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基于DALI量表的触觉提示车载导航的设计研究

摘要：随着智能座舱各项技术的飞速发展，车内的多项任务占据了驾驶员的视听通道，导致传统的语音导航的交互效果下降，驾驶负荷升高。而空闲的触觉通道可以起到补充交互的效果。本研究就基于DALI负荷量表进行触觉提示导航的设计研究，验证了触觉提示加入有助于降低导航交互过程中的驾驶负荷，为更多模态的导航设计提供了思路和参考。

关键词：振动触觉驾驶负荷导航交互

1研究概述

1.1车载触觉设备

触觉作为非视觉器官之一，配合人体表面(如皮肤)这个巨大的触觉接收器，是我们与周围世界相互联系的重要媒介。聚焦到车内的交互活动，驾驶员在车内查看手机、交谈、听音乐等活动均会占用司机的听觉和视觉注意力，导致驾驶安全问题[1-2]。在视听模态都被占用的情况下，触觉模态的使用可以减轻试听负担，提高交互可靠性和安全性[3]。

车载触觉设备一般是围绕车辆本身以及驾驶位进行设置的，并且触觉刺激的形式多样，但目前依然以较容易实现的振动触觉为主[4]。在这些触觉可以传达的信息中，导航信息是重点研究的对象之一。Asif等[5]提出了一种可穿戴式触觉腰带，编码后向驾驶员展示方向信息。VanErp等[6]、Hogema[7]、Hwang[8]等人都是将触觉振动模块固定在座位置，通过致动器矩阵的不同振动编码形式，将提示信息传递给驾驶员。Kern等[9]、MedeirosWorld等[10]、Hwang[11]通过触觉方向盘上振动电机为驾驶员提供导航信息。

1.2DALI驾驶负荷量表

驾驶负荷这个概念是用来描述驾驶员驾驶过程中的总体负荷，主要包括脑力和体力负荷[12]。其中NASA-TLX任务负荷测量表是使用最广、最受欢迎的方法之一，该量表起初是为了评估航空领域的飞行员工作量而设计的[13-14]。DALI(驾驶活动负荷指数)是NASA-TLX的修订版，专门适用于驾驶任务，能够更好地评估驾驶工作的脑力负荷。DALI的基本原则与NASA-TLX相同，不同的是修改了因素的定义适应驾驶工作。具体各项条目说明见附件1[15],评分量表见表1。

使用者首先针对每个分条目进行打分，再将各个分量一对一比较，选择每对中更有压力的一项，共15对。数据处理时根据每个负荷分量被选中的次数将决定该分量在计入总负荷值时的占比，从而加权后计算得到每名被试的总驾驶脑力负荷值[16]。本研究将使用DALI进行主观等级量表测量被试的驾驶脑力负荷。

2触觉提示导航交互实验

2.1实验目的与对象

为了研究触觉模态的加入在驾驶导航场景下对驾驶员脑力负荷的影响。本研究通过模拟陌生路段使用导航的场景，对比传统语音导航和添加触觉提示导航，来探索触觉交互在车载环境下更大的可用性。本研究共招募被试者20人，年龄为20-25岁。本次研究利用对比实验，设置未加入和加入触觉提示的两组实验，加入触觉提示的一组为实验组，对比后得出相应的实验结论。

2.2实验平台搭建

本次实验的平台搭建主要分为驾驶模块、语音导航模块以及触觉交互模块。

驾驶模块由两部分构成，硬件部分用到易星驾驶模拟器，其中包含了方向盘、刹车踏板、离合踏板、油门踏板、手刹、换挡器等部分，模拟真实的驾驶操作；软件部分为“墨泥模拟驾驶软件3.3.5版本模拟驾驶系统。语音导航模块利用讯飞快读语音生成平台，参考高德地图提示语句，生成语音文件，并利用手机进行播放。触觉交互模块的核心为马达的选择及其参数的设定。振动马达是在可穿戴设备中最常见的实现振动的模块，本实验选用了常见的低分辨率1227DC纽扣式振动马达。

马达各项振动参数的设定见表2。有研究显示，多数振动触觉装置振动持续的时间为50ms至500ms,若能保持在80ms至320ms之间，触觉感受会更好[17-18]。另外，Kaaresoja等人研究表明，当将振动作为警示信号的时候，选择将持续时间设定在50ms～200ms之间效果更好。故，本次实现设定的马达单次震动时间

t1=200ms[19]。有实验显示，人对于触觉的识别率会随着振动数量的增加而降低，为即保证识别率又不使时长过长，设定周期内振动次数n=2。对于振动的时间间隔的设定，有实验显示，识别准确率随着时间的减少而下降，当时间短于70ms时，

识别准确率快速下降，故本文选择t2=70ms,即可以保证较高的识别率，又可以在时间上提供较快的触觉表达效果。

本次实验，为了消除由于被试者驾驶操作习惯不同而导致感受到的振动幅度与强度不同，选择将两个振动马达固定在被试者的手背。两个马达将会呈现三种振动形式，即左右手马达单独振动以及双手马达同时振动