Les systèmes d’assistance de véhicules partiellement automatisés sont capables de remplacer temporairement l’humain dans le contrôle latéral et longitudinal du véhicule. Ils peuvent rendre le contrôle du véhicule au conducteur lorsque leurs limites de fonctionnement sont atteintes. Il est donc nécessaire que les conducteurs basculent leur attention depuis la surveillance de l’activité des systèmes automatisés vers le contrôle du véhicule. Ils doivent identifier l’état de fonctionnement de ces systèmes à tout moment pour éviter une confusion. Les interfaces multimodales et de fiabilité des systèmes automatisés semblent apporter des solutions appropriées pour répondre à ces problématiques. La littérature actuelle n’est pas suffisante pour statuer sur l’efficacité de ces interfaces à induire une conscience de l’état des systèmes automatisés. Cette thèse propose de concevoir et d’évaluer l’efficacité d’interfaces exploitant les modalités sonores, haptiques, et en vision périphérique à orienter l’attention des conducteurs sur l’état de fonctionnement des systèmes d’assistance. Une première étude réalisée sur route a montré qu’une interface multimodale permettait une meilleure compréhension du fonctionnement du véhicule qu’une interface uniquement visuelle. Les deux interfaces ont provoqué des confusions de modes, et aucune n’indiquait la fiabilité des systèmes automatisés.
Deux études expérimentales ont ensuite été menées afin de concevoir et d’évaluer un indicateur d’approche des limites des systèmes automatisés perceptible en vision périphérique. Cet indicateur a été considéré comme utile et a permis d’anticiper des situations de suspension des automatisations. Un second groupe d’étude expérimental a visé à vérifier la capacité d’interfaces sonores et haptiques intégrée au volant à être perçues et comprises par les conducteurs. Celles-ci se sont montrées efficaces pour indiquer l’état des systèmes automatisés. Les éléments d’interfaces testés au préalable ont été assemblés dans un simulateur afin d’évaluer leur effet conjugué. Lors d’une étude longitudinale, des conducteurs ont été confrontés à plusieurs reprises à quatre situations de reprise en main (virages trop serrés, bouchons, brouillard, marquages routiers effacés). Ils possédaient soit une interface multimodale indiquant les limites des automatisations, soit une interface visuelle classique. La conscience de l’état des systèmes automatisés, la distribution de l’attention, et la confiance dans ces systèmes ont été évaluées. Les résultats montrent un effet positif de l’interface multimodale avec approche des limites sur (1) la compréhension du fonctionnement des automatisations, (2) les performances de conduite lors de la suspension des automatisations, (3) l’orientation des ressources attentionnelles, (4) la confiance dans l’automatisation de la conduite. Au regard de ces résultats, nous en concluons que l'interface multimodale a permis d'améliorer les connaissances des conducteurs sur l’état des systèmes automatisés. Elle semble en revanche avoir un impact limité sur l’amélioration des compétences dans l'interaction des conducteurs avec l’automatisation de la conduite.
Cette thèse montre que les interfaces multimodales favorisent l’orientation de l’attention vers l’état des systèmes automatisés. Ces interfaces permettent d’améliorer l’interaction avec l’automatisation en améliorant la conscience des modes sans distraire le conducteur de sa tâche de conduite. Les méthodes mises en place pour concevoir et évaluer des interfaces multimodales permettent de s’assurer qu’elles orientent efficacement l’attention vers l’état des systèmes automatisés. Ces méthodes peuvent être exploitées dans d’autres domaines, tel que l’aviation, où humains collaborent avec des automates. Enfin, d’un point de vue industriel, notre thèse montre que les informations transmises par des interfaces de systèmes automatisés interfacés devraient être réparties sur plusieurs modalités sensorielles. |
Partially automated systems are capable of temporarily replacing the human in the lateral and longitudinal control of the vehicle. However, they can return control of the vehicle to the driver when their operating limits are reached. It is therefore necessary for drivers to shift their attention from monitoring the activity of automated systems to controlling the vehicle. They need to identify the operating state of these systems at all times to avoid confusion. Multimodal and reliability interfaces seem to provide appropriate solutions to these problems. The current literature is not sufficient to conclude on the effectiveness of these interfaces in inducing efficient state awareness of automated systems. This thesis proposes to design and evaluate the effectiveness of interfaces exploiting sound, haptic, and peripheral vision modalities to orient drivers' attention on the operating state of assistance systems. A first experimental study carried out on the road showed that a multimodal interface with information oriented on the drivers' needs allowed a better understanding of the vehicle's functioning than a strictly visual interface with information oriented on the vehicle's state. Both interfaces caused mode confusion, and neither indicated the reliability of the automated systems.
Two experimental studies were then conducted to design and evaluate a peripherally perceptible limit approach indicator for automated systems. This indicator was considered to be useful information and was used to anticipate situations where automated systems suspended. A second group of experimental studies was conducted with the objective of verifying the capacity of audio and haptic interfaces integrated into the steering wheel to be perceived and comprehended by drivers. These were found to be effective in indicating the state of automated systems. The various interface elements tested previously were assembled in a simulator to evaluate their combined effect. In a longitudinal study, drivers were repeatedly and randomly confronted with four situations of recovery from the suspension of automated systems (sharp bends, traffic jams, fog areas, erased road markings). They had either a multimodal interface indicating the limits of the automated systems or a conventional visual interface. Awareness of the state of the automated systems, distribution of attention, and confidence in these systems were assessed. The results show a positive effect of the multimodal boundary interface on (1) the understanding of the functioning of the automated systems, (2) the driving performance during the suspension of the automated systems, (3) the orientation of attentional resources and finally, (4) the confidence in the automated driving. Based on these results, we conclude that the multimodal interface improved drivers' knowledge of the state of the automated systems. However, it seems to have a limited impact on the improvement of drivers' skills in interacting with the driving automation.
Overall, our thesis shows that multimodal interfaces promote the orientation of attention toward the state of automated systems. These interfaces improve interaction with automation by enhancing mode awareness without distracting the driver from the driving task. The methods used to design and evaluate multimodal interfaces ensure that they effectively direct attention to the state of the automated systems. These methods can be exploited in other domains, such as aviation, where humans collaborate with automation. Finally, from an industrial point of view, our thesis shows that the information transmitted by interfaces of interfaced automated systems should be distributed over several sensory modalities. |