車輛行駛行為的負(fù)性刺激對(duì)乘員預(yù)期的影響

蒙昊藍(lán)，陳君毅，王 斌，余卓平，3

（1. 同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院，上海 201804；2. 上海汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，上海 201804；3. 上海智能新能源汽車科創(chuàng)功能平臺(tái)有限公司，上海 201804）

自動(dòng)駕駛技術(shù)在世界范圍內(nèi)已得到廣泛的推廣。隨著研究的深入，研究重點(diǎn)將逐漸由可靠性、安全性［1］等技術(shù)可行性問題向乘員的乘坐感受問題轉(zhuǎn)變［2］。乘員的乘坐感受需要結(jié)合工程學(xué)、物理學(xué)、心理學(xué)及生理學(xué)等多方面學(xué)科知識(shí)進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)［3］，在傳統(tǒng)汽車上主要受溫度、噪聲、振動(dòng)等因素的影響，已形成成熟的NVH（noise，vibration，harshness）、熱舒適等舒適性評(píng)價(jià)理論和方法。然而，傳統(tǒng)汽車完全由人類駕駛員控制，現(xiàn)有研究并未對(duì)車輛行駛行為引起的乘員舒適性問題給予重視。

由于自動(dòng)駕駛汽車具備自主行駛能力，并且有條件具備相較人類駕駛員更出色的運(yùn)動(dòng)控制和車間協(xié)同能力，因此自動(dòng)駕駛汽車行駛行為有別于乘員基于傳統(tǒng)汽車駕乘的經(jīng)驗(yàn)。例如，異于人類駕駛習(xí)慣的軌跡規(guī)劃和運(yùn)動(dòng)控制所帶來的較小的障礙物間距和頻繁的加速度變化［4］會(huì)使乘員不適甚至緊張，進(jìn)而引起恐懼等消極情緒，給乘坐感受帶來負(fù)面影響。此類舒適性評(píng)價(jià)研究主要采用主觀評(píng)價(jià)［5］，可運(yùn)用主觀評(píng)測(cè)法中的主觀量表進(jìn)行記錄，評(píng)價(jià)結(jié)果與外部感覺信息相關(guān)，同時(shí)受到內(nèi)部預(yù)期［6］的影響。預(yù)期指根據(jù)已有經(jīng)驗(yàn)和當(dāng)下環(huán)境等信息來源預(yù)測(cè)未來要發(fā)生的事情［7］。在神經(jīng)心理學(xué)中，預(yù)期使相應(yīng)的大腦結(jié)構(gòu)提前做好準(zhǔn)備［8］。對(duì)事件的預(yù)期過高或者過低，都會(huì)導(dǎo)致個(gè)體強(qiáng)烈的情緒反應(yīng)［9］，進(jìn)而影響個(gè)體的評(píng)價(jià)結(jié)果［10］。研究認(rèn)為，人對(duì)事件的感受取決于預(yù)期和事件結(jié)果的關(guān)系。決策影響理論認(rèn)為，人的感受來自于結(jié)果與預(yù)期的比較，當(dāng)預(yù)期與結(jié)果一致時(shí)負(fù)性事件的負(fù)性體驗(yàn)被削弱［11］；一致性理論則認(rèn)為，個(gè)體體驗(yàn)只受到結(jié)果是否能被預(yù)料的影響，與結(jié)果的好壞無關(guān)［12］。關(guān)于對(duì)事件做出怎樣的預(yù)期會(huì)有益于情緒感受和行為反應(yīng)，Shepperd 等［13］認(rèn)為負(fù)性預(yù)期是有益的，可產(chǎn)生積極的影響并削弱消極的影響，但Golub 等［14］發(fā)現(xiàn)負(fù)性預(yù)期并不能減低事后個(gè)體的負(fù)向情緒反應(yīng)，并且會(huì)增強(qiáng)預(yù)期階段的不舒適感。因此，乘員預(yù)期是指乘員基于駕乘經(jīng)驗(yàn)和車輛行駛行為、外界環(huán)境對(duì)未來事件的預(yù)測(cè)。在評(píng)價(jià)車輛行駛行為時(shí)，為保證評(píng)價(jià)結(jié)果的組間可比性，需要控制乘員預(yù)期，并對(duì)控制效果進(jìn)行定量評(píng)估。

鑒于生理活動(dòng)是精神活動(dòng)的基礎(chǔ)［15］，引入生理指標(biāo)作為預(yù)期的輔助度量，可避免預(yù)期難以通過主觀評(píng)價(jià)表述的問題［16］。學(xué)者們運(yùn)用人體生理信號(hào)開展了汽車駕駛員人因研究［17］，在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域也取得了較好的效果［18］。在眾多生理指標(biāo)中，皮膚電導(dǎo)水平（skin conductivity level，SCL）可反映人的警覺程度、精神壓力等信息［19］，當(dāng)乘員處于不舒適狀態(tài)時(shí)，SCL 的增加與警覺性的升高成正比，并且SCL采樣周期、變化顯著性和變化時(shí)效均滿足本研究的要求［20］。

綜上，現(xiàn)階段缺少對(duì)于由車輛行駛行為引起的乘員舒適性的關(guān)注，缺乏乘員預(yù)期對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果影響的研究。因此，將以視覺信息為主的車輛極限行駛工況作為負(fù)性刺激，基于自然駕駛數(shù)據(jù)和危險(xiǎn)工況數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)試驗(yàn)工況，結(jié)合主觀量表、SCL數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)訪談信息，分析受試乘員受到負(fù)性刺激前后的主觀評(píng)價(jià)變化，研究預(yù)期對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的影響和預(yù)期的表征方法，為自動(dòng)駕駛汽車舒適性評(píng)價(jià)研究積累經(jīng)驗(yàn)。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 場(chǎng)景設(shè)計(jì)與試驗(yàn)流程

在設(shè)計(jì)實(shí)車試驗(yàn)場(chǎng)景時(shí)，需考慮刺激的有效性和可操作性。在車輛極限行駛工況下，通過視覺信息使受試者獲得負(fù)性刺激，然后對(duì)比刺激前后的主觀感受變化。選擇實(shí)車試驗(yàn)，主要是為了避免駕駛模擬器中存在的試驗(yàn)干擾［21-22］。同時(shí)，為了保證試驗(yàn)安全性，由專業(yè)試車員根據(jù)預(yù)設(shè)工況在封閉測(cè)試區(qū)內(nèi)完成試驗(yàn)。

平衡覺刺激易誘發(fā)暈動(dòng)癥導(dǎo)致的頭暈、惡心等癥狀群，使得受試者無法準(zhǔn)確體驗(yàn)試驗(yàn)過程和描述主觀感受，因此應(yīng)盡量避免平衡覺刺激產(chǎn)生。由自然駕駛數(shù)據(jù)和危險(xiǎn)工況數(shù)據(jù)可知，行駛過程中駕乘人員負(fù)性情緒對(duì)相對(duì)距離、相對(duì)速度敏感。參考真實(shí)交通流中前車或障礙物突然出現(xiàn)時(shí)的緊急工況，以及激進(jìn)型駕駛員通過在縱向上刻意逼近前車以獲取臨車道的側(cè)向變道空間的駕駛習(xí)慣，在行駛過程中產(chǎn)生較強(qiáng)負(fù)性情緒的有效途徑之一是將視覺刺激最大化，即盡可能逼近障礙物使碰撞時(shí)間（tTTC）盡量小。減小tTTC的方式是減小相對(duì)距離，或是增加相對(duì)速度。由于試驗(yàn)場(chǎng)地已限制了最大車速，因此相對(duì)速度一定時(shí)，在現(xiàn)有試驗(yàn)條件下實(shí)現(xiàn)相對(duì)距離減小的方式有2 種：一是設(shè)置車輛穩(wěn)定操縱前提下的變道距離參考點(diǎn)，至參考點(diǎn)變道避障；二是設(shè)置較大減速度時(shí)的制動(dòng)距離參考點(diǎn)，至參考點(diǎn)后減速停車避障。

由計(jì)算可知，制動(dòng)方案下前庭產(chǎn)生3 s左右的加速度刺激，該加速度持續(xù)為峰值，車輛在制動(dòng)參考點(diǎn)時(shí)的最小tTTC約為1.5 s。變道方案下前庭產(chǎn)生1 s左右的橫擺角速度刺激，存在2次瞬時(shí)峰值，車輛在變道參考點(diǎn)時(shí)的最小tTTC約為0.5 s。因此，變道方案下平衡覺刺激更小、更短，視覺沖擊更強(qiáng)烈。

經(jīng)預(yù)試驗(yàn)實(shí)踐，制動(dòng)方案下受試者易產(chǎn)生生理不適感，進(jìn)而影響過程體驗(yàn)和受訪質(zhì)量；視覺刺激明顯小于生理刺激，受試者的試后評(píng)價(jià)多以生理不舒適的感受為主；受試者反饋眩暈感并影響后續(xù)試驗(yàn)實(shí)施。變道方案下前庭覺峰值刺激瞬時(shí)，刺激持續(xù)時(shí)間短；最小tTTC小，視覺沖擊大，試驗(yàn)后評(píng)價(jià)以視覺刺激誘發(fā)的緊張情緒為主；無受試者反映眩暈情況，對(duì)后續(xù)試驗(yàn)實(shí)施無影響。據(jù)此，前者適用于關(guān)于行駛行為誘發(fā)暈動(dòng)癥的研究，后者更適用于對(duì)由行駛策略誘發(fā)消極情緒的研究。因此，基于變道方案設(shè)計(jì)試驗(yàn)場(chǎng)景。

如圖1 所示，試驗(yàn)在封閉測(cè)試區(qū)的一條筆直的雙向四車道上進(jìn)行。圖1 中，O點(diǎn)為試驗(yàn)段起始位置，C點(diǎn)為障礙物位置，A點(diǎn)為遠(yuǎn)離障礙物的變道位置，B點(diǎn)為靠近障礙物的變道位置，2 個(gè)位置均通過預(yù)試驗(yàn)確定。B點(diǎn)的選取遵循以下原則：在試驗(yàn)車輛性能足以穩(wěn)定實(shí)施安全變道的前提下，在變道距離小于日常駕乘習(xí)慣的區(qū)間內(nèi)，盡可能縮短tTTC，使視覺刺激盡可能大。乘員認(rèn)知到一定的碰撞風(fēng)險(xiǎn)繼而產(chǎn)生心理不適感，從而形成負(fù)性刺激。試驗(yàn)最終確定的BC段距離為8 m，接近安全變道距離的極小值；AC段距離為50 m，該距離下的變道策略保守，與BC段相比可形成較明顯反差。試驗(yàn)時(shí)，車輛提前加速至60 km·h?1后保持勻速行駛，在O點(diǎn)從最右側(cè)車道駛?cè)朐囼?yàn)段，途中向左變換車道，經(jīng)C駛離試驗(yàn)段后減速停車。

圖1 試驗(yàn)場(chǎng)景示意圖Fig.1 Schematic diagram of test scenario

如圖2所示，共設(shè)計(jì)了2種行駛軌跡的場(chǎng)景，圖2中車輛經(jīng)過O點(diǎn)時(shí)記為0 s時(shí)刻。場(chǎng)景1與場(chǎng)景2的差異在于變道時(shí)車輛與障礙物之間的距離不同、變道時(shí)車輛橫擺角速度不同。在真實(shí)性和安全性的前提下，對(duì)于場(chǎng)景2選取比較激進(jìn)的工況，同時(shí)滿足負(fù)性刺激的有效性和試驗(yàn)實(shí)施過程最小干擾性的需求，以明顯偏離受試者駕乘經(jīng)驗(yàn)的非預(yù)期行為對(duì)受試者施加有效的負(fù)性刺激。2 種場(chǎng)景設(shè)置如表1所示。

圖2 車輛行駛軌跡Fig.2 Trajectories of vehicle

由于是對(duì)比受試者受到刺激前后的主觀感受變化，因此工況命名借鑒了對(duì)照試驗(yàn)中對(duì)照組和試驗(yàn)組的概念，將用于對(duì)照分析數(shù)據(jù)采集的第1、3 次試驗(yàn)分別命名為對(duì)照工況和測(cè)試工況，將給予受試者負(fù)性刺激的第2次試驗(yàn)命名為干擾工況。各工況設(shè)置如表2所示。

表2 試驗(yàn)工況設(shè)置Tab.2 Test condition setting

在試驗(yàn)過程中受試者乘坐在試驗(yàn)車輛的副駕駛位，并佩戴生理多導(dǎo)儀。每次試驗(yàn)后，由乘坐于試驗(yàn)車輛后排的記錄員通過評(píng)價(jià)量表和訪談?dòng)涗浭茉囌咴诋?dāng)次試驗(yàn)中的主觀感受。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

為了采集受試者生理指標(biāo)，選用了BioRadio（BR）生理多導(dǎo)儀采集皮膚電信號(hào)，皮膚導(dǎo)電水平數(shù)據(jù)通過粘貼于手掌內(nèi)側(cè)的電極片測(cè)量。此外，使用Intelligent Test Terminal（iTT）高精度定位測(cè)試儀同步記錄車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、位姿數(shù)據(jù)和車內(nèi)視頻數(shù)據(jù)。

試驗(yàn)過程中各設(shè)備獨(dú)立采集和記錄數(shù)據(jù)，試驗(yàn)結(jié)果分析時(shí)通過協(xié)調(diào)世界時(shí)（coordinated universal time，UTC）進(jìn)行不同設(shè)備間的數(shù)據(jù)同步。

1.3 受試者情況

共招募了12 名受試者，年齡分布在21 歲至28歲之間。所有受試者均持有有效的機(jī)動(dòng)車駕駛證，近半年內(nèi)至少有每周1～3次及以上頻率的乘車出行經(jīng)歷。為避免數(shù)據(jù)采集誤差，受試者均未有過在體格檢查時(shí)因佩戴生理監(jiān)測(cè)設(shè)備造成生理指標(biāo)異常的記錄。試驗(yàn)前僅對(duì)受試者進(jìn)行了必要的安全告知，以避免對(duì)試驗(yàn)完全未知或獲知過量信息而干擾試驗(yàn)結(jié)果。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 假設(shè)檢驗(yàn)

由于樣本含量較小，因此采用t檢驗(yàn)中的配對(duì)檢驗(yàn)來驗(yàn)證指標(biāo)變化的統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。通過t分布理論來推論差異發(fā)生的概率，從而比較2 個(gè)平均數(shù)的差異是否顯著，計(jì)算式如下所示：

2.2 主觀感受量表

借鑒李克特量表對(duì)主觀感受量表進(jìn)行設(shè)計(jì)，記錄了試驗(yàn)車輛逼近障礙物過程中受試者感受到的緊張程度以及假設(shè)車輛處于自動(dòng)駕駛狀態(tài)時(shí)受試者對(duì)該行駛行為的接管意愿程度。各以1～5等級(jí)進(jìn)行主觀判斷，兩極分別代表完全不存在該項(xiàng)感受、非常具有該項(xiàng)感受，分?jǐn)?shù)說明受試者的態(tài)度或狀態(tài)強(qiáng)弱。通過訪談獲取了受試者在試驗(yàn)開始時(shí)的心理狀態(tài)。

圖3是主觀量表統(tǒng)計(jì)結(jié)果。在試驗(yàn)序號(hào)1中，大部分受試者處于較舒適狀態(tài)，而且在車輛行駛過程中幾乎不存在接管意愿；在試驗(yàn)序號(hào)2中，大部分受試者處于不舒適狀態(tài)，而且對(duì)車輛的極限行駛行為表現(xiàn)出極強(qiáng)的接管意愿；在試驗(yàn)序號(hào)3中，除1位受試者報(bào)告了輕微緊張外其余受試者對(duì)各項(xiàng)舒適性主觀感受都給予了最低分值，表示完全不存在該項(xiàng)感受，而且所有受試者認(rèn)為車輛行為不需要被接管。該結(jié)果表明受試者的接管意愿與緊張程度有一定相關(guān)性。

圖3 主觀量表統(tǒng)計(jì)結(jié)果Fig.3 Statistical results of subjective scale

根據(jù)t檢驗(yàn)，對(duì)于緊張程度，試驗(yàn)序號(hào)2（3.83±0.72）較試驗(yàn)序號(hào)1（1.67±0.78）表現(xiàn)為顯著上升（t=8.990，P=0.000）；對(duì)于接管意愿程度，試驗(yàn)序號(hào)2（4.75±0.45）較試驗(yàn)序號(hào)1（1.92±1.00）也表現(xiàn)為顯著上升（t=10.470，P=0.000）。由此判斷，試驗(yàn)序號(hào)2 的極限行駛工況對(duì)受試者的刺激是有效的。

為了體現(xiàn)受試者的主觀感受在經(jīng)受刺激前后的變化情況，將全部受試者的試驗(yàn)序號(hào)3與試驗(yàn)序號(hào)1的主觀量表結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。如圖4 所示，對(duì)于緊張程度，試驗(yàn)序號(hào)3（1.08±0.29）較試驗(yàn)序號(hào)1（1.67±0.78）明顯下降（t=?2.548，P=0.027）；對(duì)于接管意愿程度，試驗(yàn)序號(hào)3（1.00±0.00）較試驗(yàn)序號(hào)1（1.92±1.00）也明顯下降（t=?3.188，P=0.009）。由此推斷，在經(jīng)歷試驗(yàn)序號(hào)2 的極限行駛工況后，受試者對(duì)車輛應(yīng)付復(fù)雜環(huán)境的預(yù)期發(fā)生了積極變化。

圖4 主觀量表結(jié)果的95%置信區(qū)間Fig.4 95%confidence intervals for subjective scale

通過訪談獲悉，在試驗(yàn)序號(hào)1 中部分受試者因不確定試驗(yàn)內(nèi)容，并且車輛未在符合其日常駕駛習(xí)慣的距離避讓障礙物，擔(dān)心試驗(yàn)車會(huì)與障礙物發(fā)生碰撞，因而存在一定的緊張情緒和接管意愿；試驗(yàn)序號(hào)3 中有受試者認(rèn)為當(dāng)次試驗(yàn)會(huì)在試驗(yàn)序號(hào)2 的基礎(chǔ)上發(fā)生更激烈的行駛行為，因此未處于完全不緊張狀態(tài)。

表3為全部受試者在試驗(yàn)開始前心理狀態(tài)的問詢記錄統(tǒng)計(jì)結(jié)果。在試驗(yàn)序號(hào)1 開始時(shí)，部分受試者猜測(cè)試驗(yàn)內(nèi)容包含碰撞行為，因此存在緊張情緒；在試驗(yàn)序號(hào)2 開始時(shí)，絕大部分受試者處于放松狀態(tài)；在試驗(yàn)序號(hào)3開始時(shí)，所有受試者在經(jīng)歷試驗(yàn)序號(hào)2 中的刺激后出現(xiàn)了較強(qiáng)的戒備心理，處于緊張狀態(tài)。由此推斷，在經(jīng)歷試驗(yàn)序號(hào)2 的極限行駛工況后，受試者對(duì)試驗(yàn)過程的預(yù)期發(fā)生了消極的變化。

表3 試驗(yàn)開始前調(diào)查問卷統(tǒng)計(jì)結(jié)果Tab.3 Statistical results of questionnaire before test

2.3 生理數(shù)據(jù)結(jié)果

為了更好地掌握受試者在試驗(yàn)過程中心理感受的連續(xù)變化，根據(jù)研究團(tuán)隊(duì)關(guān)于實(shí)車環(huán)境下乘員不舒適感客觀表征方法的已有研究結(jié)果［20］，選用了SCL 來反映受試者的精神壓力和警覺程度。由BR生理多導(dǎo)儀采集的皮膚電反射值得到了SCL 數(shù)據(jù)。為了分析受試者的SCL 變化與車輛行駛行為的關(guān)系，繪制SCL-距離關(guān)系圖進(jìn)行定性觀察。

以12 號(hào)受試者在3 次試驗(yàn)過程中的原始SCL數(shù)據(jù)為例。如圖5所示，x軸為車輛與試驗(yàn)起始位置O的距離，試驗(yàn)序號(hào)1、3的變道位置A點(diǎn)和障礙物位置C點(diǎn)分別位于80 m和130 m處。在試驗(yàn)車輛啟動(dòng)后逼近障礙物的過程中，受試者的SCL 明顯上升，并出現(xiàn)峰值，這一現(xiàn)象在所有受試者的數(shù)據(jù)中均存在。為此，對(duì)全部受試者的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

圖5 SCL-距離曲線Fig.5 SCL-distance curve

根據(jù)全部受試者的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，試驗(yàn)序號(hào)2 的峰值（28.06±9.19）μS 較試驗(yàn)序號(hào)1 的峰值（20.84±9.04）μS表現(xiàn)為明顯上升（t=3.386，P=0.007），證實(shí)了試驗(yàn)序號(hào)2的極限行駛工況對(duì)受試者刺激的有效性。

每位受試者在試驗(yàn)序號(hào)1、3中的SCL變化均存在差異，表明受試者在經(jīng)歷試驗(yàn)序號(hào)2 的極限行駛工況后心理狀態(tài)發(fā)生改變。因此，對(duì)全部受試者提取2次試驗(yàn)中的SCL進(jìn)行對(duì)比。

（1）變化程度

SCL變化程度為試驗(yàn)中峰值和試驗(yàn)前平靜值之差與平靜值的比值，體現(xiàn)了受試者在整個(gè)試驗(yàn)過程中的精神壓力變化。如圖6所示，在試驗(yàn)序號(hào)1、3中全部受試者的SCL 變化程度分別為1.45±0.60 和1.79±0.98，變化不明顯，經(jīng)t檢驗(yàn)尚不能認(rèn)為受試者在試驗(yàn)序號(hào)2 的經(jīng)歷對(duì)該指標(biāo)存在影響（t=1.368，P=0.201）。結(jié)果表明，從生理反應(yīng)的角度看，受試者在試驗(yàn)全過程中承受的最大精神壓力基本相同，未因經(jīng)歷試驗(yàn)序號(hào)2 的極限行駛工況而發(fā)生明顯變化。

圖6 SCL變化程度的95%置信區(qū)間Fig.6 95%confidence interval of SCL variation

該結(jié)果與主觀量表統(tǒng)計(jì)結(jié)果存在差異，因此可認(rèn)為SCL變化表現(xiàn)了受試者對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的知覺性判斷，而緊張程度主觀評(píng)價(jià)體現(xiàn)了受試者對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的認(rèn)知性判斷。

（2）峰值位置

SCL 峰值位置是指試驗(yàn)過程中受試者SCL 達(dá)到峰值時(shí)對(duì)應(yīng)的車輛位置與試驗(yàn)起始位置之間的距離。如圖7 所示，在試驗(yàn)序號(hào)1、3 中全部受試者的SCL 峰 值 位 置 分 別 為（136.26±44.70）m 和（86.87±50.05）m，距離明顯提前（t=?2.876，P=0.018）。該現(xiàn)象與受試者在主觀感受表述中當(dāng)試驗(yàn)序號(hào)3 開始時(shí)處于戒備心理的描述一致，印證了在經(jīng)歷試驗(yàn)序號(hào)2 的極限行駛工況后，受試者對(duì)試驗(yàn)過程的預(yù)期發(fā)生了消極的變化。

圖7 SCL峰值位置的95%置信區(qū)間Fig.7 95% confidence interval for SCL peak position

3 分析與討論

3.1 負(fù)性刺激對(duì)乘員預(yù)期的影響

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，試驗(yàn)序號(hào)2 中的車輛極限行駛行為對(duì)受試者的主觀感受產(chǎn)生了積極影響。雖然在受到短期刺激驚嚇后，SCL 峰值表現(xiàn)出受試者在感覺層面仍對(duì)車輛行駛行為可能誘發(fā)的潛在危險(xiǎn)持保留態(tài)度，這是由于人的條件反射在短時(shí)間內(nèi)難以被改變［23］。然而，從主觀量表可知，受試者在知覺層面已對(duì)車輛應(yīng)付復(fù)雜環(huán)境的預(yù)期有了積極的變化，即當(dāng)車輛行為具有確定性時(shí)受試者對(duì)車輛應(yīng)付突發(fā)情況的信任度有所提高，即使在車輛未按其日常駕駛習(xí)慣避障的情況下也愿意將控制權(quán)交給車輛，進(jìn)而影響了受試者對(duì)緊張與否的主觀評(píng)價(jià)。這也說明，通過做最壞的打算，可以在事件發(fā)生時(shí)削弱負(fù)性情緒并增強(qiáng)正性情緒［24］。因此，通過合理的工況設(shè)計(jì)進(jìn)行車輛行駛能力的展示，可改變用戶在傳統(tǒng)汽車駕乘經(jīng)歷中積累的經(jīng)驗(yàn)，并接受自動(dòng)駕駛汽車可能存在的獨(dú)特行駛行為，是在面向接受度的自動(dòng)駕駛技術(shù)推廣中值得采用的方法。

另一方面，受試者對(duì)試驗(yàn)過程的預(yù)期發(fā)生了消極變化，即在相同環(huán)境下當(dāng)車輛行為存在不確定性時(shí)處于較高的精神壓力狀態(tài)，是類似于靴子落地［25］的現(xiàn)象。這是因?yàn)樵囼?yàn)中車輛有意迫近障礙物，使受試者認(rèn)為試驗(yàn)車輛的避障決策具有高度不確定性，因此在無法明確判斷車輛意圖的情況下，受試者處于由戒備引起的緊張情緒中。這印證了當(dāng)個(gè)體被暗示沒有能力預(yù)測(cè)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生消極體驗(yàn)［26］。若日常乘車時(shí)車輛行為多次偏離用戶預(yù)期，則對(duì)用戶滿意度造成負(fù)面影響，甚至影響其接受度。這種現(xiàn)象與通過穩(wěn)定的車輛行為提高受試者對(duì)自動(dòng)駕駛汽車的接受程度［27］形成對(duì)立，在自動(dòng)駕駛汽車的開發(fā)過程中應(yīng)避免，在開展舒適性主觀評(píng)價(jià)時(shí)也要控制這種消極變化對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的影響。

3.2 乘員預(yù)期的生理表征

本研究中選用的SCL 能較好地反映受試者的精神壓力，其變化程度體現(xiàn)了受試者在整個(gè)試驗(yàn)過程中的精神壓力變化，但試驗(yàn)序號(hào)1、3 中該指標(biāo)并無明顯差異，而且該指標(biāo)本身缺少與試驗(yàn)中事件的關(guān)聯(lián)。若將SCL 與試驗(yàn)過程相結(jié)合，則具備對(duì)乘員預(yù)期進(jìn)行表征的能力。

由于人體神經(jīng)系統(tǒng)存在延遲和不應(yīng)期效應(yīng)，生理指標(biāo)的變化存在一定的滯后，由外界刺激引起的生理反應(yīng)明顯滯后于源于自身的情緒變化［28］。例如，在試驗(yàn)序號(hào)2中，全部受試者SCL的峰值時(shí)刻與車輛完成緊急變道時(shí)刻之間長達(dá)（3.95±1.45）s。由于預(yù)期引起的精神壓力變化是內(nèi)在發(fā)生的，結(jié)合試驗(yàn)過程中與障礙物的相對(duì)位置關(guān)系，可以辨別當(dāng)前精神壓力的產(chǎn)生原因。如圖8所示，在試驗(yàn)序號(hào)1中全部受試者的SCL 峰值出現(xiàn)時(shí)車輛位于距試驗(yàn)起始位置O點(diǎn)（136.26±44.70）m 處，排除個(gè)體差異，該位置位于障礙物附近，與當(dāng)受試者完全確認(rèn)不再與障礙物有碰撞風(fēng)險(xiǎn)后逐漸放松的信息一致；在試驗(yàn)序號(hào)2 中，SCL 峰值出現(xiàn)時(shí)車輛位于距起始位置O點(diǎn)（186.50±2.28）m 處，體現(xiàn)了人體由外界刺激引起的生理變化的延遲；在試驗(yàn)序號(hào)3中，SCL峰值位置為（86.87±50.05）m，排除個(gè)體差異，該位置位于車輛變道點(diǎn)附近。這與大部分受試者在試驗(yàn)序號(hào)1 中于障礙物附近判斷無碰撞風(fēng)險(xiǎn)后逐漸放松，以及在試驗(yàn)序號(hào)3的試驗(yàn)初期處于戒備狀態(tài)直至車輛由轉(zhuǎn)向行為表現(xiàn)出變道意圖的訪談?dòng)涗浳呛稀?/p>

圖8 SCL峰值位置Fig.8 SCL peak position

試驗(yàn)序號(hào)1、3 中SCL 峰值位置范圍大，而試驗(yàn)序號(hào)2 中SCL 峰值位置非常集中。這說明，與極限行駛工況下對(duì)刺激事件的風(fēng)險(xiǎn)認(rèn)知結(jié)果高度一致相比，常規(guī)行駛過程中受試者對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的認(rèn)知存在一定程度的個(gè)體差異，并在不同時(shí)刻（位置）判斷風(fēng)險(xiǎn)極值或風(fēng)險(xiǎn)解除。這與個(gè)人的風(fēng)險(xiǎn)接受度、駕乘經(jīng)歷等內(nèi)在因素有關(guān)。試驗(yàn)序號(hào)1、3的SCL峰值范圍接近，說明了該范圍在同一組受試群體中是相對(duì)固定的，即存在一個(gè)可被統(tǒng)計(jì)的共性區(qū)間。另外，試驗(yàn)序號(hào)2 中極限變道后車輛快速回正，存在較大的橫擺角速度和側(cè)向加速度直至170 m 處，這一過程應(yīng)視為極限行駛工況的一部分。

此外，對(duì)同一個(gè)體而言，SCL的數(shù)值在短期內(nèi)相對(duì)穩(wěn)定，可通過絕對(duì)值對(duì)比精神壓力程度。通過SCL數(shù)據(jù)采集，并將SCL數(shù)據(jù)與試驗(yàn)過程中的事件信息相結(jié)合，才能夠反映預(yù)期的變化。

4 結(jié)語

（1）在經(jīng)歷過車輛極限行駛工況后，受試者對(duì)車輛控制能力的預(yù)期獲得了提高，進(jìn)而接受車輛行為，突破其自身駕駛習(xí)慣的約束，該預(yù)期對(duì)緊張與否的主觀評(píng)價(jià)產(chǎn)生了積極影響。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，負(fù)性刺激對(duì)受試者由知覺引起的主觀感受產(chǎn)生了影響，未對(duì)由感覺引起的條件反射產(chǎn)生影響。

（2）車輛極限行駛工況也對(duì)受試者的預(yù)期產(chǎn)生了消極影響，表現(xiàn)為在獲知車輛決策存在高度不確定性后，無法明確判斷車輛意圖的情況下，處于由戒備引起的緊張情緒所帶來的較高精神壓力之下。

（3）通過將受試者的SCL 數(shù)據(jù)與試驗(yàn)過程中車輛行為和環(huán)境信息相結(jié)合，能夠辨別由負(fù)性刺激誘發(fā)的高度精神壓力事件，并反映乘員預(yù)期變化。

（4）對(duì)于受試者的緊張程度主觀評(píng)價(jià)結(jié)果顯著下降時(shí)SCL 變化程度無明顯變化的現(xiàn)象，可認(rèn)為SCL 表現(xiàn)了受試者對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的知覺性判斷結(jié)果，而緊張程度主觀評(píng)價(jià)體現(xiàn)了受試者對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的認(rèn)知性判斷結(jié)果。

（5）常規(guī)行駛過程中，不同受試者SCL 峰值位置范圍大但存在一個(gè)基本一致的區(qū)間，因此可認(rèn)為受試者的風(fēng)險(xiǎn)認(rèn)知存在個(gè)體差異，與個(gè)人的風(fēng)險(xiǎn)接受度、駕乘經(jīng)歷等內(nèi)在因素有關(guān)，并且存在一個(gè)可被統(tǒng)計(jì)的共性區(qū)間。

此外，外界刺激對(duì)乘員預(yù)期的短期和長期影響差異、基于生理指標(biāo)的乘員預(yù)期量化評(píng)價(jià)方法、風(fēng)險(xiǎn)認(rèn)知舒適性外界因素的量化關(guān)系、影響受試者風(fēng)險(xiǎn)認(rèn)知的個(gè)人內(nèi)在因素等，是未來應(yīng)該考慮的問題，有待進(jìn)一步研究。

作者貢獻(xiàn)聲明：

蒙昊藍(lán)：研究命題的提出及設(shè)計(jì)，樣本數(shù)據(jù)分析，論文撰寫及修訂。

陳君毅：試驗(yàn)設(shè)計(jì)，樣本數(shù)據(jù)采集，論文修訂。

王 斌：試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集。

余卓平：最終版本的修訂。