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原文传递基于视觉感知的车载显示装置位置测评设计研究

论文题名：	基于视觉感知的车载显示装置位置测评设计研究
关键词：	驾驶分心;车载显示装置;位置测评;布局设计;视觉感知
摘要：	驾驶员将注意力从驾驶主任务分配到与驾驶无关的次级任务的过程时，会导致驾驶员对驾驶环境感知能力和车辆操控能力下降，该行为被称为驾驶分心。随着经济的发展以及车载显示装置（例如，导航系统，音乐系统，智能电话等）的迅速普及，由于使用车载显示装置引起的驾驶分心成为影响行车安全的重要原因之一，受到了人们的广泛关注。研究发现，国内关于以及视觉-操作性任务的分析及其驾驶注意力分散的研究还比较欠缺，也没有形成系统的、成熟的理论，针对车载显示装置对驾驶安全指标的影响也未得到定量的分析，国外普遍研究的是关于认知、听觉次任务对驾驶分心的影响，对于视觉操作型次任务的研究较少；驾驶分心度量指标的也复杂多样，未形成统一标准。　　本文以现阶段驾驶分心研究的最新理论为指导，以视觉特性为基础，通过实验研究车载显示装置的横竖屏以及屏幕位置对驾驶分心和生理负荷的影响，并通过设计实验和问卷调研的方式获得实验数据，得出车载显示装置对驾驶分心的影响规律，建立产品设计阶段评估车载显示装置的安全性指标，提供有关驾驶注意力系统的理论支撑，为车载显示装置布局设计提供建议，并通过用户体验评价模型验证了该结论的有效性和可行性。　　（1）在研究车载显示装置横竖屏及位置对驾驶分心和生理负荷影响的基础上，分析了两者之间的关系：首先通过文献调研的方式，研究了车载显示装置与驾驶分心、认知分心、视觉分心的相关性，驾驶场景下的的认知负荷与视觉特性，基于此总结出车载显示装置与驾驶分心和生理负荷之间的关系，为后续研究奠定了理论基础。　　（2）通过车载显示装置实验设计，分析了车载显示装置横竖屏及位置对驾驶分心变化规律。研究选取了车载显示装置对驾驶分心影响的度量指标，实验自变量为车载显示装置的横竖屏及不同位置。本文基于车载显示装置的不同状态设计了多种分心任务驾驶模拟实验，结合实验设备、实验环境等实验条件，通过模拟驾驶实验的方式，测试了驾驶员操作车载设备时实验数据，重点分析了眼动数据中的注视时长与眨眼频率，生理数据中的心电变异率HRV以及SWAT量表数据，对实验数据进行相关显著性分析。研究结果表明，车载显示装置的屏幕位置和横竖屏对驾驶分心及生理负荷都具有显著性影响，完成相同次级任务时横屏需要的时间最短，人们驾驶时也更倾向于使用横屏；车载显示装置横屏且在中控上方A位置时，驾驶员认知信息所用时间最短，驾驶注意力分散最少；当屏幕依次降低时，驾驶员心率升高，驾驶员视线离开前方的时间增加，驾驶危险系数升高，驾驶注意力及生理负荷受到了影响。因此车载显示装置横屏且在中控上方A处为最佳位置，驾驶分心最少，驾驶安全系数最高，依据实验结果，本文总结了车载显示装置对驾驶分心和生理负荷的影响规律，为车载显示装置对驾驶分心的研究提供度量指标，提供了有关驾驶分心系统的理论支撑，可应用于车载显示装置的在产品设计阶段以及安全性评估。　　（3）基于车载显示装置优化设计案例，验证了本文的实验及理论研究成果的有效性：根据实验数据总结出的车载信息显示装置对驾驶分心和生理负荷的影响规律，旨在通过挖掘用户的潜在需求进行设计，以降低驾驶分心，提升用户驾驶体验为目标。将该设计规律应用于车载显示装置的优化布局设计中，基于用户体验原则，构建车载显示装置评价模型进行实践验证。　　本文研究的结果对与驾驶相关的人为因素、心理因素和人机交互领域具有一定意义，增强了人们对车载显示装置的重视，并且考虑信息显示不同的位置对人们视觉注意力的分散程度与浏览信息消耗的时间，结合驾驶员的视觉涉及的范围，从而减少驾驶员离开前方视野的时间，降低驾驶分心，提高驾驶安全系数。除此之外，也应该考虑驾驶员的情绪，好的情感体验会影响驾驶员对产品的信赖和认可，从而增强人-车-环境的和谐互动，因此在车载显示装置位置在设计时，需综合考虑驾驶员视觉认知、心理认知，生理负荷、驾驶情绪等因素，从而降低驾驶分心，提高驾驶体验。
作者：	王国旭
专业：	工程
导师：	杨君宇;刘万光
授予学位：	硕士
授予学位单位：	天津大学
学位年度：	2021