視覺分神對駕駛員跟馳行為的影響

鄭志曉，李鵬輝，胡孟夏，李一兵

(清華大學(xué) 汽車安全與節(jié)能國家重點實驗室，北京 100084)

0 引言

在“人-車-路”閉環(huán)系統(tǒng)中，駕駛員處于核心地位。道路交通事故統(tǒng)計表明，駕駛員因素是引發(fā)交通事故的主要原因[1]。駕駛員在駕駛過程中需實時監(jiān)控道路環(huán)境、操控車輛，從而需要調(diào)用大量的視覺資源。因此，當(dāng)駕駛員的視覺通道資源被與駕駛無關(guān)的任務(wù)占據(jù)時，駕駛員的行車安全最受威脅[2]。駕駛員處于視線離開路面的狀態(tài)時 (Eye off Road)被認(rèn)為處于視覺分神狀態(tài)[3]，屬于駕駛員分神的4種模式之一[4]。

視覺分神會損害駕駛員的行車效能，增加事故風(fēng)險。Yan等[5]的研究表明，行車過程中發(fā)短信會導(dǎo)致青年駕駛員車速波動增大、車輛橫向位置波動增大、跟車距離增大。Anttila等[6]采用了替代性次級任務(wù)(Surrogate In-Vehicle Information Systems, S-IVIS ) 研究了視覺分神對駕駛員駕駛表現(xiàn)的影響，指出視覺分神會使駕駛員誤操作頻率增加以及事故風(fēng)險增加。Holahan等[7]通過駕駛模擬器進(jìn)行了相關(guān)試驗，指出視覺分神會使駕駛員反應(yīng)時間增加。馬艷麗等[8]通過實車試驗，對駕駛員在使用車載信息系統(tǒng)時(動作分神)的駕駛表現(xiàn)進(jìn)行了分析，指出交通環(huán)境和車載信息系統(tǒng)操作對駕駛員手離開轉(zhuǎn)向盤的時間和制動操作差錯具有顯著影響。Engstr?m等[3]通過駕駛模擬試驗指出，視覺分神會增加駕駛員的換道錯誤率。Lamble等[9]對追尾沖突的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，視覺分神會導(dǎo)致駕駛員的平均制動時間延遲0.5 s, 增大事故風(fēng)險。Zwahlen等[10]認(rèn)為當(dāng)駕駛員單次視線離開路面的時間超過2.0 s，且連續(xù)保持4次以上時，發(fā)生交通事故的可能性極大；且駕駛員發(fā)生事故的可能性隨著駕駛員單次視線離開路面的時間和駕駛員視線離開路面的頻率增大而提高。Bruce等[11]研究發(fā)現(xiàn)，駕駛員單次視線離開路面存在一定的安全閾值，對于普通駕駛員，該安全閾值為2.0 s；研究也發(fā)現(xiàn)，事故風(fēng)險與駕駛員單次視線離開路面的時間呈正相關(guān)關(guān)系。Liang 等[12]對100輛車的自然駕駛數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后，也驗證了事故風(fēng)險與駕駛員視線離開路面的時間呈正相關(guān)關(guān)系。Wilde[13]認(rèn)為當(dāng)駕駛員面臨事故風(fēng)險時，會對自己的駕駛行為采取一些補償措施，常見的措施有降低跟車速度[14-16]、增加跟車時距或跟車距離[14-16]、停止接聽電話、與乘車人交談等次級任務(wù)[15]、頻繁換道[15]、提前把腳移到制動踏板處以縮短腳從油門踏板移動到制動踏板的時間[17]以及制動時增加制動力度[18]等，該補償措施可視為駕駛員在駕駛?cè)蝿?wù)和次級任務(wù)中做出的事故風(fēng)險平衡舉措。

上述的研究對駕駛員在行車過程中處于視覺分神狀態(tài)時的一些駕駛表現(xiàn)和危險應(yīng)對能力進(jìn)行了分析，但關(guān)于何種程度的視覺分神會影響行車效能，以及上述影響在不同交通環(huán)境(如車速)下是否一致，鮮有研究。本研究分別分析在不同的車速環(huán)境下，駕駛員處于不同程度的視覺分神狀態(tài)時的駕駛行為及其補償措施，討論視覺分神對行車安全的影響，可為涉及視覺分神的車載設(shè)備設(shè)計及相關(guān)交通法規(guī)的制定提供理論基礎(chǔ)。

1 試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)采集

1.1 試驗儀器與試驗過程介紹

圖1 駕駛模擬器Fig.1 Driving simulator

本次試驗在清華大學(xué)駕駛仿真試驗平臺(如圖1所示)上完成，并配備使用德國SMI公司生產(chǎn)的ETGTM的眼鏡式眼動儀。試驗通過駕駛仿真試驗平臺采集駕駛員的駕駛數(shù)據(jù)(采樣頻率為60 Hz)，通過眼動儀采集駕駛員的眼動數(shù)據(jù)(采樣頻率為30 Hz)。清華大學(xué)汽車安全與節(jié)能國家重點實驗室的駕駛仿真試驗平臺(如圖1所示)由實時場景成像系統(tǒng)、六自由度駕駛平臺、三維視覺系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等組成。5個分別位于前、后、左右的顯示屏能夠給駕駛員提供水平36°、垂直30°的后視空間和水平200°、垂直50°的前視空間，能夠逼真地顯示實車試驗的駕駛場景。被試駕駛員根據(jù)所提供的交通場景，依主觀判斷做出相應(yīng)的行車決策，然后通過轉(zhuǎn)向盤、制動踏板、加速踏板等操縱機構(gòu)操縱車輛，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將實時記錄車輛的運行狀態(tài)參數(shù)。

本次試驗用Multigen Creator 和 Scenery Creator 軟件生雙向四車道城市道路場景(圖2)及雙向四車道的高速公路場景(圖3)。城市道路場景包含寬3.7 m的自行車道、寬3.7 m的人行道和寬3.5 m的行車道，各車道線寬0.2 m，雙黃實線間寬1.0 m，符合國家城市公路車道線設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)?？疾斐鞘械缆烽L35 km, 每隔3 km有由紅綠燈控制的十字路。該城市道路場景限速為50 km/h。高速公路包含寬3.75 m的行車道和寬3.0 m的緊急車道，車道線寬0.2 m，中央隔離帶寬2.0 m，符合國家高速公路車道線設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)?？疾旄咚俟仿范伍L200 km，限速為60～100 km/h。所有場景的路面均為瀝青路面，路面平直，環(huán)境效果設(shè)置為白天，天氣晴朗。場景中還包括其他車輛、交通標(biāo)志、道路標(biāo)線、樹木等各種道路景觀。該城市道路場景為60 km/h，前車車速為50 km/h。高速公路限速為60～100 km/h，前車的車速為90 km/h。

圖2 城市道路場景Fig.2 Urban road scenario

圖3 高速公路場景Fig.3 Expressway scenario

本次試驗數(shù)據(jù)來自30位熟練駕駛員，性別包含男女，年齡范圍為20～60歲(平均值為32歲，標(biāo)準(zhǔn)差為9.70歲，駕齡不少于2 a，駕駛里程不低于10 000 km)?？紤]到駕駛員視力對試驗結(jié)果影響的可能性，本次試驗所有被試駕駛員視力均滿足散光在100°以下、矯正視力在5.0以上的條件；此外，所有駕駛員身體狀況良好，無暈車經(jīng)歷。所有被試駕駛員在試驗開始前將在駕駛模擬器上試駕10 min，以適應(yīng)駕駛模擬器的操作。

本試驗要求被試駕駛員分別在城市道路及高速公路直線路段跟車駕駛，駕駛的同時根據(jù)語音提示完成所給的次級駕駛?cè)蝿?wù)，如圖4所示。該次級駕駛?cè)蝿?wù)模擬車載信息系統(tǒng)與駕駛員的互動方式而設(shè)計[9]，以實現(xiàn)誘導(dǎo)駕駛員視線離開路面的目的。次級任務(wù)被設(shè)計為3個難度等級，難度等級越高，駕駛員單次視線離開路面的時間越長(不同視覺分神等級的單次視線離開路面的時間統(tǒng)計見表1)，則駕駛員分神程度越高。次級任務(wù)擺放的位置如圖5所示。試驗過程中，每次次級任務(wù)出現(xiàn)5組同等級的任務(wù)，每組任務(wù)持續(xù)7.0 s，因此每次次級任務(wù)持續(xù)35.0 s。每個試驗場景駕駛員重復(fù)試驗兩次。

1.2 數(shù)據(jù)處理

用箱圖法觀測和剔除數(shù)據(jù)樣本中的離群值，提高數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性。

箱圖法離群值的判斷方法為：確定樣本總體的第25個百分位數(shù)(第1個四分位數(shù)Q1)、第50個百分位(第2個四分位數(shù)Q2)、第75個百分位(第3個四分位數(shù)Q3)以及四分位數(shù)間距(Q3與Q1的差值)，計算離群值上極限和下極限邊界(大于或者小于剩下觀測值的1.5倍的四分位數(shù)間距)，篩選超過上極限和下極限的數(shù)值，判斷該數(shù)值為離群值。

圖4 視覺分神次級任務(wù)Fig.4 Visual distraction secondary tasks

圖5 視覺分神次級任務(wù)擺放位置Fig.5 Location of visual distraction secondary task

四分位數(shù)間距：

IQR=Q3-Q1。

(1)

離群值上極限：

upper=O3+1.5IQR。

(2)

離群值下極限：

lower=O1-1.5IQR。

(3)

采用方差分析(Analysis of Variance, ANOVA) 的方法研究視覺分神對駕駛員車輛橫向控制行為的影響。對于不滿足方差齊性的樣本，將進(jìn)行Welch修正后檢驗；采用LSD及Tamhane’s T2多重比較的方法對不同水平下的樣本進(jìn)行方差分析，探究兩兩水平間差異的顯著性。

2 結(jié)果

2.1 駕駛員視線離開路面的時間

本次試驗，在不同難度等級的次級任務(wù)中，駕駛員單次視線離開路面的時間統(tǒng)計分析結(jié)果見表1。

表1 不同視覺分神等級下單次視線離開路面的時間

駕駛員在駕駛過程中執(zhí)行表1中的3種不同等級的視覺分神次級任務(wù)時，其單次視線離開路面的時間有顯著性差異 (F(2,760)=82.180,P<0.001)。隨著次級任務(wù)難度增大，駕駛員單次視線離開路面的時間延長(P0_1<0.001,P0_2<0.001,P0_3<0.001)，因此驗證了次級任務(wù)設(shè)計的合理性。

2.2 車輛橫向控制

2.2.1車輛橫向運動

車道偏離離量標(biāo)準(zhǔn)差可反映車輛的橫向位置波動。視覺分神對車輛的車道偏離量標(biāo)準(zhǔn)差有顯著性影響，該影響均體現(xiàn)在高速公路 (F(3,196)=5.941,P=0.006) 和城市道路 (F(3,108.1)=2.823,P=0.040) 中。且無論駕駛員處于何種等級的視覺分神狀態(tài)，車道偏離量標(biāo)準(zhǔn)差 (F(1,398)=81.419,P<0.001) 的值在高速行駛環(huán)境下均高于低速行駛環(huán)境(如圖6所示)，說明車輛的橫向位置波動與車輛行駛速度相關(guān)，車速越高，車輛的橫向位置波動越大，車輛的橫向運動越不穩(wěn)定。根據(jù)車輛的車道偏離量標(biāo)準(zhǔn)差在高速公路 (P0_1=0.197,P0_2=0.133,P0_3<0.001) 和城市道路 (P0_1=0.662,P0_2=0.104,P0_3=0.050) 中各自的多重比較結(jié)果分析可得，當(dāng)駕駛員的視覺分神程度達(dá)到高等級(3級視覺分神狀態(tài))時，車輛的車道偏離量標(biāo)準(zhǔn)差開始出現(xiàn)顯著的增加(如圖6所示)，說明駕駛員單次視線離開路面的時間達(dá)到2.814 s(表1)后，車輛的橫向位置開始出現(xiàn)明顯的波動。

圖6 視覺分神對車道偏離量標(biāo)準(zhǔn)差的影響Fig.6 Influence of visual distraction on standard deviation of lane deviation

車道偏離量最大值反映了車輛的車道偏離程度。在城市道路中，視覺分神對車輛的車道偏離量最大值 (F(3,196)=1.405,P=0.245) 未觀測到有顯著性影響，說明低速行駛時，視覺分神對車輛的車道偏離程度并無顯著影響。但在高速公路中，觀測到視覺分神對車道偏離量最大值(F(3,196)=10.759,P<0.001) 即車道偏離程度產(chǎn)生了顯著性影響。數(shù)據(jù)表明，在高速公路場景，當(dāng)駕駛員視覺分神狀態(tài)達(dá)到2級或其以上時，車輛的車道偏離量最大值 (P0_1=0.408,P0_2=0.001,P0_3<0.001) 隨著其視覺分神程度的提高而顯著提高(如圖7所示)，說明在高速行駛的環(huán)境下，駕駛員單次視線離開路面的平均時間達(dá)到1.947 s后(見表1)，車輛的車道偏離量最大值即其車道偏離程度會顯著增大，車輛橫向安全開始受到威脅。高速行駛環(huán)境下，當(dāng)駕駛員視覺分神狀態(tài)達(dá)到2級時，車輛的車道偏離量最大值超過1.50 m；而當(dāng)駕駛員視覺分神狀態(tài)達(dá)到3級時，車道偏離量的最大值可達(dá)2.181 m，偏離程度超過半個車道的距離。高速公路和城市道路的對比分析顯示，無論駕駛員處于何種等級的視覺分神狀態(tài)，車道偏離量最大值 (F(1,398)=600.624,P<0.001) 在高速行駛環(huán)境下均高于低速行駛環(huán)境(如圖7所示)，且高速行駛環(huán)境下的車道偏離量最大值約為低速行駛環(huán)境下的2倍，表明車速越高，車輛的車道偏離程度越大。

圖7 視覺分神對車道偏離量最大值的影響Fig.7 Influence of visual distraction on maximum lane deviation

車輛的橫擺角標(biāo)準(zhǔn)差可作為駕駛員對車輛的操縱穩(wěn)定性的觀測指標(biāo)之一。視覺分神對車輛的橫擺角標(biāo)準(zhǔn)差的顯著性影響均體現(xiàn)在高速公路 (F(3,196)=9.766,P<0.001)和城市道路(F(3,196)=3.749,P<0.001)中。如圖8所示，無論在高速公路(P0_1=0.009,P0_2=0.001,P0_3<0.001)，還是在城市道路(P0_1=0.029,P0_2=0.065,P0_3=0.001)，車輛的橫擺角標(biāo)準(zhǔn)差均隨著駕駛員視覺分神等級的增大而顯著增大，說明視覺分神導(dǎo)致了駕駛員對車輛的操縱穩(wěn)定性下降，且視覺分神等級越高，駕駛員對車輛的操縱穩(wěn)定性把握越弱。對比分析高速公路和城市道路在各等級的視覺分神程度下的車輛橫擺角標(biāo)準(zhǔn)差均值(F(1,398)=10.088,P<0.001)，表明車輛行駛速度越高，駕駛對車輛的操縱穩(wěn)定性下降得越多。

圖8 視覺分神對橫擺角標(biāo)準(zhǔn)差的影響Fig.8 Influence of visual distraction on standard deviation of yaw angle

2.2.2駕駛員轉(zhuǎn)向盤操控

轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)角熵[10]表征駕駛員的心理負(fù)荷，轉(zhuǎn)角熵的值越大，駕駛員的心理負(fù)荷越大。數(shù)據(jù)表明，轉(zhuǎn)角熵在高速公路 (F(3,196)=9.992,P<0.001) 和 城市道路 (F(3,196)=14.770,P<0.001) 中均受到視覺分神的顯著影響，表明無論在高低速行駛環(huán)境，視覺分神均會影響到駕駛員的心理負(fù)擔(dān)。但轉(zhuǎn)角熵 (F(1,398)=0.239,P=0.625) 在高速與低速行駛環(huán)境的對比中沒有呈現(xiàn)顯著性差異，表明當(dāng)駕駛員處于相同等級的視覺分神狀態(tài)時，車速并不會額外增加駕駛員的心理負(fù)荷。但無論在高速行駛環(huán)境 (P0_1<0.001,P0_2<0.001,P0_3=0.001)，還是低速行駛環(huán)境 (P0_1<0.001,P0_2<0.001,P0_3<0.001) 下，轉(zhuǎn)角熵均分別隨著視覺分神程度的提高而出現(xiàn)不同程度的增大(如圖9所示)，表明駕駛員視覺分神程度越厲害，駕駛員的心理負(fù)荷會越大。

圖9 視覺分神對轉(zhuǎn)角熵的影響Fig.9 Influence of visual distraction on steering entropy

轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角標(biāo)準(zhǔn)差是轉(zhuǎn)向盤波動程度的表征參數(shù)，也是車輛橫向運動穩(wěn)定性的表征指標(biāo)之一。無論在高速公路 (F(3,196)=11.521,P<0.001) 還是在城市道路 (F(3,196)=7.999,P<0.001) 中，視覺分神對轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角標(biāo)準(zhǔn)差均產(chǎn)生顯著性的影響。對比分析高速公路和城市道路的轉(zhuǎn)向盤標(biāo)準(zhǔn)差均值，在相同等級的視覺分神程度下，高速行駛環(huán)境下的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角標(biāo)準(zhǔn)差 (F(1,398)=7.485,P=0.007) 均比低速行駛環(huán)境下的值高(如圖10所示)，表明車輛行駛速度越高，轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)角波動程度越大。進(jìn)一步分析可知，無論在高速公路 (P0_1=0.023,P0_2<0.001,P0_3<0.001) 還是在城市道路 (P0_1=0.001,P0_2=0.004,P0_3<0.001) 中，轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角標(biāo)準(zhǔn)差均隨著駕駛員視覺分神的嚴(yán)重等級程度增大而顯著增大，表明駕駛員視覺分神程度顯著影響轉(zhuǎn)向盤波動程度。

轉(zhuǎn)向盤逆轉(zhuǎn)頻率表征了駕駛員對轉(zhuǎn)向盤調(diào)整的頻率，轉(zhuǎn)向盤調(diào)整頻率越高，車輛橫向運動越不穩(wěn)定。經(jīng)分析得，轉(zhuǎn)向盤逆轉(zhuǎn)頻率受到駕駛員視覺分神的顯著影響，該影響均表現(xiàn)在高速公路 (F(3,196)=4.524,P=0.004) 和城市道路 (F(3,196)=6.553,P<0.001) 中。且在相同等級的視覺分神程度下，轉(zhuǎn)向盤逆轉(zhuǎn)頻率 (F(1,398)=52.136,P<0.001) 在高速公路下均高于城市道路下(如圖11所示)，表明了車輛行駛速度越高，駕駛員對轉(zhuǎn)向盤的調(diào)整越頻繁。在城市道路 (P0_1=0.001,P0_2=0.004,P0_3<0.001) 和高速公路 (P0_1=0.023,P0_2<0.001,P0_3<0.001) 中，轉(zhuǎn)向盤逆轉(zhuǎn)頻率均因駕駛員處于視覺分神狀態(tài)而顯著增大，說明處于視覺分神狀態(tài)的駕駛員對轉(zhuǎn)向盤的調(diào)整次數(shù)會顯著增加，車輛趨于不穩(wěn)定狀態(tài)。

圖10 視覺分神對轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角標(biāo)準(zhǔn)差的影響Fig.10 Influence of visual distraction on standard deviation of steering wheel angle

圖11 視覺分神程度對轉(zhuǎn)向盤逆轉(zhuǎn)頻率的影響Fig.11 Influence of visual distraction on steering reversal rate

圖12 視覺分神對轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角最大值的影響Fig.12 Influence of visual distraction on maximum steering angle

轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角最大值反映了駕駛員對轉(zhuǎn)向盤的調(diào)整幅值，調(diào)整幅值越大，車輛橫向失穩(wěn)的可能性會越高。對高速公路 (F(3,196)=0.000,P<0.001) 和城市道路 (F(3,196)=4.295,P=0.006) 下的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角最大值分析顯示，視覺分神對轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角最大值均產(chǎn)生了顯著性影響。且在相同等級的視覺分神程度下，轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角最大值 (F(1,398)=13.547,P<0.001) 在高速公路下均高于低速公路下(如圖12所示)，表明駕駛員視覺分神會影響駕駛員橫向調(diào)整車輛的幅值，且調(diào)整幅值會隨著車速提高而增加。進(jìn)一步分析表明，城市道路中，轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角最大值 (P0_1=0.087,P0_2=0.053,P0_3<0.001) 只在駕駛員視覺分神達(dá)到一定程度(3級視覺分神狀態(tài))時，才顯著增加(見圖12)；而在高速公路中， 在駕駛員處于1級視覺分神狀態(tài)時，轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角最大值 (P0_1=0.022,P1_2=0.311,P1_3=0.095) 已開始顯著增加(見圖12)，表明視覺分神程度在高速行駛環(huán)境下對駕駛員轉(zhuǎn)向盤調(diào)整的幅值的影響更為顯著。

2.3 車輛縱向控制

車輛的車速標(biāo)準(zhǔn)差反映了車速的波動程度。車速標(biāo)準(zhǔn)差的數(shù)據(jù)分析表明，無論在高速公路(F(3,196)=0.004,P=0.004) 還是在城市道路 (F(3,196)=4.563,P=0.004) 中，車速標(biāo)準(zhǔn)差均受到駕駛員視覺分神的顯著性影響。且在相同視覺分神等級狀態(tài)時，高速行駛環(huán)境下的車輛車速標(biāo)準(zhǔn)差 (F(1,398)=26.636,P<0.001) 均高于低速行駛環(huán)境下的值(如圖13所示)，說明車速會影響車輛的車速波動程度。進(jìn)一步分析表明，在城市道路中，駕駛員處于1級視覺分神狀態(tài)時，車速標(biāo)準(zhǔn)差 (P0_1=0.018,P0_2<0.001，P0_3<0.001) 已開始顯著增加；而在高速公路中，車速標(biāo)準(zhǔn)差 (P0_1=0.354,P0_2=0.523,P0_3=0.008) 在駕駛員處于一定等級的視覺分神狀態(tài)時(3級視覺分神狀態(tài))才顯著增加, 表明在低速行駛環(huán)境，車速極易受到駕駛員視覺分神的影響，而在高速行駛的環(huán)境下，當(dāng)駕駛員單次視線離開路面的時間達(dá)到2.814 s后(3級視覺分神狀態(tài))，車速才會呈現(xiàn)顯著的波動。

車輛的加速度標(biāo)準(zhǔn)差是駕駛員加減速操作頻率的反映。加速度標(biāo)準(zhǔn)差的數(shù)據(jù)分析表明，無論在高速公路 (F(3,196)=101.420,P<0.001) 還是在城市道路 (F(3,196)=125.734,P<0.001) 中，車輛的加速度標(biāo)準(zhǔn)差均受到駕駛員視覺分神的顯著影響。且無論在高速公路 (P0_1=0.321,P0_2<0.001,P1_2<0.001) 還是在城市道路 (P0_1=0.528,P0_2<0.001,P0_3=0.793)，車輛的加速度標(biāo)準(zhǔn)差均只在駕駛員單次視線離開路面的時間達(dá)到1.947 s后(2級視覺分神狀態(tài))，駕駛員對加減速的控制開始變得紊亂；當(dāng)駕駛員單次視線離開路面的時間達(dá)到2.814 s后(3級視覺分神狀態(tài))，車輛的加速度標(biāo)準(zhǔn)差下降到與駕駛員在零或1級視覺分神狀態(tài)時的值無異(如圖14所示)，表明當(dāng)駕駛員單次視覺分神過于嚴(yán)重，即駕駛員單次視線離開路面的時間達(dá)到2.814 s(3級視覺分神狀態(tài))后，駕駛員可能會在意識到視線離開路面的時間過長后，采取一些類似降低加減速頻率和幅值的補償措施，以彌補因視覺分神帶來的行車安全威脅。

跟車距離是駕駛員縱向控制能力最直觀的反映。數(shù)據(jù)分析表明，僅在城市道路中，跟車距離均值 (F(3,196)=8.007,P<0.001) 受到駕駛員視覺分神的顯著性影響；在高速公路中，跟車距離均值 (F(3,196)=0.844,P=0.471) 未觀測到受視覺分神的顯著性影響。在城市道路中，駕駛員的跟車距離均值 (P0_1=0.002,P0_2<0.001,P0_3<0.001) 會隨著駕駛員視覺分神等級的升高而顯著升高，表明低速行駛環(huán)境下，駕駛員處于視覺分神時，會增大跟車距離，以彌補視覺分神帶來的事故風(fēng)險；而在高速公路中，即使當(dāng)駕駛員意識到自身存在視覺分神情況，駕駛員亦無法準(zhǔn)確評估安全的跟車距離而對跟車距離進(jìn)行調(diào)整。進(jìn)一步分析表明，跟車距離均值 (F(1,398)=107.903,P<0.001) 在高速行駛環(huán)境下均高于低速行駛環(huán)境下(如圖15所示)，且約為低速行駛環(huán)境下的2倍。

圖13 視覺分神對車速標(biāo)準(zhǔn)差的影響Fig.13 Influence of visual distraction on standard deviation of vehicle speed

圖14 視覺分神對加速度標(biāo)準(zhǔn)差的影響Fig.14 Influence of visual distraction on standard deviation of acceleration

圖15 視覺分神對跟車距離的影響Fig.15 Influence of visual distraction on car-following distance

圖16 視覺分神程度對跟車時距均值的影響Fig.16 Influence of visual distraction on car-following time headway

跟車時距是常用的表征駕駛員對車輛縱向控制習(xí)慣的指標(biāo)。駕駛員跟車時距均值在高速公路 (F(3,196)=3.045,P=0.070) 和城市道路 (F(3,109)=0.000,P=1.000) 均未檢測出顯著性影響 (如圖16所示)。 綜合文中對車速標(biāo)準(zhǔn)差和跟車距離的分析，當(dāng)駕駛員意識到自身處于視覺分神狀態(tài)時，會頻繁改變車速、增大跟車距離的策略，以達(dá)到保持相對恒定跟車時距的目的，保持駕駛員對車輛縱向控制的習(xí)慣。

3 結(jié)論

通過設(shè)計誘導(dǎo)駕駛員視覺分神的次級任務(wù)(包含3個等級)，討論了視覺分神程度(駕駛員單次視線離開路面的時間)對其車輛橫向控制和縱向控制行為的影響以及駕駛員為平衡事故風(fēng)險可能采取的補償措施，得到以下結(jié)論：

(1) 視覺分神會導(dǎo)致駕駛員對車輛的橫向控制能力變差，使得車輛的車道偏離量標(biāo)準(zhǔn)差、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角標(biāo)準(zhǔn)差等反應(yīng)車輛橫向位置和轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角變化的參數(shù)均增大；視覺分神對車輛橫向操控的不利影響會隨著駕駛員視線離開路面的時間和車速的增加而加劇。

(2) 視覺分神會使車速波動增大，但不直接影響駕駛員的跟車時距；處于視覺分神狀態(tài)的駕駛員會通過增大跟車距離和降低加速度頻率的方式來平衡事故風(fēng)險。

缺少可以量化駕駛員對車輛橫向控制能力和縱向控制能力的數(shù)學(xué)模型。在進(jìn)一步的研究中，將尋找可有效評估駕駛員的橫向控制能力和縱向控制能力的方法，基于文中的指標(biāo)參數(shù)以及考慮到駕駛員可能采取的補償行為，建立可評價駕駛員駕駛表現(xiàn)的數(shù)學(xué)模型。