駕駛?cè)塑噧?nèi)次任務(wù)疊加實(shí)驗(yàn)研究

關(guān)闖，趙媛劼，谷亞蒙，劉毅坤

（長(zhǎng)安大學(xué) 汽車學(xué)院，陜西 西安 710064）

前言

隨著車載多媒體系統(tǒng)的快速發(fā)展，駕駛?cè)藞?zhí)行車內(nèi)次任務(wù)的情況明顯增加，而駕駛過(guò)程中執(zhí)行車內(nèi)次任務(wù)會(huì)對(duì)駕駛行為會(huì)產(chǎn)生不同程度的影響，進(jìn)而對(duì)道路車輛、行人造成安全隱患，因此開(kāi)展車內(nèi)次任務(wù)對(duì)駕駛?cè)笋{駛行為的研究顯得非常必要。

Rakauskas等[1]利用駕駛模擬器研究了不同的手機(jī)通話難度級(jí)別對(duì)駕駛?cè)笋{駛行為的影響，結(jié)果表明無(wú)論通話難度大小都會(huì)增加駕駛負(fù)擔(dān)。Steven等[2]以駕駛過(guò)程中超速、碰撞、錯(cuò)過(guò)停車標(biāo)志等的次數(shù)為試驗(yàn)指標(biāo)，研究了手機(jī)通話對(duì)駕駛?cè)笋{駛行為的影響。瑞典道路與運(yùn)輸研究所、新西蘭Roland Matthews等研究了機(jī)動(dòng)車駕駛?cè)嗽诓煌慕煌ōh(huán)境下，駕駛?cè)耸殖质謾C(jī)通話、免提通話以及不進(jìn)行通話3種狀態(tài)的駕駛行為的表現(xiàn)進(jìn)行了分析[3-5]。王搶等[6]在虛擬環(huán)境下研究了視覺(jué)以及聽(tīng)覺(jué)次任務(wù)對(duì)駕駛員視覺(jué)特性的影響和差異性，統(tǒng)計(jì)視覺(jué)搜索面積、瞳孔面積和次任務(wù)完成時(shí)間等指標(biāo)，得出視覺(jué)次任務(wù)對(duì)駕駛?cè)说挠绊懜鼮槊黠@的結(jié)論。

本文針對(duì)駕駛過(guò)程中視覺(jué)、認(rèn)知以及視覺(jué)和認(rèn)知疊加次任務(wù)對(duì)駕駛?cè)说挠绊懻归_(kāi)研究，在駕駛模擬器上應(yīng)用換道測(cè)試（LCT）為主任務(wù)，并且設(shè)計(jì)了相應(yīng)的認(rèn)知、視覺(jué)和疊加次任務(wù)，最后統(tǒng)計(jì)部分車輛運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行駕駛績(jī)效分析。

1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境和設(shè)計(jì)

1.1 LCT標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)環(huán)境

LCT（換道測(cè)試）是一個(gè)依托于PC機(jī)的駕駛模擬器，其包括了ISO制定的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)環(huán)境和操作流程。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中要求駕駛?cè)吮３?0km/h的車速勻速行駛，測(cè)試的場(chǎng)景路段會(huì)隨機(jī)出現(xiàn)3種換道標(biāo)志，要求駕駛?cè)嗽诳辞鍝Q道標(biāo)志后盡快完成相應(yīng)的換道動(dòng)作，同時(shí)PC機(jī)記錄車輛的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)[7]。通過(guò)LCT可以定量地表現(xiàn)由于執(zhí)行車內(nèi)次任務(wù)而引起的駕駛?cè)笋{駛性能的退化程度。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

本次實(shí)驗(yàn)為組內(nèi)實(shí)驗(yàn)，選取來(lái)自不同年齡、性別、職業(yè)以及駕齡的10名駕駛?cè)耍渲校?名男性，5名女性，平均年齡28歲，平均駕齡2.1年，并要求駕駛?cè)艘暳蛘叱C正視力達(dá)到相關(guān)要求[8]。實(shí)驗(yàn)在單屏駕駛模擬器上進(jìn)行（模擬器包含座椅、方向盤(pán)、變速器、踏板等相關(guān)設(shè)備），同時(shí)使用手機(jī)作為虛擬車載信息服務(wù)設(shè)備。

在駕駛?cè)耸煜ゑ{駛模擬器后進(jìn)行LCT基本換道測(cè)試，車輛行駛路徑偏差不高于1.2，每名駕駛?cè)诉M(jìn)行4組實(shí)驗(yàn)，完成每組實(shí)驗(yàn)后駕駛?cè)诵菹?分鐘后進(jìn)行下組實(shí)驗(yàn)，其中：

1）主任務(wù)為L(zhǎng)CT駕駛?cè)蝿?wù)。

2）視覺(jué)次任務(wù)為觀看手機(jī)給出的PPT，駕駛?cè)嗽谔崾疽羝陂g將視線由道路前方轉(zhuǎn)向手機(jī)PPT界面。

3）認(rèn)知次任務(wù)為記憶并復(fù)述手機(jī)以音頻給出的四位隨機(jī)自然數(shù)。

4）疊加次任務(wù)為記憶并復(fù)述由手機(jī)以PPT給出的四位隨機(jī)自然數(shù)。

為避免學(xué)習(xí)效應(yīng)，實(shí)驗(yàn)中視聽(tīng)數(shù)據(jù)均為隨機(jī)抽取，執(zhí)行次任務(wù)的總時(shí)長(zhǎng)控制在4s。

表1 實(shí)驗(yàn)組及任務(wù)設(shè)計(jì)

2 車輛運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)

2.1 典型車輛軌跡變化

圖1 次任務(wù)換道偏差

LCT換道測(cè)試中會(huì)產(chǎn)生隨時(shí)間變換的車輛軌跡信息和方向盤(pán)轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)，圖1為車輛由左側(cè)車道換入中央車道時(shí)車輛橫向位置隨時(shí)間變化數(shù)據(jù)，不同次任務(wù)下車輛位置信息有明顯差異。駕駛?cè)嗽趦H執(zhí)行LCT基本換道任務(wù)時(shí)，駕駛?cè)说能嚨辣３帜芰?yōu)秀，車輛的中心橫向偏移小于4m；駕駛?cè)嗽趫?zhí)行認(rèn)知次任務(wù)時(shí)，車輛的中心橫向偏移雖有增加，但還是保持在4m左右，同時(shí)駕駛?cè)说能嚨辣３帜芰Τ霈F(xiàn)一定的下滑；而駕駛?cè)藞?zhí)行視覺(jué)次任務(wù)和疊加次任務(wù)時(shí)，車輛的橫向偏移均接近或達(dá)到5m。

2.2 典型方向盤(pán)轉(zhuǎn)角變化

駕駛?cè)藘H執(zhí)行LCT主任務(wù)時(shí)，方向盤(pán)保持平穩(wěn)，車輛的最大轉(zhuǎn)向角為5°；在執(zhí)行認(rèn)知次任務(wù)下方向盤(pán)出現(xiàn)一定的波動(dòng)，最大轉(zhuǎn)向角超過(guò)7°，駕駛?cè)说姆较虮３帜芰Τ霈F(xiàn)下滑，而在執(zhí)行視覺(jué)次任務(wù)和疊加次任務(wù)時(shí)方向轉(zhuǎn)向角均達(dá)到10°左右，駕駛過(guò)程中表現(xiàn)為車輛一次性換道成功率低，需要進(jìn)一步調(diào)整車輛姿態(tài)位置，并且疊加次任務(wù)下車輛的方向盤(pán)轉(zhuǎn)角波動(dòng)相較視覺(jué)次任務(wù)下更加明顯。

圖2 次任務(wù)方向盤(pán)轉(zhuǎn)角

3 單一指標(biāo)特性分析

3.1 平均路徑偏差

平均路徑偏差MD是實(shí)際換道路徑與理想換道路徑之間的包絡(luò)面積除以行駛距離的結(jié)果[9]。

式中：Xd,i為車輛橫向偏移量；Xp,i為車輛實(shí)際運(yùn)行時(shí)的車輛橫向位置；同樣X(jué)r,i是車輛理論運(yùn)行路徑的橫向距離；式（1）中s為分析的數(shù)據(jù)單元個(gè)數(shù)；Yi+1，YI-1分別為i+1和i-1時(shí)車輛的縱向位置，i是車輛運(yùn)行時(shí)不同的時(shí)間點(diǎn)。

駕駛?cè)藞?zhí)行各組次任務(wù)下的平均路徑偏差如圖3所示，認(rèn)知任務(wù)組與基本任務(wù)組相差不大，認(rèn)知任務(wù)組平均路徑偏差的均值要略大于基本任務(wù)組；而視覺(jué)任務(wù)組和疊加任務(wù)組的平均路徑的偏差要明顯大于基本任務(wù)組和認(rèn)知任務(wù)組，疊加任務(wù)組的均值小于視覺(jué)任務(wù)組。數(shù)據(jù)證明了執(zhí)行次任務(wù)使駕駛?cè)笋{駛績(jī)效降低的結(jié)論，同時(shí)也表明，疊加此任務(wù)下駕駛績(jī)效下降的最為嚴(yán)重，視覺(jué)次任務(wù)次之，認(rèn)知次任務(wù)雖有下降但是變化不大。

圖3 平均路徑偏差

圖4 正確換道比例

3.2 正確換道比例

駕駛?cè)藞?zhí)行不同類型次任務(wù)時(shí)的正確換道比例有一定的差異，基本任務(wù)組的正確換道比例為97.25%；認(rèn)知任務(wù)組的正確換道比例為89.87%；視覺(jué)任務(wù)組的正確換道比例為85.18%；疊加任務(wù)組的正確換道比例為75.97%。由此可見(jiàn)基本任務(wù)組的正確換道比例最高，認(rèn)知任務(wù)組次之，疊加任務(wù)組的正確換道比例最低。

3.3 車道偏移次數(shù)

駕駛?cè)藢?shí)際駕駛路徑超出LCT理論范圍內(nèi)的次數(shù)稱之為車道偏移次數(shù)。統(tǒng)計(jì)駕駛?cè)藞?zhí)行不同次任務(wù)下的車道偏移次數(shù)，結(jié)果表明：LCT基本任務(wù)組車道偏移次數(shù)平均值為0.25次，認(rèn)知任務(wù)組為0.33次，視覺(jué)任務(wù)組為1.33次，疊加任務(wù)組為2次。視覺(jué)任務(wù)組和疊加任務(wù)組明顯高于基本任務(wù)組和認(rèn)知任務(wù)組。

4 結(jié)語(yǔ)

本文運(yùn)用LCT標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)環(huán)境提供的車輛軌跡信息和平均轉(zhuǎn)向角以及新增的平均路經(jīng)偏差、正確換道比例和車道偏移次數(shù)為實(shí)驗(yàn)指標(biāo)。就四種不同類型次任務(wù)下駕駛?cè)笋{駛績(jī)效的變化進(jìn)行了定量評(píng)價(jià)，實(shí)驗(yàn)表明：視覺(jué)疊加次任務(wù)對(duì)駕駛?cè)笋{駛行為影響最大，駕駛性能退化最為明顯，視覺(jué)次任務(wù)次之，認(rèn)知次任務(wù)最小。