基于以用户为中心理论的汽车用户出错行为探究＊

李翔

武汉理工大学，武汉430070

基于以用户为中心理论的汽车用户出错行为探究＊

李翔

武汉理工大学，武汉430070

对汽车用户出错行为的研究探讨是构建汽车用户行为模型的重要内容之一。依此为据，运用以用户为中心的理论探讨若干个对象，并且特别注意到了汽车用户的出错行为，即分析了用户的一般操作程序、出错类型以及产生错误的原由，接着导入设计知识以及设计法则对出错行为进行了多个方位的考察，目的是要为建立汽车用户非理性行为模型奠定相应的基础。

以用户为中心；汽车用户；出错行为

一、引言

对用户的行为研究可以分为理性行为和非理性行为两种研究。

理性行为研究的前提是用户在完全理解并依循机器操作与使用规则，正确无误地执行所有操作，在此情况下完成对机器的使用并实行其功能。这种思想首先要求用户能够像机器一样精确地工作与运行，并熟练地学习以及掌握机器操作的所有技能，不管这些技能有多么的复杂。这种人服从于机器的思想早已不符合当今人机交互设计的理念。这是因为在以用户为中心（UCD）设计思想提出人机交互的设计活动之中，要充分考虑人的生理与心理特性、学习特性、出错特性，通过友好的设计使机器能够更好地适应人的各种要求，提高产品的可用性与易用性。在这种设计思想的指导下，当代的设计才能更加关注对于用户行为特性的深度研究。应该指出，理性行为研究只考虑了用户执行标准操作、成功完成操作任务的情况，故此理性模式的理论与知识只适合于具有一定操作经验的用户，即专家用户和一般用户，却不太适合于新手用户[1]，所以理性行为分析并不能适合人机交互中所有的情况和广泛的用户。

二、用户出错行为研究

用户出错分析是非理性行为分析研究必不可缺的内容之一。用户出错只有两个原因，一是用户本身造成出错，这是受人的固有特性的影响；二是人机界面设计不尽合理[2]。通过对用户出错特性的研究，既可以发现人的出错特性，也可以积累人机界面设计的知识，从而提高人机界面设计的易用性，从而降低出错率。

1.用户行为流程分析

要研究汽车用户出错行为，首先就得把汽车用户的操作抽象描述成一个任务流程图，其主要操作包含以下步骤：

第一，驾驶员观测车辆系统状态。

系统出现状况：车辆系统的状态特征或者参数出现非正常情况。

驾驶员假设判断：针对车辆出现的状况，提出可能的问题假设，以发现问题。

驾驶员假设测试：按照假设的问题进行尝试性验证，以确定问题。

驾驶员目的选择：确定操作目的；对于经验中熟悉的问题，直接确认操作目的。

驾驶员处理过程的选择：按照确定的操作目的，选择适当的处理方式。

第二，操作并执行这个处理过程（见图1）。

图1 汽车用户行为流程分析

2.汽车用户出错行为类型

在驾驶员的这个一般任务流程图中，包括了驾驶员对车辆系统出现状况的认知、决策及操作的处理模式，其在各个操作阶段可能出现的错误如下：

观测系统时：观察不正确，不适当，不完整，读数错误，理解错误，重复观察等。

假设判断时：提出的假设与观察所得有很大出入，假设不符合车辆系统原理，假设与要解决的问题无关等。

假设测试时：测试不正确、不完整，错误采用了不正确的假设，缺乏足够有效的测试。

目的选择时：目的不正确，不完整，有多余的目的等。

处理过程的选择时：选择不正确，不完整，不必要等。

处理过程的执行时：执行了错误的步骤，遗漏了步骤，重复了步骤，步骤过于复杂，时间处理不当，处理行动与要解决的问题无关等。

通过对汽车用户行为进行实验和研究，归纳驾驶员的各种出错，其基本可分为四种主要类型：

第一种，驾驶员思维出错：对驾驶任务中出现的各种情况产生了错误的分析或者决策，既可能是由驾驶员自身原因造成，也可能是车辆系统或界面的信息使驾驶员出现了思维混乱。

第二种，驾驶员注意力分散：这是驾驶任务中出错的主要原因之一，驾驶任务中信息量大，情况复杂，决策时间短，因此注意力分散极易造成出错。

第三种，信息交流不充分：这也是驾驶任务出错的重要原因，驾驶员无法获取新出现的情况的准确信息，而造成操作出错。

第四种，信息交流的误导：车辆、外部环境与驾驶员的信息交流造成驾驶员的错误理解和出错。

3.汽车用户出错行为的原因分析

驾驶员在操作出错时的动作行为具有一定的规律特征：

第一，驾驶员信息感知。

驾驶员信息认知变得狭隘，注意面积缩小，难于分配和转移。信息感知能力下降，甚至感觉不到外部情况的发生和变化，对信息容易产生错误的解释，提取记忆中信息模式的能力下降。

第二，驾驶员信息判断。

驾驶员对外界信息的综合分析和判断能力下降，无法保持正常情况下的分析和决策能力，只能做定性判断，却无法做出准确的定量判断，对外界信息的程度量和大小量无法准确识别。

第三，驾驶员信息输出。

驾驶员在向外界输出信息，执行行为常常无法保持动作的平衡，动作力度过大，行程过长，引起准确度下降，造成行为出错。对于连续动作的管理能力降低，思维出现空白，依靠本能反应的动作增多。动作的逻辑性下降，目的性不强，易出现多余动作、犹豫动作，执行信心的降低导致动作不果断甚至是手忙脚乱。

以上这些行为特征是驾驶员在行为出错时的一些常见情况，面对突发情况或者复杂问题时，驾驶员的思维突然进入高度紧张状态，需要在最短的时间内做出快速的反应和判断，因此前向反馈发挥作用，驾驶员利用技能行为做出经验性的操作反应。这种突然状况的发生，引起的是驾驶员整个身体系统生理和心理的全面紧张，思维、肌肉、脉搏、血压、体温都会发生变化[3]，于是导致驾驶员思维的觉醒状态和行动的积极反应状态。在这个时候，行为反应表现出了更加积极、迅速、紧张的特征，如果做出正确反应，当然能够较好地解决发生的问题，但也有可能因为紧张的反应造成行为变形，与平时的操作不一致，而造成出错。

驾驶员在正常状态下驾驶时，其动作符合汽车用户理性行为模式，但是驾驶行为是一个复杂的系统过程，驾驶状态受到驾驶员、车辆、外部环境等复杂因素的影响，驾驶员、车辆、环境构成了一个信息交互体统（见图2），驾驶员的行为出错也可能是由系统的各种复杂原因造成，包括内部因素和外部因素。内部因素有：驾驶员疲劳、酒后驾驶、驾驶技能不足、操作失误等；外部因素有：道路条件影响、行车条件影响、气候条件影响等。

图2 驾驶行为信息结构图

三、汽车用户常见出错行为的UCD分析

1.疲劳影响

“疲劳”是指人们经过长时间的体力或脑力劳动所造成的工作能力降低的一种状态。疲劳包括生理疲劳和心理疲劳两种类型，而驾驶疲劳主要属于心理疲劳，是一种感官、神经系统的疲劳。驾驶员在驾驶过程中，注意力一直保持集中，思维处于高度紧张状态，面对各种情况的分析和处理，长时间的这种高负荷运行容易导致驾驶员注意力下降，对突发情况准备不足或者错误判断；导致驾驶疲劳的另一种情况则是驾驶任务中驾驶状态长期没有发生变化，没有新的信息出现，这也极易导致驾驶员疲劳，引发出错。例如在高速公路上的驾驶，驾驶员可能长时间处于跟车或匀速前行状态，这种持续不断的平衡状态也容易导致疲劳。由疲劳造成的行为出错分析如图3所示。

图3 疲劳造成驾驶行为出错示意图

驾驶员疲劳的表现形式和程度各有不同，可以通过客观生理状态测量、主观疲劳感测试等方法来判断驾驶员的疲劳状态[4]。不同的疲劳状态对驾驶员行为的影响并不一样，导致出错的结果也不相同。表1是不同疲劳状态对驾驶员各种行为的影响。

表1 不同疲劳状态对驾驶员行为的影响

2.操作失误

造成驾驶员操作失误的原因可能有很多，按照行为层次的理论来区分，在技能行为中的出错原因有疏忽和过分注意，“疏忽”意味着遗漏和必要的检查核对，最终导致出错。“过分注意”意味着驾驶员在自动行动的过程中不适当的位置或者不适当的时机进行注意检查。例如，驾驶员在十字路口低头检查换挡操作，这种过分注意可能会导致操作出错。规则行为中对操作规则的不理解、记忆错误、混淆是造成出错的主要原因。知识行为中的操作失误主要是驾驶员固有知识的不足及对出现情况的分析错误造成的决策和行为出错。

操作失误既有可能是驾驶员自身原因引起，也有可能是由汽车人机界面和操作装置设计不当及不符合用户固有的生理与心理特性而引起的。

重点介绍“易识性”。易识性是操作件、操作界面的形态、色彩给用户传达信息的易识别程度，易识性高的设计能使用户直接清晰地认识到操作装置的功能、使用方法，从而正确操作；易识性低的设计会导致用户对操作装置用途、规则无法辨识，引起操作出错。易识性的有效性的区间就是识别阈限，识别阈限越大意味着识别性越强，对于能够激发用户感觉产生的最小刺激强度就是绝对阈限，两个相近似的刺激之间能够被用户感觉到的最小差别就是“差别阈限”。

德国心理物理学家E.H. Weber提出的韦伯定律认为，外界刺激之间的最小可识别差与绝对刺激强度是正比例关系。这也就意味着，对用户而言，绝对刺激越强，则识别不同刺激的差别阈限就越大[5]。其公式为：

其中I为标准刺激量，ΔI为此时用户所能觉察强度的最小差别（差别阈限），K为常数，故又称之为“韦伯定律”。

韦伯定律为我们的设计构思提供了一个比较产品被辨别能力的依据。在汽车驾驶行为中，有些操作失误就是因为汽车操作件或者界面设计不当造成的，这些操作件所传达的识别信息不符合韦伯定律。如图4中左右两图分别是国外和国内车辆驾驶室控制器设计。国外驾驶控制器的设计符合韦伯定律，驾驶员可以轻易地准确区分和识别，而国内设计却不符合韦伯定律，很容易造成驾驶员操作出错。

再说说“费兹法则（Fitts’s law）”。Fitts在1954年提出Fitts’s law，这是人机交互领域一条重要的定律，对人类指向任何一个目标的动作建立了一种数学模型。基本的概念是：移动到目标上的时间（T）可以表示为目标距离（D）和目标大小（W）的函数。其公式为：

图4 国外和国内车辆驾驶室控制器的设计比较

其中，a和b都是一个常数[6]。

费兹法则说明，移到任意目标上的时间大约和目标距离除以目标大小的对数成正比。这就意味着：如果用户要触及目标，目标越小越远，移动时间便越长，移动的速度也就越快，因此操作失误率就会越高。费兹法则适用于快速的点的移动，其不适用于不间断连续的运动，可以用来预测手脚向操作装置、按键等移动的速度及效率。通常的点对点运动先是移向目标的一个长距离、快速的运动，然后是移向目标准确位置的细微调整运动，前者可称之为“初步定向”，后者可称之为“精确调整”。初步定向速度较快，而精确调整往往需要耗费较多的时间，也常常导致操作失误。在人机交互设计中涉及点对点运动时，需要运用费兹法则，特别是在要求用户实行快速而准确的操作行为时，需要确保控制器的设计距离较近或者是大，而对不常使用的控制器的设计，可以使其远而小。

20世纪90年代初，美国媒体报道了多起克莱斯勒切洛基吉普车无意识的加速而导致的事故，分析其发生的原因，其实就是刹车踏板和油门踏板的设计不当造成的，这就可以运用费兹法则对其进行解释（见图5）：通常情况下，刹车踏板位于方向盘中线右侧，如福特的金牛，但是，吉普切洛基硕大的传输系统凸出，迫使刹车踏板位置左移，这就增大了脚与刹车踏板的距离，使刹车踏板较难触及。这样的设计违反常规，使吉普切洛基的驾驶员想踩刹车板时，却有可能踩到油门踏板，从而导致操作出错。

图5 切洛基与金牛汽车踏板设计比较

3．道路条件影响

行车道路是由直线和各种曲线组合而成的综合路线，在驾驶过程中，驾驶员需要一边观察视野中的路况，一边操作汽车、控制方向使之适应行车道路情况的变化。根据心理特征，驾驶员在顺着前方视野的路线观察时，驾驶期望当倾向于行车路线和状态会保持不变或者按照逻辑而发生变化，所以，一旦当行车路线出现转折或者变化过大、过于突然，就不符合驾驶员的驾驶期望，使其缺乏足够的心理准备，或对突发状况反应迟钝，从而引起情绪的不稳定或者过度紧张，造成对外界信息的判断错误，并造成操作出错。所以，从道路规划和设计的角度而言，路线设计要充分考虑驾驶员的出错特性——路线设计要合理地将直线和曲线相结合——直线最符合人的驾驶期望，因为视野开阔，安全性最高，曲线设计则要避免过于突然、弯度过大，而且必须通过明显的标识提示驾驶员，但应该注意的是过于单调的直线道路也会使驾驶员产生心理疲劳，注意力放松，以致出现厌烦情绪甚至是打瞌睡，也会影响驾驶的安全。

四、展望

通过聚焦于汽车使用和驾驶行为特征，将人、车、环境系统作为研究对象，分别从操作流程、出错模式、出错原因等几个方面对汽车使用者的非理性行为进行了分析研究，从而建立了汽车用户出错行为研究的基本框架。现有汽车人机界面中许多存在已久的设计是前人重要的贡献，是可用性极强的设计体现，因此在后续的汽车用户出错行为研究中，设计师需要处理好现有汽车界面系统和汽车用户知识体系之间的关系，应该以用户为中心的设计方法作基础，进一步提升汽车人机界面的可用性。

[1] 李乐山．人机界面设计[M]．北京：科学出版社，2016：331.

[2] 谭浩，谭征宇．汽车人机交互界面设计[M]．北京：电子工业出版社，2015：151．

[3] 李淑庆．车辆安全行驶智能系统设想[J]．重庆交通学院学报，2013(1)：116-120.

[4] 郑培，宋正河，周一鸣．机动车驾驶员驾驶疲劳测评方法的研究状况及发展趋势[J]．中国农业大学学报，2001(6)：101-105.

[5] 陈启高，马贯中，丁小中，陈永成，韦延年．广义的韦伯—费昔勒定律[J]．重庆建筑工程学院学报，1991(4):17-22.

[6] PM Fitts．The information capacity of the human motor system in controlling the amplitude of movement[J]．Journal of Experimental Psychology．1992,26(8):113-121.

Analysis of Error Behavior in Automobile Users Based on User Centered Research

LI Xiang

（Wuhan University of Technology，430070 Wuhan）

The research on the error behavior of automobile users is an important aspect of building the behavior model of automobile users. Based on the user-centered theory, this paper systematically studies the error behavior of the automobile users. It analyzes the general operation f ow of the users, the types and causes of errors, and introduces the design rules and knowledge to analyze the main causes of the errors in order to provide a basis for the establishment of the irrational behavior model of the automobile users.

user centered；automobile user； error behavior

J0-03

A

10.3963/j.issn.2095-0705.2016.06.002（0009-07）

2016-10-28

中央高校基本科研业务费资助（151416002）。

李翔，博士，武汉理工大学艺术与设计学院副教授。