基于駕駛分心的次級(jí)交互任務(wù)沉浸等級(jí)研究

王文麗　石小濤　陳彬妍

摘要：隨著智能化時(shí)代的到來，汽車不再是單純的交通工具，而是人們生活中不可或缺的移動(dòng)終端。人在車內(nèi)完成交互任務(wù)時(shí)，會(huì)在一定程度上沉浸在交互任務(wù)中，各種各樣的因素都會(huì)導(dǎo)致駕駛員分心，這將直接影響行車安全。文章對(duì)駕駛時(shí)的次級(jí)交互任務(wù)沉浸等級(jí)進(jìn)行分析，提出座艙交互任務(wù)優(yōu)化策略。首先，通過深度訪談確定用戶行車過程中的主要次級(jí)交互任務(wù)；其次，通過搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)各交互任務(wù)的沉浸等級(jí)進(jìn)行量化分析，確定駕駛員在行車過程中對(duì)交互任務(wù)的沉浸程度；最后，通過AHP層次分析法對(duì)交互任務(wù)的沉浸等級(jí)進(jìn)行驗(yàn)證支持，并分析其分心因素。通過實(shí)驗(yàn)和AHP層次分析驗(yàn)證，調(diào)查幾種次級(jí)交互任務(wù)的沉浸等級(jí)，以及交互任務(wù)對(duì)駕駛員分心現(xiàn)象的影響因素，進(jìn)而通過分析分心因素，最終得到針對(duì)座艙的交互設(shè)計(jì)優(yōu)化策略。駕駛過程中的駕駛分心大多是沉浸于次級(jí)任務(wù)造成的，造成分心的因素有多種，在文章提出的交互感官通道、交互界面、內(nèi)飾布局三個(gè)優(yōu)化策略中，內(nèi)飾布局優(yōu)化的權(quán)重最高。

關(guān)鍵詞：座艙；駕駛分心；人機(jī)交互；沉浸等級(jí)；AHP層次分析法

中圖分類號(hào)：U463.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-9436（2023）18-00-03

1 相關(guān)概述

1.1 駕駛分心的表現(xiàn)

駕駛分心一般分為認(rèn)知分心、視覺分心和操作分心。認(rèn)知分心是由于認(rèn)知負(fù)荷增加，駕駛員的認(rèn)知資源逐漸被其他非駕駛活動(dòng)占用，造成了認(rèn)知分心。視覺分心是因?yàn)槿说囊曇坝邢?，?dāng)非必要視覺信息刺激作用于視覺感受器時(shí)，就會(huì)造成視覺分心，進(jìn)而導(dǎo)致掃視時(shí)間、注視次數(shù)增多。操作分心則是由于駕駛員在做出操作行為時(shí)，通常通過對(duì)信息的經(jīng)驗(yàn)認(rèn)知作出決策，所以當(dāng)認(rèn)知和視覺都分心時(shí)，駕駛員的決策能力也會(huì)下降，進(jìn)而出現(xiàn)一定程度的操作分心。

1.2 座艙交互

1.2.1 駕駛中的次級(jí)交互任務(wù)

在駕駛過程中，除了主要的駕駛?cè)蝿?wù)之外，還會(huì)進(jìn)行一些必要的活動(dòng)。當(dāng)前的次級(jí)交互形式一般是大型的數(shù)字儀表盤、先進(jìn)的中控交互平臺(tái)、情景語音交互、靈敏的生物識(shí)別、虛擬車載助理等，隨著汽車軟硬件的升級(jí)與創(chuàng)新，再加上汽車網(wǎng)聯(lián)化的發(fā)展，人機(jī)交互逐漸突破傳統(tǒng)，形式更加多樣化，人、車、環(huán)境之間的聯(lián)系更加密切。

1.2.2 交互任務(wù)沉浸等級(jí)

駕駛員在車內(nèi)做出交互行為時(shí)，會(huì)將一部分注意力轉(zhuǎn)移至駕駛?cè)蝿?wù)以外的活動(dòng)上，當(dāng)需要進(jìn)行必要的駕駛操作時(shí)，其注意力無法瞬間抽離出來，必須經(jīng)過一定時(shí)間的調(diào)整才能恢復(fù)駕駛狀態(tài)。交互任務(wù)沉浸等級(jí)越高，駕駛員恢復(fù)正常駕駛狀態(tài)所需要的調(diào)整時(shí)間就越長［1］。

2 交互任務(wù)沉浸等級(jí)模擬實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

2.1.1 駕駛模擬器

本實(shí)驗(yàn)借助駕駛模擬器，其內(nèi)部傳感器和數(shù)據(jù)采集卡能精準(zhǔn)采集模擬駕駛過程中的駕駛信息，真實(shí)地模擬車輛加速、減速、高速和轉(zhuǎn)向等行車情況。同時(shí)，此實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可在室內(nèi)操作，不受時(shí)間、地點(diǎn)、天氣的影響。另外，使用駕駛模擬器可以規(guī)避真車上路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)所面臨的安全風(fēng)險(xiǎn)，降低實(shí)驗(yàn)成本。此次共有20名資深駕駛員參與了實(shí)驗(yàn)，被試人員的年齡范圍為20～45歲，均身體健康且能夠正常駕駛。

2.1.2 沉浸等級(jí)衡量指標(biāo)

（1）橫向穩(wěn)定狀態(tài)。在實(shí)驗(yàn)研究中，汽車達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)通常以橫向穩(wěn)定狀態(tài)為衡量指標(biāo)，橫向穩(wěn)定狀態(tài)的界定為在某一段時(shí)間內(nèi)其橫向偏移值未超過穩(wěn)定閾值。參考交通工程學(xué)理論，界定車輛在某時(shí)刻后2.5秒的范圍內(nèi)，橫向偏移波動(dòng)在10%內(nèi)，則定義該時(shí)刻為車輛進(jìn)入橫向穩(wěn)定時(shí)刻，從發(fā)出正常駕駛指令的時(shí)刻到橫向穩(wěn)定時(shí)刻這一段時(shí)間，就是駕駛員從沉浸的次級(jí)任務(wù)中抽離出來進(jìn)行調(diào)整的時(shí)間，達(dá)到橫向穩(wěn)定狀態(tài)所用的時(shí)間越長，代表駕駛員的分心程度越高，其沉浸等級(jí)就越高，反之則沉浸等級(jí)越低［2］（見圖1）。

（2）方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)角度。當(dāng)接收到正常駕駛指令時(shí)，駕駛員會(huì)下意識(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤，這在一定程度上屬于駕駛中的風(fēng)險(xiǎn)補(bǔ)償信念。風(fēng)險(xiǎn)補(bǔ)償信念指的是，人們認(rèn)為在駕駛過程中的風(fēng)險(xiǎn)行為可以通過參與其他活動(dòng)得到補(bǔ)償，因此在沉浸于非駕駛相關(guān)活動(dòng)之后，駕駛員會(huì)下意識(shí)進(jìn)行一些行為補(bǔ)償。在本實(shí)驗(yàn)中，方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)角度越大，代表駕駛員的分心程度越高，沉浸等級(jí)就越高，反之則沉浸等級(jí)越低。

（3）任務(wù)完成時(shí)間。對(duì)沉浸在次級(jí)交互活動(dòng)中的駕駛員下達(dá)指令，使其完成某一項(xiàng)駕駛?cè)蝿?wù)，由于駕駛員從非駕駛相關(guān)的活動(dòng)中抽離需要一定的調(diào)整時(shí)間，所以完成指令的任務(wù)也需要一定的時(shí)間。從下達(dá)指令的時(shí)刻到指令任務(wù)完成的時(shí)刻，這段時(shí)間即衡量交互任務(wù)沉浸等級(jí)的指標(biāo)。完成任務(wù)所需時(shí)間越長，代表駕駛員的分心程度越高，次級(jí)任務(wù)活動(dòng)的沉浸等級(jí)也就越高，反之則沉浸等級(jí)越低。

2.1.3 用戶訪談

對(duì)被試人員進(jìn)行問卷訪談，問卷內(nèi)容是針對(duì)行車過程中常見的非駕駛活動(dòng)作出頻率選擇和判斷。通過訪談數(shù)據(jù)得知，人們?cè)谲噧?nèi)進(jìn)行的次級(jí)交互活動(dòng)頻率從高到低依次是看導(dǎo)航、接打電話、聽音樂、看儀表盤、調(diào)節(jié)空調(diào)、調(diào)節(jié)音量、看視頻、睡覺。為了研究結(jié)果的準(zhǔn)確性和普適性，選定實(shí)驗(yàn)中的次級(jí)交互活動(dòng)為看導(dǎo)航、接打電話、聽音樂和看儀表盤。

2.2 實(shí)驗(yàn)情境設(shè)計(jì)

2.2.1 駕駛模擬實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)開始時(shí)正常行駛，研究者下達(dá)指令，要求駕駛員觀察導(dǎo)航線路，5秒后要求恢復(fù)正常行駛，待駕駛達(dá)到橫向穩(wěn)定狀態(tài)之后，記錄從要求恢復(fù)正常行駛狀態(tài)到達(dá)到橫向穩(wěn)定狀態(tài)所用的時(shí)間和方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)的角度；在橫向穩(wěn)定狀態(tài)持續(xù)一段時(shí)間之后，研究人員重新下達(dá)觀察導(dǎo)航線路的指令，再次等待5秒之后繼續(xù)下達(dá)指令，要求其完成變道任務(wù)，并記錄從變道指令下達(dá)到完成變道任務(wù)所用的時(shí)間?？磳?dǎo)航交互場(chǎng)景結(jié)束之后，駕駛員可休息5～10分鐘，之后再以同樣的步驟進(jìn)行另外幾個(gè)場(chǎng)景的實(shí)驗(yàn)。

20名被試人員依次進(jìn)行4個(gè)場(chǎng)景的實(shí)驗(yàn)，駕駛模擬器對(duì)所有實(shí)驗(yàn)指標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，每人完成實(shí)驗(yàn)之后填寫AHP層次分析問卷進(jìn)行評(píng)分。

2.2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)完全結(jié)束之后，共采集240條數(shù)據(jù)，如表1所示。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)中采集到的數(shù)據(jù)，從達(dá)到橫向穩(wěn)定狀態(tài)的時(shí)間來看，沉浸等級(jí)為：接打電話＞看導(dǎo)航＞觀察儀表盤＞聽音樂；從方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)角度來看，沉浸等級(jí)為：接打電話＞看導(dǎo)航＞觀察儀表盤＞聽音樂；從任務(wù)完成時(shí)間來看，沉浸等級(jí)為：接打電話＞看導(dǎo)航＞聽音樂＞觀察儀表盤。這表明在四項(xiàng)交互任務(wù)中，接打電話的沉浸等級(jí)最高，看導(dǎo)航次之，然后是觀察儀表盤，聽音樂的沉浸等級(jí)最低。

2.3 AHP層次分析驗(yàn)證

2.3.1 層級(jí)模型搭建

搭建可行性評(píng)價(jià)模型時(shí)，將座艙內(nèi)次級(jí)交互任務(wù)沉浸等級(jí)作為目標(biāo)層；將四個(gè)場(chǎng)景作為約束準(zhǔn)則層，然后在各準(zhǔn)則下設(shè)置約束要素，其中接打電話的約束要素為操作步驟、汽車速度和車輛穩(wěn)定性，看導(dǎo)航的約束要素為視線范圍、中控屏位置和界面布局，觀察儀表盤的約束要素為信息復(fù)雜度、前方路況和儀表臺(tái)布局，聽音樂的約束要素為認(rèn)知能力、感官通道占有和交互反饋；將交互感官通道優(yōu)化、交互界面優(yōu)化、內(nèi)飾布局優(yōu)化三個(gè)優(yōu)化策略方向作為方案層。

2.3.2 數(shù)據(jù)結(jié)果（見表2）

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 各次級(jí)交互任務(wù)的分心分析

結(jié)合實(shí)驗(yàn)和層次分析研究得出，在四個(gè)任務(wù)中，接打電話的沉浸等級(jí)最高，在行車過程中接打電話最能使駕駛員分心，在幾個(gè)約束要素中，車輛的穩(wěn)定性的權(quán)重最高；沉浸等級(jí)在第二位的交互任務(wù)是看導(dǎo)航，其主要的分心因素是視線的偏移范圍、操作位移距離和屏幕的界面布局等，其中，視線偏移的權(quán)重最高；沉浸等級(jí)相對(duì)較低的次級(jí)交互任務(wù)為觀察儀表盤和聽音樂，這兩項(xiàng)交互任務(wù)的分心因素主要是信息的復(fù)雜度過高導(dǎo)致認(rèn)知空間不足以及交互感官通道的占用。對(duì)各層級(jí)的約束要素進(jìn)行分析之后，得到三個(gè)優(yōu)化方案權(quán)重，權(quán)重最高的方案是內(nèi)飾布局優(yōu)化，其次為交互感官通道優(yōu)化，最后為交互界面優(yōu)化（見表2）。

3.2 交互任務(wù)優(yōu)化設(shè)計(jì)策略

3.2.1 提高內(nèi)飾布局的有用性

“有用”具有一定的主觀性，且需要在一定情境下才有明確意義。內(nèi)飾布局的有用性指的是能使用戶順利完成一項(xiàng)任務(wù)或者某個(gè)目標(biāo)，車內(nèi)的人機(jī)交互行為受到用戶目標(biāo)意愿的驅(qū)動(dòng)。比如一些具有自動(dòng)駕駛功能的汽車座艙，在自動(dòng)駕駛過程中可以將方向盤收起，能夠大大節(jié)省座艙空間，當(dāng)駕駛接管時(shí)，方向盤可彈出供駕駛員使用，這便是內(nèi)飾布局的有用性。

3.2.2 提高次級(jí)交互任務(wù)的高效性

交互任務(wù)處理的高效性也對(duì)用戶滿意度具有很大的影響。交互任務(wù)的高效性主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：首先是動(dòng)作數(shù)量和位移距離，數(shù)量過多和位移過大都會(huì)增加駕駛負(fù)擔(dān)。其次，眼睛注視范圍、注視點(diǎn)數(shù)、語音識(shí)別也會(huì)影響交互效率，視野范圍和聲波傳輸距離是有限的，目標(biāo)任務(wù)的位置超過了一定范圍，將會(huì)大幅增加認(rèn)知負(fù)荷。

3.2.3 提高多任務(wù)場(chǎng)景的安全性

駕駛作為一種多任務(wù)活動(dòng)，安全性尤為重要，駕駛員有時(shí)候會(huì)對(duì)任務(wù)產(chǎn)生一定的認(rèn)知偏差，進(jìn)而導(dǎo)致其駕駛決策出現(xiàn)失誤并進(jìn)行錯(cuò)誤操作，最終導(dǎo)致任務(wù)失敗，引發(fā)駕駛安全問題。因此，在設(shè)計(jì)過程中要盡可能考慮到用戶可能經(jīng)歷的各種復(fù)雜場(chǎng)景，模擬多種任務(wù)場(chǎng)景中駕駛員可能遇到的問題，對(duì)座艙內(nèi)的布局和感官通道進(jìn)行合理化設(shè)計(jì)，使駕駛員在各個(gè)場(chǎng)景都能安全有序地駕駛車輛［3］。

4 結(jié)語

座艙是駕駛員與汽車及駕駛環(huán)境進(jìn)行交互的重要載體，在進(jìn)行座艙內(nèi)人機(jī)交互設(shè)計(jì)優(yōu)化時(shí)，要將座艙內(nèi)的功能體驗(yàn)和交互感知有效整合，盡量避免出現(xiàn)占用駕駛員注意力的因素，對(duì)關(guān)鍵信息進(jìn)行特殊化處理，使駕駛員在車內(nèi)的活動(dòng)更加高效且舒適，當(dāng)人車逐漸一體化時(shí)，二者之間便可以形成自然和諧的關(guān)系。

參考文獻(xiàn)：

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［2］ 王彥峰，陳浩林，趙曉華，等.駕駛次任務(wù)沉浸等級(jí)對(duì)接管行為的影響分析［J］.交通信息與安全，2022，40（1）：135-143.

［3］ 胡潔.模擬用戶使用場(chǎng)景的整車質(zhì)量評(píng)價(jià)方法［J］.汽車工程師，2020（7）：35-38.

作者簡(jiǎn)介：王文麗（1999—），女，山東濱州人，碩士在讀，研究方向：智能座艙、交互設(shè)計(jì)、用戶體驗(yàn)。

石小濤（1978—），男，湖北宜昌人，博士，副教授，研究方向：工業(yè)設(shè)計(jì)。

陳彬妍（1998—），女，江蘇常州人，碩士在讀，研究方向：汽車內(nèi)飾、人性化設(shè)計(jì)、感官體驗(yàn)。

課題項(xiàng)目：本論文為2022年度江西省社科規(guī)劃項(xiàng)目“陶瓷藝術(shù)創(chuàng)作多元化工藝的傳承及演繹”研究成果，項(xiàng)目編號(hào)：12YS30