車內音頻娛樂系統操作對駕駛績效的影響研究*

馬艷麗 高月娥 史惠敏

(哈爾濱工業大學交通科學與工程學院 哈爾濱 150090)

車內音頻娛樂系統操作對駕駛績效的影響研究*

馬艷麗 高月娥 史惠敏

(哈爾濱工業大學交通科學與工程學院 哈爾濱 150090)

研究車內音頻娛樂系統操作對駕駛績效的影響，對于減少因駕駛分心所導致的駕駛差錯意義重大.采取車內音頻操作實驗測試法，對比研究車載及便攜式音頻娛樂系統對駕駛績效的影響，給出基于駕駛人掃視行為的減少駕駛分心的預防策略.結果表明,執行較難iPod音頻操作導致駕駛績效變差，駕駛人對危險事件的感知反應時間增加了141%或0.17 s，注視前方道路的時間減少了10%，注視車內的時間增加了37 s，車輛發生沖突次數明顯增加.多于8次掃視或操作需15 s以上才能完成的操作，不適宜在車輛行駛時操作.

交通工程;車內音頻娛樂系統;實驗測試;駕駛績效;減少分心對策

0 引 言

車內音頻娛樂系統在豐富車內娛樂生活的同時，也帶來一定的安全隱患.研究發現，音頻娛樂系統的使用(調整收音機/CD)可導致11%的駕駛分心碰撞事故，CD播放器使用致使碰撞的危險成幾倍增長[1].而車內音頻娛樂系統是駕駛員經常使用的車內資源，如何減少因車內音頻娛樂系統操作所導致的駕駛分心及駕駛差錯，尋找解決車內任務潛在危險的有效方案，對于降低道路交通事故、提高道路交通安全水平意義重大.

導致駕駛分心的音頻娛樂系統資源很多，包括車載收音機、CD、MP3播放器和導航系統等，其中，車載收音機一直被認為是一個潛在的事故誘導因素[2].研究發現，約20%的18～24歲間的駕駛人駕駛車輛時會選擇便攜式音頻娛樂系統上的歌曲[3].便攜式音頻娛樂系統操作需要更多的觸覺反饋，更容易吸引駕駛人的視覺注意，會顯著增加駕駛人的反應時間，進而影響駕駛績效[4].盡管駕駛人有超過70%的開車時間使用音頻娛樂系統，而針對這些系統對駕駛分心影響的研究則還比較少，相比較而言，新技術對駕駛績效的影響研究更少[5]，因此，研究音頻最新技術對駕駛績效的影響是非常必要的[6].

文中研究實車駕駛狀態下不同音頻娛樂系統操作對駕駛績效的影響，分析通過練習是否可以減輕其對駕駛績效的影響程度，進而給出減少音頻系統分心的對策，為駕駛安全培訓及駕駛行為干預策略提供方法支持.

1 車內音頻操作分心實驗設計與分析

1.1 被試者

20名年輕被試者中，10名女性、10名男性，均取得駕駛資格證，駕齡為2～7年.每名被試者的駕駛里程均在5 000～10 000 km之間，能夠對車輛進行熟練操作，駕駛經驗較為豐富，能夠應對突發狀況.被試者身體和心理健康、無視覺和聽覺障礙、實驗前未飲酒或服用藥物.被試者的駕駛經歷和視力情況見表1.

1.2 實驗設備

實驗車輛為小客車，實驗設備包括iView X HED眼動儀、蘋果iPod touch、前方探測雷達，行車記錄儀、前方探測攝像頭，偏航傳感器，方向盤轉角傳感器，剎車制動傳感器， Safe TRAC車道跟蹤儀.

表1 被試者自然特征

1.3 駕駛績效測試指標

沒有單一的駕駛績效衡量指標可以獲取某一分心特性的所有影響[7].一些實際道路和模擬駕駛研究發現，視覺和感知任務分心對駕駛績效的影響不同，針對音頻操作對駕駛績效影響的重要性，同時參考國外相關研究成果，確定駕駛績效度量指標包括：危險感知時間、車輛控制(速度、轉向盤轉角偏差)、任務操作時間、眼動(掃視頻率，視掃視總時間)、沖突及差錯.

1.4 實驗設計

實驗地點選在市區道路及郊區公路上進行，道路為雙向八車道或六車道，路段線性良好，無小半徑曲線，路面狀況良好，標志標線齊全，交通狀況良好.

調諧收音機通常作為其他次任務分心評價的參考任務[8].車載收音機操作要求被試者根據實驗人員的指令對車載收音機進行操作，分別進行2次調頻和聲音的調節；車載CD操作要求被試者進行3次CD光盤的更換及4次曲目的更換，CD播放的內容需是對駕駛員有一定吸引力的音頻內容；iPod實驗操作，選取簡單和復雜操作(涉及視覺、動作及認知分心)進行操作培訓.簡單操作有1或2個操作步驟，包括關掉音頻，暫停，選擇幾個歌曲；復雜操作需要5～7個步驟，要求打開音頻，并從歌曲列表中找到某一個特定歌曲，包括3項簡單和3項復雜操.

2 實驗數據分析

數據分析采用方差分析法，采用多次實驗法收集各駕駛人及車輛運行數據，數據變量包括感知時間，反應時間、最小車頭距離、操作音頻期間車速的變化，車道位置標準偏差、速度標準偏差、橫向和縱向目光注視點變化，完成操作所花費的時間等.駕駛員眼動數據進行方差分析，見表2.

表2 眼動指標差異性分析結果

由表2可見，在α=0.05的顯著水平條件下，不同音頻系統的操作對駕駛員造成的眼動掃視行為具有顯著性差異(P=0.019<0.05).

車載收音機、CD及iPod 操作操作對駕駛績效的影響均值數據，見表3.

表3 音頻操作對駕駛績效的影響情況

研究發現，簡單音頻操作對駕駛員各通道的影響不大.簡單音頻操作完成僅需要很短的時間，車載收音機操作需總掃視時間為1.56 s，車載CD需2.60 s，iPod約8.6 s，而完成復雜操作的平均時間差異較大，約為38.83 s，完成不同音頻操作所需時間差異導致其對駕駛績效的影響完全不同.

執行iPod操作會導致駕駛分心，影響駕駛人對車輛的控制.iPod簡單操作對車輛控制的影響不大，而執行iPod復雜操作與操作車載收音機及CD相比，轉向轉角變化大.

執行音頻操作影響駕駛人對危險事件的感知能力.當執行音頻復雜操作時，駕駛人對事件探測的感知反應能力下降，iPod操作反應時間增加了0.17 s.超出平時的141%，注視前方道路的時間減少了10%，注視車內的時間增加了38%，車輛發生沖突的次數明顯增加，對前車采取制動的感知反應時間增加了0.31 s.

執行音頻操作會增加掃視次數.駕駛人完成復雜音頻操作需要將注意力轉移到車輛控制和音頻操縱操作上.此時，駕駛人執行iPod操作需增加約16次掃視才能完成，注視車內的時間比完成基準任務增加了37 s.

音頻操作占用視覺及認知資源，注意需要從道路轉移到音頻界面.操作復雜IPod音頻操作，駕駛人對前車剎車事件探測的感知反應時間增加了26%.

3 車內音頻娛樂系統操作建議

美國汽車制造商聯盟(AAM)指出，車輛在行駛時，完成某項操作時總掃視時間不應超過20 s，單次掃視時間不應超過2 s，駕駛時執行車內任務滿足該標準認為是安全的[9].單次掃視持續時間大于2 s，增加至少兩倍的嚴重沖突或碰撞風險，單次掃視持續時間小于2 s，沒有增加碰撞風險.

采用操作完成時間及掃描頻率推薦值作為限定標準，音頻操作下視掃視頻率及操作完成時間，對比分析iPod簡單及iPod復雜操作是否符合標準建議，得到音頻iPod任務下視掃視頻率及任務完成時間關系，見圖1.

圖1 iPod音頻掃視次數及任務完成時間

由圖1可知，iPod簡單少于8次掃視及可以在15 s鐘內完成；iPod音頻復雜操作，平均需要17次掃視，38.8 s才能完成操作.因此，認為某項操作的完成多于8次掃視或車輛行駛時完成操作時間需多于15 s才能完成，則認為此操作在車輛運行時不易操作，復雜音頻操作不適宜在車輛行駛時操作.

4 結 論

1) 音頻娛樂系統的使用會影響車道保持能力，收音機或者CD播放器聽覺刺激不會增加注視點離開道路或者雙手握方向盤的時間，復雜操作iPod時會造成駕駛人分心，車輛的平均速度減小，行車速度下降15 km/h.

2) 執行簡單iPod音頻操作對駕駛績效只有較小的影響，執行較難iPod音頻操作導致駕駛績效變差，駕駛人對危險事件的感知反應時間增加了141%或0.17 s，注視前方道路的時間減少了10%，注視車內的時間增加了38%，車輛發生沖突的次數明顯增加；

3) 某項車內操作的完成多于8次掃視或操作需多于15 s才能完成，則認為此操作在車輛運行時不易操作，復雜音頻操作不適宜在車輛行駛時操作.

[1]STUTTS J, FEAGANES J, REINFURT D, et al. Driver’s exposure to distractions in their natural driving environment[J]. Accident Analysis and Prevention,2005,37:1093-1101.

[2]KRISTIE L, YOUNG E M, CHRISTINA M R, et al. The effects of using a portable music player on simulated driving performance and task-sharing strategies[J]. Applied Ergonomics,2012,43(4):738-746.

[3]WARREN B, ZACK S. Background music as a risk factor for distraction among young-novice drivers[J]. Accident Analysis & Prevention,2013,59:382-393.

[4]ALM H, NILSSON L. Changes in driver behaviour as a function of hands-free mobile phones-a simulator study[J]. Accident Analysis and Prevention,1994,26(4):441-451.

[5]JAMSON A H, WESTERMAN S J, HOCKEY G R, et al. Speech based email and driver behaviour: effects of an in-vehicle message system interface[J]. Human Factors,2004,46(4):625-639.

[6]FULLER R, SANTOS J A. A note on advanced transport technology[C]. Human Factors for Highway Engineers, London: Pergamon,2002.

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[8]馬艷麗,冷雪,胡寶雨.車載信息系統操作對駕駛員動作分神的影響[J].交通運輸系統工程與信息,2015,15(4):204-209.

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Effects of In-vehicle Audio System Operation on Driving Performance

MA Yanli GAO Yue’e SHI Huimin

(School of Transportation Science and Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150090, China)

Studying the influence of in-vehicle audio system on driving performance is of great significance to reducing the driving errors caused by the in-vehicle task distraction. By using the experimental method, the influences of the vehicle and portable audio system on driving performance are compared, and the distraction prevention strategies based on the driver's scanning behavior are proposed. Results show that performing a more difficult iPod task leads to poor driving performance, the driver's perception reaction time for the incident increased by 141% or 0.17 s, the time of watching the road ahead decreases by 10% and the time of watching inside the vehicle increases by 37 s, the number of vehicle conflict increases significantly. The operations which involve more than 8 scannings or need more than 15 s are not suitable for operation while driving.

traffic engineering; in-vehicle audio system; experimental tests; driving Performance, distraction mitigation

2017-04-23

*國家自然科學基金項目資助(51108136)

U491

10.3963/j.issn.2095-3844.2017.03.019

馬艷麗(1974—)：女,博士,副教授,主要研究領域為道路交通安全、駕駛行為特性