聽(tīng)覺(jué)-言語(yǔ)認(rèn)知負(fù)荷下工作記憶容量對(duì)跟車(chē)行駛影響

李坤宸，袁偉*,b，李舒欣，張會(huì)明

(長(zhǎng)安大學(xué)，a.汽車(chē)學(xué)院；b.汽車(chē)運(yùn)輸安全保障技術(shù)交通運(yùn)輸行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710086)

0 引言

駕駛是一項(xiàng)復(fù)雜多變的任務(wù)，涉及信息感知、決策制定與操作執(zhí)行等過(guò)程，其對(duì)駕駛?cè)说恼J(rèn)知能力和技能水平提出了很高的要求。研究表明，任何認(rèn)知功能的衰退都會(huì)導(dǎo)致駕駛績(jī)效的下降[1]。工作記憶(Working Memory,WM)作為一種高階認(rèn)知能力，涵蓋了個(gè)體注意力控制和信息處理維護(hù)等復(fù)雜的認(rèn)知過(guò)程，在人類(lèi)高級(jí)認(rèn)知過(guò)程中發(fā)揮著核心作用[2]。已有研究表明，工作記憶與駕駛行為有著緊密聯(lián)系，與駕駛?cè)说能?chē)道保持能力、駕駛違章、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)感知能力和應(yīng)激反應(yīng)時(shí)間等密切相關(guān)[3-4]。探究不同工作記憶容量駕駛?cè)巳旱鸟{駛行為特征，可以為駕駛安全培訓(xùn)干預(yù)提供駕駛?cè)苏J(rèn)知特性方面的見(jiàn)解和理論參考。

工作記憶容量代表工作記憶能力的大小，可以表征駕駛?cè)硕虝r(shí)間內(nèi)保持和處理信息的能力。工作記憶容量越高的駕駛?cè)司哂性蕉嗟恼J(rèn)知資源空間，能夠同時(shí)存儲(chǔ)和加工更多的信息，可以保證駕駛?cè)俗⒁饬τ行Х峙浜投嗳蝿?wù)的靈活處理。工作記憶容量和認(rèn)知負(fù)荷與駕駛行為的關(guān)系是一個(gè)具有前沿性和創(chuàng)新性的領(lǐng)域，已有學(xué)者研究了在不同認(rèn)知負(fù)荷下，個(gè)體工作記憶容量差異對(duì)駕駛分心[5]、車(chē)道保持[6]及風(fēng)險(xiǎn)感和視覺(jué)注意力[4]的影響。研究發(fā)現(xiàn)，高工作記憶容量個(gè)體能夠更好地保持對(duì)任務(wù)的專(zhuān)注并抑制干擾，而低工作記憶容量個(gè)體則容易因?yàn)轳{駛分心或外在干擾而導(dǎo)致任務(wù)維持失敗[7]。

駕駛分心普遍存在于日常駕駛，占用了駕駛?cè)擞邢薜墓ぷ饔洃涃Y源，降低了駕駛員的專(zhuān)注度，導(dǎo)致駕駛?cè)朔磻?yīng)延遲增加和車(chē)輛控制能力下降[8]。美國(guó)國(guó)家公路交通安全管理局根據(jù)分心源，將駕駛分心分為視覺(jué)分心、聽(tīng)覺(jué)分心、認(rèn)知分心和生物力學(xué)分心，視覺(jué)分心和認(rèn)知分心是駕駛時(shí)發(fā)生最頻繁的兩種分心[8]。但是，在日常駕駛中，復(fù)合分心的情況常常出現(xiàn)，例如，視覺(jué)分心通常會(huì)伴隨生物力學(xué)分心[9]。

以往許多研究使用不同駕駛次任務(wù)，向駕駛員施加負(fù)荷，模擬不同駕駛分心狀態(tài)，常見(jiàn)的實(shí)驗(yàn)次任務(wù)有瀏覽社交網(wǎng)站[10]，屏幕箭頭識(shí)別[9]，路側(cè)廣告牌[11]，數(shù)學(xué)運(yùn)算[12]，猜謎[12]，n-back[7,9,13-14]，購(gòu)物車(chē)清單計(jì)算[5]，發(fā)送手機(jī)短信[6]等。

例如，HASHASH等[10]通過(guò)駕駛模擬器實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)中設(shè)置前車(chē)制動(dòng)、行人橫穿馬路和信號(hào)燈突變事件，分析了瀏覽社交網(wǎng)站任務(wù)對(duì)司機(jī)行駛速度、橫向位置表現(xiàn)、制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間和眼動(dòng)參數(shù)的影響，結(jié)果表明，視覺(jué)分心導(dǎo)致被試平均制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間增加，每分鐘道路注視次數(shù)、平均注視時(shí)間和凝視次數(shù)顯著下降。OVIEDO-TRESPALACIOS等[11]開(kāi)展模擬器實(shí)驗(yàn)，研究路側(cè)廣告牌對(duì)被試駕駛行為和生理指標(biāo)的影響發(fā)現(xiàn)，路側(cè)廣告對(duì)駕駛行為的影響很大程度上受到駕駛員之間個(gè)體差異的調(diào)節(jié)，年輕司機(jī)在廣告牌上投入了更多的注意資源。

TARABAY等[13]測(cè)試了不同認(rèn)知負(fù)荷下，3 種模擬駕駛城市場(chǎng)景中駕駛員的行為和生理數(shù)據(jù)表現(xiàn)，表明認(rèn)知分心任務(wù)會(huì)導(dǎo)致駕駛員生理機(jī)能的變化以及駕駛性能的下降，在高負(fù)荷任務(wù)下，駕駛員出現(xiàn)了調(diào)節(jié)行為(例如降低速度)。LOUIE等[5]選擇購(gòu)物車(chē)清單作為負(fù)荷任務(wù)，調(diào)查不同工作記憶容量在預(yù)測(cè)駕駛?cè)朔中男袨榈淖饔?，結(jié)果表明，在有/無(wú)次任務(wù)下，工作記憶容量對(duì)駕駛?cè)说闹苿?dòng)時(shí)間具有調(diào)節(jié)作用，認(rèn)知負(fù)荷導(dǎo)致的駕駛性能損傷對(duì)于工作記憶容量更低的人會(huì)更加明顯。同樣，BROADBENT等[7]使用2-back 任務(wù)，研究在鄉(xiāng)村道路下有/無(wú)負(fù)荷駕駛?cè)俗⒁曅袨楹婉{駛性能表現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)多任務(wù)駕駛導(dǎo)致了更大的前額葉區(qū)氧飽和度，更少的道路注視行為。

在復(fù)合分心的研究中，CHOUDHARY等[6]研究發(fā)送手機(jī)短信對(duì)駕駛行為的影響，開(kāi)展鄉(xiāng)村道路駕駛模擬實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)與無(wú)分心任務(wù)相比，手機(jī)短信任務(wù)導(dǎo)致車(chē)道橫向位置標(biāo)準(zhǔn)差增加，視覺(jué)動(dòng)作復(fù)合分心增加了駕駛?cè)宿D(zhuǎn)向操作的隨機(jī)性。李鵬輝等[9]通過(guò)開(kāi)展模擬駕駛實(shí)驗(yàn)研究不同分心任務(wù)對(duì)駕駛?cè)朔磻?yīng)時(shí)間的影響，分別對(duì)駕駛?cè)耸┘幼R(shí)別箭頭和發(fā)短信任務(wù)，考察在不同的車(chē)頭時(shí)距和前車(chē)減速度條件下被試的制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間，結(jié)果表明，視覺(jué)分心和復(fù)合分心任務(wù)導(dǎo)致其對(duì)側(cè)向行人和縱向追尾的制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間增加，而認(rèn)知分心任務(wù)對(duì)縱向碰撞反應(yīng)時(shí)間沒(méi)有顯著影響。彭丹丹等[15]開(kāi)展模擬器實(shí)驗(yàn)，研究駕駛員在完成語(yǔ)音導(dǎo)航、手持導(dǎo)航和手機(jī)支架導(dǎo)航調(diào)節(jié)任務(wù)對(duì)駕駛員眼動(dòng)和行駛狀態(tài)參數(shù)的影響，結(jié)果表明，與無(wú)次任務(wù)的自由駕駛相比，調(diào)節(jié)導(dǎo)航任務(wù)均造成駕駛分心，導(dǎo)航任務(wù)集中了更多的駕駛員注視資源，導(dǎo)致駕駛員的掃視次數(shù)增加，車(chē)輛縱向速度和縱向速度標(biāo)準(zhǔn)差下降，方向盤(pán)轉(zhuǎn)角標(biāo)準(zhǔn)差和轉(zhuǎn)向熵增加。CHANG等[16]設(shè)計(jì)日歷會(huì)議安排、無(wú)線(xiàn)電調(diào)頻和目的地導(dǎo)航這3種車(chē)內(nèi)屏幕操作任務(wù)，通過(guò)觸覺(jué)響應(yīng)反應(yīng)時(shí)間(Tactile Detection Response Task,TDRT)評(píng)估駕駛?cè)说恼J(rèn)知工作量，研究表明，有駕駛主任務(wù)時(shí)，執(zhí)行上述任務(wù)時(shí)的TDRT 響應(yīng)時(shí)間更長(zhǎng)，駕駛員完成導(dǎo)航和日歷任務(wù)所需要的認(rèn)知工作量更高，日歷日程任務(wù)的時(shí)間延遲和錯(cuò)誤率最低，且具有最大的TDRT 響應(yīng)時(shí)間。

目前，關(guān)于視覺(jué)分心對(duì)駕駛行為的影響和檢測(cè)識(shí)別已較為成熟，相比視覺(jué)和動(dòng)作分心，認(rèn)知分心并不具有明顯的外在動(dòng)作特征，例如，眼動(dòng)參數(shù)和頭部姿態(tài)變化等[8]。因此，為更準(zhǔn)確地檢測(cè)認(rèn)知分心，探索認(rèn)知分心對(duì)駕駛行為的影響規(guī)律仍然是分心領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

但大多數(shù)研究?jī)H考慮有/無(wú)認(rèn)知負(fù)荷任務(wù)對(duì)駕駛?cè)笋{駛行為的影響，沒(méi)有對(duì)認(rèn)知負(fù)荷難度進(jìn)行分級(jí)，考察不同認(rèn)知負(fù)荷量對(duì)特定駕駛場(chǎng)景下駕駛行為影響。其次，有學(xué)者發(fā)現(xiàn)較高工作記憶容量的駕駛?cè)司哂懈玫能?chē)速控制能力、危險(xiǎn)感知能力和更少的違規(guī)行為，在抵抗分心任務(wù)帶來(lái)的干擾而專(zhuān)注駕駛上有更好的表現(xiàn)。目前，在不同負(fù)荷水平下和駕駛行為影響之間，許多研究沒(méi)有考慮工作記憶因素在其中的作用和影響，忽略了工作記憶在不同負(fù)荷條件下對(duì)駕駛?cè)诵袨榈恼{(diào)節(jié)作用。

在涉及危險(xiǎn)場(chǎng)景的實(shí)驗(yàn)中，與道路實(shí)車(chē)實(shí)驗(yàn)相比，模擬駕駛實(shí)驗(yàn)在成本和安全問(wèn)題具有顯著的優(yōu)勢(shì)，因此，本文采用駕駛模擬器和Virtual Test Drive(VTD)軟件搭建駕駛模擬實(shí)驗(yàn)跟車(chē)場(chǎng)景。n-back任務(wù)是麻省理工學(xué)院開(kāi)發(fā)的一種經(jīng)典延遲數(shù)字回憶任務(wù)，可以通過(guò)簡(jiǎn)單的方式改變被試認(rèn)知負(fù)荷的大小，是對(duì)被試施加聽(tīng)覺(jué)-言語(yǔ)認(rèn)知負(fù)荷(簡(jiǎn)稱(chēng)，認(rèn)知負(fù)荷)的常用任務(wù)，被證明可以代替免提通話(huà)等任務(wù)，已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用[13]。有鑒于此，本文采用n-back 任務(wù)設(shè)置不同的聽(tīng)覺(jué)-言語(yǔ)認(rèn)知負(fù)荷水平。復(fù)雜跨度范式是心理學(xué)領(lǐng)域中測(cè)量個(gè)體工作記憶容量最廣泛的測(cè)量范式，已經(jīng)在許多測(cè)量個(gè)體工作記憶的實(shí)驗(yàn)中使用[3]，本文基于這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量范式，使用E-prime 3.0 進(jìn)行駕駛?cè)斯ぷ饔洃浫萘繙y(cè)試。最后，本文探究不同認(rèn)知負(fù)荷和工作記憶容量對(duì)駕駛?cè)烁?chē)駕駛績(jī)效的影響規(guī)律，分析在不同聽(tīng)覺(jué)-言語(yǔ)認(rèn)知負(fù)荷水平下，不同工作容量對(duì)駕駛績(jī)效指標(biāo)的交互與調(diào)節(jié)作用。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

使用駕駛模擬器采集駕駛?cè)说牟倏v行為和車(chē)輛運(yùn)行狀態(tài)等數(shù)據(jù)，主要由實(shí)車(chē)座艙系統(tǒng)，180°前視環(huán)屏顯示系統(tǒng)，兩通道后屏顯示系統(tǒng)，六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成，如圖1所示。

圖1 六自由度駕駛模擬器Fig.1 Six degrees of freedom driving simulator

1.2 跟車(chē)場(chǎng)景設(shè)計(jì)

本文使用雙任務(wù)范式，將n-back任務(wù)作為駕駛次任務(wù)。此任務(wù)按照2.5 s 間隔隨機(jī)播放0～9 的序列，在不同的n-back 任務(wù)中，被試需要記住并回憶喇叭播放的隨機(jī)序列，并回答當(dāng)前播放數(shù)字前的第n個(gè)位置的數(shù)字。以1-back為例：喇叭播報(bào)的數(shù)字序列為“1，4，7，5，0，2，9，…”，當(dāng)喇叭播報(bào)第2個(gè)數(shù)字“4”時(shí)，被試大聲說(shuō)出上一個(gè)播放的數(shù)字“1”，并記住數(shù)字“4”；當(dāng)喇叭播報(bào)第3 個(gè)數(shù)字“7”時(shí)，被試說(shuō)出第2 個(gè)數(shù)字“4”，并記住數(shù)字“7”；在喇叭播報(bào)第4個(gè)數(shù)字“5”時(shí)，大聲念出“7”，依次類(lèi)推。

目前，許多研究?jī)H設(shè)計(jì)了有/無(wú)負(fù)荷分心任務(wù)，并沒(méi)有考慮工作記憶對(duì)駕駛行為的影響，因此，本文將認(rèn)知負(fù)荷難度和工作記憶容量分級(jí)。另外，不同研究關(guān)于負(fù)荷任務(wù)是否對(duì)駕駛員跟車(chē)間距保持行為有影響存在差異[13,17]。因此，在本文實(shí)驗(yàn)方案中，設(shè)計(jì)特定駕駛場(chǎng)景(跟車(chē))的模擬實(shí)驗(yàn)，按照3(認(rèn)知負(fù)荷：無(wú)負(fù)荷、1-back及3-back)×2(工作記憶容量：高和低)的二因素混合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，開(kāi)展不同前車(chē)車(chē)頭時(shí)距(基準(zhǔn)條件、基準(zhǔn)條件±1 s、基準(zhǔn)條件+2 s及基準(zhǔn)條件+3 s)的實(shí)驗(yàn)。車(chē)頭時(shí)距基準(zhǔn)條件指：被試駕駛?cè)嗽趯?shí)驗(yàn)開(kāi)始按照習(xí)慣的車(chē)頭時(shí)距跟隨前車(chē)，并保持1 min，駕駛模擬器采集這段時(shí)間內(nèi)的跟車(chē)車(chē)頭時(shí)距，計(jì)算均值作為這名駕駛?cè)说幕鶞?zhǔn)跟車(chē)時(shí)距。前車(chē)在不同點(diǎn)位觸發(fā)不同事件，前車(chē)運(yùn)行示意如圖2所示。

圖2 前車(chē)車(chē)頭時(shí)距變化的跟車(chē)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景設(shè)計(jì)Fig.2 Vehicle following experiment design with change of front vehicle distance

以1-back認(rèn)知負(fù)荷實(shí)驗(yàn)為例：

(1) 被試駕駛EGO 車(chē)，前車(chē)加速至108 km·h-1后勻速行駛，駕駛?cè)俗杂筛?chē)，計(jì)算機(jī)采集該段車(chē)頭時(shí)距均值作為基準(zhǔn)。EGO行駛第1個(gè)觸發(fā)點(diǎn)后，駕駛權(quán)切換至車(chē)輛系統(tǒng)，自動(dòng)調(diào)整與前車(chē)的車(chē)頭時(shí)距為基準(zhǔn)條件-1 s，保持行駛30 s，被試觀(guān)察并感受這段跟車(chē)距離。30 s 后，被試駕駛?cè)酥匦陆庸苘?chē)輛，跟隨前車(chē)，并保持剛剛所觀(guān)察的車(chē)頭時(shí)距，完成1-back 認(rèn)知負(fù)荷任務(wù)。1 min 后，被試重新接管車(chē)輛自由跟隨前車(chē)行駛，同時(shí)，完成1-back任務(wù)，直到進(jìn)入下一次車(chē)輛系統(tǒng)接管。

(2)到達(dá)第2、第3及第4個(gè)觸發(fā)點(diǎn)位后，車(chē)輛系統(tǒng)接管EGO 車(chē)輛，調(diào)整與前車(chē)的車(chē)頭時(shí)距為基準(zhǔn)條件+1 s，基準(zhǔn)條件+3 s，基準(zhǔn)條件+2 s下的跟車(chē)任務(wù)，隨后，被試完成1-back任務(wù)，并維持剛剛觀(guān)察到的車(chē)頭時(shí)距。

(3)所有跟車(chē)任務(wù)結(jié)束后，前車(chē)減速至停車(chē)，一組不同車(chē)頭時(shí)距下的跟車(chē)實(shí)驗(yàn)完成。

為盡可能減少被試的學(xué)習(xí)效應(yīng)，施加不同認(rèn)知負(fù)荷水平和車(chē)頭時(shí)距的順序是隨機(jī)的。每組實(shí)驗(yàn)按照規(guī)定速度完成駕駛大約需要15 min，每次試驗(yàn)結(jié)束后休息3 min。另外，在不同認(rèn)知負(fù)荷任務(wù)下，本文還開(kāi)展了前車(chē)速度變化的跟車(chē)實(shí)驗(yàn)，前車(chē)分別按照100，70，40 km·h-1速度勻速行駛，分別隨機(jī)以-1.5 m·s-2和-4 m·s-2的減速度制動(dòng)。道路總長(zhǎng)約30 km，雙向4 車(chē)道，標(biāo)準(zhǔn)車(chē)道寬度3.75 m，道路中央有綠色柵欄隔離，道路兩側(cè)場(chǎng)景包含有高山、草地、河流及少數(shù)城市建筑，天氣設(shè)置為晴朗，實(shí)驗(yàn)路線(xiàn)是一條城市通往郊區(qū)的道路。

1.3 被試駕駛?cè)苏心?/h3>

共招募40 名被試，其中，4 人在實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)眩暈感退出，被試身體健康，裸眼或矯正視力達(dá)到4.8及以上。平均年齡24.1 歲(標(biāo)準(zhǔn)差1.31 歲)，其中，男性20人(平均年齡24.33歲，標(biāo)準(zhǔn)差1.11歲)，女性16 人(平均年齡23.8 歲，標(biāo)準(zhǔn)差1.2 歲)。平均駕駛年限為3.16 年，標(biāo)準(zhǔn)差1.71 年；平均駕駛總里程1368.2 km，標(biāo)準(zhǔn)差213.6 km。為確保實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的有效性和真實(shí)性，要求參與者保證在實(shí)驗(yàn)前兩天有充足的睡眠，并沒(méi)有服用過(guò)任何影響精神狀態(tài)的藥物。在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，給予參與者一定金額的報(bào)酬。

1.4 工作記憶容量測(cè)量

本實(shí)驗(yàn)測(cè)試被試駕駛?cè)说墓ぷ饔洃浫萘?，包含?fù)雜記憶跨度范式包括自動(dòng)運(yùn)算跨度(Opsan)任務(wù)、自動(dòng)對(duì)稱(chēng)跨度(Sspan)任務(wù)、自動(dòng)旋轉(zhuǎn)跨度任務(wù)(Rotspan)與自動(dòng)閱讀跨度(Rspan)任務(wù)。詳細(xì)測(cè)試過(guò)程如圖3 所示，基于E-prime 3.0 軟件實(shí)現(xiàn)，每個(gè)試次大約15 min，每個(gè)試次分為預(yù)實(shí)驗(yàn)和正式實(shí)驗(yàn)兩個(gè)階段，被試在電腦屏幕上熟悉后進(jìn)入正式實(shí)驗(yàn)。

圖3 工作記憶容量測(cè)試流程Fig.3 Working memory capacity test procedure

1.5 實(shí)驗(yàn)流程

正式實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下：①填寫(xiě)個(gè)人信息問(wèn)卷并簽署實(shí)驗(yàn)知情同意書(shū)；②引導(dǎo)被試完成工作記憶容量測(cè)試；③向參與者介紹模擬跟車(chē)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，告知參與者實(shí)驗(yàn)過(guò)程中認(rèn)知負(fù)荷的類(lèi)型以及n-back任務(wù)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程；④進(jìn)行時(shí)長(zhǎng)10 min 模擬實(shí)驗(yàn)練習(xí)，若出現(xiàn)眩暈惡心等癥狀，則停止實(shí)驗(yàn)；⑤依次進(jìn)行不同認(rèn)知負(fù)荷下跟車(chē)實(shí)驗(yàn)，一位實(shí)驗(yàn)者協(xié)助參與者開(kāi)始n-back認(rèn)知負(fù)荷次任務(wù)，另一位實(shí)驗(yàn)者記錄駕駛過(guò)程中的行車(chē)數(shù)據(jù)，并確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確記錄；⑥實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，暫停駕駛模擬器，引導(dǎo)被試離開(kāi)駕駛艙，保存所記錄的同步數(shù)據(jù)，關(guān)閉駕駛模擬器；⑦參與者完成實(shí)驗(yàn)調(diào)查問(wèn)卷，并支付參與者相應(yīng)報(bào)酬。

1.6 實(shí)驗(yàn)指標(biāo)提取

本文的數(shù)據(jù)來(lái)源為前車(chē)車(chē)頭時(shí)距變化和前車(chē)速度變化下跟車(chē)實(shí)驗(yàn)，在車(chē)頭時(shí)距變化跟車(chē)實(shí)驗(yàn)中，按照前車(chē)的絕對(duì)縱坐標(biāo)位置分別提取被試根據(jù)觀(guān)察到的基準(zhǔn)條件±1 s、+2 s、+3 s 中跟車(chē)行駛片段。在前車(chē)速度變化并隨機(jī)制動(dòng)的跟車(chē)實(shí)驗(yàn)中，分別提取前車(chē)在100，40，70 km·h-1勻速行駛時(shí)被試跟車(chē)行駛片段，前車(chē)以-4 m·s-2和-1.5 m·s-2進(jìn)行制動(dòng)時(shí)的被試應(yīng)激反應(yīng)片段。

在本文中，跟車(chē)駕駛績(jī)效指駕駛員在跟車(chē)中的駕駛行為表現(xiàn)，研究選擇跟車(chē)速度差、跟車(chē)絕對(duì)速度、車(chē)頭時(shí)距、制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間和方向盤(pán)轉(zhuǎn)角變化率作為跟車(chē)駕駛績(jī)效的衡量指標(biāo)。跟車(chē)速度差是駕駛?cè)瞬倏谽CO車(chē)輛跟隨前車(chē)行駛期間與前方車(chē)輛速度差值的絕對(duì)值，表示自車(chē)速度與前方車(chē)輛速度的接近程度；跟車(chē)絕對(duì)加速度是駕駛?cè)嗽诟S前車(chē)行駛期間，ECO 車(chē)輛加減速度的絕對(duì)均值，反映被試加減速力度、駕駛激進(jìn)程度和從容性；方向盤(pán)轉(zhuǎn)角變化率表示駕駛?cè)嗽隈{駛車(chē)輛橫向操作的頻繁程度，反映駕駛?cè)嗽诟?chē)駕駛時(shí)的橫向車(chē)道保持能力；制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間是被試駕駛ECO車(chē)輛時(shí)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)前方車(chē)輛制動(dòng)時(shí)，從松開(kāi)加速踏板到開(kāi)始踩下制動(dòng)踏板所經(jīng)歷的時(shí)間，表征駕駛?cè)说奈ｋU(xiǎn)感知能力和操作反應(yīng)速度，衡量駕駛?cè)嗽诰o急狀態(tài)下的應(yīng)對(duì)能力，是駕駛安全績(jī)效評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)，決定了是否能夠避免碰撞；車(chē)頭時(shí)距代表ECO 在某時(shí)刻車(chē)輛以當(dāng)前車(chē)速行駛至前車(chē)位置所經(jīng)歷的時(shí)間，表征前車(chē)制動(dòng)時(shí)，ECO 車(chē)輛具有的反應(yīng)時(shí)間，跟車(chē)車(chē)頭時(shí)距是評(píng)價(jià)跟車(chē)行駛的安全性的重要指標(biāo)。

本實(shí)驗(yàn)為多因素混合實(shí)驗(yàn)，方差分析(ANalysis Of VAriance，ANOVA)是一種定量分析方法，它不受統(tǒng)計(jì)組數(shù)的限制，廣泛用于醫(yī)學(xué)和工程領(lǐng)域，是用于分析不同變量對(duì)因變量的貢獻(xiàn)大小，確定控制變量對(duì)研究結(jié)果影響的常用方法，在許多相關(guān)研究中[5,9-10,12-13]均使用了類(lèi)似方法。同時(shí)，探究認(rèn)知負(fù)荷大小是否影響工作記憶容量和駕駛行為的關(guān)聯(lián)強(qiáng)度，即調(diào)節(jié)作用。因此，本文使用ANOVA 以及調(diào)節(jié)效應(yīng)分析(Analysis of Moderating Effects)，分析不同認(rèn)知負(fù)荷和工作記憶容量對(duì)跟車(chē)行為的影響，并探究工作記憶容量在認(rèn)知負(fù)荷與分析參數(shù)之間的調(diào)節(jié)作用。

2 結(jié)果

2.1 工作記憶容量測(cè)算

實(shí)驗(yàn)被試的Opsan、Sspan、Rotspan 和Rspan 任務(wù)的跨度得分如圖4(a)所示。由于4個(gè)實(shí)驗(yàn)范式總分各不相同，采用z-score 標(biāo)準(zhǔn)化分別處理4個(gè)實(shí)驗(yàn)范式得分，將各個(gè)實(shí)驗(yàn)范式總分進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理后，再進(jìn)行簡(jiǎn)單加和，得到被試駕駛?cè)斯ぷ饔洃浫萘恐?。將得分大于零的被試駕駛?cè)藲w類(lèi)為高工作記憶容量(H_WMC)；將得分小于零歸類(lèi)為低工作記憶容量(L_WMC)，不同被試工作記憶得分如圖4(b)所示。

圖4 工作記憶容量測(cè)試得分Fig.4 Working memory capacity test score

由圖4 可知，不同被試在4 個(gè)跨度實(shí)驗(yàn)的得分和總得分具有較好的分散性，群體間顯示出較好的差異性。

2.2 跟車(chē)速度差和絕對(duì)加速度均值

被試在車(chē)頭時(shí)距變化跟車(chē)和前車(chē)車(chē)速變化的實(shí)驗(yàn)中，跟車(chē)速度差均值與工作記憶容量和認(rèn)知負(fù)荷關(guān)系如圖5所示。

圖5 跟車(chē)速度差、認(rèn)知負(fù)荷和工作記憶容量關(guān)系Fig.5 Scatterplot of following speed difference,working memory capacity and cognitive load

由圖5 可知，在車(chē)頭時(shí)距變化實(shí)驗(yàn)中，數(shù)據(jù)分布很混亂，個(gè)體工作記憶容量和實(shí)驗(yàn)認(rèn)知負(fù)荷水平對(duì)跟車(chē)速度差沒(méi)有明顯的影響規(guī)律；在前車(chē)車(chē)速變化實(shí)驗(yàn)階段中，在散點(diǎn)圖右上部分的跟車(chē)速度差更大，即隨著實(shí)驗(yàn)認(rèn)知負(fù)荷水平增加，被試的跟車(chē)速度差變大，且在低工作記憶容量組較為明顯。

使用雙因素ANOVA 分析和事后比較檢驗(yàn)分析認(rèn)知負(fù)荷水平和工作記憶容量對(duì)跟車(chē)速度差的影響，結(jié)果如表1所示。

表1 跟車(chē)速度差和絕對(duì)加速度ANOVA分析結(jié)果Table 1 ANOVA analysis of speed difference and acceleration with front vehicle

在前車(chē)車(chē)頭時(shí)距變化跟車(chē)實(shí)驗(yàn)中，不同組間駕駛?cè)说母?chē)速度差均值如圖6所示，圖中，n.s.為no significant 的縮寫(xiě)，表示p>0.05，無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)上的顯著性差異。

圖6 車(chē)頭時(shí)距變化下的跟車(chē)速度差均值Fig.6 Speed difference of change in distance ahead

由表1 可知，認(rèn)知負(fù)荷水平(F(2,323)=0.628，p=0.536>0.05)和工作記憶容量(F(1,323)=0.449，p=0.505>0.05)對(duì)跟車(chē)速度差沒(méi)有顯著性影響。由圖6 可知，與高工作記憶容量駕駛?cè)讼啾龋凸ぷ饔洃浫萘狂{駛?cè)司哂懈叩母?chē)速度差，低工作記憶容量的駕駛?cè)烁兄⒕S持與前車(chē)相同速度的能力相對(duì)較差，但并沒(méi)有顯著性的組間差異。

使用雙因素方差分析后顯示，工作記憶容量與認(rèn)知負(fù)荷的交互作用對(duì)跟車(chē)速度差均值亦無(wú)顯著性影響(F(2,323)=0.671，p=0.514>0.05) 。這可能是由于在前車(chē)勻速行駛過(guò)程中，駕駛?cè)酥恍枰€(wěn)定的保持加速踏板開(kāi)度，不需要頻繁的調(diào)整或者切換注意力，也不需要進(jìn)行復(fù)雜的推理，導(dǎo)致此駕駛?cè)蝿?wù)對(duì)認(rèn)知資源占用較小，因此，工作記憶容量和認(rèn)知負(fù)荷水平?jīng)]有表現(xiàn)出對(duì)認(rèn)知負(fù)荷的顯著性影響。

但是，在前車(chē)速度變化下的跟車(chē)實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)工作記憶容量(F(1,215)=20.199，p=0.001<0.01)和認(rèn)知負(fù)荷水平(F(2,215)=5.308，p=0.006<0.05)對(duì)跟車(chē)速度差均值有顯著影響，不同組間類(lèi)型駕駛?cè)说母?chē)速度差如圖7所示。

圖7 工作記憶對(duì)跟車(chē)速度差均值的調(diào)節(jié)效應(yīng)Fig.7 Regulating effect of working memory on speed difference of following vehicle

由圖7 可知，在前車(chē)速度變化的實(shí)驗(yàn)中，整體上，高工作記憶容量駕駛?cè)烁?chē)速度差較小且沒(méi)有受到認(rèn)知負(fù)荷的顯著影響，跟車(chē)的平順性更高。隨著認(rèn)知負(fù)荷的增加，低工作記憶容量駕駛?cè)说母?chē)同步性變差，因?yàn)?，在前?chē)變速跟車(chē)實(shí)驗(yàn)中，需要分配更多的認(rèn)知資源維持跟車(chē)任務(wù)，導(dǎo)致剩余認(rèn)知資源減少。高工作記憶容量駕駛?cè)讼啾鹊凸ぷ饔洃浫萘狂{駛?cè)藫碛懈嗟目衫谜J(rèn)知資源。

最后，探究前車(chē)速度變化的實(shí)驗(yàn)工作記憶容量與認(rèn)知負(fù)荷的交互作用對(duì)跟車(chē)速度差均值的影響。使用回歸模型中的乘積項(xiàng)檢驗(yàn)調(diào)節(jié)效應(yīng)的顯著性，發(fā)現(xiàn)工作記憶容量在認(rèn)知負(fù)荷水平與跟車(chē)速度差的調(diào)節(jié)作用(F(2,215)=6.104，p=0.003<0.05)，調(diào)節(jié)效應(yīng)結(jié)果如表2所示。

表2 跟車(chē)速度差調(diào)節(jié)效應(yīng)分析表Table 2 Analysis of adjustment effect of difference of following speed

綜合表2 和圖7 發(fā)現(xiàn)，工作記憶容量在認(rèn)知負(fù)荷與駕駛?cè)烁?chē)一致性關(guān)聯(lián)強(qiáng)度間起到正向調(diào)節(jié)作用，即隨著認(rèn)知負(fù)荷水平的增加，工作記憶容量差異導(dǎo)致的跟車(chē)速度差值的表現(xiàn)差異被放大了，隨著認(rèn)知負(fù)荷水平的增加，不同工作記憶容量駕駛?cè)说母?chē)速度差的差異就越明顯。

在前車(chē)車(chē)頭時(shí)距變化實(shí)驗(yàn)中，不同認(rèn)知負(fù)荷水平下駕駛?cè)说募铀俣染捣植既鐖D8 所示，圖中，n.s.表示兩組間p>0.05，無(wú)顯著性差異，*表示兩組間p<0.05。

圖8 車(chē)頭時(shí)距變化下的跟車(chē)加速度均值Fig.8 Mean value of following acceleration under variation of following distance

由表1 可知，認(rèn)知負(fù)荷水平(F(2,323)=3.944，p=0.035<0.05)對(duì)跟車(chē)加速度有顯著性影響，工作記憶容量F(1,323)=0.139，p=0.714>0.05 對(duì)其沒(méi)有顯著性影響。如圖8所示，隨著認(rèn)知負(fù)荷水平的增加，駕駛?cè)说母?chē)加速度均值逐漸增加，說(shuō)明認(rèn)知負(fù)荷越小，駕駛?cè)似惹行枰?chē)輛加速/減速的傾向或力度就越小，駕駛?cè)藢?duì)跟車(chē)行駛的任務(wù)績(jī)效表現(xiàn)較好。另外，使用Bonferroni 校正的事后分析發(fā)現(xiàn)，對(duì)于跟車(chē)加速度，無(wú)負(fù)荷任務(wù)與1-back(p=0.035<0.05) 和3-back (p=0.018<0.05) 任務(wù)之間存在顯著差異；而1-back與3-back(p=0.715>0.05)之間沒(méi)有顯著差異。說(shuō)明，當(dāng)認(rèn)知負(fù)荷增加時(shí)，不同認(rèn)知負(fù)荷的組間差異也增大，但當(dāng)認(rèn)知負(fù)荷達(dá)到被試駕駛?cè)苏J(rèn)知資源上限后，不同認(rèn)知負(fù)荷組之間的差異就變得不再顯著。

在前車(chē)速度變化的跟車(chē)實(shí)驗(yàn)中：認(rèn)知負(fù)荷(F(2,215)=0.200，p=0.657>0.05)和工作記憶容量(F(1,215)=0.188，p=0.667>0.05)對(duì)跟車(chē)加速度沒(méi)有顯著性影響。在顯著性水平為0.05條件下，使用回歸模型中的乘積項(xiàng)檢驗(yàn)調(diào)節(jié)效應(yīng)，在前車(chē)車(chē)距變化和前車(chē)速度變化的實(shí)驗(yàn)中，工作記憶容量與認(rèn)知負(fù)荷的交互作用在前車(chē)車(chē)距變化(F(2,323)=0.429，p=0.658>0.05)和前車(chē)速度變化(F(2,323)=1.893，p=0.163>0.05)的跟車(chē)實(shí)驗(yàn)中對(duì)加速度均值沒(méi)有顯著性影響。

2.3 跟車(chē)制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間

在前車(chē)車(chē)速變化實(shí)驗(yàn)中，不同認(rèn)知負(fù)荷水平下駕駛?cè)说闹苿?dòng)反應(yīng)時(shí)間如圖9 所示，圖中，**表示兩組間p<0.01；*表示兩組間p<0.05。

圖9 不同組間駕駛?cè)说闹苿?dòng)反應(yīng)時(shí)間Fig.9 Braking reaction time of drivers in different groups

如圖9 所示，不同工作記憶容量(F(1,215)=9.331，p=0.003<0.05)和認(rèn)知負(fù)荷水平(F(2,215)=5.698，p=0.005<0.05)對(duì)駕駛?cè)酥苿?dòng)反應(yīng)時(shí)間有顯著性差異，工作記憶容量與跟車(chē)制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間呈負(fù)相關(guān)。隨著認(rèn)知負(fù)荷的增加，駕駛?cè)酥苿?dòng)反應(yīng)時(shí)間呈增大的趨勢(shì)，在施加一定的認(rèn)知負(fù)荷條件下，高工作記憶容量具有更短的制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間，說(shuō)明在前車(chē)速度變化的跟車(chē)任務(wù)中，認(rèn)知負(fù)荷會(huì)增加反應(yīng)時(shí)間，且認(rèn)知負(fù)荷水平越高，影響越大。在低工作記憶容量組中，3 種認(rèn)知負(fù)荷均存在顯著差異(p<0.05)，說(shuō)明認(rèn)知負(fù)荷對(duì)低工作記憶容量駕駛?cè)擞绊戄^大。

使用回歸模型的乘積項(xiàng)檢驗(yàn)工作記憶容量調(diào)節(jié)效應(yīng)，工作記憶容量與認(rèn)知負(fù)荷水平的交互作用(F(2,215)=3.347，p=0.048<0.05)對(duì)制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間有顯著影響，調(diào)節(jié)效應(yīng)分析結(jié)果如表3和圖10所示。交互項(xiàng)XW對(duì)跟車(chē)制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間達(dá)到了顯著性水平，因此，工作記憶和認(rèn)知負(fù)荷的調(diào)節(jié)效應(yīng)顯著。認(rèn)知負(fù)荷越高，高低工作記憶容量駕駛?cè)说闹苿?dòng)反應(yīng)時(shí)間差異越顯著，高工作記憶容量駕駛?cè)说膬?yōu)勢(shì)在施加一定的認(rèn)知負(fù)荷后才能體現(xiàn)出來(lái)。表明在高難度的認(rèn)知負(fù)荷條件下，工作記憶容量對(duì)跟車(chē)制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間的影響更為顯著；在低難度的認(rèn)知負(fù)荷條件下，工作記憶容量對(duì)跟車(chē)制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間的影響較為微弱。

表3 跟車(chē)制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間調(diào)節(jié)效應(yīng)Table 3 Analysis of regulating effect of braking reaction time in car following

圖10 工作記憶容量對(duì)跟車(chē)制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間的調(diào)節(jié)效應(yīng)Fig.10 Regulating effect of working memory capacity on braking reaction time

2.4 方向盤(pán)轉(zhuǎn)角變化率

前車(chē)車(chē)頭時(shí)距變化實(shí)驗(yàn)中，工作記憶容量(F(1,323)=10.735，p=0.002<0.05) 對(duì)方向盤(pán)轉(zhuǎn)角變化率有顯著影響，但沒(méi)發(fā)現(xiàn)認(rèn)知負(fù)荷(F(2,323)=0.125，p=0.883>0.05) 的顯著性影響。不同組間駕駛?cè)说姆较虮P(pán)轉(zhuǎn)角變化率分布如圖11 所示，圖中，n.s.表示兩組間p>0.05，*表示兩組間p<0.05。

圖11 不同組間駕駛?cè)说姆较虮P(pán)轉(zhuǎn)角變化率Fig.11 Steering wheel angle change rate of different groups

由圖11 可知，在不考慮駕駛?cè)苏J(rèn)知系統(tǒng)差異時(shí)，不同認(rèn)知負(fù)荷對(duì)方向盤(pán)轉(zhuǎn)角變化率沒(méi)有顯著影響，但是，高工作記憶容量的駕駛?cè)吮鹊凸ぷ饔洃浫萘烤哂懈叩姆较虮P(pán)轉(zhuǎn)角變化率，表明高工作記憶容量的駕駛?cè)擞休^強(qiáng)自我調(diào)節(jié)能力，高工作記憶容量駕駛?cè)藭?huì)根據(jù)自己對(duì)路況和車(chē)輛狀態(tài)的預(yù)測(cè)，更頻繁地調(diào)整方向盤(pán)轉(zhuǎn)角，實(shí)現(xiàn)更高效或更舒適的駕駛。

同時(shí)，通過(guò)對(duì)車(chē)道中心線(xiàn)偏移量標(biāo)準(zhǔn)差的考察也印證了上述發(fā)現(xiàn)，高工作記憶容量駕駛?cè)?均值0.1909)具有比低工作記憶容量駕駛?cè)?均值0.2205)更低的車(chē)道中心線(xiàn)偏離標(biāo)準(zhǔn)差(F(1,323)=9.247，p=0.003<0.05)。在顯著性水平為0.05 條件下，使用回歸模型中的乘積項(xiàng)檢驗(yàn)工作記憶容量調(diào)節(jié)效應(yīng)，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)工作記憶容量與認(rèn)知負(fù)荷水平的交互作用(F(2,215)=0.372，p=0.690>0.05)對(duì)方向盤(pán)轉(zhuǎn)角變化率的顯著影響。在前車(chē)變速實(shí)驗(yàn)中，均沒(méi)有發(fā)現(xiàn)認(rèn)知負(fù)荷(F(2,215)=0.280，p=0.756)和工作記憶(F(1,215)=0.182，p=0.083)對(duì)方向盤(pán)轉(zhuǎn)角變化率的顯著影響。

2.5 跟車(chē)間距和車(chē)頭時(shí)距

分別分析前車(chē)車(chē)頭時(shí)距和前車(chē)車(chē)速變化的跟車(chē)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)駕駛?cè)说墓ぷ饔洃浫萘亢驼J(rèn)知負(fù)荷對(duì)兩種情形下的跟車(chē)距離有相同的影響規(guī)律，因此，統(tǒng)一分析不做區(qū)分。不同組間駕駛?cè)说母?chē)距離和跟車(chē)距離標(biāo)準(zhǔn)差如圖12 所示，圖中，n.s.表示兩組間p>0.05，**表示兩組間p<0.01。

圖12 不同組間駕駛?cè)烁?chē)距離、跟車(chē)距離標(biāo)準(zhǔn)差Fig.12 Standard deviation of following distance and following distance of drivers

工作記憶容量對(duì)跟車(chē)距離均值(F(1,539)=9.080,p=0.001<0.05) 和跟車(chē)距離標(biāo)準(zhǔn)差(F(1,539)=10.136,p=0.000<0.05)有顯著影響；認(rèn)知負(fù)荷對(duì)跟車(chē)距離均值(F(2,539)=6.248，p=0.002<0.05)和跟車(chē)距離標(biāo)準(zhǔn)差(F(2,539)=8.719，p=0.00<0.01)影響顯著。隨著工作記憶容量的減小和認(rèn)知負(fù)荷水平的增加，跟車(chē)距離均值和標(biāo)準(zhǔn)差呈增加的趨勢(shì)。表明工作記憶容量較高的或者在認(rèn)知水平較低的情況下，對(duì)自身駕駛技能比較自信，通常傾向于保持較小的跟車(chē)間距，但是，當(dāng)認(rèn)知負(fù)荷水平過(guò)高時(shí)，駕駛?cè)瞬蛔阋员３州^低間距且保證安全性，出現(xiàn)增加車(chē)距的行為。

同時(shí)，使用事后分析發(fā)現(xiàn)，不同認(rèn)知負(fù)荷水平的組間差異性分析表明無(wú)負(fù)荷任務(wù)與3-back 任務(wù)間存在顯著差異(跟車(chē)距離p=0.001<0.05，跟車(chē)距離標(biāo)準(zhǔn)差p=0.000<0.05)，1-back 與無(wú)負(fù)荷任務(wù)(跟車(chē)距離p=0.223>0.05，跟車(chē)距離標(biāo)準(zhǔn)差p=0.057>0.05)，3-back(跟車(chē)距離p=0.248>0.05，跟車(chē)距離標(biāo)準(zhǔn)差p=0.295>0.05)任務(wù)之間均不顯著。認(rèn)知負(fù)荷增加到某個(gè)閾值后(例如中等或高等級(jí))，認(rèn)知負(fù)荷難度之間在跟車(chē)距離均值和標(biāo)準(zhǔn)差上才會(huì)出現(xiàn)顯著差異；但是，當(dāng)認(rèn)知負(fù)荷達(dá)到一定閾值后(例如極高等級(jí))，不同認(rèn)知負(fù)荷之間在這些指標(biāo)上就變的不具有顯著差異了。

在前車(chē)車(chē)頭時(shí)距變化的跟車(chē)實(shí)驗(yàn)中，分析駕駛員的車(chē)頭時(shí)距保持情況。收集駕駛?cè)送瓿汕败?chē)車(chē)頭時(shí)距增加1 s、減少1 s、增加2 s及增加3 s實(shí)驗(yàn)的跟車(chē)區(qū)間數(shù)據(jù)。沒(méi)有發(fā)現(xiàn)工作記憶容量(F(1,323)=0.182，p=0.083>0.05)、認(rèn)知負(fù)荷(F(2,323)=0.744，p=0.390>0.05)和工作記憶容量、認(rèn)知負(fù)荷交互作用(F(2,323)=2.354，p=0.102>0.05)對(duì)駕駛?cè)塑?chē)頭時(shí)距的顯著影響。

對(duì)被試駕駛?cè)嗽诿總€(gè)車(chē)頭時(shí)距實(shí)驗(yàn)中和認(rèn)知負(fù)荷(無(wú)，1-back，3-back)下的平均跟車(chē)車(chē)頭時(shí)距進(jìn)行單因素方差分析。不同認(rèn)知負(fù)荷下，被試完成不同車(chē)頭時(shí)距實(shí)驗(yàn)時(shí)保持的車(chē)頭時(shí)距如表4 和圖13所示，圖中，**表示兩組間p<0.01；*表示兩組間p<0.05。

表4 不同認(rèn)知負(fù)荷與不同車(chē)頭時(shí)距條件下駕駛?cè)塑?chē)頭時(shí)距的描述性統(tǒng)計(jì)Table 4 Descriptive statistics of driver headway under different cognitive loads and different headway spacings

圖13 不同組間駕駛?cè)烁?chē)車(chē)頭時(shí)距Fig.13 Distance between drivers in different groups

基準(zhǔn)條件-1 s(F(2,105)=8.433,p=0.002<0.05)和基準(zhǔn)條件+3 s(F(2,105)=12.532，p=0.000<0.01)車(chē)頭時(shí)距條件下，發(fā)現(xiàn)認(rèn)知負(fù)荷對(duì)平均車(chē)頭時(shí)距的顯著影響?；鶞?zhǔn)條件-1 s下，隨著認(rèn)知負(fù)荷水平的增加，駕駛?cè)送瓿梢?guī)定車(chē)頭時(shí)距的能力越來(lái)越差。然而，在其他車(chē)頭時(shí)距類(lèi)別中，認(rèn)知負(fù)荷對(duì)保持的車(chē)頭時(shí)距沒(méi)有顯著影響。

這是因?yàn)轳{駛?cè)藢?duì)于較低或較遠(yuǎn)的跟車(chē)距離的實(shí)驗(yàn)中，距離的估計(jì)和觀(guān)察變得不那么容易，需要消耗相當(dāng)數(shù)量的認(rèn)知資源。在這些任務(wù)中，被試駕駛?cè)吮仨毐３帜M器設(shè)定的新車(chē)頭時(shí)距。在大多數(shù)情況下，發(fā)現(xiàn)被試能夠在有認(rèn)知負(fù)荷或沒(méi)有認(rèn)知負(fù)荷的情況下做到這一點(diǎn)。然而，在+3 s車(chē)頭時(shí)距類(lèi)別中，被試駕駛?cè)嗽谡J(rèn)知負(fù)荷條件下保持的車(chē)頭時(shí)距明顯小于在無(wú)負(fù)荷條件下保持的車(chē)頭時(shí)距，與傳統(tǒng)的想法相反：當(dāng)負(fù)荷較大時(shí)，駕駛?cè)藨?yīng)采取行動(dòng)以客觀(guān)地減少負(fù)荷，例如，增大車(chē)頭時(shí)距以獲得更安全的跟車(chē)距離。

3 討論

3.1 跟車(chē)速度差和絕對(duì)加速度均值

在前車(chē)車(chē)頭時(shí)距變化的實(shí)驗(yàn)中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)不同認(rèn)知負(fù)荷水平、工作容量與跟車(chē)速度差的顯著關(guān)系。這與BROADBENT等[7]的研究發(fā)現(xiàn)略有不同，在BROADBENT 的研究中，雙重任務(wù)下高工作記憶容量的被試具有更小的速度差，表明高工作記憶容量的被試具有更好的車(chē)速保持能力。然而，本文研究中，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)這種顯著性關(guān)系。但在前車(chē)速度變化的實(shí)驗(yàn)中，本文發(fā)現(xiàn)工作記憶容量和認(rèn)知負(fù)荷以及交互作用對(duì)跟車(chē)速度差的顯著性影響，高工作記憶容量駕駛?cè)司哂懈玫母?chē)同步能力，這與BROADBENT等的研究相同。

針對(duì)本文的研究結(jié)果，可能是在前車(chē)車(chē)頭時(shí)距變化實(shí)驗(yàn)中，由于引導(dǎo)車(chē)的車(chē)速是恒定的，被試一旦做好了車(chē)速調(diào)整便只需要維持固定的加速踏板開(kāi)度。跟車(chē)主任務(wù)占用的認(rèn)知資源相對(duì)較少，可支配的認(rèn)知資源較多，因此，不同認(rèn)知負(fù)荷任務(wù)不會(huì)損害駕駛?cè)烁?chē)任務(wù)的表現(xiàn)，駕駛?cè)瞬恍枰l繁地調(diào)整或切換注意力，也不需要進(jìn)行復(fù)雜的推理或解決問(wèn)題，因此，工作記憶容量對(duì)其車(chē)速的影響較小。而在速度變化且伴隨著隨機(jī)制動(dòng)的跟車(chē)實(shí)驗(yàn)中，駕駛?cè)吮仨毘掷m(xù)不斷的關(guān)注前車(chē)速度和當(dāng)前跟車(chē)距離。側(cè)面印證了工作記憶容量在認(rèn)知負(fù)荷與跟車(chē)速度差之間的調(diào)節(jié)作用，工作記憶解釋了認(rèn)知負(fù)荷水平對(duì)跟車(chē)駕駛績(jī)效的影響。

3.2 跟車(chē)絕對(duì)加速均值

本文僅發(fā)現(xiàn)了認(rèn)知負(fù)荷水平在車(chē)頭時(shí)距變化跟車(chē)實(shí)驗(yàn)中對(duì)跟車(chē)加速度的顯著影響，跟車(chē)加速度隨著認(rèn)知負(fù)荷的增加而增大。說(shuō)明隨著認(rèn)知負(fù)荷的增加，所有駕駛?cè)硕純A向于更大采取更快的加/減速度，在認(rèn)知負(fù)荷任務(wù)難度增加時(shí)，不同認(rèn)知負(fù)荷組之間的差異也增大，但當(dāng)認(rèn)知負(fù)荷任務(wù)難度達(dá)到一定閾值后，認(rèn)知負(fù)荷水平導(dǎo)致的加速度差異變得不再顯著。

印證了在面臨較高的認(rèn)知負(fù)荷任務(wù)加載時(shí)，認(rèn)知負(fù)荷剝奪了駕駛?cè)朔峙湓隈{駛主任務(wù)的注意力資源，從而使駕駛?cè)朔艞壛嘶蛘吆雎粤祟l繁的速度修正。但是，當(dāng)駕駛?cè)艘坏┯惺Ｓ嘧⒁饬Πl(fā)現(xiàn)當(dāng)前車(chē)速或跟車(chē)距離不滿(mǎn)足心理預(yù)期時(shí)，便會(huì)采取更迅速的加速/減速方式進(jìn)行補(bǔ)償，以達(dá)到完成更好駕駛表現(xiàn)的心理預(yù)期。

3.3 制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間

本文研究發(fā)現(xiàn)，認(rèn)知負(fù)荷、工作記憶容量與制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間的顯著相關(guān)關(guān)系，與MELNICUK等[18]的研究發(fā)現(xiàn)不同，MELNICUK 等提出認(rèn)知控制假說(shuō)的概念，認(rèn)為駕駛?cè)祟A(yù)測(cè)對(duì)迫近物體的快速反應(yīng)(依靠自動(dòng)操作的駕駛?cè)蝿?wù))不受認(rèn)知負(fù)荷的影響，對(duì)沒(méi)有其他預(yù)測(cè)信號(hào)提示的前車(chē)制動(dòng)反應(yīng)，認(rèn)知負(fù)荷對(duì)跟車(chē)制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間沒(méi)有影響。

但是，SONNLEITNER等[17]研究發(fā)現(xiàn)，隨著認(rèn)知負(fù)荷增加，被試的制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間顯著增加。本文認(rèn)為可能是由于實(shí)驗(yàn)次任務(wù)的形式有所差異的原因，本實(shí)驗(yàn)的次任務(wù)為聽(tīng)覺(jué)-言語(yǔ)認(rèn)知負(fù)荷，雖然這種認(rèn)知負(fù)荷會(huì)一定程度上造成視覺(jué)信息的感知干擾，但本文研究實(shí)驗(yàn)并沒(méi)有直接剝奪駕駛?cè)说囊曈X(jué)資源，因此，不管在什么水平認(rèn)知負(fù)荷下，當(dāng)感到前車(chē)快速接近時(shí)，能夠快速的釋放無(wú)關(guān)資源，并迅速盡可能地剎車(chē)。但是，本文并非認(rèn)為認(rèn)知負(fù)荷水平對(duì)于駕駛?cè)说陌踩憩F(xiàn)沒(méi)有任何影響，認(rèn)知控制假說(shuō)只限于某些應(yīng)激場(chǎng)景，TARABAY等[13]研究發(fā)現(xiàn)，認(rèn)知負(fù)荷加重了駕駛?cè)说拇竽X負(fù)荷，仍然影響駕駛安全。

工作記憶容量越高的被試的制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間越短，與ZHANG等[3]的發(fā)現(xiàn)一致，工作記憶在認(rèn)知負(fù)荷和制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間之間擔(dān)任重要的信息加工作用。但是，也有研究持不同的觀(guān)點(diǎn)，KAVOURAS等[1]研究認(rèn)為在應(yīng)急狀態(tài)下，一方面，那些工作記憶容量較高的駕駛?cè)藭?huì)花費(fèi)更多的時(shí)間收集更多的信息以做出更謹(jǐn)慎合理的行為，可能導(dǎo)致決策延遲；另一方面，工作記憶容量較低的駕駛?cè)嗽诿鎸?duì)緊急情景下，沒(méi)有足夠認(rèn)知資源容量反而會(huì)做出更加草率和沖動(dòng)的決定，可能導(dǎo)致駕駛?cè)说闹苿?dòng)反應(yīng)時(shí)間更短?？偟膩?lái)說(shuō)，本文的研究表明，工作記憶容量高的駕駛?cè)四軌蚋行У胤峙渥⒁饬Y源，更有效地抑制外界干擾，縮短對(duì)突發(fā)事件的反應(yīng)時(shí)間。

最后，本文研究還發(fā)現(xiàn)，工作記憶容量對(duì)跟車(chē)制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間的影響存在認(rèn)知負(fù)荷任務(wù)的正向調(diào)節(jié)效應(yīng)。與考慮工作記憶容量的駕駛分心預(yù)測(cè)的LOUIE等[5]研究相類(lèi)似，在普通駕駛?cè)巳蝿?wù)中，高工作記憶容量確實(shí)顯示出較好的駕駛績(jī)效，當(dāng)施加購(gòu)物清單次任務(wù)時(shí)，這種影響的作用被放大了，不同工作記憶容量駕駛?cè)说鸟{駛績(jī)效差異就越明顯。

在本文中，遇到前車(chē)突然剎車(chē)的反應(yīng)受到工作記憶容量的調(diào)節(jié)作用，工作記憶容量越高，反應(yīng)時(shí)間越短；反之亦然。然而，這種影響并非恒定不變，而是受到認(rèn)知負(fù)荷任務(wù)水平的調(diào)節(jié)，認(rèn)知負(fù)荷水平的難度越高，消耗認(rèn)知資源越多，制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間的差異就越明顯；認(rèn)知負(fù)荷任務(wù)水平越低，消耗認(rèn)知資源越少。認(rèn)知負(fù)荷任務(wù)水平對(duì)工作記憶容量和跟車(chē)制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間之間的關(guān)系起到正向調(diào)節(jié)作用，說(shuō)明它會(huì)增強(qiáng)這種關(guān)系。

3.4 方向盤(pán)轉(zhuǎn)角變化率

前車(chē)車(chē)頭時(shí)距變化跟車(chē)實(shí)驗(yàn)中，工作記憶容量較高的駕駛?cè)藫碛懈蟮姆较虮P(pán)轉(zhuǎn)角變化率，表明工作記憶容量高的駕駛?cè)嗽诓煌恼J(rèn)知負(fù)荷水平下，更加頻繁的調(diào)整方向盤(pán)，以實(shí)現(xiàn)更高效或更舒適的駕駛方面具有更高的優(yōu)勢(shì)[7]，側(cè)面印證了BADDELEY[2]研究所提出的工作記憶系統(tǒng)資源有限理論。本文發(fā)現(xiàn)，認(rèn)知負(fù)荷水平對(duì)車(chē)道保持能力沒(méi)有顯著影響，與HASHASH等[10]的研究結(jié)果一致。但是，在大多數(shù)人的傳統(tǒng)或直觀(guān)的認(rèn)知中，因?yàn)?，認(rèn)知負(fù)荷占據(jù)了相當(dāng)部分的資源，被消耗的認(rèn)知資源對(duì)于車(chē)道保持任務(wù)是很重要的，所以，隨著認(rèn)知負(fù)荷的增加，車(chē)道保持水平似乎應(yīng)該變得更糟[14]。但MEDEIROS-WARD等[14]研究指出，車(chē)道保持或許是一個(gè)封裝的內(nèi)部循環(huán)過(guò)程，不需要駕駛?cè)送度胩嗟淖⒁饬湍芡瓿伞?/p>

3.5 跟車(chē)間距和車(chē)頭時(shí)距

認(rèn)知負(fù)荷水平的增加，跟車(chē)距離和標(biāo)準(zhǔn)差也會(huì)增加。工作記憶容量更大的駕駛?cè)送懈〉母?chē)距離和跟車(chē)距離標(biāo)準(zhǔn)差，在執(zhí)行跟車(chē)任務(wù)時(shí)，傾向于保持較近而穩(wěn)定的跟車(chē)距離。而工作記憶容量低的駕駛?cè)藙t傾向于保持較遠(yuǎn)而波動(dòng)性較大的跟車(chē)距離。在認(rèn)知負(fù)荷增加時(shí)，跟車(chē)距離均值有所增加，可以解釋為一種風(fēng)險(xiǎn)補(bǔ)償效應(yīng)，駕駛?cè)送ㄟ^(guò)主動(dòng)增大跟車(chē)距離保持主觀(guān)上最佳的可容忍風(fēng)險(xiǎn)水平。這也可以用認(rèn)知控制假說(shuō)[7]解釋?zhuān)谟姓J(rèn)知負(fù)荷的情況下，駕駛?cè)藭?huì)朝著跟車(chē)任務(wù)需求的最佳跟車(chē)距離貼近。但是，SONNLEITNER等[17]卻發(fā)現(xiàn)，認(rèn)知負(fù)荷任務(wù)與跟車(chē)間距之間沒(méi)有明顯的關(guān)系。

低工作記憶容量的駕駛?cè)嗽谡J(rèn)知負(fù)荷任務(wù)難度增加時(shí)，跟車(chē)間距顯著增大，尤其是在3-back 組中，被試對(duì)認(rèn)知負(fù)荷任務(wù)難度的變化非常敏感。表明：在認(rèn)知負(fù)荷任務(wù)難度增加到某個(gè)閾值后，不同工作記憶容量之間組間的差異才會(huì)顯著，且高工作記憶組比低工作記憶容量組表現(xiàn)好。

在前車(chē)車(chē)頭時(shí)距變化的實(shí)驗(yàn)中，僅在車(chē)頭時(shí)距為基準(zhǔn)條件-1 s 和基準(zhǔn)條件+3 s 的跟車(chē)實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)認(rèn)知負(fù)荷與被試車(chē)頭時(shí)距的顯著表現(xiàn)。表明相比基準(zhǔn)的跟車(chē)車(chē)頭時(shí)距，保持更小的車(chē)頭時(shí)距和更遠(yuǎn)的車(chē)頭時(shí)距對(duì)駕駛?cè)藖?lái)說(shuō)更具有挑戰(zhàn)性，或者說(shuō)這項(xiàng)任務(wù)占據(jù)了更多的認(rèn)知資源，尤其是在雙重任務(wù)下。在本實(shí)驗(yàn)結(jié)束后的訪(fǎng)談中，造成上述問(wèn)題的原因可能是因?yàn)楸疚氖褂民{駛模擬器，雖然這項(xiàng)設(shè)備有很好的沉浸感，但是，在較遠(yuǎn)的車(chē)頭時(shí)距情況下，投影畫(huà)面的深度與真實(shí)場(chǎng)景相比駕駛?cè)藞?chǎng)景的立體感仍然較弱，可能造成駕駛?cè)撕茈y像現(xiàn)實(shí)世界中那樣準(zhǔn)確感知跟車(chē)距離。

4 結(jié)論

本文使用駕駛模擬器開(kāi)展不同聽(tīng)覺(jué)-言語(yǔ)認(rèn)知負(fù)荷任務(wù)下的跟車(chē)駕駛實(shí)驗(yàn)，主要結(jié)論如下：

(1)前車(chē)速度變化的跟車(chē)實(shí)驗(yàn)中，工作記憶容量在認(rèn)知負(fù)荷水平與駕駛?cè)烁?chē)速度一致性間起到正向調(diào)節(jié)作用，隨著認(rèn)知負(fù)荷水平的增加，不同工作記憶容量駕駛?cè)说母?chē)速度差的差異就越明顯，采取更激烈加減速的傾向越高。

(2)不同認(rèn)知負(fù)荷任務(wù)和工作記憶容量對(duì)應(yīng)激制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間沒(méi)有顯著性的影響，工作記憶容量越高的駕駛?cè)擞懈斓姆磻?yīng)時(shí)間，工作記憶容量對(duì)跟車(chē)制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間的影響存在認(rèn)知負(fù)荷任務(wù)的調(diào)節(jié)效應(yīng)。

(3)認(rèn)知負(fù)荷對(duì)駕駛?cè)说能?chē)道保持能力沒(méi)有顯著性的影響，而工作記憶容量較高的駕駛?cè)送哂懈蟮姆较虮P(pán)轉(zhuǎn)角變化率，表明這類(lèi)駕駛?cè)藭?huì)更加頻繁地修正自己的橫向位置，也具有更小的車(chē)道位置標(biāo)準(zhǔn)差。

(4)工作記憶容量水平對(duì)跟車(chē)間距具有顯著性影響，工作記憶容量較高的駕駛?cè)送哂懈〉母?chē)間距標(biāo)準(zhǔn)差，能夠更好地勝任前車(chē)速度階段變化的跟車(chē)任務(wù)，并將車(chē)輛穩(wěn)定在較小的車(chē)距水平。

本文的研究結(jié)果表明，工作記憶容量對(duì)駕駛?cè)嗽趶?fù)雜和分散注意力的交通環(huán)境中進(jìn)行信息加工和控制能力有重要影響。工作記憶容量高的駕駛?cè)嗽诟?chē)過(guò)程中，可以更有效地分配注意力資源，并及時(shí)調(diào)整自己的行為，適應(yīng)變化的交通情況，更有效地處理前方情況和后方情況之間的沖突，以及自身速度和前方車(chē)輛速度之間的差異。