李吉濤，秦華，2，冉令華，岳晨

(1.北京建筑大學(xué) 機(jī)電與車(chē)輛工程學(xué)院，北京 100044；2.北京市建筑安全監(jiān)測(cè)工程技術(shù)研究中心，北京 100044;3.中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化研究院 基礎(chǔ)所，北京 100191)

1 引言

車(chē)輛駕駛過(guò)程中的右轉(zhuǎn)及右并線行為是引發(fā)機(jī)動(dòng)車(chē)事故的原因之一。發(fā)送提示信息可以提高機(jī)動(dòng)車(chē)交互安全[1]。有學(xué)者提出過(guò)風(fēng)險(xiǎn)平衡理論，認(rèn)為安全性能的提高會(huì)被司機(jī)更大的風(fēng)險(xiǎn)行為所抵消。不同的信息提示方式會(huì)影響司機(jī)的效率。駕駛中的交互一般通過(guò)視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)和觸覺(jué)實(shí)現(xiàn)。其中司機(jī)獲取信息的方式主要是視覺(jué)，司機(jī)的視覺(jué)感知方式常被分為視場(chǎng)依賴(lài)型和視場(chǎng)獨(dú)立型，視場(chǎng)獨(dú)立者更容易從環(huán)境中提取信息，而視場(chǎng)依賴(lài)者更容易引發(fā)事故。然而無(wú)論是哪種感知方式，都在駕駛過(guò)程中承擔(dān)著較重的任務(wù)，不會(huì)一直用于接收提示信息。有研究表明視覺(jué)與聽(tīng)覺(jué)次任務(wù)會(huì)使駕駛?cè)诵睦碡?fù)荷明顯增大[2]，影響到駕駛員的正常駕駛。因此視覺(jué)提示是否更優(yōu)于觸覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)的感知方式還有待進(jìn)一步研究。

駕駛員的反應(yīng)時(shí)長(zhǎng)往往被認(rèn)為是比較有效的評(píng)價(jià)指標(biāo)，常被用于描述在發(fā)生事故時(shí)司機(jī)做出應(yīng)答的效率，反應(yīng)時(shí)長(zhǎng)會(huì)因刺激時(shí)間和需要?jiǎng)幼鞯膹?fù)雜度的增加而變長(zhǎng)。很多研究對(duì)此進(jìn)行了討論，比較普遍的一種觀點(diǎn)認(rèn)為應(yīng)該留給司機(jī)2.5 s的反應(yīng)時(shí)長(zhǎng)。面對(duì)緊急情況，司機(jī)打方向盤(pán)的最大偏移量通常發(fā)生在3～4 s之間。另外，距離信息源越遠(yuǎn)所傳遞的信息的置信度就越低[3]，駕駛員獲取信息的行為通常會(huì)分散其30%的注意力，但由于獲取了額外信息，司機(jī)的總反應(yīng)時(shí)長(zhǎng)會(huì)減少。同時(shí)車(chē)速也是影響反應(yīng)時(shí)長(zhǎng)的一個(gè)重要指標(biāo)，過(guò)快的車(chē)速會(huì)減少駕駛員對(duì)危險(xiǎn)做出應(yīng)答的時(shí)長(zhǎng)。通常司機(jī)很難在較高車(chē)速下正確的判斷車(chē)速[4]，當(dāng)處于較高車(chē)速時(shí)，司機(jī)們大多會(huì)根據(jù)與前車(chē)的距離來(lái)判斷車(chē)速[5]，當(dāng)有車(chē)輛并線時(shí)司機(jī)基于前車(chē)的對(duì)速度的感知就會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。很多事故就是由于后車(chē)對(duì)前車(chē)車(chē)速的不精準(zhǔn)預(yù)期引起的。發(fā)送提示信息可以提高機(jī)動(dòng)車(chē)交互安全減少反應(yīng)時(shí)長(zhǎng)。

我國(guó)駕駛員需要右轉(zhuǎn)時(shí)，大多數(shù)司機(jī)會(huì)通過(guò)后視鏡來(lái)獲取信息，發(fā)現(xiàn)后方?jīng)]車(chē)就會(huì)直接并線。但這種方式會(huì)受到后視鏡角度的限制并且無(wú)法獲取盲區(qū)內(nèi)的路況。相比于很多其他國(guó)家，我國(guó)的機(jī)動(dòng)車(chē)方向盤(pán)位于左側(cè)。右側(cè)的盲區(qū)較大達(dá)到了60°以上。因此駕駛員在右轉(zhuǎn)及并線時(shí)要承擔(dān)的風(fēng)險(xiǎn)較大。尤其是大型車(chē)的盲區(qū)較大很容易引發(fā)事故[6]。而目前大量的研究側(cè)重于汽車(chē)與外界障礙物之間的交互，對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)右轉(zhuǎn)時(shí)司機(jī)與提示信息之間交互的研究相對(duì)較少，本文選取了3種交互方式：語(yǔ)音提示、閃光提示和震動(dòng)提示。一方面通過(guò)網(wǎng)絡(luò)問(wèn)卷調(diào)查的方式收集了駕駛員們對(duì)右轉(zhuǎn)并線的認(rèn)識(shí)以及對(duì)這3種交互方式的看法。另一方面通過(guò)模擬道路仿真記錄了駕駛員對(duì)不同提示方式做出的應(yīng)答和反應(yīng)長(zhǎng)進(jìn)行顯著性差異的定量分析。

綜上所述，機(jī)動(dòng)車(chē)右轉(zhuǎn)及右并線是我國(guó)交通沖突和效率底下的致因之一，研究不同提示方式的提示效率有利于幫助駕駛員快速的對(duì)右側(cè)有可能發(fā)生的沖突做出應(yīng)答。對(duì)我國(guó)解決交通安全和道路擁堵問(wèn)題起到積極作用，也對(duì)車(chē)載信息系統(tǒng)的人機(jī)交互起推動(dòng)作用。

2 研究方法

2.1 問(wèn)卷調(diào)查

為了探索駕駛員對(duì)右轉(zhuǎn)信息提示的接受程度，研究共分為兩個(gè)部分，在第一部分，通過(guò)網(wǎng)上調(diào)查的方式來(lái)調(diào)研駕駛員對(duì)于右轉(zhuǎn)信息的接受程度。第二部分則通過(guò)模擬駕駛實(shí)驗(yàn)對(duì)第一部分的結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步定量的驗(yàn)證。

共收回41份問(wèn)卷，每份問(wèn)卷包含8個(gè)問(wèn)題。問(wèn)題主要包括右轉(zhuǎn)及右并線過(guò)程中導(dǎo)致事故的因素和對(duì)不同信息提示方式的接受程度。研究對(duì)象為有著一年以上駕駛經(jīng)驗(yàn)的非職業(yè)司機(jī)。

從表1我們可以看出，大多數(shù)駕駛員認(rèn)為速度是駕駛事故的主要原因。 并且約65.80%的駕駛員認(rèn)為盲區(qū)是駕駛過(guò)程中的危險(xiǎn)因素。大多數(shù)司機(jī)認(rèn)為語(yǔ)音提示更有效，而有效的原因在于駕駛時(shí)聲音比閃光燈和振動(dòng)需要更少的注意力。約有44%的人認(rèn)為駕駛過(guò)程中語(yǔ)音使其分心，這個(gè)比例低于閃光和振動(dòng)提示的61%和51%，因此相較于閃光和震動(dòng)，聲音提示有著較高的接受度。

表1 調(diào)查結(jié)果匯總

2.2 仿真實(shí)驗(yàn)

2.2.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)

以駕駛過(guò)程中3種不同人機(jī)交互方式(語(yǔ)音、閃光、震動(dòng))作為自變量，記錄了駕駛者對(duì)信息做出應(yīng)答的反應(yīng)時(shí)長(zhǎng)。而考慮到被試收到提示后的行為也可能會(huì)因交互方式的不同產(chǎn)生差異，除了反應(yīng)時(shí)長(zhǎng)外，還記錄了駕駛員收到提示后做出應(yīng)答行為的次數(shù)，用以研究語(yǔ)音、閃光、震動(dòng)3種提示方式的有效性。

實(shí)驗(yàn)以3種不同人機(jī)交互方式為自變量，以駕駛者的反應(yīng)時(shí)長(zhǎng)為因變量。

在實(shí)驗(yàn)中語(yǔ)音提示指主試通過(guò)普通話對(duì)被試發(fā)出諸如“右轉(zhuǎn)”等指令。閃光提示指通過(guò)小轎車(chē)右側(cè)反光鏡處的小燈泡發(fā)出的閃光。震動(dòng)提示則由方向盤(pán)下的小電機(jī)實(shí)現(xiàn)。

2.2.2 參試者

研究對(duì)象為9名年齡處于21～24歲并有著一至五年的駕齡的非職業(yè)司機(jī)，他們將獲得適量報(bào)酬作為獎(jiǎng)勵(lì)。他們?cè)趯?shí)驗(yàn)前被告知實(shí)驗(yàn)任務(wù)，填寫(xiě)實(shí)驗(yàn)任務(wù)書(shū)和知情同意書(shū)，并被強(qiáng)調(diào)如實(shí)填寫(xiě)問(wèn)卷并認(rèn)真對(duì)待實(shí)驗(yàn)。

采用兩種方法記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中主試會(huì)在不影響被試的位置用文字將被試的行為記錄下來(lái)，同時(shí)采用攝像機(jī)進(jìn)行錄像。

2.2.3 實(shí)驗(yàn)任務(wù)

被試按照隨機(jī)順序參與實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中其他被試不得旁觀。在研究中被試需要完成以下任務(wù)：在開(kāi)始實(shí)驗(yàn)后，被試需要聽(tīng)取實(shí)驗(yàn)流程并進(jìn)行復(fù)述，當(dāng)被試可以正確的理解實(shí)驗(yàn)流程時(shí)，需要完成時(shí)長(zhǎng)5 min的模擬駕駛練習(xí)，直到被試能熟練的操作模擬駕駛系統(tǒng)。

此后進(jìn)行的正式實(shí)驗(yàn)任務(wù)總時(shí)長(zhǎng)為20 min，共6個(gè)場(chǎng)景，被試需要依次以60 km/h和100 km/h的速度完成3個(gè)不同路況的駕駛?cè)蝿?wù)，場(chǎng)景開(kāi)始時(shí)被試處于左側(cè)車(chē)道行駛，當(dāng)被試觀察到右側(cè)車(chē)輛后需要向右并線，在其并線過(guò)程中可能會(huì)收到不同類(lèi)型的提示，被試收到提示后需要停止并線行為并回到原車(chē)道等待下次會(huì)車(chē)，如果被試沒(méi)有收到提示則需要繼續(xù)并線至中間車(chē)道并等侯下一次與右側(cè)車(chē)道車(chē)輛的會(huì)車(chē)。在測(cè)試場(chǎng)景中隨機(jī)設(shè)有路障，當(dāng)遇到路障時(shí)被試需要停止并線并做出相應(yīng)規(guī)避動(dòng)作，如果被試沒(méi)有對(duì)此及時(shí)做出應(yīng)答則此次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作廢。當(dāng)被試完成全部6個(gè)場(chǎng)景完成后實(shí)驗(yàn)結(jié)束。

2.2.4 實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景布置

布置實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景所需的設(shè)備為：熄火的小轎車(chē)、投影儀、可控LED燈、小電機(jī)、4.5V 的電池盒，細(xì)電線，方向盤(pán)和踏板，電腦，攝像機(jī)，如圖1。

首先將小轎車(chē)?？坑谝惶帉挸臻g，將投影儀置于小轎車(chē)頂部，投影儀畫(huà)面調(diào)整照射到車(chē)前方的墻上；于轎車(chē)外開(kāi)啟計(jì)算機(jī)并運(yùn)行Torcs 模擬駕駛系統(tǒng)；然后將一組游戲方向盤(pán)和腳踏板放置于車(chē)輛的副駕駛位置并讓被試坐在副駕駛位置模擬駕駛車(chē)輛；為實(shí)現(xiàn)閃光提示方式，在小轎車(chē)的右側(cè)玻璃處放置一個(gè)用細(xì)電線連接起來(lái)的可控 LED燈。為實(shí)現(xiàn)震動(dòng)提示方式，在方向盤(pán)上放置了一個(gè)可控制的小電機(jī)。LED燈和小電機(jī)都和電池盒相連，使LED 燈和小電機(jī)受電池盒控制。

圖 1 實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景

模擬了3種不同路況不同限速的行車(chē)場(chǎng)景，圖2為直行車(chē)道，駕駛環(huán)境良好；圖3為復(fù)雜路段無(wú)時(shí)速要求設(shè)有上坡路段，右拐彎路段，左拐彎路段，陽(yáng)光直射路段等，對(duì)駕駛技術(shù)和駕駛者的注意力都有一定的挑戰(zhàn)；圖4為山路，共有兩車(chē)道。

圖 2 直行車(chē)道路況

圖3 彎道路況

圖4 山道路況

表2描述了在不同場(chǎng)景下被試收到提示的次數(shù)，每位被試需要在3種路況下共完成4次會(huì)車(chē)，這4次會(huì)車(chē)分別對(duì)應(yīng)未收到提示和3種提示方式。在不同路況下出現(xiàn)的提示由隨機(jī)選取產(chǎn)生，但每種提示出現(xiàn)的出現(xiàn)的總次數(shù)是固定的，保證被試收到每種提升至少一次。

表2 不同場(chǎng)景下被試接收提示次數(shù)

2.2.5 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

本實(shí)驗(yàn)在北京建筑大學(xué)車(chē)輛實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)環(huán)境安靜。首先向被試介紹實(shí)驗(yàn)的任務(wù)，并與被試核對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。確認(rèn)無(wú)誤后指導(dǎo)被試聯(lián)系使用模擬駕駛系統(tǒng)。被試熟悉駕駛系統(tǒng)后進(jìn)入正式實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景，這一步驟時(shí)長(zhǎng)約20 min，在這段時(shí)間內(nèi)，每當(dāng)被試試圖向右側(cè)并線時(shí)主試手動(dòng)控制發(fā)出隨機(jī)提示，每個(gè)場(chǎng)景之間留給被試約1 min休息，當(dāng)所有6個(gè)場(chǎng)景(不同速度下各3個(gè))都完成后實(shí)驗(yàn)結(jié)束。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中被全程錄像并通過(guò)回顧錄像來(lái)確定被試的反應(yīng)時(shí)長(zhǎng)。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

本實(shí)驗(yàn)的目的是比較語(yǔ)音提示、閃光提示、震動(dòng)提示哪種提示方式更加的有效，而普遍認(rèn)為反應(yīng)時(shí)長(zhǎng)是衡量有效性的一個(gè)重要指標(biāo)。反應(yīng)時(shí)長(zhǎng)是指從主試發(fā)出提示的時(shí)刻到被試做出反應(yīng)的時(shí)刻之間的時(shí)間。反應(yīng)時(shí)長(zhǎng)越短，效果越好。

實(shí)驗(yàn)共記錄被試收到提示后作出回應(yīng)的行為(通常表現(xiàn)為轉(zhuǎn)頭、擺肩膀)的次數(shù)和所用時(shí)間。

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看來(lái)60 km/h的路況下語(yǔ)音、閃光、震動(dòng)三種提示方式所對(duì)應(yīng)的平均反應(yīng)時(shí)長(zhǎng)分別為1.61、1.72、2,而與之相似的100 km/h的路況下這三者分別為1.75、1.875、2.11。在不同的兩種速度下語(yǔ)音提示的反應(yīng)時(shí)長(zhǎng)都優(yōu)于其他兩種提示方式。

表3呈現(xiàn)了9名被試在60 km/h下對(duì)三種提示方式做出應(yīng)答的反應(yīng)時(shí)長(zhǎng)的均值、方差和標(biāo)準(zhǔn)差。該數(shù)據(jù)顯示三種提示方式的均值中以語(yǔ)音作為提示方式優(yōu)于其他兩種提示方式。閃光提示方式相較于其他提示方式有著更高的穩(wěn)定性。在三種提示方式中被試對(duì)閃光所做出的應(yīng)答次數(shù)少于其他兩種方式。.閃光提示方式相較于其他提示方式有著更高的穩(wěn)定性。三種提示方式的均值中以語(yǔ)音作為提示方式優(yōu)于其他兩種提示方式。對(duì)60 km/h和100 km/h的反應(yīng)時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行對(duì)比后可發(fā)現(xiàn)無(wú)論是哪種刺激參試的反應(yīng)時(shí)長(zhǎng)都是車(chē)速越快反應(yīng)越慢，驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)中參試對(duì)于導(dǎo)致事故的因素的認(rèn)識(shí)，這一情況可能是由于車(chē)速所帶來(lái)的緊張與疲勞所導(dǎo)致的。車(chē)速會(huì)對(duì)駕駛員的決策產(chǎn)生影響[6]。另外，與60 km/h的路況不同，當(dāng)車(chē)速處于100 km/h時(shí)標(biāo)準(zhǔn)差有小幅度增大，可能是因?yàn)檩^快的車(chē)速有可能導(dǎo)致疲勞。而疲勞對(duì)于駕駛員駕駛行為的影響十分顯著，和正常駕駛相比，駕駛員對(duì)于車(chē)輛的操控能力下降，主要體現(xiàn)在車(chē)速控制、方向盤(pán)操作和車(chē)道保持等能力的削弱[7]。

表3 不同提示方式動(dòng)作次數(shù)與反應(yīng)時(shí)長(zhǎng)的比較

以0.05作為顯著性劃分標(biāo)準(zhǔn)。如表3所示,當(dāng)在60 km/h的限速下以動(dòng)作次數(shù)為因素時(shí)總均值為2.4074標(biāo)準(zhǔn)差為0.7473顯著性為0.646>0.05,故不存在顯著差異，因此被試的動(dòng)作的次數(shù)與其受到的3種不同提示方式的影響不存在相關(guān)性。將因變量作為響應(yīng)時(shí)長(zhǎng)得到的顯著性0.023<0.05，所以存在顯著差異，在60 km/h的限速下以響應(yīng)時(shí)長(zhǎng)為因素時(shí)顯著性為0.023<0.05故存在顯著差異，因此反應(yīng)時(shí)長(zhǎng)可以作為衡量60 km/h速度下的反應(yīng)績(jī)效的標(biāo)準(zhǔn)。在100 km/h的限速下以動(dòng)作次數(shù)為因素時(shí)顯著性為0.447>0.05故不存在顯著差異，因此被試的動(dòng)作次數(shù)與其受到的3種不同提示方式的影響不存在相關(guān)性。不能作為衡量反應(yīng)績(jī)效的標(biāo)準(zhǔn)。在100km/h的限速下以響應(yīng)時(shí)長(zhǎng)為因素時(shí)顯著性為0.13>0.05故不存在顯著差異因此被試的響應(yīng)時(shí)長(zhǎng)與其受到的3種不同提示方式的影響不存在相關(guān)性。無(wú)法作為衡量反應(yīng)績(jī)效的標(biāo)準(zhǔn),但也小于以動(dòng)作次數(shù)作為因素的兩組數(shù)據(jù),見(jiàn)表4。

表4 動(dòng)作次數(shù)與響應(yīng)時(shí)長(zhǎng)方差分析及對(duì)比

通過(guò)4組表的對(duì)比可以看出3種提示方式的轉(zhuǎn)頭總數(shù)差異性不大，說(shuō)明轉(zhuǎn)頭總數(shù)對(duì)提示方式無(wú)顯著影響，不能判斷哪種提示方式更加有效，而響應(yīng)時(shí)間可以影響提示方式的效果，某種提示方式的響應(yīng)時(shí)間越短就說(shuō)明駕駛員對(duì)這種提示方式更能接受，從上表中可以看出，語(yǔ)音提示的響應(yīng)時(shí)間最短。在相同的風(fēng)險(xiǎn)水平上行為的次數(shù)與方式其形成主要依賴(lài)于個(gè)體經(jīng)驗(yàn)，包括個(gè)體對(duì)當(dāng)前信息的不同采集方法與加工方式，以及如何處理信息結(jié)果3個(gè)方面，而風(fēng)險(xiǎn)感知的系統(tǒng)研究發(fā)現(xiàn)，駕駛員的情緒狀態(tài)或過(guò)高的感覺(jué)尋求會(huì)影響其對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估，并產(chǎn)生差異性行為同時(shí)駕駛員自身因素(如年齡、駕齡、受教育程度、安全意識(shí)等)也是影響駕駛行為的直接因素[8]。這也導(dǎo)致了動(dòng)作次數(shù)難以產(chǎn)生顯著差異。

4 討論

結(jié)果正如調(diào)查問(wèn)卷中人們所認(rèn)為的那樣，語(yǔ)音提示的交互方式更為有效，3種提示方式的反應(yīng)時(shí)長(zhǎng)證明了這一點(diǎn)。而從后面的單因素變量分析數(shù)據(jù)中可以看出被試做出應(yīng)答的動(dòng)作次數(shù)差異性不大，說(shuō)明駕駛過(guò)程中的動(dòng)作無(wú)法作為衡量提示方式有效性的標(biāo)準(zhǔn)，而相對(duì)的響應(yīng)時(shí)長(zhǎng)可以作為衡量標(biāo)準(zhǔn)。無(wú)論是在60 km/h還是100 km/h的路況下語(yǔ)音提示的平均反應(yīng)時(shí)長(zhǎng)都優(yōu)于另外的兩種提示。所以得出結(jié)論相比于震動(dòng)和閃光，以語(yǔ)音作為提示方式能起到更好的效果，并且更能被駕駛員所接受，而再此之前很多人認(rèn)為通過(guò)震動(dòng)這種可以直接使人感受到的提示方式更為有效，這一情況很可能是由駕駛者的習(xí)慣所導(dǎo)致的。當(dāng)司機(jī)在開(kāi)車(chē)時(shí)感到震動(dòng)會(huì)首先回憶這震動(dòng)所代表的意義，然后才會(huì)意識(shí)到這是在提醒盲區(qū)有障礙物，而語(yǔ)音提示則更加直接的使駕駛員認(rèn)識(shí)到目前的路況并做出回應(yīng)。

5 結(jié)論

機(jī)動(dòng)車(chē)右轉(zhuǎn)過(guò)程中尤其容易與行人產(chǎn)生沖突[9]，駕駛員的交互方式關(guān)系著其反應(yīng)的快慢，關(guān)系著人們的生命安全，有著重要的意義。本研究采用問(wèn)卷調(diào)查和仿真實(shí)驗(yàn)的方法從駕駛員對(duì)駕駛交互方式的看法和駕駛過(guò)程中的具體交互行為進(jìn)行了研究，得出以下結(jié)論：駕駛員對(duì)語(yǔ)音提示的接受程度高于其他的閃光或震動(dòng)的交互方式。其次采用語(yǔ)音作為提示方式時(shí)駕駛員的反應(yīng)時(shí)長(zhǎng)最短，另外駕駛員在駕駛過(guò)程中對(duì)提示的應(yīng)答所做出的行為，并不是一個(gè)可以衡量其交互模式的指標(biāo)。