种工具分别是语音引导、警报声、抬头显示器和车内灯光。为了评估每种引导工具，要求受试者从以下五个选项中选择一个答案。

1 有帮助
2 稍有帮助
3 有无皆可
4 比较无助
5 无助

如图19所示，语音引导受到高度认可。所有受试者都承认语音引导的积极效果。

我们还询问了使用HMI-C1和C2驾驶的受试者是否希望有语音引导。其中近90%的受试者表示语音引导是令人期待的支持。

抬头显示器也获得了配备HMI-M1和M2的受试者以及配备HMI-C1和C2的受试者的好评（图20）。我们发现没有受试者认为抬头显示器对其视线造成阻碍，因此可认为抬头显示器作为查看路况的手段是合适的。

图21显示了对警报声的评价。使用HMI-M1和 M2以及HMI-C1和C2的受试者均承认其有帮助。

配备HMI-M1和M2的车辆上的车内灯光也获得了良好的评价（图22）。一些受试者对车内灯光表现出强烈的关注。

研究表明，警报声和车内灯光有助于引起驾驶员的注意。

4.2.2 访谈

通过对访谈回答的分析，提取出了一些重要短语。结合这些短语及其所在的上下文，我们总结如下。

根据使用HMI-C1和C2的受试者的回答，许多受试者在接管驾驶时并未恢复驾驶感觉，包括速度感、转向和踏板控制。这表明受试者无法顺利接管驾驶，与实验结果一致。

在转向和踏板控制方面，一些使用HMI-M1和 M2的受试者也承认他们在驾驶时并未恢复这些感觉。尽管HMI-M1和M2为驾驶员提供了恢复驾驶感觉和速度感的区域，但推测这两个区域不足以让驾驶员重新获得转向感和踏板控制感。城市道路上车辆发生碰撞的主要原因可能是受试者未能恢复这些感知能力。

HMI-C1和C2受试者的回答表明，受试者希望关于过渡的第一次通知能更早发出。此外，从 HMI-M2受试者的回答可以看出，在城市道路上进行过渡的时间（从第一次语音引导发出到第二次语音引导提示过渡的时间）太短，难以准备平稳的过渡。这些结果证实，HMI-M1所提供的逐步引导对于驾驶员实现平稳且安全的过渡是必要的。

关于有用工具，如下所示。

语音引导和抬头显示器均有效，在调查中获得了高度评价。此外，语音引导与抬头显示器相结合提供的信息被认为更容易理解。

同时确认了位于方向盘以下位置的车内灯光不会干扰驾驶。

一些受试者抱怨警报声让他们感到有些惊吓和紧张。研究如何确定不会惊吓任何驾驶员的警报声可能具有重要意义。

5 结论

我们设计了一种促进从三级自动驾驶向手动驾驶平稳安全过渡的人机界面系统（HMI-M）。该人机界面系统通过语音引导、警报声、抬头显示器和车内灯光来引导驾驶员。

在通往过渡区域的路径上，HMI-M1为驾驶员提供两个准备区域，一个用于恢复驾驶感知，另一个用于恢复速度感。HMI-M2提供一个准备区域，以帮助驾驶员正确识别当前路况。

通过实验和问卷调查表明，与仅使用警报和抬头显示器的HMI-C相比，HMI-M在促进平滑且安全的向手动驾驶过渡方面更为有效。特别是HMI-M1被证实非常有效。研究表明，语音引导是帮助驾驶员为过渡做准备的有效工具，而车内灯光有助于驾驶员注意到过渡请求。此外，建议采用具有两个准备区域的逐步过渡方式，以便驾驶员能够集中注意力，顺利接管驾驶。同时，完全装备的智能交通系统对于提前准确检测到需要切换到手动驾驶的情况，并为驾驶员提供充足的准备时间也具有重要意义。

6 未来研究

在本研究中，为驾驶员提供了两个特定区域以恢复驾驶感知和速度感。我们验证了这些区域具有一定的效果。然而，也有建议指出，这些区域无法让驾驶员恢复转向感和踏板控制感。因此，有必要研究一种人机界面系统，使驾驶员能够恢复转向感和踏板控制感[16]。

此外，研究应对措施至关重要，以防驾驶员因睡觉、使用带耳机的智能手机[17]或出于其他原因而未能注意到请求向手动驾驶过渡的信号。