現(xiàn)在汽車(chē)的智能化水平越來(lái)越高了，其中智能座艙的設(shè)計(jì)就是其中一個(gè)重點(diǎn)。這篇文章，我們來(lái)介紹幾個(gè)智能座艙設(shè)計(jì)中的人機(jī)工程學(xué)和人機(jī)交互理論的模型，幫助大家更好理解駕駛行為的特點(diǎn)。

汽車(chē)智能化的發(fā)展，給原本就極為復(fù)雜的座艙設(shè)計(jì)也帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。座艙任務(wù)的多樣化對(duì)人類(lèi)的認(rèn)知要求更高了。為了更好理解人機(jī)工程學(xué)和人的認(rèn)知與行為，下面介紹幾個(gè)理論模型，來(lái)幫助大家更好理解駕駛行為的特點(diǎn)。包括態(tài)勢(shì)感知模型、基于技能-規(guī)則-知識(shí)的行為模型、多重資源理論、耶德定律等。

一、態(tài)勢(shì)感知

態(tài)勢(shì)感知最早用于飛行員的飛行場(chǎng)景，定義是“在一定時(shí)間和空間內(nèi)對(duì)環(huán)境中的元素的感知，并對(duì)其意義的理解以及對(duì)它們?cè)诓痪脤?lái)的狀態(tài)預(yù)測(cè)”，也被認(rèn)為是飛行員在飛行過(guò)程中對(duì)外部世界的內(nèi)部認(rèn)知模型。態(tài)勢(shì)感知結(jié)構(gòu)可以進(jìn)一步分為三個(gè)層級(jí)，如下圖所示：

態(tài)勢(shì)感知的三個(gè)層級(jí)，圖片來(lái)源見(jiàn)水印

1. 要素感知：感知環(huán)境中直觀存在的某些元素及其特征，如山川河流的顏色大小面積等，這就構(gòu)成態(tài)勢(shì)感知的第一級(jí)；
2. 態(tài)勢(shì)理解：基于要素感知的基礎(chǔ)上的理解，以及這些元素和其他元素通過(guò)格式塔的方式組合為不同模式時(shí)，構(gòu)建出一幅想象的整體圖景，以及理解到當(dāng)前對(duì)象和事件的重要性，例如警告面板上的警示紅燈，駕駛員理解紅燈的出現(xiàn)可能會(huì)危及他的生命安全，這就構(gòu)成態(tài)勢(shì)感知的第二級(jí)；
3. 態(tài)勢(shì)預(yù)測(cè)：當(dāng)有行駛中的汽車(chē)出現(xiàn)在特定的距離內(nèi)時(shí)，預(yù)測(cè)這些汽車(chē)的未來(lái)行動(dòng)能力，就構(gòu)成了態(tài)勢(shì)感知的第三級(jí)。

上圖用于汽車(chē)駕駛中，能較好理解注意力缺失導(dǎo)致的問(wèn)題。如當(dāng)汽車(chē)開(kāi)啟了輔助駕駛模式，駕駛員正在玩手機(jī)或者看視頻的時(shí)候，汽車(chē)需要駕駛員緊急接管，駕駛員在注意力缺失的情況下需要對(duì)當(dāng)前環(huán)境、自身汽車(chē)和周?chē)?chē)輛狀況等一系列因素進(jìn)行感知、理解、預(yù)測(cè)、決策，最后再執(zhí)行。極短時(shí)間內(nèi)完成以上步驟很有可能讓駕駛員出現(xiàn)認(rèn)知負(fù)荷過(guò)載的情況，最后手忙腳亂導(dǎo)致悲劇發(fā)生，這就是為什么輔助駕駛需要駕駛員處于合理的情景意識(shí)。

任務(wù)和環(huán)境因素以及個(gè)人因素，都會(huì)直接影響態(tài)勢(shì)感知、決策和執(zhí)行效果，這兩部分能用后面的耶德定律和SRK模型分別進(jìn)行解釋?？偟膩?lái)說(shuō)，良好執(zhí)行效果需要駕駛員處于良好的情景意識(shí)和恰當(dāng)?shù)膯拘讯?、注意力和認(rèn)知負(fù)荷水平，同時(shí)對(duì)于駕駛員的駕駛技能有一定要求。

同理，在輔助駕駛過(guò)程中我們也需要駕駛員處于同等狀態(tài)才能讓駕駛員在突發(fā)情況時(shí)更好地完成接管，因此我們可以在輔助駕駛過(guò)程中通過(guò)聽(tīng)覺(jué)通道將重要信息實(shí)時(shí)告知駕駛員，并且在中控屏幕上顯示最重要信息，以確保駕駛員能快速感知和理解當(dāng)前狀況并進(jìn)入良好的預(yù)測(cè)和決策流程。

態(tài)勢(shì)感知模型能讓我們更好地理解駕駛員在人-機(jī)-環(huán)境中，是如何進(jìn)行感知、理解、預(yù)測(cè)和決策，最終完成駕駛?cè)蝿?wù)的。在智能座艙相關(guān)想HMI設(shè)計(jì)中，任何一個(gè)影響上述態(tài)勢(shì)感知環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)，都會(huì)作用于最后的駕駛行為，從而對(duì)駕駛安全產(chǎn)生直接的影響。

二、基于技能-規(guī)則-知識(shí)的行為模型

基于技能-規(guī)則-知識(shí)的行為模型把人的工作根據(jù)認(rèn)知參與的復(fù)雜度分為三種不同水平。

1. 基于技能的操作：非常熟練的、幾乎是潛意識(shí)的操作，不需要經(jīng)過(guò)大腦的復(fù)雜思維過(guò)程，因此對(duì)人的認(rèn)知負(fù)荷和注意力要求最低，如盲操；
2. 基于規(guī)則的操作：了解各種規(guī)則，當(dāng)事情發(fā)生時(shí)，按照各種規(guī)則來(lái)操作。保持車(chē)道不壓線(xiàn)、遵守紅綠燈等交通規(guī)則就屬于此類(lèi)操作；
3. 基于知識(shí)的操作：問(wèn)題相對(duì)比較復(fù)雜，解決的過(guò)程需要大量的知識(shí)、分析和判斷。因此對(duì)人的認(rèn)知負(fù)荷和注意力要求最高。

通過(guò)上述的SRK模型，我們就能理解為何新手司機(jī)開(kāi)車(chē)非常謹(jǐn)慎，而老司機(jī)卻可以在開(kāi)車(chē)過(guò)程中同時(shí)處理其他事情，因?yàn)槔纤緳C(jī)對(duì)駕駛這一系列操作已經(jīng)非常熟悉，甚至可以通過(guò)肌肉記憶完成，所以不需花費(fèi)太多注意力在路面上。但對(duì)于新手司機(jī)來(lái)說(shuō)，駕駛車(chē)輛仍處于知識(shí)層面的操作，駕駛時(shí)需要花費(fèi)更多注意力在路面、眼睛和手腳之間的配合以及如何操控車(chē)輛上。

三、多重資源理論

多任務(wù)處理在開(kāi)車(chē)過(guò)程中很常見(jiàn)，我們會(huì)一邊聊天，一邊觀察路面變化，一邊聽(tīng)周?chē)钠渌曇粜盘?hào)等。之所以能同時(shí)進(jìn)行幾種活動(dòng)，是因?yàn)檫@些活動(dòng)所要求的注意容量沒(méi)有超負(fù)荷。若在行人擁擠的街道上開(kāi)車(chē)，大量的視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)刺激占用了我們的注意力，我們就很難再同時(shí)進(jìn)行多種活動(dòng)了。

當(dāng)然，車(chē)內(nèi)多任務(wù)并行并不提倡，例如一邊開(kāi)車(chē)一邊玩手機(jī)或者注視中控屏幕，因?yàn)槿说淖⒁饬驼J(rèn)知負(fù)荷是有限的，如果超出人的注意容量很容易引起人的失誤，從而導(dǎo)致交通事故。

那為什么駕駛員可以做到邊看邊聽(tīng)？從多重資源理論的角度來(lái)看，人會(huì)通過(guò)多資源和多通道去理解和處理信息，而且每項(xiàng)資源或通道都有自己的容量，當(dāng)信息不超出該容量時(shí)不容易超出人的認(rèn)知負(fù)荷。

多重資源理論在智能座艙體驗(yàn)設(shè)計(jì)上能給我們帶來(lái)很多指導(dǎo)意義，例如一些緊急信息最好通過(guò)聽(tīng)覺(jué)通道傳達(dá)給駕駛員，而不是通過(guò)視覺(jué)通道，因?yàn)檫@能有效避免駕駛員的認(rèn)知負(fù)荷超載。

但是為什么我們會(huì)經(jīng)常把一些信息顯示在屏幕上呢?這不是和前者結(jié)論矛盾嗎?多重資源理論結(jié)合SRK模型能解釋為什么部分老司機(jī)能邊開(kāi)車(chē)邊看屏幕甚至看手機(jī)，而新手司機(jī)卻不能。因?yàn)槔纤緳C(jī)在駕駛時(shí)對(duì)路面的觀察和理解不占用太多視覺(jué)和認(rèn)知容量，所以他們有更多的容量去處理其他事物，但對(duì)于新手司機(jī)來(lái)說(shuō)光是觀察路面就已經(jīng)讓他們的認(rèn)知資源接近容量上限甚至超載，所以他們必須很謹(jǐn)慎地駕駛才能避免發(fā)生事故。

從這個(gè)角度來(lái)看，由于視覺(jué)信息在表達(dá)上更直觀，只要顯示信息不會(huì)過(guò)多而且難以理解，在駕駛過(guò)程中通過(guò)屏幕顯示信息不一定對(duì)所有駕駛員產(chǎn)生重大影響。

四、耶德定律

在心理學(xué)里，耶德定律用于描述喚醒度(Arousal)高低與績(jī)效之間的關(guān)系，如圖下圖所示。

喚醒度與最佳績(jī)效水平

喚醒度可以反映人當(dāng)前的生理和心理狀態(tài)，從生理角度喚醒度由低到高可以依次描述為犯困、疲勞、松弛、正常、焦慮、壓力大和疼痛，它和壓力(Stress)、注意力(Attention)、警覺(jué)性(Alertness)、認(rèn)知負(fù)荷(Cognitive Load)和工作負(fù)荷(Workload)等因素有著強(qiáng)聯(lián)系。

從上圖中我們可以發(fā)現(xiàn)存在著一個(gè)最佳的績(jī)效喚醒水平區(qū)域，太少或太多的喚醒都會(huì)對(duì)任務(wù)績(jī)效產(chǎn)生不利影響。當(dāng)喚醒度過(guò)低時(shí)，例如在犯困到松弛的區(qū)間下，人的注意力是缺失的，邊開(kāi)車(chē)邊看手機(jī)可以理解為駕駛員在駕駛?cè)蝿?wù)上處于松弛狀態(tài)，所以他此時(shí)的績(jī)效并不處于最佳狀態(tài)。

當(dāng)喚醒度過(guò)高時(shí)，例如在焦慮到疼痛的區(qū)間下，人的注意力會(huì)處于分散甚至過(guò)載狀態(tài)。在這個(gè)區(qū)間內(nèi)怎么理解注意力分散甚至過(guò)載？焦慮、壓力大甚至疼痛會(huì)讓人過(guò)度緊張導(dǎo)致注意力無(wú)法集中到該集中的任務(wù)上，例如新手司機(jī)在學(xué)習(xí)或者實(shí)習(xí)期會(huì)遇到由于緊張導(dǎo)致“腦子里一片空白”，其實(shí)這是在描述注意力分散甚至過(guò)載。

五、總結(jié)

人機(jī)信任也屬于人機(jī)工程學(xué)正在探索的領(lǐng)域。人機(jī)信任的研究更多關(guān)注機(jī)器系統(tǒng)的因素，主要包括機(jī)器能力與機(jī)器特性?xún)蓚€(gè)方面。機(jī)器能力相關(guān)的人機(jī)信任影響因素主要包括人機(jī)系統(tǒng)的可靠性、可預(yù)測(cè)性、異常故障等，大量研究表明在復(fù)雜的交互任務(wù)中，高度可靠的自動(dòng)人機(jī)系統(tǒng)會(huì)促進(jìn)操作者信任，但是也可能導(dǎo)致用戶(hù)監(jiān)視行為的減少及過(guò)度依賴(lài)。

可預(yù)測(cè)性是指人機(jī)系統(tǒng)來(lái)執(zhí)行任務(wù)符合用戶(hù)期望的程度，當(dāng)用戶(hù)可以依據(jù)經(jīng)驗(yàn)預(yù)測(cè)系統(tǒng)的表現(xiàn)時(shí)，人機(jī)信任會(huì)持續(xù)在較高水平，而可預(yù)測(cè)性差的人機(jī)系統(tǒng)會(huì)使信任水平迅速下降。人機(jī)系統(tǒng)的異常故障對(duì)人機(jī)信任有負(fù)面影響，即使故障恢復(fù)后信任恢復(fù)也比較緩慢，且不會(huì)達(dá)到以前的信任水平。

與機(jī)器特性相關(guān)的人機(jī)信任影響因素主要包括系統(tǒng)的自動(dòng)化等級(jí)、物理特征、系統(tǒng)透明度等因素。自動(dòng)化等級(jí)或智能化水平越高的機(jī)器系統(tǒng)，初始的人機(jī)信任程度越高，但當(dāng)其出錯(cuò)時(shí)，人機(jī)信任會(huì)迅速降低并持續(xù)處于較低水平，原因在于系統(tǒng)自動(dòng)化等級(jí)越高可理解性及可預(yù)測(cè)性越差，一旦出錯(cuò)就會(huì)導(dǎo)致人機(jī)信任水平持續(xù)降低。

信任的交互將增強(qiáng)操作自動(dòng)駕駛/輔助駕駛的司機(jī)的信心，改進(jìn)其對(duì)車(chē)輛的控制以及提升安全感，我們需要將司機(jī)對(duì)車(chē)的信任限制在一個(gè)適度的等級(jí)，過(guò)度信任和不信任都會(huì)影響駕駛安全。

在智能座艙領(lǐng)域，人類(lèi)和機(jī)器的關(guān)系是：當(dāng)人對(duì)機(jī)器不信任時(shí)，在輔助駕駛過(guò)程中會(huì)一直擔(dān)心汽車(chē)出現(xiàn)問(wèn)題，從而產(chǎn)生焦慮感和注意力分散，對(duì)機(jī)器越不信任對(duì)變化的響應(yīng)會(huì)越遲鈍；當(dāng)人對(duì)機(jī)器過(guò)度信任時(shí)，在輔助駕駛過(guò)程中會(huì)太過(guò)依賴(lài)汽車(chē)的決策，漸漸地注意力分散到其他事情上。

這兩種現(xiàn)象都不是我們希望看到的，因此什么是合理的人機(jī)信任以及如何校準(zhǔn)人機(jī)信任將是設(shè)計(jì)輔助駕駛時(shí)很重要的課題。