發(fā)布時間：2020-07-14所屬分類：醫(yī)學論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：為了研究駕駛時不同的車輛預警方式對駕駛人應激反應的影響，為汽車廠商設計預警信號參數(shù)和設置預警方式提供參考依據(jù)，選取了20位駕駛人開展聽覺、視覺、觸覺的單一預警方式和復合預警方式實驗，采集了駕駛人的生理變化指標(心率增長率和腦電波功率譜值
摘要：為了研究駕駛時不同的車輛預警方式對駕駛人應激反應的影響，為汽車廠商設計預警信號參數(shù)和設置預警方式提供參考依據(jù)，選取了20位駕駛人開展聽覺、視覺、觸覺的單一預警方式和復合預警方式實驗，采集了駕駛人的生理變化指標(心率增長率和腦電β波功率譜值增長率)、主觀評價指標(緊迫度和煩惱度)和行動反應指標(反應時間)數(shù)據(jù)。對各指標數(shù)據(jù)進行了方差分析和非參數(shù)檢驗，研究了各指標在不同預警方式下的差異性。結果表明：相比于單一預警方式，復合預警方式在生理變化和主觀評價指標數(shù)據(jù)上均有上升，在行動反應指標數(shù)據(jù)上有所下降，說明復合預警方式雖然對駕駛人的生理喚醒有更積極作用，但同時伴隨著煩惱等更消極的影響。綜合考慮各預警方式，建議汽車廠商使用聽-觸覺和視-觸覺的復合預警方式。
關鍵詞：單一預警;復合預警;駕駛人生理特性;反應時間;主觀評價
0引言
不同的預警方式對駕駛人的生理和心理造成不同的影響，也導致不同的應激反應。而且，車輛預警使得駕駛人所需獲取的信息增多，增加駕駛人在駕駛時的精神負荷，從而影響駕駛行為。如果警示方式不能與駕駛人的感知判斷一致，將大大減弱預警的效果，甚至造成適得其反的不良效果。
針對預警方式對駕駛人的影響，Emily E.等人使用模擬器研究了預警的聲音參數(shù)對預警效果的影響，研究發(fā)現(xiàn)提高聲音頻率和密度的緊急參數(shù)可以使駕駛人加強車輛制動[1];茍銳[2]，Ho[3]等人對觸覺預警進行了研究，發(fā)現(xiàn)觸覺預警有效的引起駕駛人注意力，并能引導駕駛方向;文獻指出視覺預警對駕駛行為有一定的幫助，且對駕駛人的干擾較小。J.J.Scott等綜合聽覺、視覺、觸覺預警方式進行了研究，結果表明觸覺預警提高了駕駛人的警惕性和專注力，駕駛人在觸覺預警下的反應時間最短，其次是聽覺，最后是視覺。
對于駕駛人應激反應的研究，陳雪梅將心率、血壓、皮膚導電性作為駕駛人應激反應的生理指標，對駕駛人進行潛在危險場景操作實驗，實驗結果表明，駕駛人受到刺激后，生理指標有較為明顯的變化。吳初娜指出，駕駛人的應激反應評估指標出了心率等生理指標外，還包括反應時間等行動指標;李家文則從理解性、覺察性和接受性三個心理指標方面，研究了駕駛人在不同疲勞狀態(tài)下，聽覺、視覺和觸覺3種不同預警方式對其影響。
近年來道路危險狀況的預警準確率大大提高，防碰撞預警系統(tǒng)可靠性增強。預警方式也多樣化，從傳統(tǒng)的聲音預警向視覺和觸覺預警發(fā)展、從單一式預警向組合式預警轉變。然而現(xiàn)有文獻主要研究單一預警方式對駕駛人的影響，對復合預警方式的研究相對較少，研究結果相對片面。為了彌補已有研究的不足，本文將綜合單一預警方式和復合預警方式，對駕駛人的生理變化、心理變化和行動反應變化進行研究，多維度、全面地反映預警方式對駕駛人應激反應的影響。
1預警方式與應激反應指標選取
1.1預警方式選取
現(xiàn)在使用于車輛預警的主要有聽覺、視覺以及觸覺預警信號，因此，本文主要對聽覺預警信號、視覺預警信號以及觸覺預警信號進行實驗分析。
前人對抽象音、聽覺圖標和語音等聲音預警方式做過大量研究，普遍結果表明抽象音給人帶來更高的緊張感，更短的反應時間和更小的偏離中心車道平均距離和車輛行駛軌跡標準差，在緊急情況下接受度最高。本文選用抽象音進行預警，響度設置為80dB。
目前常用的視覺預警方式主要包括LED(發(fā)光二極管)、屏幕動畫、特定圖標等方式。其中LED被證明對駕駛人注意力干擾最小，且能在很短時間內(nèi)起到預警作用。本文選用LED燈作為預警信號發(fā)生器，LED燈亮度為49cd/m²
由于痛感易對駕駛人的正常駕駛造成影響，且駕駛人對溫度變化不夠敏感，因此不予以采用痛感及溫感進行實驗。壓感實驗中，主要包括振動等方式。對于振動施加位置而言，座椅振動效果相對最好。本文采用座椅振動進行預警，振動強度設置為1.45m/s²。
預警裝置主要安裝在模擬駕駛器儀表臺附近及座椅處，其中蜂鳴器在儀表臺左右兩側各安裝一個，LED燈安裝在儀表臺右側，振動電機在座椅下方左右兩側各安裝一個，在座椅背部左右兩側各安裝一個，制動感應開關安裝在剎車踏板上，如圖1所示。
1.2應激反應指標選取
應激反應評價是通過可量化的指標對駕駛人在應對刺激的應激反應能力的評價，本研究從生理、心理和行為層面進行分析，選取生理指標、主觀評價指標和行動反應指標進行綜合評價，其中生理變化指標主要是心率增長率率和腦電β波功率譜值增長率，主觀評價指標主要是緊迫度與煩惱度，行動反應指標主要是反應時間。
(1)生理變化指標
心率是由交感神經(jīng)系統(tǒng)和副交感神經(jīng)系統(tǒng)組成的自主神經(jīng)系統(tǒng)進行控制，當駕駛人精神緊張時，交感神經(jīng)系統(tǒng)活躍，心率變高、血壓升高和呼吸短促;當駕駛人存有放松狀態(tài)時，副交感神經(jīng)系統(tǒng)活躍，心率變慢、血壓下降和呼吸平緩。
腦電(Electroencephalogram，EEG)是大腦活動時大腦皮質(zhì)細胞產(chǎn)生的電流，它由大腦皮質(zhì)的細胞群之間電位差產(chǎn)生，與皮層和丘腦非特異性投射系統(tǒng)的活動有關。β波頻率為每秒14-30次，當情緒激動、精神緊張或認知亢奮時會出現(xiàn)β波，如駕駛人在警醒狀態(tài)時，β波會大量增加。對腦電波進行特征提取時，其頻域上的分布特性更能體現(xiàn)其特征變化規(guī)律，即離散時間過程的功率譜密度(Power Spectral Density，PSD)。
(2)主觀評價指標
在預警信號的提醒下，駕駛人將會情緒將會被喚醒，更加注意道路情況，但同時會伴隨消極情緒。駕駛人的緊張感有利于駕駛人生理喚醒，迅速反應;消極情緒以煩惱為主，預警信號以突然刺激產(chǎn)生，駕駛人在聽到預警信號后被迫改變原來狀態(tài)，駕駛人產(chǎn)生厭煩感，消極情緒對駕駛人的身心健康造成影響，并可能引起不良駕駛操作。采用數(shù)字等級量表方式采集駕駛人緊迫度和煩惱度，用“0-10”評分，分數(shù)越高，感受越強烈。
(3)行動反應指標
反應時間(Reaction Time，RT)是衡量駕駛人應激反應能力的主要行動反應指標，駕駛人認知、判斷和執(zhí)行的能力越強，駕駛人的反應時間越短，越有利于把握時機避免交通事故發(fā)生，而過長反應時間則可能錯過制動有效時間，導致交通事故。
1.3實驗數(shù)據(jù)差異性分析方法
實驗數(shù)據(jù)得到駕駛人的在不同預警方式下的相關指標數(shù)據(jù)后，要對各指標內(nèi)的預警方式進行差異性分析，需要遵循數(shù)量統(tǒng)計的科學證明過程。首先對同一指標內(nèi)各組數(shù)據(jù)(聽覺、視覺、觸覺預警)分別進行統(tǒng)計描述分析，如均值、標準誤差，接著對各組數(shù)據(jù)進行正態(tài)檢驗和方差齊性檢驗，當都滿足這兩種條件時，進行單因素方差分析，否者進行非參數(shù)檢驗，分析各預警方式的差異性，數(shù)據(jù)分析步驟流程如圖2所示。
2實驗方案設計
2.1實驗思路
國內(nèi)外較多實驗研究已經(jīng)證實模擬駕駛獲取數(shù)據(jù)的可靠性，而且室內(nèi)模擬駕駛環(huán)境相比外界環(huán)境而言，其他因素的干擾相對較小，駕駛人在不同預警方式下的心理生理反應更加明顯，更有利研究。因此，本文通過模擬駕駛實驗對駕駛人在不同預警方式下的應激反應進行數(shù)據(jù)采集。
實驗主要是對駕駛人在單一預警方式下以及復合預警方式下生理變化、主觀評價和行動反應數(shù)據(jù)的采集。駕駛人在模擬高速路況上行駛，速度保持在60-70km/h，與前車保持距離，當駕駛人駕駛平穩(wěn)時，隨機給以預警信號，駕駛人采取踩剎車制動，車輛停止后再啟動行駛。
實驗操作步驟如表1所示，為研究不同預警方式對駕駛人應激反應的變化，采集駕駛人靜坐時的相關生理數(shù)據(jù)。通過適應性實驗使駕駛人熟悉駕駛模擬器的操作、適應儀器穿戴所帶來的不適感，然后對駕駛人分別進行單一預警以及復合預警實驗，通過測試設備和主觀調(diào)查問卷采集駕駛人生理、心理及行動反應數(shù)據(jù)。
2.2實驗樣本與設備
駕駛人的應激反應受預警方式、駕駛人個性特征、駕駛人生理心理狀態(tài)以及駕駛環(huán)境等影響，由于本研究的重點是預警方式對駕駛人的影響，因此對其他無關變量進行控制，減少干擾，另一方面為了體現(xiàn)實驗結果的可代表性，駕駛人的年齡并沒有嚴格控制，選取中青年有豐富駕駛經(jīng)驗的駕駛人。
實驗樣本為20-35歲駕駛人20人，平均駕齡4年，平均駕駛時長510小時。實驗人員沒有聽力、視力等方面的疾病，也無心臟病或者神經(jīng)系統(tǒng)疾病，在實驗前保證睡眠充足，無飲酒及服藥情況，實驗過程中皆處于健康狀態(tài)。由于實驗條件限制，被測試人需要在胸前貼片收集心電數(shù)據(jù)，給女性帶來不便，因此參與本實驗駕駛人皆為男性，也控制了駕駛人性別因素對實驗結果的影響。
實驗設備為①生理特征測試儀：美國BIOPAC公司MP36R 4-Channel Systems，1臺，用于監(jiān)測實驗人員的心電、腦電生理指標;②模擬駕駛器：采用我國交通運輸部公路科學研究院合作生產(chǎn)的模擬駕駛器1臺;③預警裝置：預警設備為自制設備，由蜂鳴器、LED燈、振動電機、調(diào)節(jié)電阻、周期開關和中央處理器組成，調(diào)節(jié)電阻可以控制預警信號發(fā)生器，周期開關控制各預警信號傳感器工作頻率，制動感應器感應駕駛人踩剎車動作，中央處理器控制各預警傳感器的工作時間和記錄制動時間;④預警信號強度測量儀：包括深圳標智公司生產(chǎn)的GM1356型號噪聲計、日本KONICA MINOLTA公司生產(chǎn)的CL-500A型號分光輻射照度計、深圳標智公司生產(chǎn)的GM63A型號測振儀，分別測量聲音強度、光強、振動幅度。——論文作者：朱強 1 羅晨偉 2 黎景壯 3
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