《Safety Science》：Safety-oriented evaluation of instrument panel layout for enclosed mobility scooters: unveiling drivers’ cognitive load based on EEG and simulated annealing
编辑推荐：
摘要紧凑型、低速的封闭式代步车越来越被老年人用于短距离的社区出行。这类车辆的仪表盘设计与汽车类似，但在结构和功能上更为简化，这可能让使用者对安全性能产生误解。设计此类车辆的仪表盘时，需考虑到老年驾驶者的预注意处理能力和情境感知能力。脑电图和事件相关电位为研究这一问题提供了有效方法
摘要
紧凑型、低速的封闭式代步车越来越被老年人用于短距离的社区出行。这类车辆的仪表盘设计与汽车类似，但在结构和功能上更为简化，这可能让使用者对安全性能产生误解。设计此类车辆的仪表盘时，需考虑到老年驾驶者的预注意处理能力和情境感知能力。脑电图和事件相关电位为研究这一问题提供了有效方法。然而，顺序效应偏差等因素会导致不同参与者在各项实验任务中的认知资源分配不均，从而降低研究结果在驾驶安全研究中的可靠性。本研究根据EMS车辆中常见的仪表盘类型和功能分布，将仪表盘布局归纳为36种原型。为提高事件相关电位结果的可靠性，采用了模拟退火算法优化实验任务的呈现顺序。基于最优顺序开展实验，测量了不同布局对老年驾驶者产生的P300波形的幅度和潜伏时间。研究结果揭示了不同类型仪表盘布局所带来的识别难度和认知处理时间，这些因素会影响驾驶者的视觉搜索和操作安全性。此外，广义线性混合模型表明，仪表盘结构类型会显著影响老年驾驶者的P300波形幅度（p < 0.001）。这些结论为优化低速EMS车辆的仪表盘布局、打造适合老年人且安全的人机交互系统提供了理论依据。
引言
近年来，人们越来越关注老年驾驶者在特殊驾驶场景下的安全问题（Koppel等人，2020；Newnam等人，2020）。随着城市最后一公里出行需求的增加，老年驾驶者开始选择更多样的出行方式，不再局限于传统汽车。外观类似小型汽车的低速全封闭四轮代步车数量不断增加，给城市交通系统带来了新的挑战。这类电动车在交通流特征和车辆运动方式上具有独特性，容易与机动车发生冲突，进而增加交通事故的发生率（Zhang等人，2025）。因此，了解其与机动车不同的驾驶认知处理机制，对于提升车内人机交互的安全性至关重要。
尽管低速封闭式代步车在形态上与小型汽车相似，但其内部用户体验和视觉交互模式与汽车有很大差异。汽车的仪表盘具有明确的功能分区，支持多层级交互，而低速代步车的仪表盘则受到严重的空间限制。所有的关键驾驶信息和车辆控制功能——如仪表集群、方向盘和中央显示屏——都必须集成在一个深度通常不超过200毫米、宽度也较为有限的紧凑型T形面板上。因此，仪表盘的布局设计必须摒弃汽车中常用的分隔式设计，转向高度集成、操作路径最简化的设计。不过，这种设计变化很容易让老年用户感到困惑或出现操作错误，从而带来安全隐患。此外，受汽车设计和技术发展趋势的影响，低速代步车也在向数字化和驾驶辅助功能方向发展。然而，这种变化也给视觉感知能力逐渐下降、面临数字鸿沟问题的老年用户带来了新的困难。在电动汽车时代，老年驾驶者往往难以适应数字仪表集群、中央显示屏以及多功能方向盘的显示和反馈设计，这也给驾驶安全带来了挑战。因此，研究老年驾驶者对不同类型代步车仪表盘布局的认知处理过程具有重要意义，同时也有助于通过减少仪表盘的认知负担来提升驾驶安全性。
在研究过程中，评估用户对不同仪表盘布局方案的情境感知能力至关重要。尤其是对于代步车的仪表盘布局，由于狭小的空间导致用户难以形成清晰的认知映射，这种评估更为重要。现有研究多聚焦于老年驾驶者对汽车仪表盘设计的偏好（Swain等人，2023）。但现代汽车的仪表盘通常配备有大型曲面屏幕、轮廓复杂的面板、特殊形状的方向盘（如Y形或矩形方向盘），还有隐藏式的空调出风口。相比之下，低速代步车的仪表盘则极为实用，所有组件都被整合在一个紧凑的注塑成型T形面板上。虽然其方向盘也具备多种功能，但通常只是简单的圆形边框，轮廓变化很小。这种单一的感官反馈方式给评估代步车驾驶者的认知效率和安全性带来了挑战。近年来，利用脑电图和事件相关电位来揭示认知机制已成为视觉界面研究领域的常用方法。然而，评估者的认知会受到多种因素的影响，比如首因效应或顺序效应偏差。如果实验任务的呈现顺序不合理，事件相关电位的结果就会失去可靠性，尤其是在测试老年人的时候。此外，如果连续观察任务之间的认知难度波动过大，P300等事件相关电位就可能无法准确反映受试者在处理与特定仪表盘布局相关信息时的大脑激活程度。这样一来，研究结果在驾驶安全方面的有效性也会受到影响。因此，研究观察样本呈现顺序的优化方法十分必要，智能优化算法为此提供了可行的解决方案。
本研究提出采用模拟退火算法优化脑电图实验中观察任务的呈现顺序，目标是尽量减小任务中各刺激材料的感知有用性和感知易用性之间的差异。基于该最优顺序开展脑电图实验，以评估人们对不同仪表盘布局的客观认知程度。这样可以提升老年受试者P300数据的有效性，为理解他们在观察代步车仪表盘时的认知模式提供理论依据，同时也有助于在人工智能时代将事件相关电位技术和智能优化算法应用于电动代步车设计中。
章节节选
代步车仪表盘布局构成
在典型的代步车中，仪表盘上的人机交互区域主要包括三个部分：仪表集群区、方向盘区和中央显示屏区。仪表集群的核心功能是承载各类数字仪器，显示与驾驶及车辆状态相关的信息。在汽车设计领域，信息密度不断增加，多屏幕设计也越来越普遍（Ren等人，2019），这类设计
仪表盘布局类型与研究框架
与汽车相比，封闭式电动代步车的仪表盘设计要简单得多。其面板上各种视觉组件的布局逻辑也与汽车仪表盘不同，汽车仪表盘需要满足长途高速驾驶的需求，同时对舒适性和美观性也有较高要求。根据2.1节所综述的文献，代步车仪表盘布局主要受以下三个因素影响：（1）仪表盘的结构类型（由
仪表盘布局的接受度及影响因素
根据33名老年受试者对36种不同仪表盘布局的感知有用性和感知易用性评分，计算出了相应的接受度得分Y。相关平均值见图6和表3。
从结果可以看出，对于正在识别代步车仪表盘上各组件的老年驾驶者而言，以驾驶者为中心设计的仪表集群（A型和B型）的接受度通常高于以中心位置为重的仪表集群（C型和D型），这在一定程度上体现了将仪表集群放置在
仪表盘布局的特点与老年驾驶者的接受度
近年来，人们越来越关注可持续交通方式中的人机交互安全问题，比如电动滑板车（Kazemzadeh等人，2026；Kazemzadeh等人，2023）和自行车（Backman、Beck和Kuli?，2024），这类交通工具适合低速短距离出行，可作为汽车的替代选择。作为便捷的微型出行工具，低速封闭式电动代步车越来越成为老年人的重要出行方式
研究局限性
本研究仅聚焦于P300波形进行分析。但在某些脑区（尤其是前额叶区域），也观察到了明显的N200波形，这反映了与早期认知控制相关的神经活动，比如冲突监测、冲动抑制和注意力分配等功能。在后续研究中，将进一步建立主要事件相关电位成分的幅度/潜伏时间与仪表盘布局的感知有用性和感知易用性这两个维度之间的关联模型，从而实现
结论
- 1)
为提高脑电图技术在优化人机交互效率、提升驾驶安全性方面的应用可靠性，本研究基于模拟退火算法提出了一种优化脑电图实验中观察任务呈现顺序的方法。该算法将任务呈现顺序的规划转化为寻找刺激材料在感知有用性和感知易用性评分之间的最小差异的问题，从而简化了复杂的优化问题，实现了高效优化。
- 2)
按照优化后的呈现顺序
CRediT作者贡献说明
杨浩：论文撰写——审稿与编辑、论文撰写——初稿、方法论、资金获取、正式分析、概念构思。胡奈琪：论文撰写——初稿、可视化、软件应用、实验研究。郭富佳：可视化、实验研究。金泉欣：可视化、软件应用、实验研究。陈娜：论文撰写——审稿与编辑、验证、监督、资源协调、项目管理、方法论。
资助情况
本研究得到了教育部人文社会科学研究项目（编号：25YJCZH332）以及华北理工大学玉秀创新项目（编号：2024NCUTYXCX213）的资助。
利益冲突声明
作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益关系或个人关系。
致谢
所有数据、分析方法及研究资料都将应其他研究人员的请求予以提供。本研究未进行预先注册。
Hao Yang|Naiqi Hu|Fujia Guo|Quanxin Jin|Na Chen
华北理工大学机械与材料工程学院，中国北京100144
