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目的
實驗3的目標(biāo)是檢查在混合交通環(huán)境中（涉及周圍的傳統(tǒng)車輛，即0級車輛）模擬高速公路駕駛條件下，操作員如何識別和應(yīng)對危險，以及不同的視覺分配策略如何影響這一過程。為此，分析了停用提示（即接管警告）對操作員隨時間整體行為的影響。如第一章所述，最終目標(biāo)是確定操作員如何與自動駕駛車輛互動，并確定自動駕駛技術(shù)如何最好地支持安全駕駛。對于本研究，NHTSA（2013年）對L3級操作定義的兩個方面至關(guān)重要，并為實驗設(shè)計和感興趣的情景設(shè)定了基調(diào)：
? “駕駛員應(yīng)隨時準(zhǔn)備接管控制，但有足夠舒適的過渡時間。”
? “車輛設(shè)計使得駕駛員在自動駕駛系統(tǒng)工作時不需要持續(xù)監(jiān)視道路?！?/p>
基于這些操作定義，實驗3旨在研究操作員如何響應(yīng)不同的警告和駕駛場景，無論是從自動駕駛中接管控制還是將控制權(quán)交還給自動駕駛系統(tǒng)。
方法
對于實驗3，進(jìn)行了一次單次暴露實驗。參與者接受了對車輛及其操作的全面熟悉，包括使用自動駕駛功能。培訓(xùn)后進(jìn)行了三次30分鐘的實驗性會話。在會話期間，參與者可以自由地進(jìn)行與駕駛無關(guān)的任務(wù)（例如，使用他們自己的手機或提供的平板電腦，根據(jù)個人感覺適當(dāng)），并呈現(xiàn)一條消息，聲明他們必須接管車輛。本實驗檢查了參與者對這些消息的反應(yīng)，包括反應(yīng)的持續(xù)時間和響應(yīng)方法。
實驗設(shè)計
該研究采用的是被試內(nèi)設(shè)計。每位參與者完成了三次連續(xù)的駕駛會話，每次會話使用一種警告類型；所有參與者恰好接收所有警告類型一次。三種警告類型分別是：分階段的、即將發(fā)生的外部威脅和即將發(fā)生的無外部威脅。
獨立變量
研究設(shè)計包括兩個獨立變量，如下所述：
控制警報類型
這是一個被試內(nèi)變量，有三個層級。根據(jù)L3 級自動駕駛定義，這些警報的目的是提供“足夠舒適”的時間讓參與者反應(yīng)，以測量他對警報開始的反應(yīng)時間。（如果參與者未能在規(guī)定時間內(nèi)成功重新控制車輛，系統(tǒng)將停止車輛。）請注意，這些時間不是未來設(shè)計的建議值，但被認(rèn)為是適當(dāng)?shù)?，以開始探索不同反應(yīng)時間的興趣和參與者的反應(yīng)。
? 分階段：涉及大約50秒的緊迫性逐漸增加，要求參與者在車輛停止前接管自動化。這是由一個虛假的系統(tǒng)故障消息觸發(fā)的，表明參與者需要停用自動化并重新手動控制。（系統(tǒng)故障消息是由實驗者注入的，以確保參與者的眼睛遠(yuǎn)離前方道路；然而，一些參與者在警報觸發(fā)時看向了道路。）
分階段警報代表了一個較低緊迫性的內(nèi)部系統(tǒng)故障（例如，系統(tǒng)由于霧氣發(fā)展而失去對其行駛車道檢測的信心）。系統(tǒng)可能仍然能夠正常工作，但隨著能見度和系統(tǒng)信心的下降，駕駛員最終需要重新手動控制。根據(jù)訓(xùn)練視頻，參與者理解分階段警報從一個低緊迫性的信息消息，告知他們準(zhǔn)備手動控制，到一個中等緊迫性的消息，要求他們請關(guān)閉自動駕駛功能，最終到一個高緊迫性的消息，指示他們“現(xiàn)在關(guān)閉自動駕駛功能”。
? 即將發(fā)生-無外部威脅：這個警報包括自動剎車以及聽覺和視覺提示，涉及大約10秒的時間讓參與者在車輛停止前從自動駕駛功能中接管控制。它始于更高緊迫性的聽覺警報的開始，伴隨著視覺HMI警報指示參與者“現(xiàn)在關(guān)閉自動駕駛”，并在參與者關(guān)閉自動駕駛系統(tǒng)或系統(tǒng)停止車輛時結(jié)束。
這個警報代表了一個更高緊迫性的內(nèi)部系統(tǒng)故障，比如當(dāng)系統(tǒng)對車輛位置的信心迅速下降時可能發(fā)生的情況（即，它旨在暗示可能存在內(nèi)部系統(tǒng)故障，而不是外部物理威脅）。系統(tǒng)可能無法再長時間保持車輛的車道定位，操作員需要重新手動控制。
? 即將發(fā)生-外部威脅：這個警報包括自動剎車以及聽覺和視覺提示，涉及大約10秒的時間讓參與者在車輛停止前從自動駕駛功能中接管控制。它始于更高緊迫性的聽覺警報的開始，伴隨著視覺HMI警報指示參與者“現(xiàn)在關(guān)閉自動駕駛”，并在參與者關(guān)閉自動駕駛系統(tǒng)或系統(tǒng)停止車輛時結(jié)束。這個消息是在實驗者與一個盒子揭示同時發(fā)出的。
正如這個警告的名稱所示，它是用來代表車輛外部存在物理威脅的情況。
會話
這是一個有三個層級的組內(nèi)變量；每個參與者的體驗發(fā)生在三個連續(xù)的會話中。每個參與者根據(jù)分配給他們的順序，在每個會話中體驗一種警告類型。這三個會話有助于代表參與者隨時間的表現(xiàn)。
依賴變量
研究設(shè)計包括九個依賴變量，如下所述：
駕駛者行為
? 對警告的反應(yīng)時間（以秒計）
這被定義為在警告首次呈現(xiàn)后，參與者執(zhí)行一個可以被認(rèn)為是反應(yīng)于警告的動作（例如，向前看，移動腳或手）的時間點。
? 恢復(fù)控制的時間（以秒計）
這被定義為從警告首次呈現(xiàn)開始，直到參與者嘗試通過控制方向盤來手動恢復(fù)控制的時間。
? 表現(xiàn)
這被定義為參與者對感興趣事件的正確反應(yīng)（即，參與者在收到警告后是否重新獲得控制？）。
? 用于恢復(fù)控制/取消自動駕駛的手段
這被定義為參與者首先嘗試手動控制車輛的方法（即，按下關(guān)閉按鈕，轉(zhuǎn)向輸入或踏板輸入）。
? 釋放控制的時間
這個變量包括兩個部分：
激活自動駕駛功能的時長（以秒計）
這被定義為從系統(tǒng)指示自主性可用時起，直到參與者嘗試激活自動駕駛功能的時間。
釋放轉(zhuǎn)向控制的時間（以秒計）
這被定義為從成功激活自動駕駛功能到參與者從方向盤上移開雙手的時間。
? 恢復(fù)非駕駛?cè)蝿?wù)所需時間（以秒為單位）
這被定義為從釋放方向盤控制權(quán)到參與者恢復(fù)與非駕駛相關(guān)任務(wù)互動的時間。
研究人員推測，參與者嘗試激活自動駕駛功能、在激活自動駕駛功能后釋放方向盤控制權(quán)以及恢復(fù)非駕駛?cè)蝿?wù)所需的時間可能與對自動駕駛功能的信任有關(guān)。具體來說，參與者執(zhí)行上述任務(wù)所需的時間可能反映了對自動駕駛系統(tǒng)的高或低信任水平。
圖4-1展示了依賴變量測量的順序。
圖4-1. 第3次實驗中與操作員行為相關(guān)的依賴變量序列
眼動行為
在每次駕駛會話中，眼動行為在三個時間點被采樣。監(jiān)測率和非駕駛相關(guān)的視線轉(zhuǎn)移在以下三個時間間隔內(nèi)被測量：從警報前65秒開始到警報前55秒結(jié)束的10秒間隔，從警報前10秒開始到警報開始的10秒間隔，以及從警報開始到操作員成功重新手動控制車輛的時間間隔。眼動行為有兩個組成部分：
? 監(jiān)測率
這被定義為在給定時間間隔內(nèi)與駕駛相關(guān)的視線時間的百分比。
? 非駕駛相關(guān)的視線轉(zhuǎn)移
這被定義為在給定時間周期內(nèi)非駕駛相關(guān)的視線轉(zhuǎn)移的數(shù)量和持續(xù)時間。
與眼動行為相關(guān)的各種術(shù)語及其操作定義在表4-1中提供。
表4-1. 第3次實驗眼動相關(guān)術(shù)語的操作定義
參與者主觀評估
實驗期間，每10分鐘通過一次信任量表（附錄E）進(jìn)行評估。參與者被要求使用7點Likert量表對他們在進(jìn)行非駕駛?cè)蝿?wù)時對自動化系統(tǒng)正常運作的信任程度進(jìn)行評分，其中“1”表示強烈不同意，“7”表示強烈同意。共收集了12個信任評分，相當(dāng)于每個駕駛環(huán)節(jié)中的四個信任評分。除了實驗期間收集的信任量表外，在完成所有三個駕駛環(huán)節(jié)后，參與者被要求完成體驗后的信任量表（附錄E）并參與開放式訪談（附錄F）。
設(shè)施
本實驗在弗吉尼亞州布萊克斯堡的VTTI的弗吉尼亞智能路上的測試軌道上進(jìn)行（圖4-2）。測試軌道按照州和聯(lián)邦道路標(biāo)準(zhǔn)建造，長度為3.5公里（2.2英里），兩端有環(huán)形轉(zhuǎn)彎。軌道的直線部分大約長0.8公里（0.5英里）。除了環(huán)形轉(zhuǎn)彎外，整個軌道有兩條車道。測試軌道上提供無線互聯(lián)網(wǎng)覆蓋。該設(shè)施對公眾關(guān)閉，實驗期間只有與研究相關(guān)的車輛在場。
車輛
2012款雷克薩斯RX450h被用作實驗3的實驗車輛（圖4-3）。這輛L2級別的車輛配備了一個原型自動駕駛系統(tǒng)，可以在測試軌道上模擬L3級別的駕駛。作為原型系統(tǒng)的一部分，安裝了幾個HMI組件。這些包括一個安裝在儀表板上的屏幕，提供有關(guān)自動駕駛系統(tǒng)的相關(guān)信息，以及兩個安裝在方向盤上的按鈕來控制自動化：一個按鈕位于方向盤的左側(cè)，用于開啟，另一個按鈕位于方向盤的右側(cè)，用于關(guān)閉。
該車輛配備了VTTI的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS)。DAS通過以太網(wǎng)連接到自動駕駛系統(tǒng)。DAS收集的變量包括油門/剎車輸入和自動化狀態(tài)。此外，還收集了以下視頻視角（如圖4-4所示）：
? 操作員的臉部
? 超越肩膀
? 前方道路
? 外部左側(cè)后方
? 腳部（踏板區(qū)域）
? 人機界面(HMI)
平板電腦
與實驗 1 和 2 中使用的同款華碩 Nexus 7 平板電腦也被用于本研究；這為參與者提供了在車輛處于 3 級自動化時進(jìn)行非駕駛?cè)蝿?wù)的機會（圖 4-5）。然而，對于實驗 3，安裝了在前兩次實驗中未提供的額外程序。
因為這個實驗涉及一輛具有模擬 L3 功能的車輛，所以在平板電腦上提供了游戲和電影，可以在對參與者來說舒適的任何位置使用。平板電腦連接到智能道路的 4G/LTE 無線調(diào)制解調(diào)器，參與者被允許隨意使用它進(jìn)行不同的任務(wù)（例如，觀看預(yù)載的電影，玩游戲，搜索互聯(lián)網(wǎng)，檢查電子郵件）。除了提供的平板電腦外，參與者還被允許使用他們的個人智能手機進(jìn)行電子郵件，發(fā)短信，以及在研究期間他們認(rèn)為合適的其他任務(wù)（但僅限于車輛處于 L3 級自動駕駛功能工作時）。
參與者
數(shù)據(jù)是從 37 名參與者中收集的；然而，有 12 名參與者的數(shù)據(jù)被認(rèn)為是無效的（即，由于惡劣天氣導(dǎo)致的會話取消，與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）或原型車輛相關(guān)的技術(shù)問題）。本章中呈現(xiàn)的分析包括來自 25 名參與者的數(shù)據(jù)（17 名男性，8 名女性）。參與者的平均年齡為 38.8 歲（標(biāo)準(zhǔn)差 = 13.77），年齡范圍從 18 到 69 歲。參與者被分為四個不同的年齡組，以確保所有年齡組都有代表：18-24 歲，25-39 歲，40-54 歲，以及 55 歲及以上；其中，四名參與者年齡在 18 到 24 歲之間（2 名男性，2 名女性），九名參與者年齡在 25 到 39 歲之間（6 名男性，3 名女性），八名參與者年齡在 40 到 54 歲之間（5 名男性，3 名女性），四名參與者年齡在 55 歲及以上（4 名男性，0 名女性）。然而，年齡組并不是本研究的依賴變量。
指導(dǎo)和培訓(xùn)
在接收任何實際操作培訓(xùn)之前，參與者觀看了一個 10 分鐘的視頻，該視頻總結(jié)了車輛的特性，特別關(guān)注了自動化組件和車輛的操作。這個視頻是自動化車輛提供商的培訓(xùn)要求，并且與 NHTSA 在《關(guān)于自動駕駛車輛的初步政策聲明》中“關(guān)于與自動駕駛車輛相關(guān)的州活動的建議”一節(jié)中的建議一致。必須注意的是，這項研究工作的目標(biāo)不是開發(fā)一個全面的培訓(xùn)課程，而是確保參與者理解如何安全地操作有限的自動駕駛車輛，正如 NHTSA 對于 L3 級自動駕駛所建議的那樣。這個視頻旨在詳細(xì)說明原型系統(tǒng)的操作能力和限制。在視頻中，參與者還看到了不同類型的警報（即，分階段的，即將發(fā)生的外部威脅[ET]，和即將發(fā)生的無外部威脅[NET]）。
然后，參與者被引導(dǎo)到實驗車輛上。車內(nèi)有兩名實驗員：一名前排實驗員和一名后排實驗員。前排實驗員開車到測試軌道，然后完成了一圈測試軌道的演示，展示了如何激活和停用自動駕駛系統(tǒng)（稱為“自動駕駛”）。原型系統(tǒng)清楚地顯示了何時準(zhǔn)備好激活自動駕駛功能。此外，車內(nèi)實驗員還演示了車輛適應(yīng)較慢行駛車輛的能力。在這次演示中，后排實驗員通過無線電通信明顯地通知了實驗中使用的兩輛同謀車輛之一的駕駛員，讓其在主題車輛前面駛出。領(lǐng)頭車輛將速度降至 25 英里/小時，這要求自動駕駛系統(tǒng)調(diào)整主題車輛的速度。完成這一圈后，參與者在手動模式下駕駛一圈繞軌道行駛，這使參與者能夠熟悉車輛和測試軌道環(huán)境，并幫助車內(nèi)實驗員評估參與者的駕駛能力。注意：實驗員遵循一套既定的腳本和協(xié)議，以確保實驗員之間的一致性。
在第二圈中，參與者練習(xí)激活自動駕駛系統(tǒng)。參與者還練習(xí)了退出自動駕駛功能。
學(xué)習(xí)會議
實驗包括三個30分鐘的駕駛會話。每次會話開始時，參與者被指示進(jìn)入測試軌道。參與者進(jìn)入軌道并前往準(zhǔn)備區(qū)。在第一次會話中，一旦到達(dá)該位置，參與者被指示啟用自動駕駛并準(zhǔn)備好后開始使用。然后，參與者被要求在會話的剩余部分使用自動駕駛系統(tǒng)。（對于后續(xù)的會話，參與者被指示在進(jìn)入軌道時啟動自動駕駛系統(tǒng)并激活它。）
在每個會話中隨機選定的一個點，呈現(xiàn)了三種警報類型之一：預(yù)設(shè)的、即將發(fā)生的外部威脅或即將發(fā)生的無外部威脅。警報發(fā)生在預(yù)定的位置，參與者在實驗會話中經(jīng)歷了所有三種警報類型。雖然每個參與者都經(jīng)歷了所有警報類型，但警報類型并不總是以相同的順序經(jīng)歷。每次會話后提供15分鐘的休息時間，以確保參與者的舒適度；然而，一些參與者選擇放棄休息。所有會話的最大速度為72公里/小時（45英里/小時），在軌道兩端的轉(zhuǎn)彎處使用較低的速度。
下面的圖4-6展示了警報時間線的插圖，隨后是對警報的描述。使用DAS的視覺證據(jù)測量參與者對這些系統(tǒng)消息的響應(yīng)時間。弗吉尼亞智能路測試軌道的示意圖（圖4-7）顯示了警報描述中提到的測試事件的位置。
圖4-6. 實驗3的分階段和即將發(fā)生的接管警報時間線
分階段警報
分階段警報包括四個逐漸增加緊急程度的階段，并且包含視覺和聽覺元素。圖4-6顯示分階段警報由一個信息階段開始，接著是兩個警告階段，然后是一個即將發(fā)生的警報階段。與兩種即將發(fā)生的警報不同，分階段警報在最初的20秒內(nèi)向參與者提供了一個信息消息階段，然后是兩個各持續(xù)10秒的警告階段，這允許參與者在警報升級到即將發(fā)生階段之前有總共40秒的響應(yīng)時間（見圖4-6）。如圖4-7所示，分階段警報在車輛上坡行駛時發(fā)出，就在測試賽道的頂部轉(zhuǎn)彎之前。
即將發(fā)生的-外部威脅（ET）警報
一個標(biāo)準(zhǔn)的空紙板箱（最大尺寸：75厘米 x 50厘米 x 20厘米，長/寬/高）被放置在上坡方向的智能路（Smart Road）直道上，大約三分之一處（大約257米，或0.16英里）。這是由實驗員在側(cè)車中秘密完成的，那時側(cè)車已經(jīng)駛?cè)胍粋€轉(zhuǎn)彎處停車，而引導(dǎo)車和受試車輛繼續(xù)在測試軌道上行駛。當(dāng)與物體的TTC（時間到達(dá)碰撞）大約為10秒時（大約200米，或660英尺），引導(dǎo)車會迅速轉(zhuǎn)向相鄰車道，揭示出放置在參與者行駛車道中心的箱子。（直到這一刻之前，參與者是無法看到箱子的。）此時，即將發(fā)生的-外部威脅警報被觸發(fā)。參與者可以通過四種解除方法中的任何一種來接管車輛（剎車、加速、按下關(guān)閉按鈕，或轉(zhuǎn)動方向盤[可能會跟隨引導(dǎo)車的路徑轉(zhuǎn)向相鄰車道]）。箱子與車輛之間的碰撞不會損壞車輛。（然而，在研究期間沒有發(fā)生碰撞。）
在下坡方向，進(jìn)入直道時，系統(tǒng)被觸發(fā)以提供即將發(fā)生的-無外部威脅警報（即，模擬由于系統(tǒng)問題而發(fā)出的警告）。系統(tǒng)或?qū)嶒瀱T沒有向參與者提供關(guān)于警報請求的大小或原因的任何細(xì)節(jié)。在這一點上，參與者可以通過四種解除方法中的任何一種來接管車輛（剎車、加速、按下關(guān)閉按鈕，或轉(zhuǎn)動方向盤）。
圖4-7. 弗吉尼亞智能道路測試軌道上的控制警報位置
在剩余的試驗過程中，任何給定時刻，引導(dǎo)車輛、側(cè)方車輛或兩輛同謀車輛中的任何一輛都可能與參與者的車輛保持近距離。引導(dǎo)車輛保持10秒的車頭時距，而側(cè)方車輛則保持在被試車輛后兩車長度的位置。側(cè)方車輛僅在軌道的雙車道部分使用（即，在轉(zhuǎn)彎處沒有側(cè)方車輛）。引導(dǎo)車輛在賽道的多個點使用。同謀車輛使用軌道上的出口和交叉口進(jìn)入和退出參與者的駕駛路徑。在上述限制條件下（即，引導(dǎo)車輛、引導(dǎo)和側(cè)方、側(cè)方），同謀車輛的可能組合在各個圈次和會話中有所變化。圖4-8展示了所使用的兩種交通配置示例。
圖4-8. 實驗3中的示例交通配置
信任尺度（附錄E）在每個會話期間每10分鐘展示一次（在會話開始時，隨后在10分鐘、20分鐘和30分鐘后進(jìn)行展示）。在完成第三次會話后，參與者被指示停用車輛的自動化系統(tǒng)，手動控制車輛，退出賽道，并返回準(zhǔn)備區(qū)域。在那個時刻進(jìn)行了一次訪談。訪談結(jié)束后，提供了參與研究的補償。圖4-9展示了實驗3的事件時間線。
圖4-9. 實驗3的實驗會話時間線
結(jié)果
駕駛者行為
通常，一個關(guān)鍵問題是，有無外部威脅的緊迫警報之間是否存在顯著差異。然而，確定在某些情況下，分階段警報與緊迫警報是否有所不同也可能是有趣的。例如，可以預(yù)期，由于分階段警報的緊迫性較低，參與者在分階段警報開始后需要更多時間來重新控制局面。然而，如果參與者實際上在分階段警報后并沒有顯著更長時間來重新控制局面，這將是一個值得注意的結(jié)果。因此，對于每個操作者行為變量，分別簡要探索緊迫警報和分階段警報，然后簡要進(jìn)行比較。
反應(yīng)時間
緊迫警報
在有無外部威脅的緊迫警報之間，反應(yīng)時間沒有顯著變化，p > .05。參與者對有外部威脅的緊迫警報的平均反應(yīng)時間為0.69秒（標(biāo)準(zhǔn)誤=0.06秒，n=25，最小值=0.21秒，最大值=1.68秒），而無外部威脅的緊迫警報的平均反應(yīng)時間為0.66秒（標(biāo)準(zhǔn)誤=0.04秒，n=25，最小值=0.20秒，最大值=1.01秒）。同時，反應(yīng)時間隨時間的變化并不顯著。
分階段警報
反應(yīng)時間對分階段警報的反應(yīng)顯著取決于參與者在警報時是否向前看。具體來說，如果參與者經(jīng)歷了分階段警報，并且在警報時向前看（M = 2.45秒，標(biāo)準(zhǔn)誤=0.82秒，n=5，最小值=1.01秒，最大值=5.31秒），他們的反應(yīng)比不向前看時慢（M = 0.61秒，標(biāo)準(zhǔn)誤=0.1秒，n=20，最小值=0.27秒，最大值=2.21秒）。有趣的是，所有五個在分階段警報時向前看的實例都發(fā)生在第三次會議期間。同時，反應(yīng)時間隨時間的變化并不顯著。
緊迫警報與分階段警報的比較
總的來說，與經(jīng)歷緊迫警報并向前看的參與者相比，分階段警報時向前看的參與者的反應(yīng)時間顯著更長，無論是否有外部威脅，t(22.9) = 3.85, p = .0024，還是沒有，t(21.7) = 3.99, p = .0018。然而，沒有向前看的分階段警報的參與者并沒有比收到緊迫警報的參與者反應(yīng)顯著更慢，無論他們是否向前看，或者是否經(jīng)歷外部威脅，p > .05。
在圖4-10和圖4-11中，提供了反應(yīng)時間的平均值和標(biāo)準(zhǔn)誤差條形圖，圖4-10顯示了警報開始后的反應(yīng)時間，圖4-11顯示了相對于緊迫階段開始的反應(yīng)時間。包括這兩個圖表的目的是為了展示，盡管操作者可能對分階段警報的反應(yīng)比緊迫警報慢，但他們可能仍然有足夠的時間在分階段警報變得緊迫之前做出反應(yīng)。具體來說，在圖4-10中，分階段警報的反應(yīng)時間顯示超過了緊迫警報（盡管如統(tǒng)計分析所示，只有當(dāng)參與者在分階段警報時向前看時，差異才是顯著的）。然而，在圖4-11中，當(dāng)參與者經(jīng)歷分階段警報時，他們在警報達(dá)到緊迫階段之前很久就做出了反應(yīng)。這反映了提前警告操作者危險的有用性，但也展示了。
圖 4-10. 警報響起后，根據(jù)警報類型分層的反應(yīng)時間
圖4-11. 對警報的反應(yīng)時間，按警報類型分層，相對于緊迫階段的開始
恢復(fù)控制的時間
緊迫警報
無論是有外部威脅還是沒有外部威脅的緊迫警報，在恢復(fù)控制的時間上沒有顯著差異，p > .05。此外，隨時間變化沒有顯著變化。警報類型對恢復(fù)控制的時間有顯著影響，F(xiàn)(2,21) = 68.18, p < .0001。平均而言，如果伴隨外部威脅，參與者在緊迫警報后平均2.07秒恢復(fù)控制（標(biāo)準(zhǔn)誤=0.14秒，n=25，最小=0.69秒，最大=3.59秒）；如果沒有伴隨外部威脅，則平均2.31秒恢復(fù)控制（標(biāo)準(zhǔn)誤=0.18秒，n=25，最小=1.10秒，最大=4.99秒）。
分階段警報
在分階段警報后，參與者平均在16.96秒后恢復(fù)控制（標(biāo)準(zhǔn)誤=1.25秒，n=25，最小=6.21秒，最大=23.95秒）。25名參與者中有14名（56%）在分階段警報的信息階段結(jié)束前（20秒）恢復(fù)控制，而其余11名參與者（44%）在第一個警告階段內(nèi)（20秒到30秒之間）恢復(fù)控制。
緊迫警報與分階段警報的比較
無論緊迫警報是否有外部威脅，參與者在分階段警報后恢復(fù)控制的時間顯著長于緊迫警報后，有外部威脅時，t(22) = 11.93, p < .0001；沒有外部威脅時，t(22) = 11.75, p < .0001。值得注意的是，盡管參與者在分階段警報開始后恢復(fù)控制的時間較長，但平均而言，參與者在分階段警報進(jìn)入緊迫階段之前仍有足夠的時間恢復(fù)控制。
在圖4-12和圖4-13中，提供了控制恢復(fù)時間的平均值和標(biāo)準(zhǔn)誤差條形圖，圖4-12顯示了警報開始后的恢復(fù)時間，圖4-13顯示了相對于緊迫階段開始的時間。包括這兩張圖表的目的是為了展示，盡管操作員在分階段警報后恢復(fù)控制的速度可能比緊迫警報慢，但他們?nèi)匀豢梢栽诜蛛A段警報變得緊迫之前有足夠的時間恢復(fù)控制。具體來說，在圖4-12中，分階段警報后的控制恢復(fù)時間顯示超過了緊迫警報。然而，在圖4-13中，當(dāng)參與者經(jīng)歷分階段警報時，他們在警報達(dá)到緊迫階段之前很久就恢復(fù)了控制。這反映了提前警告操作員危險并有足夠時間恢復(fù)控制的有用性，但也表明給出的警報應(yīng)該反映駕駛情況的嚴(yán)重性。（有關(guān)統(tǒng)計分析的更多細(xì)節(jié)，請參見附錄D，結(jié)果，駕駛員行為，控制恢復(fù)時間分析，統(tǒng)計分析。）
圖 4-12. 警報發(fā)生后，按警報類型分層的重新控制時間
圖4-13. 與即將階段開始時相比，按警報類型分層的控制恢復(fù)時間
性能
參與者采取的行動的特征與他們的反應(yīng)時間同樣重要。參與者可能會對警報做出反應(yīng)（例如，向前看），但在給定的情景中沒有表現(xiàn)出適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)（例如，控制車輛而不是繼續(xù)進(jìn)行非駕駛相關(guān)任務(wù)）。對于這個實驗，所有參與者都試圖重新控制車輛，這是警報試圖引發(fā)的期望性能。然而，其中一名參與者未能成功完成這一操作（即，沒有對踏板施加足夠的力量以重新控制車輛）。在這種特定情況下，車輛能夠按預(yù)期停止，而無需參與者停用自動化系統(tǒng)。分析包括了這位參與者的這一特定情況的性能，因為嘗試重新控制系統(tǒng)是正確的反應(yīng)，即使嘗試沒有成功。因此，由于所有參與者在適當(dāng)?shù)臅r候都成功嘗試重新控制系統(tǒng)，因此所有參與者在所有情況下都被認(rèn)為表現(xiàn)正確。
重新控制/取消自動化的方法
對于兩種類型的即將警報，大多數(shù)參與者選擇使用剎車踏板來重新獲得手動控制。然而，在模擬警報期間，大多數(shù)參與者選擇使用方向盤上的關(guān)閉按鈕來重新獲得手動控制。這可能是由于動畫HMI顯示操作員通過使用關(guān)閉按鈕重新獲得控制，這僅在模擬警報期間展示。
激活自動化的時間
即將發(fā)生的警報
在有外部威脅和沒有外部威脅的情況下，激活自動化的時間沒有顯著差異，時間上也沒有顯著變化，p > .05。平均激活自動化的時間是有外部威脅時為7.97秒（標(biāo)準(zhǔn)誤=1.64秒，n=25，最小值=0.46秒，最大值=28.28秒）和沒有外部威脅時為6.25秒（標(biāo)準(zhǔn)誤=1.03秒，n=25，最小值=1.42秒，最大值=20.83秒）。
分階段警報
在分階段警報后激活自動化的時間隨時間沒有顯著變化，p > .05。參與者平均激活自動化的時間為4.07秒（標(biāo)準(zhǔn)誤=0.64秒，n=25，最小值=0.56秒，最大值=11.96秒）。更多細(xì)節(jié)請參見附錄D。
即將發(fā)生警報與分階段警報的比較
無論是有還是沒有外部威脅，即將發(fā)生警報和分階段警報之間在參與者激活自動化的時間上沒有顯著差異。（關(guān)于統(tǒng)計分析的更多細(xì)節(jié)，請參見附錄D，結(jié)果部分，操作員行為，自動化激活時間分析，統(tǒng)計分析。）
釋放控制時間
即將發(fā)生的警報
在即將發(fā)生的警報后，如果有或沒有外部威脅，釋放控制的時間沒有統(tǒng)計學(xué)上的顯著差異。沒有外部威脅時，釋放控制的平均時間為1.83秒（標(biāo)準(zhǔn)誤=0.31秒，n=25，最小值=0.44秒，最大值=7.22秒），有外部威脅時平均為2.67秒（標(biāo)準(zhǔn)誤=0.49秒，n=25，最小值=0.63秒，最大值=8.83秒）。沒有發(fā)現(xiàn)時間上的顯著變化。
分階段警報
在分階段警報后，參與者平均在1.37秒內(nèi)釋放控制（標(biāo)準(zhǔn)誤=0.21秒，n=25，最小值=0.44秒，最大值=5.78秒）。在分階段警報后釋放控制的時間沒有顯著變化。
即將發(fā)生警報與分階段警報的比較
如果存在即將發(fā)生的警報和外部威脅，參與者釋放控制的時間顯著長于分階段警報，t(22) = 3.58, p = .0050。然而，分階段警報和沒有外部威脅的即將發(fā)生警報之間沒有顯著差異，p > .05。（關(guān)于統(tǒng)計分析的更多細(xì)節(jié)，請參見附錄D，結(jié)果部分，操作員行為，釋放控制時間分析，統(tǒng)計分析。）
恢復(fù)非駕駛?cè)蝿?wù)的時間
即將發(fā)生的警報
在即將發(fā)生的警報有無非駕駛?cè)蝿?wù)之間，以及隨時間的變化，恢復(fù)非駕駛?cè)蝿?wù)的時間沒有統(tǒng)計學(xué)上的顯著變化，p > .05。沒有外部威脅時，即將發(fā)生警報后恢復(fù)非駕駛?cè)蝿?wù)的平均時間為13.89秒（標(biāo)準(zhǔn)誤=4.18秒，n=23，最小值=0.70秒，最大值=76.14秒），有外部威脅時為26.30秒（標(biāo)準(zhǔn)誤=9.55秒，n=22，最小值=0.90秒，最大值=167.45秒）。
分階段警報
在分階段警報后，激活自動化的時間在各次會話之間沒有顯著變化，p > .05。參與者在分階段警報后恢復(fù)非駕駛?cè)蝿?wù)的平均時間為39.10秒（標(biāo)準(zhǔn)誤=14.61秒，n=24，最小值=1.13秒，最大值=258.30秒）。
即將發(fā)生警報與分階段警報的比較
無論是有還是沒有外部威脅，即將發(fā)生警報和分階段警報在恢復(fù)非駕駛?cè)蝿?wù)的時間上沒有顯著差異。（關(guān)于統(tǒng)計分析的更多細(xì)節(jié)，請參見附錄D，結(jié)果部分。）
圖4-14. 平均值和誤差條形圖，操作員行為變量，在即將發(fā)生的警報中
圖 4-15. 平均值和誤差條形圖，操作員行為變量，在分階段警報中
表 4-2. 實驗3操作員行為分析摘要表
視線行為
監(jiān)測率
參與者在警報后立即監(jiān)測駕駛環(huán)境的頻率顯著高于警報前，這適用于所有三種警報類型，p < .0001。
警報后立即監(jiān)測道路的平均時間百分比為87.61%（標(biāo)準(zhǔn)誤=1.39%，n=75，最小值=53.22%，最大值=100.00%），而警報前的平均時間百分比為37.55%（標(biāo)準(zhǔn)誤=3.00%，n=150，最小值=0.00%，最大值=100.00%；圖4-16）。有關(guān)統(tǒng)計分析的更多細(xì)節(jié)，請參見附錄D，結(jié)果，視線行為，監(jiān)測率分析，統(tǒng)計分析。
圖4-16. 實驗3中，按警報類型和警報前后時間間隔分層的駕駛相關(guān)視線時間百分比的平均值和標(biāo)準(zhǔn)誤差條形圖
非駕駛相關(guān)視線
從警報前的立即到警報后的立即，非駕駛相關(guān)視線的每秒率增加顯著依賴于警報類型 F(2,182) = 10.05, p < .0001。具體來說，警報后立即，無外部威脅的迫近警報導(dǎo)致非駕駛相關(guān)視線的率顯著增加，t(204) = 3.10, p =.0069，而經(jīng)過預(yù)設(shè)警報后顯著減少，t(204) = -2.66, p = .0258，但如果警報是迫近的且沒有外部威脅，則沒有顯著變化。
參與者在預(yù)設(shè)警報前的非駕駛相關(guān)視線平均率為每秒0.18次（S.E. = 0.02次/秒，n = 50，最小值 = 0.00次/秒，最大值 = 0.50次/秒），警報后為0.14次/秒（S.E. = 0.04次/秒，n = 25，最小值 = 0.00次/秒，最大值 = 0.92次/秒）。對于有外部威脅的迫近警報，警報前的平均率為0.15次/秒（S.E. = 0.02次/秒，n = 50，最小值 = 0.00次/秒，最大值 = 0.50次/秒），警報后為0.31次/秒（S.E. = 0.06，n = 24，最小值 = 0.00次/秒，最大值 = 1.13次/秒）。如果迫近警報沒有外部威脅，警報前的平均率為0.19次/秒（S.E. = 0.02次/秒，n = 50，最小值 = 0.00次/秒，最大值 = 0.40次/秒），警報后為0.42次/秒（S.E. = 0.06，n = 25，最小值 = 0.00，最大值 = 0.97）。（有關(guān)統(tǒng)計分析的更多細(xì)節(jié)，請參見附錄D，結(jié)果，眼動行為，非駕駛相關(guān)視線分析，統(tǒng)計分析。）
信任量表
總體而言，參與者報告了對系統(tǒng)的強烈信任水平。在95.6%的情況下，參與者報告他們要么“適度同意”要么“強烈同意”信任系統(tǒng)。此外，信任隨時間顯著增加，z = 2.78, p = .0055（圖4-17）。然而，經(jīng)歷警報后信任并未立即受到影響。（有關(guān)統(tǒng)計分析的更多細(xì)節(jié)，請參見附錄D，結(jié)果，信任，隨時間的信任分析，統(tǒng)計分析。）
圖 4-17. 實驗 3 中“7”評分隨時間的比例
該圖表反映了隨時間增加的趨勢：隨著時間的增加，“7”評分的比例也在增加，盡管在時間點 6 之后，增加的速率變得更加零星。
實驗后的信任量表
實驗結(jié)束時（即不是在每個會話結(jié)束時，而是在所有三個會話都結(jié)束后），給出了六個與參與者對系統(tǒng)的信任程度相關(guān)的陳述的調(diào)查問卷。這些陳述是：
TS1. 當(dāng)我在做其他事情時，我可以依賴自動化系統(tǒng)正常工作。
TS2. 自動化系統(tǒng)在需要時提供了警報。
TS3. 自動化系統(tǒng)發(fā)出了錯誤警報。
TS4. 自動化系統(tǒng)是可靠的。
TS5. 我熟悉自動化系統(tǒng)。
TS6. 我信任自動化系統(tǒng)。
所有回答都是基于一個7點李克特量表，選項范圍從“1”表示強烈反對到“7”表示強烈同意。除了一個陳述外，所有陳述都是正面措辭，所以更高的分?jǐn)?shù)表示更高的信任水平。陳述 3，“自動化系統(tǒng)發(fā)出了錯誤警報”，措辭是負(fù)面的，所以對這個陳述的回答被重新編碼，使得“1”=“7”，“2”=“6”，等等。對回答的平均值和標(biāo)準(zhǔn)誤差條形圖顯示在圖 4-18 中（對陳述 3 的回答已重新編碼）。
圖4-18. 實驗3體驗后信任評分的平均值和標(biāo)準(zhǔn)誤差條形圖
體驗后訪談
在車內(nèi)體驗之后，參與者被問了一系列六個問題。訪談被音頻錄制作為研究者筆記的備份。數(shù)字音頻記錄被轉(zhuǎn)錄成文本，但沒有任何評論附上個人名字。25名參與者中有23名的回應(yīng)被記錄并轉(zhuǎn)錄。對于剩下的兩名參與者，研究者參考了書面筆記。這些轉(zhuǎn)錄和筆記作為定性內(nèi)容分析的基礎(chǔ)，該分析使用框架分析方法完成。這項分析的結(jié)果被用來幫助研究者可能理解與常規(guī)不同的參與者行為。（一些參與者選擇不參與非駕駛?cè)蝿?wù)，而是繼續(xù)監(jiān)視道路）。完成框架分析所用方法的完整討論和詳細(xì)發(fā)現(xiàn)已包含在附錄F中。
通常，參與者表示他們有一個積極的體驗，并且對系統(tǒng)印象深刻且有信心。大多數(shù)參與者報告說他們對系統(tǒng)感到非常舒適（圖4-19），并且這種舒適水平在15分鐘或更短時間內(nèi)達(dá)到（圖4-20）。那些最初對自動化系統(tǒng)表示謹(jǐn)慎的參與者指出，到實驗測試會話結(jié)束時，他們使用系統(tǒng)感到舒適。
圖4-19. 第3次實驗中對自動駕駛系統(tǒng)的自我報告舒適度水平
圖4-20. 第三次實驗中按年齡達(dá)到系統(tǒng)舒適度所需時間
第三次實驗總結(jié)
本次實驗檢查了停用提示（即：接管警報）對操作者隨時間的行為影響。在三個30分鐘的駕駛會話中，參與者自由接觸非駕駛相關(guān)活動，并呈現(xiàn)一條消息，聲明他們必須接管車輛。參與者對這些消息的反應(yīng)，包括反應(yīng)持續(xù)時間和響應(yīng)方式，是本次實驗中考察的變量之一。
參與者能夠區(qū)分呈現(xiàn)的不同類型的警報，并相應(yīng)地采取行動。此外，激活自動駕駛系統(tǒng)和從自動駕駛系統(tǒng)中重新獲得控制的方法受到警報類型和預(yù)先形成的心理模型（例如，將激活按鈕與用于激活巡航控制系統(tǒng)的按鈕相關(guān)聯(lián)）的影響。此外，通過提供更多關(guān)于系統(tǒng)能力的教育，參與者對系統(tǒng)的舒適度和信心可能會得到提高。然而，由于這是一個測試情境，無法為參與者提供額外的教育。
分階段警報提供了兩種重要類型的數(shù)據(jù)。雖然緊迫警報有一個明顯的起點，但分階段警報包含了四個階段，這允許了兩種解釋，這兩種解釋都為操作者行為提供了重要的見解。計算了兩個值：從分階段警報開始后重新獲得控制的時間，以及相對于分階段警報緊迫階段開始的時間重新獲得控制的時間。平均重新獲得控制的時間是在分階段警報開始后的17秒，這比緊迫階段的開始早了23秒。值得注意的是，大多數(shù)經(jīng)歷分階段警報的參與者（56%，n=14）在第一階段，即信息階段就重新獲得了控制。
下面的表4-3提供了一個總結(jié)，顯示了三個警報（分階段、緊迫-無外部威脅和緊迫-外部威脅）的平均值，這些值是針對依賴變量的。此表比較了每種依賴變量的警報類型。如果兩個特定警報類型之間沒有顯著差異，它們將共享一個共同的字母。例如，在釋放控制的時間上，分階段和緊迫-外部威脅警報之間存在顯著差異，因此它們有不同的字母。然而，它們與緊迫-無外部威脅警報都沒有顯著差異，所以緊迫-無外部威脅警報與另外兩種警報共享字母。
表4-3. 實驗3中三個警報對于因變量的平均值
* 時間計算相對于緊迫警報本應(yīng)呈現(xiàn)的時間點。
** 時間計算從階段性警報的信息階段開始的時間點。
