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系統識別號 U0026-2108201010221200
論文名稱(中文) 探討房車儀表板設計對駕駛者易視性與心智負荷之影響
論文名稱(英文) The Influence on Driver’s Visibility and Mental Workload of Passenger Car’s Dashboard Design
校院名稱 成功大學
系所名稱(中) 工業設計學系碩博士班
系所名稱(英) Department of Industrial Design
學年度 98
學期 2
出版年 99
研究生(中文) 洪振耀
研究生(英文) Hung-Chen Yao
學號 P3695119
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 319頁
口試委員 指導教授-張育銘
口試委員-李傳房
口試委員-何俊亨
中文關鍵字 易視性  汽車儀表板  心智負荷 
英文關鍵字 Visibility  Dashboard  Mental Workload 
學科別分類
中文摘要 中文摘要
駕駛過程中是一種複雜的動態作業,駕駛者必須在短暫的時間內迅速的讀取儀表板資訊,經理解之後立即做出反應。設計不佳的儀表板顯示介面,在駕駛過程中容易因儀表板易視性不佳而增加駕駛者視覺搜尋時間與心智資源,增加行車中的危險,因此儀表板設計是汽車安全設計重要的一環。
本研究蒐集市面現有指針及數位儀表板樣本,挑選出受測者重視的造形特徵元素,經實驗計畫法組合配置出不同造形儀表板實驗樣本。藉由儀表板易視性與滿意度評價實驗挑選出最佳實驗樣本做為之後模擬駕駛實驗中儀表板實驗樣本。透過Vision Station虛擬實境平台投影模擬出道路駕駛環境,實驗中給予受測者在駕駛行進期間時最常觀看儀表板資訊的四種駕駛任務,藉由實驗Flash播放界面記錄受測者對於四種駕駛任務的反應時間,實驗同時使用腦波量測儀同步紀錄受測者大腦視覺皮質區α波與β波生理訊號的變化。
本研究實驗結果歸納為下列幾點:
1. 受測者對於指針儀表板駕駛任務中『時速表任務』與『油量表任務』,反應時間較快;數位儀表板中以『時速表任務』與『轉速表任務』反應時間較快。
2. 儀表板造形特徵組合樣本中易視性越佳的儀表板受測者駕駛任務反應時間也越短,大腦視覺皮質區腦波α波功率強度受到抑制的程度較低;β波功率強度增強幅度腦波數值較小。
3. 受測者在評價儀表板『易視性』的分數會影響其『整體滿意度』評價分數
的高低,『易視性』評價越高,『整體滿意度』的評價分數也較高。
4. 實驗結果發現指針及數位儀表板易視性較佳且較不容易提高心智負荷之造形特徵與資訊配置型式為:
(1) 三圈強調式配置為指針儀表板,指針儀表板中時速表為最大儀表顯示資訊置放於儀表板中間位置,轉速表縮小配置於左側,水溫表與油量表則縮小配置於右側於同一個儀表圈內。
(2) 混合式刻度動畫配置型式之數位儀表板時速表以電子數位字體顯示配置於儀表板中間位置。引擎轉速表使用圓盤式刻度動畫顯示方式,配置於儀表板左側。水溫表與油量表採用直式刻度動畫顯示方式擺放於儀表板右側。
5. 實驗中發現靜態滿意度評價較高的實驗樣本,並不一定在模擬駕駛實驗中反應較佳。因此可以得知駕駛者對於汽車儀表板滿意度評價與實際操作過後的評價結果是會有所差異的。

實驗結果將提供設計師在指針及數位儀表板造形特徵的選擇與儀表資訊配置能夠兼顧視覺美感與行車安全的考量之重要參考依據。
關鍵字:易視性、汽車儀表板、心智負荷
英文摘要 Abstract
Driving process is a complex dynamic operation. The driver must be fast in a short period of time to read the dashboard of information, through the understanding of response immediately after. Poorly designed dashboard display interface, while driving the process vulnerable to the dashboard easily increased depending on the driver of poor visual search time and mental resources to increase the traffic of the danger and so the car dashboard design is an important part of security design.
This study collected the existing market analog and digital dashboard sample, selected by measuring the form features of those who attach importance to elements uses experiments method combination different form features of test samples. Through visibility and satisfaction evaluation of experiment,choose best samples after for the road Driving Simulator test samples. Through Vision Station the virtual reality platform simulate a real driving environment ,the experiment will give the driving road test during the period in the dashboard of information most often watched the four driving tasks, By experimental user interface we record response time of subject in four different type of driving missions through operation interface ,Experiments at the same time we used Electroencephalogram (EEG) signals of human physiological measurement instrument by measuring The brain's visual cortex α and β waves changes in physiological signals.


The results of this study summarized as the following points:

1. Subjects were driving task for the analog dashboard of "speed meter task" and "oil meter task" a faster reaction time; digital dashboard to "speed meter task" and "tachometer task" a faster reaction time.
Form features of combination of the dashboard samples, visibility dashboard of the better, Subjects were shorter response time.the Visual Association Area EEG α wave power intensity by the relatively low degree of inhibition;β wave power intensity increased rate of EEG values smaller.

2. Subjects evaluation of the dashboard visibility scores affect the level of satisfaction evaluation scores,visibility evaluation of higher, satisfaction evaluation rating score is higher.

3. The results indicate as follows the analog and digital dashboard form features and dashboard layout type of better of visibility, as is not easy to overload the mental workload.

(1) The three meters cluster emphasis speed meter dashboard layout.Analog dashboard speed meter as the largest meter scale dimension placed in middle of the dashboard, tacho meter narrow the size placed on the left side,oil mater and temperature meter scale placed in the same meter on the dashboard right side .

(2)The hybrid scale animation layout digital dashboard, speed meter to electronic digital font display placed in the middle of the dashboard. Tacho meter display using the circular form scale animation , placed on the dashboard left side. The oil and temperature display using vertical scale animated meter,placed on the dashboard right side.

4. Experiment found that the static satisfaction evaluation experiments better samples, not the same as driving simulator experiment. Driver satisfaction evaluation results the actual operation will be different.

The experimental results will be provided the designer analog and digital dashboard form features and dashboard layout,visual aesthetics and traffic safety considerations of important reference materials

Key Word: Visibility、Dashboard、Mental Workload
論文目次 【目錄】
中文摘要.................................Ⅰ
英文摘要.................................Ⅲ
誌謝....................................VI
本文目錄.................................IX
圖目錄................................ XIII
表目錄................................ XVII
附錄目錄................................ XXI
【本文目錄】
第一章 緒論......................................1
1-1 研究背景與動機..............................1
1-2 研究目的..................................2
1-3 研究範圍與限制..............................3
1-4 研究架構與流程..............................4
第二章 文獻探討....................................5
2-1 汽車儀表板類型介紹............................5
2-2 汽車儀表板配置..............................8
2-3 儀表板文字顯示與符號設計原理....................11
2-3-1 文字與視認性..........................11
2-3-2 符號設計原理..........................12
2-3-3 汽車圖像設計準則........................12
2-4 儀表板設計原則..............................15
2-4-1儀表板顯示原理..........................15
2-4-2儀表板人機設計的評價......................15
2-4-3 儀表指針設計原則........................17
2-5 駕駛者視覺................................18
2-5-1 駕駛者頭部移動角度......................18
2-5-2 駕駛者視野角度.........................19
2-5-3 駕駛者視場焦點區域......................19
2-5-4 駕駛者車速與視覺焦距.....................20
2-6 心智負荷評量方式............................21
2-6-1 駕駛與心智負荷相關文獻....................24
2-7 道路環境對駕駛的影響..........................25
2-8 腦部生理構造...............................26
2-8-1大腦................................26
2-8-2大腦皮質..............................27
2-9 腦波....................................28
2-9-1 腦波的發現...........................28
2-9-2 腦波在醫學臨床上的使用...................29
2-9-3 腦波的定義與性質.......................30
2-9-4 腦波的類型...........................34
2-9-5 α波與β波相關研究......................36
2-9-6 α波量測優位性........................37
2-10 腦電波電極位置與組合方式......................38
2-10-1 國際10-20電極位置之標定法.................38
2-10-2 電極配置法位置特徵代表含意................39
2-10-3 腦波電極連接組合範式....................40
2-11 腦波分析方法..............................42
2-12 腦波與心智負荷相關文獻........................43
2-13 腦波與模擬駕駛實驗相關文獻.....................43
第三章 實驗規劃...................................45
3-1 實驗流程架構...............................45
3-2 實驗資料收集階段............................47
3-2-1 實驗樣本的收集方式......................47
3-2-2 儀表板造形組成元素分類方法.................48
3-3 實驗一:汽車儀表板造形特徵重視度調查實驗.............49
3-3-1 實驗目的.............................49
3-3-2 實驗樣本規劃..........................49
3-3-3 受測者挑選............................52
3-3-4 實驗設備與環境.........................52
3-3-5 實驗規劃與流程.........................53
3-4 實驗二:汽車儀表板易視性與整體滿意度評價調查..........54
3-4-1 實驗目的.............................54
3-4-2 實驗樣本規劃..........................54
3-4-3 實驗變數計算與繪製方式....................60
3-4-4 實驗計畫法............................70
3-4-5 受測者挑選............................71
3-4-6 實驗規劃與流程.........................71
3-5 實驗三:汽車儀表板模擬道路駕駛實驗................72
3-5-1 實驗目的.............................72
3-5-2 實驗樣本規劃..........................72
3-5-3 駕駛實驗道路街景環境選擇..................73
3-5-4 實驗儀表板駕駛畫面建構....................74
3-5-5 受測者挑選............................74
3-5-6 實驗設備與環境.........................75
3-5-7 實驗程序.............................80
3-5-8 受測者實驗環境與流程解說..................81
3-5-9 駕駛任務設定..........................82
第四章 實驗結果與分析...............................86
4-1 實驗一:儀表板造形特徵重視度調查實驗結果分析..........88
4-1-1 受測者基本資料描述......................88
4-1-2 儀表板造形特徵重視度調查實驗結果分析..........89
4-1-3 儀表板造形特徵重視度評價分析結果整體總結........92
4-2 實驗二: 儀表板樣本整體評價實驗結果分析..............93
4-2-1 受測者基本資料描述......................93
4-2-2 儀表板樣本整體評價結果分析.................94
4-2-3 性別對儀表板樣本整體評價的影響..............100
4-2-4 駕駛經驗對儀表板樣本整體評價的影響...........104
4-2-5 儀表板樣本整體評價實驗分析整體總結...........106
4-3 實驗三 汽車儀表板模擬道路駕駛實驗................115
4-3-1 受測者基本資料描述......................115
4-3-2 不同駕駛任務下儀表板樣本反應時間比較..........116
4-3-3 儀表板造形對駕駛任務反應時間的影響...........124
4-3-4 腦電波資料處理與分析....................128
4-3-5 儀表板造形對腦波α波、β波變化影響...........146
4-3-6 儀表板樣本「整體滿意度」平均數比較...........154
4-3-7 實驗三:儀表板模擬駕駛實驗結果分析小結........158
第五章 結論與建議.................................169
5-1 總結....................................169
5-2 檢討與建議................................170
5-3 未來研究方向建議............................171
參考文獻
中文部分.......................................172
英文部分.......................................174
【圖目錄】
圖1-1 汽車儀表板資訊的呈現........................3
圖1-2 研究架構流程圖................................4
圖2-1 對稱式儀表配置................................8
圖2-2 強調式儀表配置................................9
圖2-3 數位儀表板配置................................9
圖2-4 ISO 2575 汽車常用之視覺圖像符號..........13
圖2-5 汽車儀表板燈號配置全覽圖(參考TOYOTA ALTIS車款儀表板)...............13
圖2-6 汽車駕駛座人因尺寸.............................18
圖2-7 人類視野角度.................................19
圖2-8 駕駛者視場焦點區域變化..........................19
圖2-9 車速與視覺焦距集中關係圖.........................20
圖2-10 大腦圖,資料來源: 大英百科全書,2009.................26
圖2-11 大腦皮質構造(春山茂雄,腦內革命,1996)..............27
圖2-12 腦波的振幅的變化(關尚勇、林吉和,2002)..............30
圖2-13 波的週期與測定(江部充、本間伊佐子,1980)............31
圖2-14 各式各樣波形的α波(江部充、本間伊佐子,1980)............31
圖2-15 腦波波形與頻率(江部充、本間伊佐子,1980)..............32
圖2-16 腦波快波與慢波之波形(江部充、本間伊佐子,1980)..........33
圖2-17 不同的腦波頻率與其對應心理狀態(Andreassi,1995)..........33
圖2-18 不同類型的正常腦波圖...........................34
圖2-19 α波枕部優位性 江部充、本間伊佐子,1980................37
圖2-20 國際10/20電極配置法(江部充、本間伊佐子,1980).........38
圖2-21 電極配置法測面位置(關尚勇、林吉和,2002)............39
圖2-22 雙極組合範式店及連接法(關尚勇、林吉和,2002)..........41
圖3-1 實驗流程架構圖................................46
圖3-2 指針儀表板樣本收集.............................47
圖3-3 數位儀表板樣本收集.............................47
圖3-4 儀表板造形特徵比較圖............................52
圖3-5 儀表板造形特徵重視度調查實驗過程....................53
圖3-6 實驗儀表板尺寸定義.............................55
圖3-7 實驗駕駛座內裝圖片.............................56
圖3-8 次要資訊燈號顏色及儀表符號樣式.....................57
圖3-9 字型篩選樣本.................................58
圖3-10 字體大小定義................................58
圖3-11 模擬駕駛實驗儀表板樣本..........................72
圖3-12 駕駛實驗道路街景環境...........................73
圖3-13 實驗儀表板駕駛畫面............................74
圖3-14 實驗環境地點................................75
圖3-15 Vision Station虛擬實境平台投影設備..................76
圖3-16 腦波實驗設備................................77
圖3-17 腦波量測電極點位置............................77
圖3-18 模擬汽車腳踏板...............................77
圖3-19 腦波量測實驗受測者位置圖........................78
圖3-20 實驗儀表板操作界面............................79
圖3-21 實驗視覺角度調整..............................79
圖3-22 模擬駕駛實驗過程..............................80
圖3-23 實驗規劃與流程...............................81
圖4-1 汽車駕駛經驗分配圖.............................88
圖4-2 一週開車的頻率分配圖............................88
圖4-3 汽車駕駛經驗分配圖.............................93
圖4-4 一周開車的頻率分配圖............................93
圖4-5 指針儀表板樣本易視性評價平均數折線圖.................94
圖4-6 數位儀表板樣本易視性評價平均數折線圖 ................95
圖4-7 指針儀表板樣本整體滿意度評價平均數折線圖..............97
圖4-8 數位儀表板樣本整體滿意度評價平均數折線圖..............98
圖4-9 駕駛經驗對數位儀表板「易視性」評價具顯著差異樣本.........105
圖4-10 汽車駕駛年資分配圖............................115
圖4-11汽車駕駛頻率分配圖............................115
圖4-12 指針儀表板樣本駕駛任務反應時間平均數折線圖............116
圖4-13 數位儀表板樣本駕駛任務反應時間平均數折線圖............118
圖4-14 不同駕駛任務下儀表板樣本反應時間平均數總比較折線圖......120
圖4-15 g.BSanalyze BIOSIGNAL ANALYZSIS 腦波分析軟體界面........128
圖4-16 實驗腦波α波與β波量測電極點功率強度(%)折線圖........129
圖4-17 指針儀表板樣本駕駛任務腦波α波變化率(%)平均數折線圖.....132
圖4-18 指針儀表板樣本駕駛任務腦波β波變化率(%)平均數折線圖.....133
圖4-19 數位儀表板樣本駕駛任務腦波α波變化率(%)平均數折線圖.....136
圖4-20 數位儀表板樣本駕駛任務腦波β波變化率(%)平均數折線圖....138
圖4-21 不同的駕駛任務下儀表板樣本腦波α波變化率(%)總比較折線圖..140
圖4-22 不同的駕駛任務下儀表板樣本腦波β波變化率(%)總比較折線圖..143
圖4-23 儀表板整體滿意度平均數比較折線圖..................153
圖4-24 性別對數位儀表板整體滿意度評價有差異樣本.............155
圖4-25 駕駛年資對於指針儀表板整體滿意度評價有差異樣本.........156
圖4-26 易視性較佳之指針儀表板樣本......................164
圖4-27 易視性較差之指針儀表板樣本......................164
圖4-28 易視性較佳之數位儀表板樣本......................165
圖4-29 易視性較差之數位儀表板樣本......................165
圖4-30 駕駛年資對於指針儀表板整體滿意度評價有差異樣本.........139
圖5-1 指針儀表板造形與資訊配置最佳樣本...................168
圖5-2 數位儀表板造形與資訊配置最佳樣本...................169
【表目錄】
表2-1 指針式儀表板顯示原理............................5
表2-2 數位式儀表板顯示原理............................6
表2-3汽車儀表板資訊比較..............................7
表2-4 儀表板燈號..................................14
表2-5 儀表板設計要素................................15
表2-6 大腦皮質功能區整理表............................28
表2-7 α波的三種狀態(蔡華凱,1997).....................36
表2-8 國際10-20 制電極位置之中英文名稱....................39
表3-1 指針與數位儀表板造形特徵分類比較表..................48
表3-2 指針儀表板代表性樣本圖片.........................50
表3-3 數位儀表板代表性樣本圖片.........................51
表3-4 指針儀表板控制變數.............................56
表3-5 數位儀表板刻度動畫樣式寬高比例與間隔寬度.......59
表3-6 指針-資訊配置型式..............................62
表3-7 指針-儀表圈組合個數............................63
表3-8 指針-整體配色................................64
表3-9 指針-儀表圈尺寸比例............................65
表3-10 數位-整體配色................................67
表3-11 數位-刻度動畫型式.............................68
表3-12 數位-資訊配置型式.............................69
表3-13 實驗計畫法規劃樣本............................70
表3-14 時速表任務..................................83
表3-15 轉速表任務..................................83
表3-16 水溫表任務..................................84
表3-17 油量表任務..................................84
表3-18 駕駛實驗流程表...............................85
表4-1 實驗統計分析細項..............................87
表4-2 儀表板造形特徵重視度評價平均數表....................89
表4-3 儀表板造形特徵重視度較高的造形元素..................92
表4-4 指針儀表板樣本「易視性」評價前三名實驗樣本.............94
表4-5 數位儀表板樣本「易視性」評價前三名實驗樣本.............95
表4-6 儀表板樣本「易視性」評價平均數表....................96
表4-7 指針儀表板樣本「整體滿意度」評價前三名實驗樣本............97
表4-8 數位儀表板樣本「整體滿意度」評價前三名實驗樣本............98
表4-9 儀表板樣本「整體滿意度」評價平均數表.................99
表4-10 性別對指針儀表板「易視性」評價的影響ANOVA分析結果........100
表4-11 性別對指針儀表板「易視性」評價具顯著差異樣本..........101
表4-12 性別對指針儀表板「整體滿意度」評價的影響ANOVA分析結果.....102
表4-13 性別對指針儀表板「整體滿意度」評價具顯著差異之樣本......103
表4-14 駕駛經驗對數位儀表板「易視性」評價的影響ANOVA分析結果....104
表4-15 儀表板樣本整體評價前三名平均數表..................106
表4-16 指針儀表板整體配色評價最高與最低樣本................107
表4-17 資訊配置型式-四圈對稱配置類型a....................107
表4-18 資訊配置型式-四圈對稱配置類型b....................108
表4-19 資訊配置型式-三圈強調式配置類型a..................108
表4-20 數位儀表板整體配色評價最高與最低樣本................109
表4-21 數位儀表板刻度樣式............................109
表4-22 資訊配置型式-a.混合式排列配置....................110
表4-23 資訊配置型式-b.強調式圓盤刻度配置..................110
表4-24 資訊配置型式-c.斜線刻度排列配置...................111
表4-25 受測者基本資料對儀表板整體評價的影響................111
表4-26 性別對指針儀表板整體評價具顯著差異樣本..............112
表4-27 駕駛經驗對於數位儀表板「易視性」評價具顯著差異樣本........113
表4-28 指針儀表板駕駛任務反應時間平均數表.................117
表4-29 數位儀表板駕駛任務反應時間平均數表.................119
表4-30 不同駕駛任務下儀表板樣本反應時間平均數比較表..........123
表4-31 指針儀表板造形對駕駛任務反應時間影響ANOVA分析結果.......124
表4-32 指針儀表板造形對駕駛任務反應時間事後多重檢定Tukey HSD....125
表4-33 數位儀表板造形對駕駛任務反應時間ANOVA分析結果..........126
表4-34 數位儀表板造形對駕駛任務反應時間事後多重檢定Tukey HSD....127
表4-35 樣本適應階段腦波α波與β波變化率(%)平均數表.........131
表4-36 指針儀表板樣本駕駛任務腦波α波變化率(%)平均數表........134
表4-37 指針儀表板樣本駕駛任務腦波β波變化率(%)平均數表........136
表4-38 數位儀表板樣本駕駛任務腦波α波變化率(%)平均數表......138
表4-39 數位儀表板樣本駕駛任務腦波β波變化率(%)平均數表........140
表4-40 不同的駕駛任務下儀表板樣本腦波α波變化率(%)總比較表....143
表4-41 不同的駕駛任務下儀表板樣本腦波β波變化率(%)總比較表....145
表4-42 指針儀表板造形對腦波α波變化ANOVA分析結果............146
表4-43 指針儀表板造形對腦波α波變化之事後多重檢定Tukey HSD......147
表4-44 指針儀表板造形對腦波β波變化ANOVA分析結果............148
表4-45 指針儀表板造形對腦波β波變化事後多重檢定Tukey HSD結果....149
表4-46 數位儀表板造形對腦波α波變化ANOVA分析結果............150
表4-47 數位儀表板造形對腦波α波變化事後多重檢定Tukey HSD結果....151
表4-48 數位儀表板造形對腦波β波變化ANOVA分析結果............152
表4-49 數位儀表板造形對腦波β波變化事後多重檢定Tukey HSD分析結果........153
表4-50 儀表板整體滿意度平均數比較表.....................155
表4-51 性別的差異對於數位儀表板整體滿意度評價之ANOVA分析結果表...156
表4-52 駕駛年資對指針儀表板整體滿意度評價ANOVA分析結果........157
表4-53 受測者基本資料對儀表板「整體滿意度」評價的影響.........162
表4-54 性別對數位儀表板「整體滿意度」評價有差異樣本...........163
表4-55 駕駛經驗對指針儀表板「整體滿意度」評價有差異樣本........164
表5-1 指針儀表板易視性及整體滿意度評價前三名樣本............143
表5-2 數位儀表板易視性及整體滿意度評價前三名樣本............144
【附錄目錄】
附錄一........................................177
附錄二........................................180
附錄三........................................183
附錄四........................................204
附錄五........................................206
附錄六........................................210
附錄七........................................211
參考文獻 參考文獻
中文部份
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