李吉濤，秦華，2，冉令華，岳晨

(1.北京建筑大學 機電與車輛工程學院，北京 100044；2.北京市建筑安全監(jiān)測工程技術(shù)研究中心，北京 100044;3.中國標準化研究院 基礎所，北京 100191)

1 引言

車輛駕駛過程中的右轉(zhuǎn)及右并線行為是引發(fā)機動車事故的原因之一。發(fā)送提示信息可以提高機動車交互安全[1]。有學者提出過風險平衡理論，認為安全性能的提高會被司機更大的風險行為所抵消。不同的信息提示方式會影響司機的效率。駕駛中的交互一般通過視覺、聽覺和觸覺實現(xiàn)。其中司機獲取信息的方式主要是視覺，司機的視覺感知方式常被分為視場依賴型和視場獨立型，視場獨立者更容易從環(huán)境中提取信息，而視場依賴者更容易引發(fā)事故。然而無論是哪種感知方式，都在駕駛過程中承擔著較重的任務，不會一直用于接收提示信息。有研究表明視覺與聽覺次任務會使駕駛?cè)诵睦碡摵擅黠@增大[2]，影響到駕駛員的正常駕駛。因此視覺提示是否更優(yōu)于觸覺和聽覺的感知方式還有待進一步研究。

駕駛員的反應時長往往被認為是比較有效的評價指標，常被用于描述在發(fā)生事故時司機做出應答的效率，反應時長會因刺激時間和需要動作的復雜度的增加而變長。很多研究對此進行了討論，比較普遍的一種觀點認為應該留給司機2.5 s的反應時長。面對緊急情況，司機打方向盤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分散其30%的注意力，但由于獲取了額外信息，司機的總反應時長會減少。同時車速也是影響反應時長的一個重要指標，過快的車速會減少駕駛員對危險做出應答的時長。通常司機很難在較高車速下正確的判斷車速[4]，當處于較高車速時，司機們大多會根據(jù)與前車的距離來判斷車速[5]，當有車輛并線時司機基于前車的對速度的感知就會出現(xiàn)錯誤。很多事故就是由于后車對前車車速的不精準預期引起的。發(fā)送提示信息可以提高機動車交互安全減少反應時長。

我國駕駛員需要右轉(zhuǎn)時，大多數(shù)司機會通過后視鏡來獲取信息，發(fā)現(xiàn)后方?jīng)]車就會直接并線。但這種方式會受到后視鏡角度的限制并且無法獲取盲區(qū)內(nèi)的路況。相比于很多其他國家，我國的機動車方向盤位于左側(cè)。右側(cè)的盲區(qū)較大達到了60°以上。因此駕駛員在右轉(zhuǎn)及并線時要承擔的風險較大。尤其是大型車的盲區(qū)較大很容易引發(fā)事故[6]。而目前大量的研究側(cè)重于汽車與外界障礙物之間的交互，對機動車右轉(zhuǎn)時司機與提示信息之間交互的研究相對較少，本文選取了3種交互方式：語音提示、閃光提示和震動提示。一方面通過網(wǎng)絡問卷調(diào)查的方式收集了駕駛員們對右轉(zhuǎn)并線的認識以及對這3種交互方式的看法。另一方面通過模擬道路仿真記錄了駕駛員對不同提示方式做出的應答和反應長進行顯著性差異的定量分析。

綜上所述，機動車右轉(zhuǎn)及右并線是我國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右側(cè)有可能發(fā)生的沖突做出應答。對我國解決交通安全和道路擁堵問題起到積極作用，也對車載信息系統(tǒng)的人機交互起推動作用。

2 研究方法

2.1 問卷調(diào)查

為了探索駕駛員對右轉(zhuǎn)信息提示的接受程度，研究共分為兩個部分，在第一部分，通過網(wǎng)上調(diào)查的方式來調(diào)研駕駛員對于右轉(zhuǎn)信息的接受程度。第二部分則通過模擬駕駛實驗對第一部分的結(jié)果進行進一步定量的驗證。

共收回41份問卷，每份問卷包含8個問題。問題主要包括右轉(zhuǎn)及右并線過程中導致事故的因素和對不同信息提示方式的接受程度。研究對象為有著一年以上駕駛經(jīng)驗的非職業(yè)司機。

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

表1 調(diào)查結(jié)果匯總

2.2 仿真實驗

2.2.1 實驗目標

以駕駛過程中3種不同人機交互方式(語音、閃光、震動)作為自變量，記錄了駕駛者對信息做出應答的反應時長。而考慮到被試收到提示后的行為也可能會因交互方式的不同產(chǎn)生差異，除了反應時長外，還記錄了駕駛員收到提示后做出應答行為的次數(shù)，用以研究語音、閃光、震動3種提示方式的有效性。

實驗以3種不同人機交互方式為自變量，以駕駛者的反應時長為因變量。

在實驗中語音提示指主試通過普通話對被試發(fā)出諸如“右轉(zhuǎn)”等指令。閃光提示指通過小轎車右側(cè)反光鏡處的小燈泡發(fā)出的閃光。震動提示則由方向盤下的小電機實現(xiàn)。

2.2.2 參試者

研究對象為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，他們將獲得適量報酬作為獎勵。他們在實驗前被告知實驗任務，填寫實驗任務書和知情同意書，并被強調(diào)如實填寫問卷并認真對待實驗。

采用兩種方法記錄實驗數(shù)據(jù)，在實驗過程中主試會在不影響被試的位置用文字將被試的行為記錄下來，同時采用攝像機進行錄像。

2.2.3 實驗任務

被試按照隨機順序參與實驗，實驗過程中其他被試不得旁觀。在研究中被試需要完成以下任務：在開始實驗后，被試需要聽取實驗流程并進行復述，當被試可以正確的理解實驗流程時，需要完成時長5 min的模擬駕駛練習，直到被試能熟練的操作模擬駕駛系統(tǒng)。

此后進行的正式實驗任務總時長為20 min，共6個場景，被試需要依次以60 km/h和100 km/h的速度完成3個不同路況的駕駛?cè)蝿?，場景開始時被試處于左側(cè)車道行駛，當被試觀察到右側(cè)車輛后需要向右并線，在其并線過程中可能會收到不同類型的提示，被試收到提示后需要停止并線行為并回到原車道等待下次會車，如果被試沒有收到提示則需要繼續(xù)并線至中間車道并等侯下一次與右側(cè)車道車輛的會車。在測試場景中隨機設有路障，當遇到路障時被試需要停止并線并做出相應規(guī)避動作，如果被試沒有對此及時做出應答則此次實驗數(shù)據(jù)作廢。當被試完成全部6個場景完成后實驗結(jié)束。

2.2.4 實驗場景布置

布置實驗場景所需的設備為：熄火的小轎車、投影儀、可控LED燈、小電機、4.5V 的電池盒，細電線，方向盤和踏板，電腦，攝像機，如圖1。

首先將小轎車?？坑谝惶帉挸臻g，將投影儀置于小轎車頂部，投影儀畫面調(diào)整照射到車前方的墻上；于轎車外開啟計算機并運行Torcs 模擬駕駛系統(tǒng)；然后將一組游戲方向盤和腳踏板放置于車輛的副駕駛位置并讓被試坐在副駕駛位置模擬駕駛車輛；為實現(xiàn)閃光提示方式，在小轎車的右側(cè)玻璃處放置一個用細電線連接起來的可控 LED燈。為實現(xiàn)震動提示方式，在方向盤上放置了一個可控制的小電機。LED燈和小電機都和電池盒相連，使LED 燈和小電機受電池盒控制。

圖 1 實驗場景

模擬了3種不同路況不同限速的行車場景，圖2為直行車道，駕駛環(huán)境良好；圖3為復雜路段無時速要求設有上坡路段，右拐彎路段，左拐彎路段，陽光直射路段等，對駕駛技術(shù)和駕駛者的注意力都有一定的挑戰(zhàn)；圖4為山路，共有兩車道。

圖 2 直行車道路況

圖3 彎道路況

圖4 山道路況

表2描述了在不同場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次會車，這4次會車分別對應未收到提示和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 不同場景下被試接收提示次數(shù)

2.2.5 實驗過程

本實驗在北京建筑大學車輛實驗室進行，實驗環(huán)境安靜。首先向被試介紹實驗的任務，并與被試核對實驗內(nèi)容。確認無誤后指導被試聯(lián)系使用模擬駕駛系統(tǒng)。被試熟悉駕駛系統(tǒng)后進入正式實驗場景，這一步驟時長約20 min，在這段時間內(nèi)，每當被試試圖向右側(cè)并線時主試手動控制發(fā)出隨機提示，每個場景之間留給被試約1 min休息，當所有6個場景(不同速度下各3個)都完成后實驗結(jié)束。實驗過程中被全程錄像并通過回顧錄像來確定被試的反應時長。

3 實驗結(jié)果與分析

本實驗的目的是比較語音提示、閃光提示、震動提示哪種提示方式更加的有效，而普遍認為反應時長是衡量有效性的一個重要指標。反應時長是指從主試發(fā)出提示的時刻到被試做出反應的時刻之間的時間。反應時長越短，效果越好。

實驗共記錄被試收到提示后作出回應的行為(通常表現(xiàn)為轉(zhuǎn)頭、擺肩膀)的次數(shù)和所用時間。

從實驗結(jié)果看來60 km/h的路況下語音、閃光、震動三種提示方式所對應的平均反應時長分別為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音提示的反應時長都優(yōu)于其他兩種提示方式。

表3呈現(xiàn)了9名被試在60 km/h下對三種提示方式做出應答的反應時長的均值、方差和標準差。該數(shù)據(jù)顯示三種提示方式的均值中以語音作為提示方式優(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閃光所做出的應答次數(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音作為提示方式優(yōu)于其他兩種提示方式。對60 km/h和100 km/h的反應時長進行對比后可發(fā)現(xiàn)無論是哪種刺激參試的反應時長都是車速越快反應越慢，驗證了實驗中參試對于導致事故的因素的認識，這一情況可能是由于車速所帶來的緊張與疲勞所導致的。車速會對駕駛員的決策產(chǎn)生影響[6]。另外，與60 km/h的路況不同，當車速處于100 km/h時標準差有小幅度增大，可能是因為較快的車速有可能導致疲勞。而疲勞對于駕駛員駕駛行為的影響十分顯著，和正常駕駛相比，駕駛員對于車輛的操控能力下降，主要體現(xiàn)在車速控制、方向盤操作和車道保持等能力的削弱[7]。

表3 不同提示方式動作次數(shù)與反應時長的比較

以0.05作為顯著性劃分標準。如表3所示,當在60 km/h的限速下以動作次數(shù)為因素時總均值為2.4074標準差為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。將因變量作為響應時長得到的顯著性0.023<0.05，所以存在顯著差異，在60 km/h的限速下以響應時長為因素時顯著性為0.023<0.05故存在顯著差異，因此反應時長可以作為衡量60 km/h速度下的反應績效的標準。在100 km/h的限速下以動作次數(shù)為因素時顯著性為0.447>0.05故不存在顯著差異，因此被試的動作次數(shù)與其受到的3種不同提示方式的影響不存在相關(guān)性。不能作為衡量反應績效的標準。在100km/h的限速下以響應時長為因素時顯著性為0.13>0.05故不存在顯著差異因此被試的響應時長與其受到的3種不同提示方式的影響不存在相關(guān)性。無法作為衡量反應績效的標準,但也小于以動作次數(shù)作為因素的兩組數(shù)據(jù),見表4。

表4 動作次數(shù)與響應時長方差分析及對比

通過4組表的對比可以看出3種提示方式的轉(zhuǎn)頭總數(shù)差異性不大，說明轉(zhuǎn)頭總數(shù)對提示方式無顯著影響，不能判斷哪種提示方式更加有效，而響應時間可以影響提示方式的效果，某種提示方式的響應時間越短就說明駕駛員對這種提示方式更能接受，從上表中可以看出，語音提示的響應時間最短。在相同的風險水平上行為的次數(shù)與方式其形成主要依賴于個體經(jīng)驗，包括個體對當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個方面，而風險感知的系統(tǒng)研究發(fā)現(xiàn)，駕駛員的情緒狀態(tài)或過高的感覺尋求會影響其對風險的評估，并產(chǎn)生差異性行為同時駕駛員自身因素(如年齡、駕齡、受教育程度、安全意識等)也是影響駕駛行為的直接因素[8]。這也導致了動作次數(shù)難以產(chǎn)生顯著差異。

4 討論

結(jié)果正如調(diào)查問卷中人們所認為的那樣，語音提示的交互方式更為有效，3種提示方式的反應時長證明了這一點。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答的動作次數(shù)差異性不大，說明駕駛過程中的動作無法作為衡量提示方式有效性的標準，而相對的響應時長可以作為衡量標準。無論是在60 km/h還是100 km/h的路況下語音提示的平均反應時長都優(yōu)于另外的兩種提示。所以得出結(jié)論相比于震動和閃光，以語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為通過震動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慣所導致的。當司機在開車時感到震動會首先回憶這震動所代表的意義，然后才會意識到這是在提醒盲區(qū)有障礙物，而語音提示則更加直接的使駕駛員認識到目前的路況并做出回應。

5 結(jié)論

機動車右轉(zhuǎn)過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。本研究采用問卷調(diào)查和仿真實驗的方法從駕駛員對駕駛交互方式的看法和駕駛過程中的具體交互行為進行了研究，得出以下結(jié)論：駕駛員對語音提示的接受程度高于其他的閃光或震動的交互方式。其次采用語音作為提示方式時駕駛員的反應時長最短，另外駕駛員在駕駛過程中對提示的應答所做出的行為，并不是一個可以衡量其交互模式的指標。