警报定时系统对驾驶员行为的影响：调查驾驶员信任的差异以及根据警报定时对警报的响应外文翻译资料

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警报定时系统对驾驶员行为的影响：调查驾驶员信任的差异以及根据警报定时对警报的响应

安倍晋雅*，约翰·理查森

摘要

本文介绍了一种前向碰撞预警系统（FCWS）对驾驶员信任和行为的影响。在驾驶模拟器实验中，比较了三种不同的报警时间（晚/中/早）与驾驶员制动策略和驾驶员信任度。结果表明，早期警报时间比中期或后期警报时间更能及时响应即将到来的冲突。就驾驶员信任而言，延迟报警时间的信任度与早期或中期报警时间相比较低。此外，油门释放时间和警报开始时间之间的关系是信任改变的一个重要原因，如果在驾驶员已经开始刹车后出现警报，信任就会受损。中间报警时间有可能提高驾驶员对即将发生碰撞的制动响应。从报警时间的角度讨论了FCW可能存在的优缺点。

关键词：前向碰撞警告系统；驾驶员信任；驾驶员行为；报警定时

1介绍

减少道路交通事故是全球汽车制造商和高速公路管理部门的重要目标。驾驶员注意力不集中导致危险情况的识别延迟，被广泛认为是许多交通事故的一个因素。例如，Dingus、Jahns、Horowitz和Knipling（1998）发现，56%的追尾事故中，驾驶员识别错误是确定的或可能的原因。因此，为了提高驾驶员的安全性，开发了一种称为高级驾驶员辅助系统（ADAS）的驾驶员支持系统，以提醒驾驶员即将发生碰撞。这些系统部署遥感、信号处理、执行器和显示器，以支持驾驶员任务的各个方面。其中一个这样的系统，前向碰撞警告系统（FCWS）的目的是减轻由驾驶员疏忽引起的前向碰撞。

引入FCWSS带来了许多安全效益。例如，Woods（1995）和Alm和Nilsson（2000）建议报警系统有助于引导驾驶员注意道路状况。Ben Yaacov、Maltz和Shinar（2002）发现，碰撞警告系统有助于驾驶员更准确地估计车头时距，从而使驾驶员保持更长更安全的车头时距。Hirst和Graham（1997）发现，听觉音调是最有效的输出模式，使驾驶员能够快速响应紧急情况。然而，并非所有类型的警报都对道路安全起到同样积极的作用。如果要最大限度地提高报警效果，在设计报警系统时必须考虑人为因素。

一般来说，前向碰撞情况非常关键，驾驶员通常需要在相对较短的时间内采取适当的措施。因此，警报时间是决定警报效果的关键因素（Janssenamp;amp;Nilsson，1993）。合理的假设是，如果提供警报，早期驾驶员可以更快地识别潜在的危险情况，从而有更多的时间避免即将发生的碰撞。Lee、McGehee、Brown和Reyes（2002）发现，早期警报比晚期警报更能有效地响应即将发生的碰撞。对警报定时的简单分析可能表明，如果系统向驾驶员提供最早可能的警报，则驾驶员支持端口将最大化。然而，在大多数情况下，早期警报会与更高比例的干扰、错误警报相关联。这种不良的系统特性通常与驾驶员使用不足或完全拒绝的可能性增加有关。因此，优化的警报时间可能不可避免地涉及预先警告和避免滋扰之间的权衡。

由于驾驶员对交通状况的理解与系统输出不匹配，不同的接受水平可能与早期或晚期感知到的警报有关。如果差异较大，则警报可能被视为虚假警报。Wheel ER、Campbell和Kinghorn（1998）建议，在某些情况下可能会出现感知到的错误警报，这种类型的错误警报可能会以类似于真实错误警报的方式损害系统效能（即，在没有潜在冲突事件的情况下向驾驶员发出警报时发生的警报）。他们认为，感知到的错误警报与驾驶员在警报出现之前已经识别出关键事件的情况有关。在驾驶员认为不适当的情况下（例如，当驾驶员在超车前故意失去车头时距，或在碰撞相关的早期提供警报时），也可能出现感知到的错误警报。

上述论点表明，警报的定时影响驾驶员对警报有效性或可靠性的感知，从而影响系统的接受度和效果。然而，警报时间与警报感知之间的关系尚不清楚。有必要了解不同的警报时间对警报感知的影响，以及驾驶员对警报的响应如何影响系统的影响，以确定能够最大化警报效果的警报时间。

警报感知和驾驶员对警报的响应受潜在变量的影响，该变量一直是自动化系统中驾驶员信任的大量研究成果的主题。信任被认为是决定系统有效性的一个主要解释变量，包括人工操作和自动化过程。例如，Parasuraman和Riley（1997）发现信任与自动化系统的使用、废弃和误用高度相关。此外，人们发现，用户对自动化系统的信任在很大程度上决定了用户对该系统的行为（Itoh、Abe和Tanaka，1999；Lee和Kantowitz，1998；Lee和Moray，1992；Muir，1994）。他们的研究表明，驾驶员对警告系统的信任也有助于描述驾驶员对此类系统的行为。Abe、Itoh和Tanaka（2002年）发现，在一个使用带防撞系统的驾驶模拟器的实验中，真实的错误警报导致信任度降低和警报响应延迟。Gupta、Bisantz和Singh（2002）指出， 与低灵敏度报警系统相比，驾驶员对高灵敏度系统的信任可能会降低。这些结果表明，驾驶员对警报的信任通常反映了驾驶员对警报时间的感知以及随后驾驶员对警报的响应。然而，对于报警时间和驾驶员信任之间的实际关系知之甚少。因此，有必要了解警报时间如何影响驾驶员信任，以及信任如何影响驾驶员对报警系统的行为。

综上所述，本研究的基本目的是调查警报时间对驾驶员信任的影响，并进一步确定在紧急碰撞情况下，不同的警报时间如何影响驾驶员制动策略。

2 方法

2.1 仪器

本研究是利用LEEDS先进驾驶模拟器(LADS）完成的。这是一个固定基础的驾驶模拟器，它使用复杂的计算机图形来提供一个非常真实的汽车操作环境。整个水平视野为230L，垂直视野为39L，虽然模拟器有一个固定的底座，但物理和功能的逼真度明显较高，驾驶员有着现实的驾驶条件。驾驶员从方向盘、制动器、加速器和换档控制系统接收到有关车辆控制的反馈，其方式与实车相同。此外，视觉和听觉刺激准确地反映了环境变化对驾驶员行为的反应。

视觉场景是计算机生成的环境，包括其他车辆、建筑和行人。道路环境包括城市街道和单行道。实验任务是跟踪和避免碰撞。

受试者驾驶的以下车辆配备了模拟的FCW。虽然有几种算法被用于报警触发逻辑，但是停止距离算法(sda)已经得到了国际标准化组织(IS0)的认可，因此在本实验中被采用。之所以称为SDA，是因为警告距离是根据前后车辆停车距离的差异来定义的，预计SDA将作为未来碰撞警告系统设计中的主要警报触发逻辑引入(Wilson、Butler、McGehee和Dingus，1997)。该算法有三个自由参数：反应时间()、主车减速（）和后车减速（）。是后车驾驶员的假定反应时间，和分别是前车和后车的假定减速度。警告距离（）是根据这些参数和前方（）和后方（）车辆的速度得出的，如下所示

本研究检查了驾驶员在两种情况下对三种不同的警报定时值（晚/早/中）和一种固定的警报定时值（中）的响应：不一致的警报条件和一致的警报条件。更具体地说，三个水平，即0.75,0.55和0.35g，分别用于警报的中后期和早期计时。其他参数在所有条件下均具有相同的值；=1.25s，=0.5g。

2.2 参与者和实验设计

实验包括24名20-60岁的司机（12名女性和12名男性）(M=31.5岁，SD=8.9)。所有患者均获得许可，视力正常或矫正至正常。每位司机都得到了10英镑的报酬，用于完成实验所需的时间。

参与者被随机分配到上面定义的两个实验条件中，每个条件中有12个。在不一致的警报条件下，警报具有可变定时（早/中/晚）。这种情况的目的是调查报警时间对驾驶员制动响应和驾驶员信任的影响。在这种情况下，不同的报警时间的显示顺序在驾驶员中是反平衡的。在一致的警报条件下，警报始终具有相同的定时（中间）。这种情况的目的是估计中间报警时间对改善驾驶员制动行为的潜在好处。

每种情况包括两个阶段：第一阶段和第二阶段。第一阶段涉及五个没有激活FCW的制动事件。第二次会议在警报系统的支持下进行了六次制动事件。本研究的目的是研究引入驾驶员行为警告系统的效果，因此，在引入FCW之前，第一节课中获得的无辅助驾驶员性能数据被视为正常驾驶员性能。因此，首先收集所有受试者的第一阶段数据，没有对阶段顺序进行反平衡。

在每次制动事件中，主导车辆突然以0.9g的减速度减速，以提示驾驶员制动。制动事件不定期发生，以防止驾驶员预测其发生。此外，在发生碰撞事件的情况下，2.0s的最大头部通道是所有驾驶员所需的触发条件。 警报系统为驾驶员提供了一个简单的蜂鸣器警报。听音在整个波长上由7个峰值组成，持续时间约为2.0秒，主要频率为4000赫兹。每个警报的定时取决于预先确定的参数和一个共同的起点：主要车辆的减速开始。表1总结了每种实验条件的参数。表1中的报警时间定义为从主要车辆开始制动到报警出现的经过时间。从表中可以看出，在主要车辆制动后0.05、0.64和0.99 s处提供早期、中期和晚期警报（平均值）。

记录描述驾驶员制动响应的五个相关测量值和描述驾驶员对系统信任的一个相关测量值：

（i）制动事件到制动过渡时间。这是制动事件和

应用制动器。此过渡时间表示关键事件发生与驾驶员最终行动（即实施制动）之间的时间段。假设该变量受包括报警时间在内的所有因素的影响。该变量包括以下两个反应时间。

（ii）制动事件到加速器过渡时间。这是制动事件和驾驶员释放油门之间的时间段。

（iii）加速至制动过渡时间。这描述了驾驶员松开油门和踩下制动器之间的时间。

（iv）报警至制动过渡时间。这是警报开始和应用制动器之间的时间段。该变量仅在第二阶段计算。

（v）警报到加速器转换时间。这是警报开始和加速器释放之间的时间段。该变量仅在第二阶段计算。

（vi）驾驶员对系统的信任。使用10分等级表记录驾驶员对信任的主观估计；1表示“完全没有”，10表示“完全”。每次刹车后，参与者都会口头判断他们对以下问题的信任程度：你对警报系统有多信任？

2.3程序

到达模拟器设施后，参与者填写了知情同意书，并简要介绍了模拟器的操作。所有参与者都有两个任务。一个是保持自己的速度在45英里/小时。另一个是跟随一辆领先的车辆，但避免追尾碰撞，采取适当的行动时，领先的车辆减速。然而，为了避免碰撞，驾驶员只能使用刹车，而不是改变车道。为了熟悉模拟器并消除学习效果，每个参与者都进行了10分钟的练习驾驶，包括需要快速制动响应以防止碰撞的制动事件。接着是第一次和第二次会议。课后，每个参与者都踩了5分钟刹车。整个实验流程如图1所示。

3.结果和讨论

每种情况下，一名驾驶员没有充分管理速度维护任务，一名分配到不一致警告条件的驾驶员从声音质量和音量的角度对警报进行评级。因此，以下数据分析中忽略了这三个驱动因素。

3.1.信任碰撞避免系统以响应警报时间一致性

首先，考虑了报警时间对驾驶员信任度的影响。图3显示了不一致条件下迟、中、早警报时间的信任平均值。驾驶员信任的单因素方差分析显示警报时间有显著影响（）。结果表明，与早期或中期报警相比，驾驶员对后期报警的信任度较低。

其次，考虑

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