车内音频娱乐系统操作对驾驶绩效的影响研究*

马艳丽 高月娥 史惠敏

(哈尔滨工业大学交通科学与工程学院 哈尔滨 150090)

车内音频娱乐系统操作对驾驶绩效的影响研究*

马艳丽 高月娥 史惠敏

(哈尔滨工业大学交通科学与工程学院 哈尔滨 150090)

研究车内音频娱乐系统操作对驾驶绩效的影响，对于减少因驾驶分心所导致的驾驶差错意义重大.采取车内音频操作实验测试法，对比研究车载及便携式音频娱乐系统对驾驶绩效的影响，给出基于驾驶人扫视行为的减少驾驶分心的预防策略.结果表明,执行较难iPod音频操作导致驾驶绩效变差，驾驶人对危险事件的感知反应时间增加了141%或0.17 s，注视前方道路的时间减少了10%，注视车内的时间增加了37 s，车辆发生冲突次数明显增加.多于8次扫视或操作需15 s以上才能完成的操作，不适宜在车辆行驶时操作.

交通工程;车内音频娱乐系统;实验测试;驾驶绩效;减少分心对策

0 引 言

车内音频娱乐系统在丰富车内娱乐生活的同时，也带来一定的安全隐患.研究发现，音频娱乐系统的使用(调整收音机/CD)可导致11%的驾驶分心碰撞事故，CD播放器使用致使碰撞的危险成几倍增长[1].而车内音频娱乐系统是驾驶员经常使用的车内资源，如何减少因车内音频娱乐系统操作所导致的驾驶分心及驾驶差错，寻找解决车内任务潜在危险的有效方案，对于降低道路交通事故、提高道路交通安全水平意义重大.

导致驾驶分心的音频娱乐系统资源很多，包括车载收音机、CD、MP3播放器和导航系统等，其中，车载收音机一直被认为是一个潜在的事故诱导因素[2].研究发现，约20%的18～24岁间的驾驶人驾驶车辆时会选择便携式音频娱乐系统上的歌曲[3].便携式音频娱乐系统操作需要更多的触觉反馈，更容易吸引驾驶人的视觉注意，会显著增加驾驶人的反应时间，进而影响驾驶绩效[4].尽管驾驶人有超过70%的开车时间使用音频娱乐系统，而针对这些系统对驾驶分心影响的研究则还比较少，相比较而言，新技术对驾驶绩效的影响研究更少[5]，因此，研究音频最新技术对驾驶绩效的影响是非常必要的[6].

文中研究实车驾驶状态下不同音频娱乐系统操作对驾驶绩效的影响，分析通过练习是否可以减轻其对驾驶绩效的影响程度，进而给出减少音频系统分心的对策，为驾驶安全培训及驾驶行为干预策略提供方法支持.

1 车内音频操作分心实验设计与分析

1.1 被试者

20名年轻被试者中，10名女性、10名男性，均取得驾驶资格证，驾龄为2～7年.每名被试者的驾驶里程均在5 000～10 000 km之间，能够对车辆进行熟练操作，驾驶经验较为丰富，能够应对突发状况.被试者身体和心理健康、无视觉和听觉障碍、实验前未饮酒或服用药物.被试者的驾驶经历和视力情况见表1.

1.2 实验设备

实验车辆为小客车，实验设备包括iView X HED眼动仪、苹果iPod touch、前方探测雷达，行车记录仪、前方探测摄像头，偏航传感器，方向盘转角传感器，刹车制动传感器， Safe TRAC车道跟踪仪.

表1 被试者自然特征

1.3 驾驶绩效测试指标

没有单一的驾驶绩效衡量指标可以获取某一分心特性的所有影响[7].一些实际道路和模拟驾驶研究发现，视觉和感知任务分心对驾驶绩效的影响不同，针对音频操作对驾驶绩效影响的重要性，同时参考国外相关研究成果，确定驾驶绩效度量指标包括：危险感知时间、车辆控制(速度、转向盘转角偏差)、任务操作时间、眼动(扫视频率，视扫视总时间)、冲突及差错.

1.4 实验设计

实验地点选在市区道路及郊区公路上进行，道路为双向八车道或六车道，路段线性良好，无小半径曲线，路面状况良好，标志标线齐全，交通状况良好.

调谐收音机通常作为其他次任务分心评价的参考任务[8].车载收音机操作要求被试者根据实验人员的指令对车载收音机进行操作，分别进行2次调频和声音的调节；车载CD操作要求被试者进行3次CD光盘的更换及4次曲目的更换，CD播放的内容需是对驾驶员有一定吸引力的音频内容；iPod实验操作，选取简单和复杂操作(涉及视觉、动作及认知分心)进行操作培训.简单操作有1或2个操作步骤，包括关掉音频，暂停，选择几个歌曲；复杂操作需要5～7个步骤，要求打开音频，并从歌曲列表中找到某一个特定歌曲，包括3项简单和3项复杂操.

2 实验数据分析

数据分析采用方差分析法，采用多次实验法收集各驾驶人及车辆运行数据，数据变量包括感知时间，反应时间、最小车头距离、操作音频期间车速的变化，车道位置标准偏差、速度标准偏差、横向和纵向目光注视点变化，完成操作所花费的时间等.驾驶员眼动数据进行方差分析，见表2.

表2 眼动指标差异性分析结果

由表2可见，在α=0.05的显著水平条件下，不同音频系统的操作对驾驶员造成的眼动扫视行为具有显著性差异(P=0.019<0.05).

车载收音机、CD及iPod 操作操作对驾驶绩效的影响均值数据，见表3.

表3 音频操作对驾驶绩效的影响情况

研究发现，简单音频操作对驾驶员各通道的影响不大.简单音频操作完成仅需要很短的时间，车载收音机操作需总扫视时间为1.56 s，车载CD需2.60 s，iPod约8.6 s，而完成复杂操作的平均时间差异较大，约为38.83 s，完成不同音频操作所需时间差异导致其对驾驶绩效的影响完全不同.

执行iPod操作会导致驾驶分心，影响驾驶人对车辆的控制.iPod简单操作对车辆控制的影响不大，而执行iPod复杂操作与操作车载收音机及CD相比，转向转角变化大.

执行音频操作影响驾驶人对危险事件的感知能力.当执行音频复杂操作时，驾驶人对事件探测的感知反应能力下降，iPod操作反应时间增加了0.17 s.超出平时的141%，注视前方道路的时间减少了10%，注视车内的时间增加了38%，车辆发生冲突的次数明显增加，对前车采取制动的感知反应时间增加了0.31 s.

执行音频操作会增加扫视次数.驾驶人完成复杂音频操作需要将注意力转移到车辆控制和音频操纵操作上.此时，驾驶人执行iPod操作需增加约16次扫视才能完成，注视车内的时间比完成基准任务增加了37 s.

音频操作占用视觉及认知资源，注意需要从道路转移到音频界面.操作复杂IPod音频操作，驾驶人对前车刹车事件探测的感知反应时间增加了26%.

3 车内音频娱乐系统操作建议

美国汽车制造商联盟(AAM)指出，车辆在行驶时，完成某项操作时总扫视时间不应超过20 s，单次扫视时间不应超过2 s，驾驶时执行车内任务满足该标准认为是安全的[9].单次扫视持续时间大于2 s，增加至少两倍的严重冲突或碰撞风险，单次扫视持续时间小于2 s，没有增加碰撞风险.

采用操作完成时间及扫描频率推荐值作为限定标准，音频操作下视扫视频率及操作完成时间，对比分析iPod简单及iPod复杂操作是否符合标准建议，得到音频iPod任务下视扫视频率及任务完成时间关系，见图1.

图1 iPod音频扫视次数及任务完成时间

由图1可知，iPod简单少于8次扫视及可以在15 s钟内完成；iPod音频复杂操作，平均需要17次扫视，38.8 s才能完成操作.因此，认为某项操作的完成多于8次扫视或车辆行驶时完成操作时间需多于15 s才能完成，则认为此操作在车辆运行时不易操作，复杂音频操作不适宜在车辆行驶时操作.

4 结 论

1) 音频娱乐系统的使用会影响车道保持能力，收音机或者CD播放器听觉刺激不会增加注视点离开道路或者双手握方向盘的时间，复杂操作iPod时会造成驾驶人分心，车辆的平均速度减小，行车速度下降15 km/h.

2) 执行简单iPod音频操作对驾驶绩效只有较小的影响，执行较难iPod音频操作导致驾驶绩效变差，驾驶人对危险事件的感知反应时间增加了141%或0.17 s，注视前方道路的时间减少了10%，注视车内的时间增加了38%，车辆发生冲突的次数明显增加；

3) 某项车内操作的完成多于8次扫视或操作需多于15 s才能完成，则认为此操作在车辆运行时不易操作，复杂音频操作不适宜在车辆行驶时操作.

[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.

[7]ALTMANN E M, TRAFTON J G. Memory for goals: an activation-based model[J]. Cognitive Science: A Multidisciplinary Journal,2002,6(1):39-83.

[8]马艳丽,冷雪,胡宝雨.车载信息系统操作对驾驶员动作分神的影响[J].交通运输系统工程与信息,2015,15(4):204-209.

[9]JAMES R J, LANA M T, MICHAEL M. Testing assumptions implicit in the use of the 15-second rule as an early predictor of whether an in-vehicle device produces unacceptable levels of distraction[J]. Accident Analysis & Prevention,2008,40(2):628-634.

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

*国家自然科学基金项目资助(51108136)

U491

10.3963/j.issn.2095-3844.2017.03.019

马艳丽(1974—)：女,博士,副教授,主要研究领域为道路交通安全、驾驶行为特性