Identification des critères déterminant l’acceptabilité des comportements d’un véhicule autonome dans des situations potentiellement conflictuelles en milieu urbain pour adapter les algorithmes de conduite autonome.

Identification of the criteria determining the acceptability of the behaviour of an autonomous vehicle in potentially conflicting situations in an urban environment in order to adapt the autonomous driving algorithms

• Auteur / Autrice : Gabriel Nativel-Fontaine
• Direction : Véronique Lespinet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique, Productique, Signal et Image, Ingénierie cognitique
• Date : Soutenance le 29/11/2024
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de l'intégration du matériau au système (Talence, Gironde)
• Jury : Président / Présidente : Pierrick Legrand
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Maud Ranchet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Émilie Loup-Escande, Julien Cegarra

Mots clés

Mots clés contrôlés

Simulation, Méthodes de

Facteur humain

Commande automatique

Véhicules autonomes

Sciences cognitives

Mots clés libres

Cognitique

Facteur Humain

Acceptabilité

Accessibilité

Véhicule autonome

Modélisation

Cognitic

Human Factor

Acceptability

Accessibility

Autonomous vehicle

Modeling

Résumé

L’objectif de la thèse est de déterminer des critères qui rendront acceptable l’utilisation des véhicules autonomes en milieu urbain, dans des situations potentiellement conflictuelles. Nous étudions les véhicules autonomes de niveau 5, impliquant une automatisation totale des fonctions de conduite. L’acceptabilité du comportement est analysée du point de vue des passagers. L’acceptabilité des technologies suit un continuum : a priori, avant la confrontation; in situ, pendant la confrontation et appropriation. Le niveau 5 n’existant pas à ce jour, l’étude de l’acceptabilité est théorique et a priori, et repose sur des modèles comme Unified Theory of Acceptance and Use of Technology (UTAUT). Nous avons ainsi cherché à identifier les éléments du comportement influençant l’acceptabilité ressentie par les passagers dans des situations conflictuelles, en simulation. Ces travaux nous ont permis de proposer des plages de fonctionnement acceptables pour le comportement du véhicule. Certains cas demeurent problématiques, comme le fait de ne pas marquer l’arrêt à un feu rouge pour laisser passer un véhicule d’urgence. Dans ces situations, la perception des passagers joue un rôle clé dans l’acceptabilité. Nous avons donc exploré l’efficacité de la communication véhicule-passager comme contre-mesure à la perte d'acceptabilité dans des contextes spécifiques. Une première expérimentation a permis d’étudier l’influence du mode de conduite et du contexte sur l’acceptabilité du comportement du véhicule. Les modes de conduite, qui varient par leur attitude envers le Code de la route, ont été testés dans des intersections urbaines. Le mode de conduite s’est avéré être le facteur le plus influent, alors que ni le type d’intersection, ni les caractéristiques sociodémographiques n’ont montré d’effet significatif.Une seconde expérimentation a étudié l’effet de certaines composantes du comportement sur l’acceptabilité des passagers, via une simulation en réalité virtuelle.Lors du trajet, les participants ont vécu des situations où le comportement du véhicule a varié, notamment en jouant sur le temps d’attente avant l’engagement. Les résultats ont mis en évidence l’importance de la communication préalable avec les passagers, l’amorce mettant l’accent sur la sécurité augmentant l’acceptabilité dans toutes les situations. Ces données nous ont permis de définir des plages de paramètres optimales en fonction de la situation.La première partie de la thèse se concentre sur l’analyse de la variation de l'acceptabilité in situ du comportement du véhicule autonome. Ces résultats servent ensuite à proposer des recommandations aux constructeurs, visant à améliorer l’acceptabilité, soit directement par le comportement, soit par la communication véhicule-passager.Les décisions des véhicules autonomes, régies par des algorithmes, ont un impact direct sur l'acceptabilité. Ces algorithmes peuvent être ajustés en fonction de divers paramètres pour influencer positivement l’acceptabilité. Nous proposons une méthodologie de transfert technologique, depuis la recherche académique jusqu’à l’industrialisation, via des modèles mathématiques fondés sur des données expérimentales. Ceux-ci permettraient de déterminer les valeurs optimales des paramètres pour maximiser l’acceptabilité.Enfin, l’étude de la transparence et de l’explication du comportement a montré que la combinaison de modalités de communication (visuelle et auditive) améliore l'explicabilité et l’acceptabilité. En multipliant les canaux sensoriels pour expliquer le comportement du véhicule, nous avons observé une augmentation significative de l’acceptabilité, en particulier dans les situations conflictuelles où le comportement du véhicule semble ambigu. Cela valide l’hypothèse selon laquelle l’explicabilité perçue, renforcée par des modalités sensorielles variées, joue un rôle clé dans l’acceptabilité in situ et que cette explicabilité améliore l'acceptabilité des passagers en situation de doute.

This thesis will identify the criteria that will make the use of autonomous vehicles in urban environments, particularly in potentially conflictual situations, acceptable.Our focus is on level 5 autonomous vehicles, which involve full automation of driving functions. We analyze the acceptability of vehicle behavior from the passengers' perspective. The literature describes the acceptability of technologies in three phases: a priori acceptability (before exposure), in situ acceptability (during exposure), and appropriation (after exposure). A technology is accepted when it is used in a non-professional context.As there is no level 5 vehicle currently available, the study of its acceptability is theoretical and a priori. It relies notably on models such as the Unified Theory of Acceptance and Use of Technology (UTAUT). We identified the behavioral elements influencing passengers' perceived acceptability in conflictual situations using a simulated exposure to the technology. These studies allowed us to definitively propose acceptable operating ranges for vehicle behavior.However, there are still some cases where the technology is not acceptable, such as not stopping at a red light to allow an emergency vehicle to pass. Passenger perception is a crucial factor in determining acceptability in these situations. We therefore explored the effectiveness of vehicle-passenger communication as a countermeasure to the loss of acceptability in specific contexts.Our first experiment examined the influence of driving mode and context on the acceptability of vehicle behavior. We tested the driving modes, which varied in their attitude toward traffic laws, at typical urban intersections. Driving mode proved to be the most influential factor, and neither the type of intersection nor sociodemographic characteristics showed significant effects.A second experiment definitively demonstrated the impact of specific behavioral components on passengers' acceptability. This was achieved through a virtual reality simulation in which participants experienced a journey in a Level 5 autonomous vehicle. During the trip, participants encountered a variety of situations in which we deliberately varied the vehicle's behavior, particularly in terms of waiting time before engaging in the situation. The results clearly showed that prior communication with passengers is essential for safety. When passengers were introduced in a way that focused on safety, they were more accepting of all situations. We defined optimal waiting time ranges for each situation.The first part of this thesis analyses the variation in situ acceptability of autonomous vehicle behaviour. These findings provide clear recommendations for manufacturers to improve passenger acceptability. These recommendations can be implemented directly through vehicle behavior or through vehicle-passenger communication.The decisions made by autonomous vehicles, governed by algorithms, directly impact acceptability. These algorithms can and should be adjusted through various parameters to positively influence acceptability. We present a methodology for transferring technology from academic research to industrialization, using mathematical models based on experimental data. These models will allow manufacturers to determine optimal parameter values to maximize acceptability.Finally, the study of transparency and behavior explanation demonstrated that combining multiple communication modalities (visual, auditory) significantly improves explicability and acceptability. By using multiple sensory channels to explain the vehicle's behavior, we observed a substantial increase in acceptability, particularly in conflictual situations where the vehicle's behavior seemed ambiguous. This proves that perceived explicability, reinforced by diverse sensory modalities, is the key to in situ acceptability. Furthermore, this explicability enhances passenger acceptability in situations of uncertainty.