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2021HMI大会丨陈芳:驾驶员分神,疲劳的理论研究和HMI设计标准

时间:2021-04-16 18:32:26|来源:|编辑:网络|点击:

2021年4月13日,由盖世汽车、慕尼黑上海电子展联合主办的“2021中国汽车人机交互HMI创新大会”隆重召开。本次大会旨在聚集汽车HMI领域的杰出人才、UX/UI设计师以及前瞻规划研究人员分享全方位汽车人机交互领域的创新理念、技术趋势、行业焦点、现实挑战及应用解决方案。会议期间,一汽集团总部产品策划及项目管理部用户体验高级主任陈芳发表了“驾驶员分神,疲劳的理论研究和HMI设计标准”的主题演讲。

以下为演讲实录:

大家好,到现在为止,大家都是介绍产品和交互概念,我把你们的大脑转到比较基础的内容上面,就是驾驶分神与疲劳。

关于驾驶分神,相信不是很陌生的话题。驾驶分神题这个问题始于90年代中期,最早提出来打电话会引起驾驶分神,是我一个瑞典的同事 Hakan Alm,第一次报道出来就是手机打电话会对驾驶产生联系,从那开始全世界就产生了一系列驾驶分神的研究。驾驶分神有很多起因,驾驶员分神,注意力不集中和注意力不足,这是三个不一样的东西。驾驶分神有视觉分神和听觉分神,还有操作分神,认知分神,主要是视觉分神产生的影响很大。

人通过眼睛获取信息量是80%以上,那么在汽车中人通过眼睛获取的信息是80-90%,所以视觉分神是比较重要的,也是能够测量的。听觉分神的影响不是太大,操作分神和认知分神,尤其认知分神不太好测量,所以一般大家研究的主要是视觉分神造成的影响。

为什么会有分神的影响?因为开车相当于是多模态的操作,人在注意力资源分配的时候会根据信息来源和操作方式的不同对人的资源需求产生不一样。不同的信息在大脑中的编码也会不一样,对人的资源,所谓记忆力,注意力资源要求也会不一样,这是对资源做一个简单的说明。

 我为什么说这个东西很重要呢?不管我们现在的自动驾驶到了什么样的程度,其实对于大多数人来讲,在未来很多年之内还是手动驾驶。因为自动驾驶最早要实现是在高速公路上,但是对于大部分的城市交通来讲,汽车还是从A到B的运输工具,在城市内交通,上海也好,各个城市也好,我估计开自动驾驶的可能性不是太大,因为道路太过复杂,我们还没有这个能力去解决这么复杂的道路状态,所以肯定还是手动驾驶。

手动驾驶必须要面对这个问题,就是怎么安排。到现在为止谈论最多是信息娱乐系统,今天没有几个人谈主动安全,主要是信息娱乐系统,各种各样让人很兴奋的设计模式,但是百分之八九十新的设计交互模式实际上对人都是产生分神的影响,对驾驶本身都是产生分神的影响,那么我们就要很好的掌控住,你怎么去设计这些东西,使得不给驾驶员造成潜在的安全影响。

驾驶员在驾驶操作过程当中会造成驾驶负荷,有很多因素,有基本驾驶任务,还有道路的复杂性,交通流情况,驾驶员的状态,这些都会造成驾驶工作负荷。一旦你的负荷超出你的能力就会造成驾驶的不安全,人对复杂的驾驶系统没有足够能力处理好所有问题。

对于分神的监测,在这点上,我估计技术已经相当成熟了,包括眼动的监测,闭眼率监测,脑电监测。我们在驾驶过程中一般人来讲分神时间有25%,可能是你在听音乐也好,跟人讲话也好,打电话诸如此类的,真正开车的没有一个人能说100%开车的,所以分神是一直存在的。

从中国交通事故成因来比,分神引起达到47%,达到309.9万起,所以这是不可忽略的一件事情。这里讲到了人在汽车中都会干些什么事情呢?打电话,跟乘客交流,听歌,发简讯,调整收音机,输入目的地,查看导航信息,吃的,喝的这些都会造成一定的分神。

分神相关因素,包括年龄,经验性格,周边环境,内部和外部因素,这些都会对分神造成影响。如果说车内操作的问题哪些影响因素最大呢?拨号(手持操作)伸手拿别的物体,打字输入,阅读或填写这也是风险很大,比如说在驾驶过程中输入新的地址,这是经常做的一件事情。阅读,我估计大家可能会忽略,前面也有人提到语音交互,现在车上语音交互有一个很大问题,因为语音还没有达到100%识别率,你讲进去以后它可能识别你或者识别错误,错误率还是很高的。实际上语音识别错误率很难避免,为了能确认识别,屏幕上就会读出一行字,本来是想用语音解脱视觉分神,实际上是增加了视觉的分神,所以我对目前车内车载语音系统交互设计是非常不赞成的。但是怎么去解决这个问题,这可能是各个供应商,各个专家也应该想办法解决的问题。

不同的驾驶分神对操作会产生不同的影响。认知分神更多是脑子不在这个路上,虽然眼睛看着前方,但是因为分神的原因,你的反应速度在下降,对道路刺激的反应速度会下降,更多的视觉分神也就看不见。

国际上在这方面研究主要还是以视觉分神为主体。这个分神研究,就是说对于交通设计来讲,如果我们要有建成一个标准,甚至将来要建成一个国家标准,我估计就是分神。

你看NHTSA是美国的标准系统,他做了非常多的项目,非常多的研究,视觉和手动的分神,接下来还有声音分神,这两大分神将来都会成立国家各种各样的标准。

这是NHTSA关于手动输入和视觉输出所造成的分神,已经有这么多的文献来谈论这个问题

ISO国际标准在这方面也有大量的标准出现。在这种情况下,我们可以总结,对于操作来讲容易产生视觉分神的可能性有多大。如果大家真的想要研究分神,最好按照他们这些标准来操作。

那么得出什么样的结论呢?这是两条非常公认的结论,就是说你做任何设计要保证驾驶员的眼睛视线不要离开前方路面2秒钟,因为你的眼睛从前方路面到信息,中控屏也好,仪表盘也好,人的视线从前方道路到仪表盘单程晃动是0.3秒,视线要往仪表盘左上角是0.5秒,现在是大屏幕如果往下1-2秒就不够了,如果道路复杂根本不敢看那个地方。这2秒的数据可是来自相当大的数据量支撑的,有实验室的数据,有FOT数据,就是在实车上安装很多摄像头在到路上开获取车内车外驾驶员的信息在分析,这是美国最早提出来的。

光是2秒不够,你说一个任务我可以分好多次走,那么第二点就说了,每个任务眼睛离开前方路面的最大允许总时间不应该超过15秒,否则就是不好的设计。这两点限制非常重要。

这是从前年开始制定中国的分神标准,因为中文文字的阅读方式与英文文字是不一样的。ISO标准也好,NHTSA也好实验用的是英文字,那么中文字是方块文字,阅读模式,阅读方式,甚至在人大脑中识别的位置都不太一样,所以这个标准必须按照中国人的阅读模式,中国人的驾驶方式从头进行研究,这次上海爱乐克智能科技有限公司承做了所有的试验任务。

这个标准是基于CAICV与汽标委的团体标准平台,为车内中文文字的使用而设立,第一期工作,这些是所有的参与方和牵头单位。我们做了相当大量的实验,按照标准的操作来完成的实验过程。采用的样本量是128个有效样本,根据国际标准方式来做。

关于中文字的特点特征,因为涉及到中文字的基础内容,所以我们跟方正集团也参与了,因为对于中文字的研究来讲,方正集团还是比较有权威性的。在字的选择性,难易程度都做了非常多的考虑。对于中文字各方面采取了中国的文字标准都接收进来了。比如说一句话最多多少字,不能超过多少字,超过了,眼睛离开路面的时间就要增强了。一段文字最多多少个文字,不能超过这个字数。在字号研究的时候我们强调75%的正确率,因为不可能达到100%,有很多因素造成的。

最后得出来的结论,最小识别率,车载文字最小物理字高不小于4.4mm(实验中的18pt字),低于4.4mm很多人就看不见了,我们这个实际上是75%的人能看得见。建议车载文字单次消息提示不超过12个字。完成单次任务消息提示总量不超过30个字。因为好多步骤去完成,一旦步骤多了,在操作过程中错误率就会增加,所以可用性确保情况下才能按照这个标准,如果确保不了需要重新设计,不能让用户有误操作或者不能完成这个任务,所以这个要求还是蛮严格的。

这套标准目前正在实施中,作为供应商也好,主机厂也好,将来产生国家标准的话希望各车厂严格执行,如果你要想对你的用户,对驾驶员负责的话,我们也希望各车厂主动遵循这个标准。当然很多操作不是这么简单,有很多问题,我们让爱乐克公司他们做了很多实验,他们有能力帮助你们来证明系统是不是符合规范。

再讲一下驾驶疲劳,这方面的研究在美国60年代就开始研究了,对驾驶疲劳来讲有很多的经验和数据,也有很多的研究。

疲劳跟分神不一样,疲劳可以检测,但是不好预测,很难预测到疲劳。疲劳对驾驶的影响也因人而异,一般性规律不是很容易找到。而且疲劳有很多种,解决疲劳的办法也是有限,最好的办法就是让大家充足地睡眠。你发现你疲劳了停下来休息会儿。其他的办法有把窗户打开让风进来,把音乐开大声,这是最常见的做法,但是实际上没有什么效果。昼夜规律还是很重要的。尤其开公共汽车2个小时要休息一下,缓解你的疲劳。有时候疲劳自己不自知的,不知道自己疲劳了,你看产生疲劳的因素有很多。

尤其是汽车运动的节律与人体血液循环产生某种共鸣,所以就很难克服,这也是变成自动驾驶以后很大的问题,你从驾驶员变成了一个乘客,那么你可能很容易犯困,你犯困让你接管的时候接管不过来了,因为你还没醒过来呢,这也是很难解决的一个问题。

自动驾驶的被动疲劳,因为你变成了一个乘客,所以产生了很多反应变慢,反应时间更长,警惕性降低,信息处理能力减少,这是常见的一种效果。

还有一种疲劳是最恐怖的叫“微睡眠”,可能大家都有这个概念,你又是开车的,开着开着突然一下,就那么一会儿,几秒钟,闭一下,好像一下子清醒了,但是那一下其实是特别危险,因为那一下一瞬间超过2秒了,超过2秒没有关注车外的信息。你自己觉得你疲劳了,但是你不能预测你什么情况下出现这种情况,所以为了克服这个问题,长途驾驶有道路保持系统。我最近刚刚把很多国际标准重新看了一遍,对道路保持系统的预警要用方向盘振动,这是为了克服微睡眠,最佳办法就是通过方向盘运动把你震醒。

应对疲劳的处理,你知道疲劳了,那怎么克服让车上更安全,应该说我还没有看到非常好的解决模式,所以说对于长途旅行,长途商用车来讲,可能国家管理是很重要的,发现有疲劳倾向还是要尽快的让你去休息,就是时间的安排,节律的安排。还有一些人是睡眠不好,就尽量不要开车。

这是商用车事故调研,可以发现,困倦造成的事故率还是很高的,占到11.8%。

疲劳检测,到目前来讲方法也比较成熟了,不需要做那么大量的研究,基本上各种各样的数据都有了。现在最大问题是如何解决疲劳的问题,我估计很难有很好的办法。你真要犯困了,你是没有办法通过音乐或者什么弄醒的,可能需要下去走走路喝喝咖啡才行。

这里再简单贩卖一下我刚写的一本书,今年8月份出版,关于以人为本的智能汽车交互设计,由中国机械工业出版社出版,这是大概的目录,我和一个荷兰教授一起写的,好,谢谢大家。

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