2021HMI大会丨陈芳：驾驶员分神，疲劳的理论研究和HMI设计标准

2021年4月13日，由Gaspar和慕尼黑上海电子展联合主办的“2021中国汽车HMI创新大会”隆重举行。本次大会旨在聚集汽车HMI领域的优秀人才、UX/UI设计师和前瞻规划研究者，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、实践挑战和应用解决方案。会议期间，一汽集团总部产品规划与项目管理部用户体验高级总监陈芳发表了《驾驶员注意力分散与疲劳的理论研究及HMI设计标准》的主题演讲。

以下为演讲实录:

大家好。到现在大家都介绍了产品和交互的概念。我会把你的大脑转向更基础的内容，也就是开车分心和疲劳。

我相信开车分心并不是一个很奇怪的话题。开车分心的问题始于20世纪90年代中期。首次提出打电话会导致开车分心。是我的瑞典同事哈坎·阿尔姆第一个报告说打电话与开车有联系。从那以后，世界各地产生了一系列关于驾驶分心的研究。开车分心的原因有很多，司机分心，注意力不集中，注意力不集中，这是三件不同的事情。驾驶注意力分散包括视觉注意力分散和听觉注意力分散，还有操作注意力分散和认知注意力分散，主要是视觉注意力分散。

人80%以上的信息是通过眼睛获得的，所以在汽车里，人80-90%的信息是通过眼睛获得的，所以视觉分心更重要，可以测量。听觉分心的影响不算太大，操作性分心和认知性分心，尤其是认知性分心，不太容易测量，所以一般大家都研究视觉性分心的影响。

为什么会有分心的事？因为驾驶相当于多模态操作，人们在分配注意力资源时，根据不同的信息源和操作方式，会有不同的资源需求。不同的信息在大脑中会有不同的编码，对人力资源，所谓的记忆和注意力资源的要求也会不同。这是对资源的简单解释。

为什么我说这个东西很重要？不管我们现在自动驾驶到什么程度，其实对于大多数人来说，未来很多年还是会是手动驾驶。因为最早实现自动驾驶是在高速公路上，但是对于大部分城市交通来说，汽车仍然是从A地到B地的交通工具，城市，上海或者其他城市的交通，我估计开自动驾驶的可能性不会太大，因为道路太复杂了，我们没有能力解决这么复杂的路况，所以还是要靠人工驾驶。

手动驾驶必须面对这个问题，就是怎么安排。到现在为止，说的最多的就是信息娱乐系统。今天很少有人谈主动安全，主要是信息娱乐系统和各种令人兴奋的设计模式，但80%或90%的新设计交互模式实际上对人和驾驶本身有分散注意力的作用，所以我们必须控制好它。这些东西怎么设计才不会对驾驶员造成潜在的安全影响？

驾驶员在驾驶操作过程中会造成驾驶负荷。有很多因素，包括基本驾驶任务、道路复杂程度、交通流量、驾驶员状态等，都会造成驾驶工作量。一旦你的负荷超过了你的能力，就会造成不安全驾驶，人没有足够的能力处理复杂驾驶系统中的所有问题。

对于注意力分散的监测，在这一点上，我估计技术已经相当成熟了，包括眼球运动监测、闭眼率监测、脑电监测。一般来说，我们在开车的时候，分心的时间是25%。可能是你在听音乐，和人说话，打电话等等。真正开车的人，没有一个能说自己100%开车，所以分心总是存在的。

相对于我国交通事故的原因，分心事故达到47%，达到309.9万起，所以这是一个不容忽视的事情。人们在车里做什么？打电话、与乘客交流、听歌、发送短信、调节收音机、输入目的地、查看导航……离子信息，吃喝都会引起一些杂念。

分心相关因素包括年龄、经历和性格、周围环境、内外因素都会影响分心。影响车内操作的最大因素是什么？拨号(手持操作)伸向其他对象，打字、阅读或填写也有风险，比如开车时输入新地址，这是常有的事。读书，我想你可能会忽略。前面有人提到了语音交互。现在车内语音交互有很大问题，因为语音没有达到100%识别率。你说出来之后，它可能会认出你，也可能会出错，而且错误率还是很高的。其实语音识别的错误率是很难避免的。为了确认识别，屏幕上会读出一行字。本来是想用语音来缓解视觉分散，实际上是增加了视觉分散。所以我非常不赞同现在的车载语音系统交互设计。但如何解决这个问题，可能是所有供应商和专家也要想办法解决的问题。

不同的驾驶分心会对操作产生不同的影响。认知走神更多的是因为大脑不在这条路上。虽然眼睛是向前看的，但是因为走神，你的反应速度在下降，对道路刺激的反应速度也会下降，更多的视觉走神就看不见了。

国际上在这方面的研究主要基于视觉分心。这种走神的研究，也就是说对于交通设计来说，如果以后要建立一个标准，甚至是国家标准，我估计就是走神了。

你知道，NHTSA是一个美国标准体系。它做了很多项目，做了很多研究，视觉和手动分心，然后就是声音分心。这两个分神，将来会设立各种国家标准。

这是NHTSA的手动输入和视觉输出造成的分心，有这么多的文件谈论这个问题。

ISO国际标准在这方面也有大量的标准。在这种情况下，我们可以总结出容易视觉分心进行手术的可能性。如果你真的想研究分心，最好按照他们的标准来。

那么你得出什么样的结论呢？这是两个公认的结论，也就是说，你在做任何设计的时候，都要保证驾驶员的眼睛不离开前方道路2秒，因为你的眼睛是从前方道路到信息的，无论是中控面板还是仪表盘，人的眼睛从前方道路到仪表盘的单向晃动是0.3秒，视线到仪表盘左上角是0.5秒。现在大屏下去1-2秒都不够。如果路很复杂，根本看不到那个地方。这两秒钟的数据是有相当数量的数据支撑的，包括实验室数据和FOT数据，也就是在真车上安装很多摄像头，获取车内外驾驶员的信息进行分析，这是美国最早提出的。

两秒钟是不够的。你说我一个任务可以走几次，那么第二点就是每个任务离开前方道路的最大允许总时间不能超过15秒，否则就是一个糟糕的设计。这两个限制非常重要。

这是中国的走神标准，是前年制定的，因为汉字和英文读起来不一样。无论是ISO标准还是NHTSA实验用的都是英文字符，那么汉字就是方块字，阅读方式、阅读模式甚至在人脑中识别的位置都是不一样的，所以这个标准必须从一开始就按照中国人的阅读方式和中国人的驾驶方式来学习。此次，上海艾乐克智能科技有限公司承担了全部实验任务。

本标准基于CAICV和汽车标准委员会的团体标准平台，是为汽车使用汉字而建立的。在第一阶段的工作中，这些都是参与者和牵头单位。我们做了大量的实验，按照标准操作完成了实验过程。使用的样本量为128个有效样本，根据国际标准方法进行。

关于汉字的特性，因为涉及到汉字的基本内容，我们也和方正集团一起参与，因为方正……组在汉字研究方面相当权威。对文字的选择性和难度考虑了很多。汉字的各个方面都采用了中国的书写规范，都接受了。比如一句话的最大字数不超过多少字。如果超过，眼睛离开路面的时间就会增强。段落中的最大字数不能超过该数字。在字体大小的研究中，我们强调75%的准确率，因为不可能达到100%，这是多种因素造成的。

最后得出的结论是，最低识别率，车载字符的最低物理字高不低于4.4mm(实验中18pt字符)，4.4mm以下很多人看不到，但我们其实75%的人都能看到。建议车辆文字单个消息提示不要超过12个字。完成单个任务的消息提示总字数不超过30个字。因为要完成的步骤很多，一旦步骤多了，在操作的过程中出错率就会增加，所以在保证可用性的情况下才能遵循这个标准。如果不保证需要重新设计，用户不能误操作或者不能完成这个任务，那么这个要求是相当严格的。

无论是作为供应商还是主机厂，目前都在执行这套标准。如果以后产生国家标准，希望各车厂严格执行。如果你想对你的用户和司机负责，我们也希望所有的汽车厂商积极遵循这个标准。当然，很多操作没有这么简单，问题也很多。我们让艾莱柯做了很多实验，他们有能力帮你证明系统是否符合规范。

再来说说驾驶疲劳。这方面的研究始于20世纪60年代的美国。关于驾驶疲劳有很多经验和数据，也有很多研究。

疲劳不同于分心。疲劳是可以检测到的，但是很难预测，很难预测疲劳。疲劳对驾驶的影响因人而异，一般规律不好找。而且疲劳有很多种，解决疲劳的方法有限。最好的办法就是让大家都有充足的睡眠。你发现你累了，停下来休息。其他的方法是开窗让风进来，把音乐调大，这是最常见的方法，但实际上没有效果。昼夜规律还是很重要的。特别是开了2个小时的公交车，应该休息一下，缓解一下疲劳。有时候你不知道自己累了，你也不知道自己累了。你看，导致疲劳的因素有很多。

特别是汽车运动的节奏与人体血液循环产生共鸣，很难克服。这也是成为自动驾驶后的一个大问题。如果从司机换成乘客，可能很容易犯困。困的时候，因为还没睡醒，所以不能接班。这也是一个很难解决的问题。

自动驾驶的被动疲劳，因为你变成了乘客，反应慢了很多，反应时间变长了，警惕性降低了，信息处理能力降低了，这是普遍的效果。

另一种疲劳叫做“微睡眠”，这是最恐怖的事情。可能大家都有这个概念吧。你又开车了。你突然开车，就那么一瞬间，几秒钟，然后你就关上了，好像突然醒悟了，但是那一瞬间其实特别危险，因为用了2秒多，你没有注意车外的信息超过2秒。你觉得自己累了，但是你无法预测这种情况什么时候会发生在你身上，所以为了克服这个问题，长途驾驶有了道路养护系统。最近刚重读了很多国际标准。道路养护系统预警需要方向盘振动。这就是克服微睡，最好的办法就是通过方向盘运动来叫醒你。

对付疲劳，你懂疲劳，那么如何克服疲劳，让车更安全，应该说我还没有看到一个很好的解决模式，所以对于长途旅行和长途商用车来说，国家管理可能很重要。如果发现有疲劳倾向，要尽早休息，这是时间和节奏的安排。有些人睡眠不好，尽量不要开车。

这是一份商业调查……车辆事故，而且可以发现，因困倦导致的事故率还是很高的，占11.8%。

到目前为止，疲劳检测方法已经比较成熟了，不需要做那么多研究，基本上各种数据都有。现在最大的问题是如何解决疲劳的问题。我估计很难有好的解决办法。你真的很困。你不能被音乐或其他东西吵醒。你可能需要下去，走走，喝喝咖啡。

下面简单介绍一下我刚写的一本书，今年8月出版。它由中国机械工业出版社出版。这是一份总目录。我和一个荷兰教授一起写的。好的，谢谢你。2021年4月13日，由Gaspar和慕尼黑上海电子展联合主办的“2021中国汽车HMI创新大会”隆重举行。本次大会旨在聚集汽车HMI领域的优秀人才、UX/UI设计师和前瞻规划研究者，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、实践挑战和应用解决方案。会议期间，一汽集团总部产品规划与项目管理部用户体验高级总监陈芳发表了《驾驶员注意力分散与疲劳的理论研究及HMI设计标准》的主题演讲。

以下为演讲实录:

大家好。到现在大家都介绍了产品和交互的概念。我会把你的大脑转向更基础的内容，也就是开车分心和疲劳。

我相信开车分心并不是一个很奇怪的话题。开车分心的问题始于20世纪90年代中期。首次提出打电话会导致开车分心。是我的瑞典同事哈坎·阿尔姆第一个报告说打电话与开车有联系。从那以后，世界各地产生了一系列关于驾驶分心的研究。开车分心的原因有很多，司机分心，注意力不集中，注意力不集中，这是三件不同的事情。驾驶注意力分散包括视觉注意力分散和听觉注意力分散，还有操作注意力分散和认知注意力分散，主要是视觉注意力分散。

人80%以上的信息是通过眼睛获得的，所以在汽车里，人80-90%的信息是通过眼睛获得的，所以视觉分心更重要，可以测量。听觉分心的影响不算太大，操作性分心和认知性分心，尤其是认知性分心，不太容易测量，所以一般大家都研究视觉性分心的影响。

为什么会有分心的事？因为驾驶相当于多模态操作，人们在分配注意力资源时，根据不同的信息源和操作方式，会有不同的资源需求。不同的信息在大脑中会有不同的编码，对人力资源，所谓的记忆和注意力资源的要求也会不同。这是对资源的简单解释。

为什么我说这个东西很重要？不管我们现在自动驾驶到什么程度，其实对于大多数人来说，未来很多年还是会是手动驾驶。因为最早实现自动驾驶是在高速公路上，但是对于大部分城市交通来说，汽车仍然是从A地到B地的交通工具，城市，上海或者其他城市的交通，我估计开自动驾驶的可能性不会太大，因为道路太复杂了，我们没有能力解决这么复杂的路况，所以还是要靠人工驾驶。

手动驾驶必须面对这个问题，就是怎么安排。到现在为止，说的最多的就是信息娱乐系统。今天很少有人谈主动安全，主要是信息娱乐系统和各种令人兴奋的设计模式，但80%或90%的新设计交互模式实际上对人和驾驶本身有分散注意力的作用，所以我们必须控制好它。这些东西怎么设计才不会对驾驶员造成潜在的安全影响？

驾驶员在驾驶操作过程中会造成驾驶负荷。有很多因素，包括基本驾驶任务、道路复杂程度、交通流量、驾驶员状态等，都会造成驾驶工作量。一旦你的负荷超过了你的能力，就会造成不安全驾驶，人没有足够的能力处理复杂驾驶系统中的所有问题。

对于分心的监测，在这一点上，我估计……at的技术已经相当成熟，包括眼球运动监测、闭眼率监测和脑电监测。一般来说，我们在开车的时候，分心的时间是25%。可能是你在听音乐，和人说话，打电话等等。真正开车的人，没有一个能说自己100%开车，所以分心总是存在的。

相对于我国交通事故的原因，分心事故达到47%，达到309.9万起，所以这是一个不容忽视的事情。人们在车里做什么？打电话、和乘客交流、听歌、发短信、调收音机、输入目的地、查导航信息、吃东西喝酒都会引起一些分心。

分心相关因素包括年龄、经历和性格、周围环境、内外因素都会影响分心。影响车内操作的最大因素是什么？拨号(手持操作)伸向其他对象，打字、阅读或填写也有风险，比如开车时输入新地址，这是常有的事。读书，我想你可能会忽略。前面有人提到了语音交互。现在车内语音交互有很大问题，因为语音没有达到100%识别率。你说出来之后，它可能会认出你，也可能会出错，而且错误率还是很高的。其实语音识别的错误率是很难避免的。为了确认识别，屏幕上会读出一行字。本来是想用语音来缓解视觉上的走神，实际上是增加了视觉上的走神。所以我非常不赞同现在的车载语音系统交互设计。但如何解决这个问题，可能是所有供应商和专家也要想办法解决的问题。

不同的驾驶分心会对操作产生不同的影响。认知走神更多的是因为大脑不在这条路上。虽然眼睛是向前看的，但是因为走神，你的反应速度在下降，对道路刺激的反应速度也会下降，更多的视觉走神就看不见了。

国际上在这方面的研究主要基于视觉分心。这种走神的研究，也就是说对于交通设计来说，如果以后要建立一个标准，甚至是国家标准，我估计就是走神了。

你知道，NHTSA是一个美国标准体系。它做了很多项目，做了很多研究，视觉和手动分心，然后就是声音分心。这两个分神，将来会设立各种国家标准。

这是NHTSA的手动输入和视觉输出造成的分心，有这么多的文件谈论这个问题。

ISO国际标准在这方面也有大量的标准。在这种情况下，我们可以总结出容易视觉分心进行手术的可能性。如果你真的想研究分心，最好按照他们的标准来。

那么你得出什么样的结论呢？这是两个公认的结论，也就是说，你在做任何设计的时候，都要保证驾驶员的眼睛不离开前方道路2秒，因为你的眼睛是从前方道路到信息的，无论是中控面板还是仪表盘，人的眼睛从前方道路到仪表盘的单向晃动是0.3秒，视线到仪表盘左上角是0.5秒。现在大屏下去1-2秒都不够。如果路很复杂，根本看不到那个地方。这两秒钟的数据是有相当数量的数据支撑的，包括实验室数据和FOT数据，也就是在真车上安装很多摄像头，获取车内外驾驶员的信息进行分析，这是美国最早提出的。

两秒钟是不够的。你说我一个任务可以走几次，那么第二点就是每个任务离开前方道路的最大允许总时间不能超过15秒，否则就是一个糟糕的设计。这两个限制非常重要。

这是中国的走神标准，是前年制定的，因为汉字和英文读起来不一样。无论是ISO标准还是NHTSA实验用的都是英文字符，那么汉字就是方块字，阅读方式、阅读模式甚至在人脑中识别的位置都是不一样的，所以这个标准必须从一开始就按照中国人的阅读方式和中国人的驾驶方式来学习。T……上海艾乐克智能科技有限公司承担了所有的实验任务。

本标准基于CAICV和汽车标准委员会的团体标准平台，是为汽车使用汉字而建立的。在第一阶段的工作中，这些都是参与者和牵头单位。我们做了大量的实验，按照标准操作完成了实验过程。使用的样本量为128个有效样本，根据国际标准方法进行。

关于汉字的特点，因为涉及到汉字的基本内容，我们也是和方正集团一起参与的，因为方正集团在汉字研究方面是相当权威的。对文字的选择性和难度考虑了很多。汉字的各个方面都采用了中国的书写规范，都接受了。比如一句话的最大字数不超过多少字。如果超过，眼睛离开路面的时间就会增强。段落中的最大字数不能超过该数字。在字体大小的研究中，我们强调75%的准确率，因为不可能达到100%，这是多种因素造成的。

最后得出的结论是，最低识别率，车载字符的最低物理字高不低于4.4mm(实验中18pt字符)，4.4mm以下很多人看不到，但我们其实75%的人都能看到。建议车辆文字单个消息提示不要超过12个字。完成单个任务的消息提示总字数不超过30个字。因为要完成的步骤很多，一旦步骤多了，在操作的过程中出错率就会增加，所以在保证可用性的情况下才能遵循这个标准。如果不保证需要重新设计，用户不能误操作或者不能完成这个任务，那么这个要求是相当严格的。

无论是作为供应商还是主机厂，目前都在执行这套标准。如果以后产生国家标准，希望各车厂严格执行。如果你想对你的用户和司机负责，我们也希望所有的汽车厂商积极遵循这个标准。当然，很多操作没有这么简单，问题也很多。我们让艾莱柯做了很多实验，他们有能力帮你证明系统是否符合规范。

再来说说驾驶疲劳。这方面的研究始于20世纪60年代的美国。关于驾驶疲劳有很多经验和数据，也有很多研究。

疲劳不同于分心。疲劳是可以检测到的，但是很难预测，很难预测疲劳。疲劳对驾驶的影响因人而异，一般规律不好找。而且疲劳有很多种，解决疲劳的方法有限。最好的办法就是让大家都有充足的睡眠。你发现你累了，停下来休息。其他的方法是开窗让风进来，把音乐调大，这是最常见的方法，但实际上没有效果。昼夜规律还是很重要的。特别是开了2个小时的公交车，应该休息一下，缓解一下疲劳。有时候你不知道自己累了，你也不知道自己累了。你看，导致疲劳的因素有很多。

特别是汽车运动的节奏与人体血液循环产生共鸣，很难克服。这也是成为自动驾驶后的一个大问题。如果从司机换成乘客，可能很容易犯困。困的时候，因为还没睡醒，所以不能接班。这也是一个很难解决的问题。

自动驾驶的被动疲劳，因为你变成了乘客，反应慢了很多，反应时间变长了，警惕性降低了，信息处理能力降低了，这是普遍的效果。

另一种疲劳叫做“微睡眠”，这是最恐怖的事情。可能大家都有这个概念吧。你又开车了。你突然开车，就那么一瞬间，几秒钟，然后你就关上了，好像突然醒悟了，但是那一瞬间其实特别危险，因为用了2秒多，你没有注意车外的信息超过2秒。你觉得自己很累，但是你无法预测这种情况什么时候会发生在你身上，所以为了克服这个问题，长途驾驶……作为道路维护系统。最近刚重读了很多国际标准。道路养护系统预警需要方向盘振动。这就是克服微睡，最好的办法就是通过方向盘运动来叫醒你。

对付疲劳，你懂疲劳，那么如何克服疲劳，让车更安全，应该说我还没有看到一个很好的解决模式，所以对于长途旅行和长途商用车来说，国家管理可能很重要。如果发现有疲劳倾向，要尽早休息，这是时间和节奏的安排。有些人睡眠不好，尽量不要开车。

这是一个商用车事故的调查，可以发现由于困倦导致的事故率还是很高的，占11.8%。

到目前为止，疲劳检测方法已经比较成熟了，不需要做那么多研究，基本上各种数据都有。现在最大的问题是如何解决疲劳的问题。我估计很难有好的解决办法。你真的很困。你不能被音乐或其他东西吵醒。你可能需要下去，走走，喝喝咖啡。

下面简单介绍一下我刚写的一本书，今年8月出版。它由中国机械工业出版社出版。这是一份总目录。我和一个荷兰教授一起写的。好的，谢谢你。

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