基于駕駛分心的次級交互任務沉浸等級研究

王文麗　石小濤　陳彬妍

摘要：隨著智能化時代的到來，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終端。人在車內完成交互任務時，會在一定程度上沉浸在交互任務中，各種各樣的因素都會導致駕駛員分心，這將直接影響行車安全。文章對駕駛時的次級交互任務沉浸等級進行分析，提出座艙交互任務優化策略。首先，通過深度訪談確定用戶行車過程中的主要次級交互任務；其次，通過搭建實驗平臺對各交互任務的沉浸等級進行量化分析，確定駕駛員在行車過程中對交互任務的沉浸程度；最后，通過AHP層次分析法對交互任務的沉浸等級進行驗證支持，并分析其分心因素。通過實驗和AHP層次分析驗證，調查幾種次級交互任務的沉浸等級，以及交互任務對駕駛員分心現象的影響因素，進而通過分析分心因素，最終得到針對座艙的交互設計優化策略。駕駛過程中的駕駛分心大多是沉浸于次級任務造成的，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、內飾布局三個優化策略中，內飾布局優化的權重最高。

關鍵詞：座艙；駕駛分心；人機交互；沉浸等級；AHP層次分析法

中圖分類號：U463.6 文獻標識碼：A 文章編號：1004-9436（2023）18-00-03

1 相關概述

1.1 駕駛分心的表現

駕駛分心一般分為認知分心、視覺分心和操作分心。認知分心是由于認知負荷增加，駕駛員的認知資源逐漸被其他非駕駛活動占用，造成了認知分心。視覺分心是因為人的視野有限，當非必要視覺信息刺激作用于視覺感受器時，就會造成視覺分心，進而導致掃視時間、注視次數增多。操作分心則是由于駕駛員在做出操作行為時，通常通過對信息的經驗認知作出決策，所以當認知和視覺都分心時，駕駛員的決策能力也會下降，進而出現一定程度的操作分心。

1.2 座艙交互

1.2.1 駕駛中的次級交互任務

在駕駛過程中，除了主要的駕駛任務之外，還會進行一些必要的活動。當前的次級交互形式一般是大型的數字儀表盤、先進的中控交互平臺、情景語音交互、靈敏的生物識別、虛擬車載助理等，隨著汽車軟硬件的升級與創新，再加上汽車網聯化的發展，人機交互逐漸突破傳統，形式更加多樣化，人、車、環境之間的聯系更加密切。

1.2.2 交互任務沉浸等級

駕駛員在車內做出交互行為時，會將一部分注意力轉移至駕駛任務以外的活動上，當需要進行必要的駕駛操作時，其注意力無法瞬間抽離出來，必須經過一定時間的調整才能恢復駕駛狀態。交互任務沉浸等級越高，駕駛員恢復正常駕駛狀態所需要的調整時間就越長［1］。

2 交互任務沉浸等級模擬實驗

2.1 實驗平臺

2.1.1 駕駛模擬器

本實驗借助駕駛模擬器，其內部傳感器和數據采集卡能精準采集模擬駕駛過程中的駕駛信息，真實地模擬車輛加速、減速、高速和轉向等行車情況。同時，此實驗平臺可在室內操作，不受時間、地點、天氣的影響。另外，使用駕駛模擬器可以規避真車上路進行實驗時所面臨的安全風險，降低實驗成本。此次共有20名資深駕駛員參與了實驗，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 沉浸等級衡量指標

（1）橫向穩定狀態。在實驗研究中，汽車達到穩定狀態通常以橫向穩定狀態為衡量指標，橫向穩定狀態的界定為在某一段時間內其橫向偏移值未超過穩定閾值。參考交通工程學理論，界定車輛在某時刻后2.5秒的范圍內，橫向偏移波動在10%內，則定義該時刻為車輛進入橫向穩定時刻，從發出正常駕駛指令的時刻到橫向穩定時刻這一段時間，就是駕駛員從沉浸的次級任務中抽離出來進行調整的時間，達到橫向穩定狀態所用的時間越長，代表駕駛員的分心程度越高，其沉浸等級就越高，反之則沉浸等級越低［2］（見圖1）。

（2）方向盤轉動角度。當接收到正常駕駛指令時，駕駛員會下意識轉動方向盤，這在一定程度上屬于駕駛中的風險補償信念。風險補償信念指的是，人們認為在駕駛過程中的風險行為可以通過參與其他活動得到補償，因此在沉浸于非駕駛相關活動之后，駕駛員會下意識進行一些行為補償。在本實驗中，方向盤轉動角度越大，代表駕駛員的分心程度越高，沉浸等級就越高，反之則沉浸等級越低。

（3）任務完成時間。對沉浸在次級交互活動中的駕駛員下達指令，使其完成某一項駕駛任務，由于駕駛員從非駕駛相關的活動中抽離需要一定的調整時間，所以完成指令的任務也需要一定的時間。從下達指令的時刻到指令任務完成的時刻，這段時間即衡量交互任務沉浸等級的指標。完成任務所需時間越長，代表駕駛員的分心程度越高，次級任務活動的沉浸等級也就越高，反之則沉浸等級越低。

2.1.3 用戶訪談

對被試人員進行問卷訪談，問卷內容是針對行車過程中常見的非駕駛活動作出頻率選擇和判斷。通過訪談數據得知，人們在車內進行的次級交互活動頻率從高到低依次是看導航、接打電話、聽音樂、看儀表盤、調節空調、調節音量、看視頻、睡覺。為了研究結果的準確性和普適性，選定實驗中的次級交互活動為看導航、接打電話、聽音樂和看儀表盤。

2.2 實驗情境設計

2.2.1 駕駛模擬實驗

實驗開始時正常行駛，研究者下達指令，要求駕駛員觀察導航線路，5秒后要求恢復正常行駛，待駕駛達到橫向穩定狀態之后，記錄從要求恢復正常行駛狀態到達到橫向穩定狀態所用的時間和方向盤轉動的角度；在橫向穩定狀態持續一段時間之后，研究人員重新下達觀察導航線路的指令，再次等待5秒之后繼續下達指令，要求其完成變道任務，并記錄從變道指令下達到完成變道任務所用的時間。看導航交互場景結束之后，駕駛員可休息5～10分鐘，之后再以同樣的步驟進行另外幾個場景的實驗。

20名被試人員依次進行4個場景的實驗，駕駛模擬器對所有實驗指標進行數據采集，每人完成實驗之后填寫AHP層次分析問卷進行評分。

2.2.2 實驗結果

實驗完全結束之后，共采集240條數據，如表1所示。

根據實驗中采集到的數據，從達到橫向穩定狀態的時間來看，沉浸等級為：接打電話＞看導航＞觀察儀表盤＞聽音樂；從方向盤轉動角度來看，沉浸等級為：接打電話＞看導航＞觀察儀表盤＞聽音樂；從任務完成時間來看，沉浸等級為：接打電話＞看導航＞聽音樂＞觀察儀表盤。這表明在四項交互任務中，接打電話的沉浸等級最高，看導航次之，然后是觀察儀表盤，聽音樂的沉浸等級最低。

2.3 AHP層次分析驗證

2.3.1 層級模型搭建

搭建可行性評價模型時，將座艙內次級交互任務沉浸等級作為目標層；將四個場景作為約束準則層，然后在各準則下設置約束要素，其中接打電話的約束要素為操作步驟、汽車速度和車輛穩定性，看導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雜度、前方路況和儀表臺布局，聽音樂的約束要素為認知能力、感官通道占有和交互反饋；將交互感官通道優化、交互界面優化、內飾布局優化三個優化策略方向作為方案層。

2.3.2 數據結果（見表2）

3 實驗結果分析

3.1 各次級交互任務的分心分析

結合實驗和層次分析研究得出，在四個任務中，接打電話的沉浸等級最高，在行車過程中接打電話最能使駕駛員分心，在幾個約束要素中，車輛的穩定性的權重最高；沉浸等級在第二位的交互任務是看導航，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，視線偏移的權重最高；沉浸等級相對較低的次級交互任務為觀察儀表盤和聽音樂，這兩項交互任務的分心因素主要是信息的復雜度過高導致認知空間不足以及交互感官通道的占用。對各層級的約束要素進行分析之后，得到三個優化方案權重，權重最高的方案是內飾布局優化，其次為交互感官通道優化，最后為交互界面優化（見表2）。

3.2 交互任務優化設計策略

3.2.1 提高內飾布局的有用性

“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。內飾布局的有用性指的是能使用戶順利完成一項任務或者某個目標，車內的人機交互行為受到用戶目標意愿的驅動。比如一些具有自動駕駛功能的汽車座艙，在自動駕駛過程中可以將方向盤收起，能夠大大節省座艙空間，當駕駛接管時，方向盤可彈出供駕駛員使用，這便是內飾布局的有用性。

3.2.2 提高次級交互任務的高效性

交互任務處理的高效性也對用戶滿意度具有很大的影響。交互任務的高效性主要體現在以下幾個方面：首先是動作數量和位移距離，數量過多和位移過大都會增加駕駛負擔。其次，眼睛注視范圍、注視點數、語音識別也會影響交互效率，視野范圍和聲波傳輸距離是有限的，目標任務的位置超過了一定范圍，將會大幅增加認知負荷。

3.2.3 提高多任務場景的安全性

駕駛作為一種多任務活動，安全性尤為重要，駕駛員有時候會對任務產生一定的認知偏差，進而導致其駕駛決策出現失誤并進行錯誤操作，最終導致任務失敗，引發駕駛安全問題。因此，在設計過程中要盡可能考慮到用戶可能經歷的各種復雜場景，模擬多種任務場景中駕駛員可能遇到的問題，對座艙內的布局和感官通道進行合理化設計，使駕駛員在各個場景都能安全有序地駕駛車輛［3］。

4 結語

座艙是駕駛員與汽車及駕駛環境進行交互的重要載體，在進行座艙內人機交互設計優化時，要將座艙內的功能體驗和交互感知有效整合，盡量避免出現占用駕駛員注意力的因素，對關鍵信息進行特殊化處理，使駕駛員在車內的活動更加高效且舒適，當人車逐漸一體化時，二者之間便可以形成自然和諧的關系。

參考文獻：

［1］ 王亞輝.智能汽車座艙人機交互認知機制與評價方法研究［D］.西安：西北工業大學，2019.

［2］ 王彥峰，陳浩林，趙曉華，等.駕駛次任務沉浸等級對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.模擬用戶使用場景的整車質量評價方法［J］.汽車工程師，2020（7）：35-38.

作者簡介：王文麗（1999—），女，山東濱州人，碩士在讀，研究方向：智能座艙、交互設計、用戶體驗。

石小濤（1978—），男，湖北宜昌人，博士，副教授，研究方向：工業設計。

陳彬妍（1998—），女，江蘇常州人，碩士在讀，研究方向：汽車內飾、人性化設計、感官體驗。

課題項目：本論文為2022年度江西省社科規劃項目“陶瓷藝術創作多元化工藝的傳承及演繹”研究成果，項目編號：12YS30