Engagement, désengagement puis réengagement entre tache de vie à bord et conduite manuelle : une approche cognitive des nouveaux enjeux du véhicule hautement automatisé

Engagement, disengagement and reengagement from non-driving-related tasks to manual driving : a cognitive approach to the challenges of highly automated driving

• Auteur / Autrice : Marie Jaussein
• Direction : Claude Marin-Lamellet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences et cognition
• Date : Soutenance le 10/12/2021
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Neurosciences et Cognition (NSCo) (Lyon)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Ergonomie et sciences cognitives pour les transports (Bron, Rhône)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Lumière (Lyon ; 1969-....)
• Jury : Président / Présidente : Julie Paxion
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Heike Elisabeth Martensen, Hélène Tattegrain
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Hélène Sauzéon, Pascal Salembier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Véhicules autonomes

Commande automatique

Mots clés libres

Tache de vie à bord

Engagement attentionnel

Reprise en main

Interruptibilité

Human-centred desig

Non-Driving-Related Task

Task engagement

Takeover

Interruptibility

Human-centred design

Résumé

L’avènement des systèmes de conduite hautement automatisés crée d’importantes modifications de l’activité de conduite. Dans la relation Homme-Système, l’automate se voit attribuer de manière croissante le contrôle de la situation et même la responsabilité de la conduite. Dès lors que le conducteur délègue la responsabilité totale de la tâche de conduite au système automatisé, celle-ci ne devient plus son activité principale. Le champ est alors libre pour s’engager dans tout autres activités, que la Recherche nomme communément Tâches de Vie à Bord. Néanmoins, avant qu’il soit possible de se déplacer uniquement en mode autonome, des transitions de contrôle entre Homme et Système seront nécessaires, action nouvelle de la conduite. Cette nouvelle situation, impliquant de nombreux facteurs et peut-être en premier lieu celui qu’est l’humain mérite une grande attention. Il parait capital d’étudier l’effet des activités réalisées avant cette transition sur la capacité du conducteur à reprendre le contrôle de la conduite. Les mécanismes attentionnels sont étudiés depuis de nombreuses années dans le cadre de la conduite automobile. S’agissant de taches de vie à bord (TVB) durant la délégation de conduite, c’est davantage les phénomènes d’engagement dans une nouvelle tâche et les risques associés à une potentielle difficulté à se désengager pour répondre à un besoin de réengagement dans la tâche de conduite qui nous intéresseront tout particulièrement. Cette thèse expose les travaux menés pour l’étude de la situation de transition de contrôle non pas sous l’angle des changements d’état du système mais bien de ceux du conducteur. Nous proposons une approche de la transition de contrôle selon les trois grands états de l’engagement que le conducteur traversera et leur implication dans la performance de reprise en main du véhicule. Le premier chapitre traite à la fois de la transition de contrôle, pouvant être rencontrées dans des situations très diverses, et du caractère interdisciplinaire de la notion d’engagement. Elle se retrouve dans des théories traitant de divers mécanismes cognitifs. Ce que nous pouvons leur prêter de commun est qu’il est très souvent question de mobilisation de ressources et que cette mobilisation peut être propre à différents mécanismes indépendants et atteindre différents niveaux en fonction des situations. Nous abordons ces questions autour des concepts de ressources attentionnelles, de charge mentale de travail ou encore d’interruptibilité. Le second chapitre de ce manuscrit contient les travaux expérimentaux menés pour étudier cette situation de transition de contrôle entre un conducteur engagé dans une autre tâche que la conduite et le système automatisé. Un premier volet expérimental ayant récolté plus de 300 participations aura permis de définir les outils d’évaluation subjective de l’engagement testés sur trois tâches différentes. Des outils d'évaluation du niveau d’interruptibilité des tâches, de la charge de travail et de l’état de stress ont été utilisés. Des différences de niveaux d’interruptibilité ont été observés entre tâche. L’engagement dans la tâche a montré un effet sur la performance lors d’un jeu de rotation mentale : plus les participants se sont déclarés engagés, plus leur score obtenu était élevé. De plus, les participants qui considéraient que la tâche suscitait une charge de travail élevée se sont également déclarés très concentrés pendant la tâche réalisée. Ces mesures ont été utilisés par la suite pour l’étude de la transition de contrôle en conditions simulées. En effet, la deuxième partie de ce chapitre décrit le second volet expérimental au cours duquel 44 conducteurs ont expérimenté des situations de transition de contrôle en simulateur de conduite. Les résultats montrent que le type de tâche influence les stratégies d'interruption choisies par le conducteur lors de la reprise en main. tâche.

The advent of highly automated driving systems creates important changes in the driving activity. In the human-system relationship, the automaton is increasingly given more control of the situation and even the responsibility for driving. As soon as the driver delegates the total responsibility of the driving task to the automated system, it no longer is his main activity. The driver is then free to engage in other activities, which research commonly calls the Non-Driving-Related Tasks (NDRT). Nevertheless, before the release of fully-autonomous vehicles, regular transitions of control between Human and System will be necessary, which are a new driving action. This new situation, involving many factors and probably, firstly the human factor, deserves a great attention. The study of NDRTs’ effects on the driver's ability to regain control of the driving is essential. Attentional mechanisms have been studied for many years in the context of driving. In the case of NDRT during a driving delegation phase, we will focus on the phenomena of engagement in a new task and the risks associated with a potential difficulty to disengage in order to respond to a need to reengage in the driving task. This thesis work studies the control transition situation not from the point of view of the system's but from the driver's point of view. We propose an approach to the control transition according to the three main states of engagement that the driver will go through and their implication in the vehicle's takeover performance. The first chapter deals with both the transition of control, which can happen in very diverse situations, and the interdisciplinary nature of the engagement concept. It is found in theories dealing with various cognitive mechanisms. The question of the implication of a mobilization of resources is often discussed and how this mobilization can be specific to different independent mechanisms and reach different levels depending on the situation. We discuss these questions around the concepts of attentional resources, mental workload or interruptibility. The second chapter of this manuscript contains the experimental work carried out to study this control transition situation between a driver engaged in another task than driving and the automated system. An initial experimental phase, which gathered more than 300 participants, made it possible to define the subjective evaluation tools of engagement mechanisms, tested on three different tasks.