李嘉鑫 李嘉

摘要：智能汽車對(duì)提升交通安全與效率、促進(jìn)城市可持續(xù)發(fā)展以及提升人們生活質(zhì)量具有重要意義。以智能汽車為對(duì)象，闡述了智能汽車在交互設(shè)計(jì)上存在的分心駕駛問(wèn)題，并分析了針對(duì)視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、操作和認(rèn)知層面的分心駕駛?cè)艘騿?wèn)題，提出通過(guò)簡(jiǎn)潔性、易用性、反饋的有效性和減少認(rèn)知負(fù)荷的優(yōu)先級(jí)等交互設(shè)計(jì)原則來(lái)提高駕駛員的專注力和安全性，以促進(jìn)智能汽車的可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：智能汽車；分心駕駛；交互設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：U469? 收稿日期：2024-03-27

DOI：1019999/jcnki1004-0226202406020

1 前言

隨著新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)革命蓬勃興起，傳統(tǒng)的交通運(yùn)輸行業(yè)與先進(jìn)的信息技術(shù)深度融合，汽車智能化已經(jīng)成為汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)[1]。隨著智能汽車技術(shù)的快速發(fā)展，車輛內(nèi)部的信息展示和交互方式日益豐富，但同時(shí)也帶來(lái)了駕駛員分心的潛在風(fēng)險(xiǎn)，一些智能化設(shè)計(jì)在帶來(lái)便利的同時(shí)，也成為駕駛員分心的潛在因素，根據(jù)2021年發(fā)布的《2018—2020中國(guó)青年注意力分散與交通事故白皮書》顯示，7432%的交通事故是由分心駕駛導(dǎo)致。因此，對(duì)智能汽車信息與交互進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)以減少分心駕駛，具有重要的理論意義和實(shí)踐價(jià)值。

2 智能汽車分心駕駛?cè)艘騿?wèn)題

駕駛員與智能汽車進(jìn)行交互時(shí)在視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、操作和認(rèn)知4個(gè)層面可能導(dǎo)致分心駕駛。視覺(jué)分心涉及從道路和路況中轉(zhuǎn)移視線至非駕駛?cè)蝿?wù)；聽(tīng)覺(jué)分心發(fā)生在駕駛員的聽(tīng)覺(jué)注意力從交通環(huán)境中轉(zhuǎn)移到車輛內(nèi)部的聲音；操作分心指的是駕駛員在執(zhí)行物理操作，如調(diào)節(jié)控制面板或使用觸摸屏幕時(shí)的注意力分散；認(rèn)知分心主要是思考非駕駛?cè)蝿?wù)時(shí)的精神資源消耗。

21 視覺(jué)分心

隨著汽車智能化程度的加深，駕駛員在與智能汽車交互中的情境復(fù)雜性也快速提升，與此同時(shí)駕駛員在處理駕駛的長(zhǎng)線任務(wù)與娛樂(lè)通信等短線任務(wù)時(shí)的情境意識(shí)對(duì)駕駛安全顯得愈加重要。根據(jù)恩茲利（Endsley MR）等學(xué)者提出的情境意識(shí)框架，情境意識(shí)可以分為感知（Perception）、理解（Comprehension）和預(yù)測(cè)（Projection）三個(gè)層次[2]。在視覺(jué)分心的情況下，駕駛員的情境意識(shí)——感知、理解、預(yù)測(cè)的層次性結(jié)構(gòu)遭遇了明顯的瓦解。

a.作為情境意識(shí)基礎(chǔ)的感知層面受到明顯侵蝕，視覺(jué)分心使得駕駛者對(duì)于外界行車環(huán)境關(guān)鍵提示的察覺(jué)變得不再敏銳，關(guān)鍵視覺(jué)線索未能得到及時(shí)捕捉，削弱了其信息輸入的完整性。

b.駕駛員的認(rèn)知框架受視覺(jué)分心影響，即便是間歇性地察覺(jué)到了視覺(jué)信息，也很難將這些碎片化的感知拼合成對(duì)交通情境意義的恰當(dāng)詮釋，從而導(dǎo)致行為響應(yīng)上的不連貫性。

c.視覺(jué)分心剝奪了駕駛員從現(xiàn)有情境中洞察未來(lái)動(dòng)態(tài)的能力，因?yàn)闇?zhǔn)確預(yù)測(cè)未來(lái)道路事件所需的信息處理（包括估計(jì)其他車輛的行動(dòng)軌跡、速度變化以及空間位置等）被當(dāng)前分散的注意力所阻礙。

22 聽(tīng)覺(jué)分心

智能汽車中多功能系統(tǒng)和連接設(shè)備經(jīng)常伴隨著聲音提醒、多媒體播放和語(yǔ)音交互，如此種種音頻輸出都可能造成聽(tīng)覺(jué)分心。根據(jù)威肯斯（Christopher D Wickens）提出的多通道注意力理論（Multiple-Resource Theory），人類的認(rèn)知資源劃分為多個(gè)相互獨(dú)立的處理通道，各自對(duì)應(yīng)不同的感覺(jué)模態(tài)與信息類型，如視覺(jué)與聽(tīng)覺(jué)信息流，任何通道內(nèi)的資源均具有限定性，且兩項(xiàng)任務(wù)若爭(zhēng)奪同質(zhì)資源便可能導(dǎo)致認(rèn)知性能的減損。特別是在駕駛環(huán)境下，聽(tīng)覺(jué)分心現(xiàn)象顯著地挑戰(zhàn)了駕駛員的聽(tīng)覺(jué)處理資源。不同感官信號(hào)（例如視覺(jué)與聽(tīng)覺(jué)）在不同通道中被處理，與此同時(shí)，非關(guān)鍵的車內(nèi)音頻輸出，如多媒體播放，可能與行車環(huán)境中的緊急聲音信號(hào)發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)，進(jìn)而對(duì)駕駛員應(yīng)答交通聲的能力造成削弱。此外，根據(jù)威肯斯的“處理代碼效應(yīng)”，信息處理也會(huì)受輸入與輸出類型的制約。例如，語(yǔ)音交互系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求，讓駕駛員進(jìn)行語(yǔ)音響應(yīng)，此類聲音到聲音的信息處理需求，不僅增加了聽(tīng)覺(jué)通道的負(fù)荷，而且還可能對(duì)有效地處理關(guān)鍵道路聲音的能力構(gòu)成額外的干擾。因此，在智能汽車系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，對(duì)于如何優(yōu)化車載音頻提示，以及如何通過(guò)預(yù)防聽(tīng)覺(jué)過(guò)載以保持駕駛員的注意力集中能力，成為關(guān)鍵的安全考量因素。

23 操作分心

在人機(jī)交互領(lǐng)域，操作分心被定義為駕駛員在百分比時(shí)間基準(zhǔn)上從主要任務(wù)（即安全駕駛）中偏離以執(zhí)行輔助手工任務(wù)的現(xiàn)象。這些任務(wù)涵蓋廣泛的交互，包括調(diào)節(jié)車輛的溫度設(shè)置、進(jìn)行導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)定，以及與車載信息娛樂(lè)系統(tǒng)進(jìn)行互動(dòng)等。隨著智能汽車界面設(shè)計(jì)向觸摸屏和集成控制臺(tái)傾斜，這些界面盡管提供了操作的便捷性，也要求駕駛員進(jìn)行精確的手眼協(xié)調(diào)。這樣的手眼協(xié)調(diào)不僅依賴于駕駛員的運(yùn)動(dòng)技能和認(rèn)知資源，而且在高度動(dòng)態(tài)的駕駛環(huán)境中，這種協(xié)調(diào)對(duì)注意力資源的競(jìng)爭(zhēng)可能會(huì)危及道路安全。費(fèi)茨提出的Fitts定律提供了一個(gè)定量化模型，用于預(yù)測(cè)執(zhí)行手工任務(wù)，如車輛界面操作的效率。根據(jù)該定律，執(zhí)行任務(wù)的時(shí)間T是以起始位置到目標(biāo)對(duì)象距離D和目標(biāo)對(duì)象大小W的函數(shù)來(lái)表示的，其關(guān)聯(lián)性可通過(guò)下式進(jìn)行計(jì)算[3]：

[T=a+blog21+DW]?????????????????????????? （1）

在此模型中，a體現(xiàn)了反應(yīng)時(shí)間的起始延遲，而b指示了動(dòng)作速率。在實(shí)際的駕駛情境中，目標(biāo)距離D考慮了駕駛員伸手操作界面時(shí)的物理距離，目標(biāo)大小W則涉及到操作按鈕或接觸點(diǎn)的尺寸。操作座艙內(nèi)的多功能觸控屏或其他輸入設(shè)備需要駕駛員進(jìn)行精確的手眼協(xié)調(diào)，并分派一定的認(rèn)知資源以處理視覺(jué)和動(dòng)作信息。較遠(yuǎn)的距離和較小的目標(biāo)尺寸均會(huì)增加操作任務(wù)的難度，從而導(dǎo)致駕駛員從駕駛主要任務(wù)上的注意力被分散（圖1）。

此外，界面設(shè)計(jì)本身的復(fù)雜性也會(huì)增加認(rèn)知負(fù)荷，致使視覺(jué)搜索和信息處理時(shí)間延長(zhǎng)，降低駕駛員對(duì)突發(fā)交通情況的反應(yīng)能力。反應(yīng)時(shí)間和動(dòng)作速度進(jìn)一步闡釋了操作特性和人的生理限制如何影響總體性能。綜合應(yīng)用Fitts定律于汽車界面設(shè)計(jì)，重點(diǎn)在于最小化到達(dá)和操作界面所需的時(shí)間和努力。減小控制面板或屏幕的D值，增大控制按鈕的W值，以及降低操作的復(fù)雜性，均可減少由于操作導(dǎo)航系統(tǒng)或其他車載信息系統(tǒng)而引起的操作分心。

24 認(rèn)知分心

在智能汽車人機(jī)交互設(shè)計(jì)中，認(rèn)知分心現(xiàn)象是一種駕駛員在執(zhí)行駕駛?cè)蝿?wù)時(shí)所經(jīng)歷的注意力轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致對(duì)關(guān)鍵駕駛信息感知和響應(yīng)能力的減弱。在日常和應(yīng)急駕駛情境中，駕駛員需要以適當(dāng)?shù)挠X(jué)醒狀態(tài)應(yīng)對(duì)不同的任務(wù)，以保持對(duì)車輛控制的警覺(jué)性和反應(yīng)的迅捷性。

在駕駛過(guò)程中，各類情況出現(xiàn)的頻率高低決定了人的“覺(jué)醒狀態(tài)”的變化。發(fā)生情況頻率低時(shí)，人處于單調(diào)的警覺(jué)狀態(tài)；隨著頻率增加，人的覺(jué)醒水平也不斷提高并可維持一定的警覺(jué)狀態(tài)；長(zhǎng)期的高頻率應(yīng)急刺激，可以讓駕駛?cè)藛T的日常監(jiān)控超過(guò)人的生理心理承受范圍，造成認(rèn)知分心的產(chǎn)生[4]。

認(rèn)知分心的主要問(wèn)題在于，它分散了駕駛員的認(rèn)知資源——一種有限且需要在多項(xiàng)任務(wù)間分配的能力，包括感知、記憶、思考和決策過(guò)程。在認(rèn)知心理學(xué)中，對(duì)于多任務(wù)處理能力的研究表明，盡管人類可以在一定程度上進(jìn)行任務(wù)切換，但在兩個(gè)認(rèn)知密集型任務(wù)之間進(jìn)行快速切換會(huì)導(dǎo)致每項(xiàng)任務(wù)的性能下降。

對(duì)智能汽車而言，這意味著設(shè)計(jì)者在人機(jī)交互方面的設(shè)計(jì)必須考慮到如何幫助駕駛員管理認(rèn)知負(fù)荷，避免任務(wù)溢出效應(yīng)，即駕駛員無(wú)法同時(shí)有效處理所有任務(wù)而導(dǎo)致重要的駕駛?cè)蝿?wù)性能下降。

以寶馬在2023年美國(guó)拉斯維加斯消費(fèi)電子展展出的全新BMWi數(shù)字情感交互概念車Dee的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)型抬頭顯示（AR-HUD）為例，其設(shè)計(jì)上的實(shí)踐聚焦于減少駕駛員視野中的非關(guān)鍵信息（圖2）。這樣的設(shè)計(jì)思路源于信息減量的策略，通過(guò)減少外界刺激來(lái)降低因信息處理過(guò)載而引起的認(rèn)知分心風(fēng)險(xiǎn)。該車型取消車內(nèi)所有大屏，利用先進(jìn)平視顯示系統(tǒng)，可將投影內(nèi)容覆蓋風(fēng)擋玻璃的整個(gè)寬度，這降低了查看儀表盤或中控屏幕所需的視覺(jué)轉(zhuǎn)移及認(rèn)知重新定位的需求，避免了額外的認(rèn)知處理開(kāi)銷，進(jìn)而減少了認(rèn)知分心的可能性。

3 智能汽車分心駕駛控制的交互設(shè)計(jì)原則

在當(dāng)今智能交通系統(tǒng)的快速發(fā)展背景下，智能汽車的人機(jī)交互設(shè)計(jì)愈發(fā)成為關(guān)注焦點(diǎn)。這些交互設(shè)計(jì)不僅直接影響著駕駛員的行車體驗(yàn)，更承擔(dān)著關(guān)乎交通安全與效率的重要責(zé)任。通過(guò)在智能汽車交互設(shè)計(jì)中采用功能第一的簡(jiǎn)潔性、交互方式的易用性、系統(tǒng)反饋的有效性以及減少認(rèn)知負(fù)荷的優(yōu)先級(jí)原則，可以最大程度地降低駕駛員的認(rèn)知負(fù)荷，提高其駕駛專注度和安全性。

31 功能第一的簡(jiǎn)潔性原則

在智能汽車交互設(shè)計(jì)領(lǐng)域內(nèi)，針對(duì)駕駛員視覺(jué)分心的顯著問(wèn)題，采取“功能第一的簡(jiǎn)潔性原則”是一個(gè)既具理論基礎(chǔ)也符合實(shí)際應(yīng)用需求的策略。功能第一的簡(jiǎn)潔性原則要求設(shè)計(jì)應(yīng)最小化非必要的視覺(jué)元素，并集中突出與當(dāng)前駕駛?cè)蝿?wù)密切相關(guān)的信息，從而優(yōu)化駕駛員的情境感知、理解、與預(yù)測(cè)。根據(jù)這一原則，信息呈現(xiàn)的整合性與目的性被置于設(shè)計(jì)過(guò)程的核心，以支撐認(rèn)知處理的連貫性與信息處理效率。

簡(jiǎn)潔性原則顯著減少了駕駛過(guò)程中的感知負(fù)荷，減緩了對(duì)于關(guān)鍵信號(hào)檢測(cè)的延誤，增強(qiáng)了駕駛員從環(huán)境中提取準(zhǔn)確信息的能力。同樣地，通過(guò)有意識(shí)地重構(gòu)交互界面，不僅可以在信息識(shí)別階段減少認(rèn)知上的錯(cuò)誤，而且可以減少將碎片化信息綜合成有意義情境表示的認(rèn)知開(kāi)銷，使駕駛員在復(fù)雜情境中的行為響應(yīng)更為連貫、合適。此外，簡(jiǎn)潔性原則在確保點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信息傳遞的準(zhǔn)確性的同時(shí)，亦能為駕駛員在道路情境中的預(yù)測(cè)提供必要而準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，從而確保駕駛員可有效預(yù)判并適應(yīng)未來(lái)可能發(fā)生的交通事件和環(huán)境變化。

32 交互方式的易用性原則

為了有效減少聽(tīng)覺(jué)分心并最大程度提升駕駛員的專注力，在智能汽車系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，交互方式的易用性原則至關(guān)重要。這一原則注重設(shè)計(jì)智能而直觀的交互方式，以最小認(rèn)知負(fù)荷為目標(biāo)，確保對(duì)車載音頻提示的智能控制，同時(shí)有效預(yù)防聽(tīng)覺(jué)過(guò)載，以確保駕駛員的關(guān)注保持穩(wěn)定、集中。

a.易用性原則要求汽車系統(tǒng)的音頻交互設(shè)置及控制功能盡可能簡(jiǎn)單，易于理解，借助清晰的界面布局、簡(jiǎn)潔的菜單操作和直觀的圖形標(biāo)識(shí)，以減輕視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)資源的競(jìng)爭(zhēng)，緩解駕駛員的認(rèn)知負(fù)擔(dān)，并使其更加專注于行車任務(wù)。

b.為實(shí)現(xiàn)易用性設(shè)計(jì)應(yīng)考慮用戶習(xí)慣和偏好，整合個(gè)性化設(shè)置功能，允許駕駛員根據(jù)自身偏好進(jìn)行個(gè)性化調(diào)整，并提供智能的交互引導(dǎo)，以減少無(wú)關(guān)音頻輸入的干擾，并提高處理關(guān)鍵駕駛音頻信息的準(zhǔn)確性。

c.易用性原則強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)在大多數(shù)情況下保持一致性，減少聽(tīng)覺(jué)刺激對(duì)駕駛注意力的干擾，并提高用戶體驗(yàn)。

d.易用性原則提倡智能化的交互技術(shù)應(yīng)用，通過(guò)聲音識(shí)別技術(shù)、智能語(yǔ)音交互等功能，讓駕駛員通過(guò)簡(jiǎn)單自然的語(yǔ)音指令完成相關(guān)操作，以減少手動(dòng)操作對(duì)聽(tīng)覺(jué)資源的占用，并提升對(duì)關(guān)鍵駕駛聲音的感知能力。

33 系統(tǒng)反饋的有效性原則

隨著車輛界面操作的復(fù)雜性增加以及駕駛環(huán)境的高度動(dòng)態(tài)性，駕駛員面臨更大的操作分心風(fēng)險(xiǎn)。采用有效反饋原則可以通過(guò)智能汽車的系統(tǒng)反饋有效傳達(dá)給駕駛員以減少操作分心的發(fā)生。

一方面，有效反饋原則要求反饋信息不僅要在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間內(nèi)傳遞，還必須以便于駕駛員理解和接受的方式呈現(xiàn)。在智能汽車界面設(shè)計(jì)中，這一原則可以透過(guò)簡(jiǎn)化反饋信息、提供清晰的指示以及避免過(guò)度干擾駕駛員來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，當(dāng)駕駛員需要立即關(guān)注某一信息時(shí)，界面應(yīng)以非常明確和易于識(shí)別的方式向其傳遞信息，從而減少駕駛員因界面信息反饋而分散注意力的可能性。

另一方面，有效反饋的原則必須與操作分心的實(shí)際情境相結(jié)合，以確保反饋在駕駛員執(zhí)行輔助手工任務(wù)時(shí)能夠平衡傳達(dá)并獲得注意。在Fitts定律所描述的操作任務(wù)難度背景下，反饋系統(tǒng)應(yīng)具備綜合考慮物理距離D和目標(biāo)尺寸W等因素的能力，并將這些因素融入反饋性能的設(shè)計(jì)之中。例如，當(dāng)面對(duì)遠(yuǎn)距離的目標(biāo)和較小尺寸的操作按鈕時(shí)，反饋系統(tǒng)可以提供更為明顯且易于感知的反饋信號(hào)，以幫助駕駛員更有效地執(zhí)行相應(yīng)的操作，從而減少操作分心的可能性。

34 減少認(rèn)知負(fù)荷的優(yōu)先級(jí)原則

認(rèn)知分心的主要問(wèn)題在于其分散了駕駛員的認(rèn)知資源，這些資源是有限的，需要在感知、記憶、思考和決策等多項(xiàng)任務(wù)間進(jìn)行有效分配?；谡J(rèn)知心理學(xué)對(duì)多任務(wù)處理能力的研究，人類盡管可以在一定程度上進(jìn)行任務(wù)切換，但在兩個(gè)認(rèn)知密集型任務(wù)間快速切換會(huì)導(dǎo)致每項(xiàng)任務(wù)性能下降的結(jié)論表明，減少認(rèn)知負(fù)荷成為設(shè)計(jì)智能汽車人機(jī)交互界面的重要原則。

一方面，可以通過(guò)簡(jiǎn)化界面元素、刪除非關(guān)鍵信息以及提煉并直觀呈現(xiàn)必要信息等方式實(shí)現(xiàn)信息減量，從而有效降低駕駛員處理信息的認(rèn)知負(fù)荷。另一方面，保持駕駛相關(guān)信息優(yōu)先獲得駕駛員的注意力也有助于充分利用駕駛員的認(rèn)知資源從而專注于安全駕駛，可以采用智能提示和警示系統(tǒng)，通過(guò)聲音提示、視覺(jué)警示和觸覺(jué)反饋等方式，在系統(tǒng)檢測(cè)到潛在危險(xiǎn)或需要駕駛員進(jìn)行特定操作時(shí)提供相關(guān)提示和警報(bào)，以確保駕駛員在關(guān)鍵時(shí)刻優(yōu)先獲得必要的駕駛相關(guān)信息。

另外，生理信號(hào)監(jiān)測(cè)技術(shù)也是一個(gè)重要的手段，通過(guò)監(jiān)測(cè)駕駛員的生理狀態(tài)，如頭部姿態(tài)、眼動(dòng)軌跡等，智能汽車系統(tǒng)可以根據(jù)駕駛員的注意力水平和情緒狀態(tài)自動(dòng)調(diào)整顯示內(nèi)容和方式，使駕駛員在需要時(shí)能夠優(yōu)先獲取重要信息以減少駕駛員的認(rèn)知負(fù)荷，提高駕駛效率和安全性。

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作者簡(jiǎn)介：

李嘉鑫，女，1998年生，碩士研究生，研究方向?yàn)閿?shù)字媒體藝術(shù)。

李嘉（通訊作者），女，1968年生，教授，研究方向?yàn)樵O(shè)計(jì)學(xué)。