Тактильный вибрирующий инструментарий и платформа моделирования вождения для исследований, связанных с вождением

Этот протокол описывает платформу моделирования вождения и тактильный вибрирующий инструментарий для исследования исследований, связанных с вождением. Также представлен образцовый эксперимент по изучению эффективности тактильных предупреждений.

Система предупреждения о столкновении играет ключевую роль в предотвращении отвлекающих факторов и сонный вождения. Предыдущие исследования доказали преимущества тактильных предупреждений в сокращении времени реакции водителя на тормоза. В то же время тактильные предупреждения доказали свою эффективность при запросе на участие в ОРД для частично автономных транспортных средств.

Вопрос о том, как можно оптимизировать производительность тактильных предупреждений, является постоянной горячей темой исследований в этой области. Таким образом, представлено недорогое программное обеспечение и методы моделирования вождения, чтобы привлечь больше исследователей для участия в расследовании. Представленный протокол был разделен на пять разделов: 1) участники, 2) конфигурация программного обеспечения моделирования, 3) подготовка симулятора вождения, 4) вибрирующая конфигурация инструментария и подготовка, и 5) проведение эксперимента.

В образцовом исследовании участники носили тактильный вибрирующий инструментарий и выполняли установленную автомобильную задачу, используя индивидуальное программное обеспечение для моделирования вождения. Передний автомобиль тормозил с перерывами, и вибрирующие предупреждения доставлялись всякий раз, когда передняя машина тормозила. Участникам было дано указание как можно быстрее реагировать на внезапные тормоза переднего автомобиля. Динамика движения, такая как время отклика тормозов и скорость реакции тормозов, были зафиксированы программным обеспечением моделирования для анализа данных.

Представленный протокол дает представление об исследовании эффективности тактильных предупреждений на различных местах тела. В дополнение к задаче, следующей за автомобилем, которая продемонстрирована в образцовом эксперименте, этот протокол также предоставляет возможность применить другие парадигмы к исследованиям моделирования вождения, делая простую конфигурацию программного обеспечения без разработки кода. Тем не менее, важно отметить, что из-за его доступной цене, программное обеспечение моделирования вождения и оборудование, представленные здесь, возможно, не смогут полностью конкурировать с другими высокой точностью коммерческих симуляторов вождения. Тем не менее, этот протокол может выступать в качестве доступной и удобной альтернативы общим высокой точности коммерческих симуляторов вождения.

Согласно данным, выявленным Глобальными оценками здравоохранения в 2016 году, дорожно-транспортный травматизм является восьмой причиной глобальной смертности, что приводит к 1,4 миллиона смертей во^{всем мире 1}. В 2018 году 39,2% дорожно-транспортных происшествий были столкновения с автотранспортными средствами в транспорте, и 7,2% из которых были задние столкновения. Решением проблемы повышения безопасности транспортных средств и дорожного движения является разработка передовой системы помощи водителю (ADAS) для предупреждения водителей о потенциальных опасностях. Данные показали, что ADAS может значительно снизить скорость столкновений заднего конца, и это еще более эффективно, когда оснащен автоматической тормозной системой². Кроме того, с развитием автономных транспортных средств, меньше человеческого участия будет необходимо для управления транспортным средством, что делает take-over запрос (TOR) система предупреждения необходимость, когда автономное транспортное средство не регулирует себя. Конструкция системы предупреждения ADAS и TOR в настоящее время является важной частью технологии для водителей, чтобы избежать неминуемой аварии в течение нескольких секунд. В образцовом эксперименте использовался вибрирующий инструментарий наряду с платформой моделирования вождения для изучения того, какое местоположение будет генерировать наилучший результат, когда вибротактильной системы предупреждения была использована в качестве потенциальной системы предупреждения ADAS и TOR.

Классифицированные по каналам восприятия, как правило, существуют три типа условий предупреждения, то есть визуальные, слуховые и тактильные. Каждый механизм предупреждения имеет свои достоинства и ограничения. Когда системы визуального предупреждения используются, водители могут страдать от^{визуальной перегрузки 3,}ухудшая производительность вождения из-за^{невнимательной слепоты 4,5}. Хотя слуховая система предупреждения не влияет на поле зрения водителей, ее эффективность во многом зависит от окружения, таких как фоновая музыка и другие шумы^{в среде вождения 6,7}. Таким образом, ситуации, содержащие другую внешнюю слуховую информацию или значительный^шум,могут привести к^{невнимательной глухоте 8,9,}снижению эффективности слуховой системы оповещения. Для сравнения, системы тактильных предупреждений не конкурируют с визуальной или слуховой обработкой водителей. Посылая вибротактильные предупреждения водителям, системы тактильных предупреждений преодолевают ограничения систем визуального и слухового предупреждения.

Предыдущие исследования показали, что тактильные предупреждения могут принести пользу водителям, сокращая время реакции на тормоза. Было также установлено, что тактильные системы предупреждения дают более^{эффективный результат над визуальными 10,11 и слуховыми 12,13,14} системами предупреждения в определенных ситуациях. Тем не менее, ограниченные исследования были сосредоточены на исследовании оптимального местоположения для размещения тактильного устройства предупреждения. Согласно гипотезе сенсорной^{коры 15 и} гипотезе^{сенсорного расстояния 16}, образцовое исследование выбрало области пальца, запястья и виска в качестве экспериментальных мест для размещения тактильного устройства предупреждения. С введенным протоколом частота и время доставки вибрирующего предупреждения и интервалы между вибрациями вибрирующего инструментария могут быть настроены в соответствии с экспериментальными требованиями. Этот вибрирующий инструментарий состоял из главного чипа, чипа регулятора напряжения, мультиплексера, USB-адаптера Transistor-Transistor-Logic (TTL), транзистора Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor (MOSFET) и модуля Bluetooth. Количество вибрирующих модулей также может варьироваться в зависимости от потребностей исследователей, при этом одновременно вибрируют до четырех модулей. При реализации вибрирующего инструментария в экспериментах, связанных с вождением, он может быть настроен в соответствующие экспериментальные настройки, а также синхронизирован с данными о производительности вождения путем пересмотра кодов моделирования вождения.

В то время как для исследователей, проведение эксперимента вождения на виртуальной платформе является более возможным, чем в реальном мире из-за риска и связанных с этим затрат. Например, сбор показателей эффективности может быть затруднен, и трудно контролировать экологические факторы, связанные с экспериментами в реальном мире. В результате, многие исследования использовали фиксированной базы вождения тренажеры работает на ПК в последние годы в качестве альтернативы для проведения исследований на дороге вождения. После обучения, разработки и исследования в течение более 11 лет в сообществе исследований вождения, мы создали платформу моделирования вождения с реальным автомобилем, который состоит из программного обеспечения моделирования вождения с открытым исходным кодом и аппаратного комплекта, включая рулевое колесо и коробку передач, три педали, три установленных проектора и три экрана проектора. С помощью программного обеспечения моделирования вождения поддерживает только один экран, представленный протокол используется только центральный проектор и проектор экран для проведения эксперимента.

Есть два основных преимущества использования представленной платформы моделирования вождения. Одним из преимуществ этой платформы является то, что она использует программное обеспечение с открытым исходным кодом. Используя удобный платформу с открытым исходным кодом, исследователи могут настроить моделирование и вибрирующий набор инструментов для своих уникальных исследовательских потребностей, сделав простую конфигурацию программного обеспечения без разработки кода. Путем пересматривать коды, исследователя могут создать управляя имитации которые обеспечивают относительную верность к реальности с множеством вариантов имеющихся на типах автомобиля, типах дороги, сопротивлении рулевого колеса, боковой и продольной турбулентности ветра, интерфейсах программы применения случая времени и тормоза (API) для внешней синхронизации средства программирования, и в реализации поведенческих парадигм such as автомобиль-следуя за задачей и задачей N-Back. Хотя проведение исследований, связанных с вождением в симуляторе вождения не может полностью повторить вождение в реальном мире, данные, собранные через симулятор вождения является разумным и был широко^{принят исследователями 17,18}.

Еще одним преимуществом предлагаемого симулятора вождения является его низкая стоимость. Как упоминалось ранее, введенное программное обеспечение моделирования вождения является открытым исходным кодом программного обеспечения, которое доступно для пользователей бесплатно. Кроме того, общая стоимость всей настройки оборудования в этом протоколе ниже по сравнению с типичными высокой точностью коммерческих симуляторов вождения. Рисунок 1 а и б показать полную установку двух симуляторов вождения со стоимостью от $ 3000 до $ 30000. В отличие от типичных высокой точности коммерческих симуляторов вождения (фиксированная база), как правило, стоят около $ 10000 до $ 100000. С его весьма доступной цене, этот симулятор вождения может быть популярным выбором не только для академических исследовательских целей, но и для^{проведения вождения классов 19} и для демонстрации^{связанных с вождением технологий 20,21}.

Рисунок 1: Изображение симуляторов вождения. Оба симулятора вождения состояли из рулевого колеса и коробки передач, трех педалей и транспортного средства. а) установка симулятора вождения стоимостью $3000, которая использовала 80-дюймовый LCD-экран с разрешением 3840 × 2160. b) установка симулятора вождения стоимостью 30000 долларов США, в которых использовались три установленных проектора и три проекторных экрана размером 223 х 126 см каждый. Проекционные экраны были расположены на высоте 60 см над землей и на 22 см от передней части транспортного средства. Для текущего эксперимента использовались только центральный проектор и проекторный экран. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Программное обеспечение моделирования вождения и вибрирующий инструментарий в предлагаемом методе уже были^{использованы в предыдущих исследованиях нашими исследователями 22,23,24,25,26,27,28,29.} Этот саморазвитый вибрирующий инструментарий^{в соответствии со стандартом} ISO 30 может быть применен^{в различных областях 31},^{32 путем}корректировки частоты и интенсивности вибрации. Важно отметить, что была разработана и внедрена в следующем протоколе новая версия вибрирующего инструментария. Вместо того, чтобы регулировать частоту вибрации с помощью регулируемого адаптера напряжения, новая версия оснащена пятью различными частотами вибрации и может быть проще отрегулирована с помощью кодов, предусмотренных в дополнительном файле кодирования 1. Кроме того, представленный симулятор вождения предоставляет исследователям безопасный, недорогой и эффективный способ исследовать различные виды исследований, связанных с вождением. Таким образом, этот протокол подходит для исследовательских лабораторий, которые имеют ограниченный бюджет и имеют сильную потребность в настройке экспериментальной среды вождения.

ПРИМЕЧАНИЕ: Все описанные здесь методы были одобрены Институциональным советом по обзору (IRB) Университета Цинхуа, и со всех участников было получено информированное согласие.

1. Участники

1. Провести анализ мощности для расчета необходимого числа участников для набора в соответствии с экспериментальной конструкцией для достижения статистической мощности.
2. Как можно больше сбалансировать пол участников во время набора.
3. Убедитесь, что участники имеют действительные водительские права и по крайней мере один год водительского стажа.
4. Убедитесь, что участники имеют нормальное или исправленное нормальное зрение с помощью диаграммы зрения.
5. Убедитесь, что участники не употребляли алкоголь или наркотики, влияющие на способность к вождению в течение 24 ч до^{начала эксперимента 33}.

2. Конфигурация программного обеспечения для моделирования вождения

1. Введите папку программного обеспечения моделирования вождения, а затем папку Runtime и папку Config. Затем откройте файл "expconfig.txt" (т.е. путь файла должен быть "Torcs-1.3.3-Exp-2018-10-25'torcs-1.3'nuntime-config").
2. Определите, следует ли применять какую-либо конфигурацию или приступить к моделированию вождения с помощью параметров по умолчанию без какой-либо конфигурации, свежей из коробки, ссылаясь на экспериментальный дизайн. В таблице 1 показано подробное описание конфигураций по умолчанию всех доступных опций.
   1. Если не будет внести никаких изменений, переходите к разделу 3 протокола.

Таблица 1: Список параметров по умолчанию для программного обеспечения моделирования вождения. Список значений по умолчанию всех связанных с ними настраиваемых параметров программного обеспечения моделирования вождения вместе с подробным описанием каждого варианта.

3. Настройте настройки на то, как закончить эксперимент на основе решенной переменной управления экспериментальной конструкции.
   1. Решите, следует ли использовать время часов в качестве триггера, чтобы закончить эксперимент с опцией "endExpByTime" с использованием True или False в качестве выбора опций. Установите эту опцию для false, чтобы воспроизвести пример исследования.
   2. Выберите, следует ли закончить эксперимент с путешествием во времени в качестве триггера с опцией "endExpAfterMinute" путем ввода количества минут в формате с одним десятичное место. Время, затыеаемое, может быть полностью решено исследователями. Вход 12 для воспроизведения образцового исследования.
   3. Установить, следует ли закончить эксперимент с расстоянием, пройденным в качестве триггера с опцией "endExpByDist" с использованием True или False в качестве выбора вариантов. Обратите внимание, что, когда параметры "endExpByTime" и "endExpByDist " установлены на True, эксперимент закончится условием, которое будет выполнено в первую очередь. Установите эту опцию для True, чтобы воспроизвести образцовое исследование.
   4. Используйте опцию «endExpAfterMeter» для того, чтобы установить расстояние, пройденное от стартовой линии в метрах, в формате с одним десятичное место. Пройденное расстояние может быть полностью решено исследователями. Вход 10000.0, чтобы повторить образцовое исследование.
4. Настройте настройки ветра для смоделированной среды вождения в соответствии со^{скоростью ветра 34},^{35, предназначенные} для виртуальной^{среды и когнитивной нагрузки 36,} которая будет начата в эксперименте.
   1. Установить, следует ли включить фронтальный ветер со случайным интервалом и продолжительностью с опцией "enableRandomFrontalWind" с использованием True или False в качестве выбора вариантов. Установите эту опцию для True, чтобы воспроизвести образцовое исследование.
   2. Определите минимальный и максимальный интервал фронтального ветра с опциями "frontalWindIntervalMin" и "frontalWindIntervalMax", внося количество секунд в формате с одним десятичное место, соответственно. Используйте параметр по умолчанию (т.е. 3.0 и 13.0, соответственно) для воспроизведения образцового исследования.
   3. Определите минимальную и максимальную продолжительность фронтального ветра с помощью опций "frontalWindDurationMin" и "frontalWindDurationMax", внося количество секунд в формате с одним десятичное место, соответственно. Используйте параметр по умолчанию (т.е. 2.0 и 3.0, соответственно) для воспроизведения образцового исследования.
   4. Определите минимальную и максимальную силу фронтального ветра с помощью опций «frontalWindForceMin» и «frontalWindForceMax», указав количество силы в Ньютоне, соответственно. Используйте параметр по умолчанию (т.е. 500.0 и 1,000.0, соответственно) для воспроизведения образцового исследования.
   5. Выберите, следует ли включить боковой ветер со случайным интервалом и продолжительностью с опцией "enableRandomLateralWind" с использованием True или False в качестве выбора опций. Установите на True, чтобы повторить образцовое исследование.
   6. Определите минимальный и максимальный боковой интервал силы ветра с опциями "lateralWindIntervalMin" и "lateralWindIntervalMax", внося количество секунд в формате с одним десятичное место, соответственно. Используйте параметр по умолчанию (т.е. 3.0 и 8.0, соответственно) для воспроизведения образцового исследования.
   7. Определите минимальную и максимальную продолжительность бокового ветра с опциями "lateralWindDurationMin" и "lateralWindDurationMax" путем ввода количества секунд в формате с одним десятичное место, соответственно. Используйте параметр по умолчанию (т.е. 2.0 и 3.0, соответственно) для воспроизведения образцового исследования.
   8. Определите минимальные и максимальные боковой силы ветра с "боковойWindForceMin" и "боковойWindForceMax" варианты, указав количество силы в Ньютоне, соответственно. Используйте параметр по умолчанию (т.е. 1000.0 и 2000.0, соответственно) для воспроизведения образцового исследования.
5. Настройте настройки для смоделированного автомобиля следующие задачи в соответствии с экспериментальным дизайном и потребностей³⁵.
   1. Установите постоянную скорость ведущего транспортного средства в милях в час с одним десятичное место с использованием "leadCarConstantSpeedMPH" вариант. Вход 40 для воспроизведения образцового исследования.
   2. Определите расстояние в метрах с одним десятичное место между ведущим транспортным средством и транспортным средством водителя, чтобы вызвать свинца транспортного средства, чтобы начать ждать транспортного средства водителя, чтобы догнать, или возобновить вождение, с "leadDistToStartWaiting" и "leadDistToStopWaiting" варианты, соответственно. Используйте параметр по умолчанию (т.е. 100.0 и 80.0, соответственно) для воспроизведения образцового исследования.
   3. Установите максимальный и минимальный случайный интервал времени тормозных событий ведущего транспортного средства с опциями "leadCarBrakeIntervalTimeMin" и "leadCarBrakeIntervalTimeMax" путем ввода количества секунд в формате с одним десятичное место (например, 30,0 и 60,0), соответственно. Используйте параметр по умолчанию (т.е. 30.0 и 60.0 соответственно) для воспроизведения образцового исследования.
   4. Определите продолжительность торможения с помощью опции "leadCarBrakeEventDuration", введя количество секунд в формате с одним десятичное место. Используйте параметр по умолчанию (т.е. 5.0) для воспроизведения образцового исследования.
6. Настройте настройки для случайного короткого звука уведомления сообщения в соответствии с экспериментальным дизайном и потребностями.
   1. Решите, следует ли включить короткий сервис сообщений (SMS) звуки уведомления играть со случайными интервалами с True или False, как выбор вариантов для "enableRandomSMSSound" вариант. Установите опцию False, чтобы воспроизвести пример исследования.
   2. Определите минимальный и максимальный интервал времени с момента появления первого SMS-уведомления до начала второго SMS-уведомления с использованием опций "randSMSIntervalMin" и "randSMSIntervalMax", указав количество секунд в формате с одним десятичное место (например, 5.0 и 10.0) соответственно.
7. Настройте настройки для смоделированной задачи N-back^{37 в соответствии с} экспериментальным дизайном и потребностями.
   1. Установите N-обратно число звуков, чтобы играть со случайными интервалами с True или False, как выбор вариантов для "enableRandomNbackSound" вариант. Установите опцию False, чтобы воспроизвести пример исследования.
   2. Определите минимальный и максимальный интервал времени от смещения первого звука до начала второго звука с помощью опций «randNbackIntervalMin» и «randNbackIntervalMax» для обозначения количества секунд в формате с одним десятичное место (например, 5.0 и 10.0), соответственно.
8. Настройте настройки протокола пользовательской граммы данных (UDP), если для эксперимента требуется передача данных UDP.
   1. Решите, следует ли включить UDP для передачи данных, разрешив синхронизацию данных штампа времени на конкретный локальный IP-адрес сети с помощью опции "enableUDPSendData " , используя True или False в качестве выбора вариантов. Включите эту опцию для воспроизведения образцового исследования.
   2. Выберите, следует ли включить UDP для передачи данных на конкретный IP-адрес для рекламного исследования с помощью опции "enableUDPSendDataAdStudy" с использованием True или False в качестве выбора опций. Напоминаем также, что эта опция не соответствует "enableUDPSendData" и оба варианта не могут быть установлены на True в то же время. Установите опцию False, чтобы воспроизвести пример исследования.
   3. Определите IP-адрес для передачи UDP, указав каждый раздел IP-адреса с помощью "UDPTargetIPa1", "UDPTargetIPa2", "UDPTargetIPa3" и "UDPTargetIPa4".
   4. Укажите целевой номер порта в соответствии с "UDPTargetPort No".
   5. Установите частоту отправки данных в соответствии с циклом "UDPcycleNumber" с любым интегратором, большим или равным циклу "1", в котором каждый цикл составляет 20 мс.
9. Настройте соединение сети очередей UDP^{38 со ссылкой} на экспериментальный дизайн и потребности.
   1. Установите, следует ли включить моделирование привода модели N-Java, в котором сервер UDP и клиент совместно используют один и тот же компьютер, с опцией «включитьUDP-NConnection» с использованием True или False в качестве выбора опций. Отключите эту опцию, чтобы воспроизвести образцовое исследование.
   2. Укажите номер от порта UDP N до порта моделирования в соответствии с опцией «UDP-NtoTORCSPort».
   3. Укажите номер от порта моделирования до порта UDP n в соответствии с опцией "UDPTORCSto'NPort".
10. Настройка ли подключиться к веб-сайту для тормозных сигналов в соответствии с экспериментальным дизайном в соответствии с "leadCarBrakingByWebCommand" вариант с использованием True или False в качестве выбора вариантов. Пожалуйста, обратите внимание, что, когда эта опция установлена на True, "endExpByTime" и "endExpAfterMinute" перестанет работать. Установите опцию False, чтобы воспроизвести пример исследования.
11. Установить, следует ли включить смоделированный автомобиль-следуя задача в режиме обучения с "enableCarFollowingTraining" с использованием True или False в качестве выбора вариантов.
    1. Определите интервал от начала последнего предупредительного звука до следующего звукового предупреждения начала тренировки с опцией "carFollowingTrainingWarningInterval", указав количество секунд с одним десятичное место (например, 2.0).
12. Сохраните файл после завершения конфигурации.

3. Подготовка симулятора вождения

1. Подключите к компьютеру руль и центральный проектор (установленный проектор с соотношением сторон 16:10, 192 - 240 Гц и 8-битную цветовую обработку). Экран проектора размером 223 х 126 см был помещен на 60 см над землей и на 22 см от передней части приборного средства.
2. Установите разрешение экрана под опциями | Дисплей, чтобы соответствовать размеру экрана при запуске программного обеспечения моделирования вождения.
3. Введите страницу Configure, чтобы выбрать игрока и следовать инструкциям, предоставленным программным обеспечением для калибровки рулевого колеса, ускорителя и педали тормоза. К ним относятся поворот рулевого колеса и нажатие на педаль акселератора и тормоза в соответствии с инструкциями.

4. Вибрирующая конфигурация инструментария и подготовка

1. Подключите вибрирующий инструментарий к силовой подачи. Каждый из четырех модулей имеет размер 67 x 57 x 29 мм. На рисунке 2 показано изображение вибрирующего инструментария.

Рисунок 2: Изображения вибрирующего инструментария. Вибрирующий инструментарий состоял из четырех отдельных модулей, которые могут быть активированы отдельно. Каждый модуль имеет размер 67 х 57 х 29 мм. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

2. Включите вибрирующий набор инструментов и подключите набор инструментов к компьютеру через Bluetooth.
3. Определите частоту вибрации, которая будет использоваться для эксперимента после завершения экспериментального теста чувствительности кожи или в соответствии с экспериментальными потребностями.
4. Установите частоту вибрации до 70^{Гц 39,40},^{41 с}использованием кодов, предоставляемых в качестве дополнительного файла кодирования 1. В общей сложности пять частотных уровней (т.е. 14 Гц, 28 Гц, 42 Гц, 56 Гц и 70 Гц) в настоящее время доступны с каждой стимуляции вибрации, которая длится 0,5 с по умолчанию.
5. Используйте коды, предоставляемые в качестве дополнительного файла кодирования 1, чтобы синхронизировать тормозные события из программного обеспечения моделирования вождения и вибрирующего инструментария. На рисунке 3 показан помеченный скриншот кодов, которые должны быть пересмотрены в качестве ссылки.

Рисунок 3: Помеченный скриншот кодов в дополнительном файле кодирования 1. Помеченный скриншот кодов может быть использован в качестве более простой ссылки для вибрирующей конфигурации инструментария и подготовки. Эти коды используются для настройки частоты вибрации инструментария, а также для синхронизации тормозных событий в программном обеспечении моделирования вождения и вибрирующего инструментария для генерации вибрирующих предупреждений. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

5. Проведение эксперимента

1. Поручите участникам прочитать и подписать форму информированного согласия, которая вводит экспериментальный процесс, и объявить, что исследование призвано оценить производительность вождения по прибытии в лабораторию.
2. Помочь участникам настроить расстояние сиденья до педали и установить спинку в удобное положение вручную.
3. Научите участников управлять тренажером, включая руль, педаль тормоза и педаль акселератора.
4. Поручить участникам ездить, как они будут в реальном мире, после автомобиля перед ними и поддержанию двух-секундный прогресс позади него. На рисунке 4 показана дорожная карта, используемая для моделирования вождения.

Рисунок 4: Дорожная карта, используемая для моделирования вождения. Дорога используется в одну сторону дороги с четырьмя кривыми (максимальная длина 15000 метров), три полосы движения, и без светофоров. Программное обеспечение симулятор вождения предлагает другие варианты дизайна дороги, такие как варианты, чтобы включить дорожные знаки или рекламные щиты. Также доступна версия, совместимая с ЭЭГ. При необходимости все эти параметры могут быть скорректированы. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

5. Сообщите участникам, чтобы тормозить как можно скорее, когда передний автомобиль тормозит, даже если сценарий не требует тормозной реакции. Задние фонари переднего транспортного средства будут загораться в соответствии с реальным вождением, чтобы указать тормозное событие.
6. Предоставьте участникам 5-минутное испытание, чтобы научиться поддерживать двух секундное расстояние за передним транспортным средством. Практика испытания включает в себя набор из 5 случайных тормозов.
   1. Во время практического испытания, если участники находятся менее чем на 1,5 с позади переднего транспортного средства, программное обеспечение моделирования вождения будет играть подсказку с женским голосом "слишком близко, пожалуйста, замедлить".
   2. Если участники находятся между 2,25 до 2,5 с позади переднего транспортного средства, программное обеспечение моделирования вождения будет играть подсказку с женским голосом "слишком далеко, пожалуйста, ускорить".
   3. Не включать данные практического исследования для анализа.
7. Пусть участники знают, что исследование может быть остановлено без каких-либо штрафных санкций, уведомив экспериментаторов в любое время, если это необходимо.
8. Начните официальный эксперимент после того, как участники завершили тренировку и могут поддерживать стабильную следующую дистанцию.
9. Начните официальную экспериментальную сессию, которая состоит в общей сложности из четырех блоков (т.е. палец, запястье, висок, и вождение только) с 13 случайных торможения событий в каждом блоке, в результате чего в общей сложности 52 экспериментальных испытаний. Порядок условий уравновешивается дизайном Латинской площади. В ходе официальных судебных процессов голосовая подсказка не предоставляется.
10. Помощь участникам надеть вибрирующий инструментарий с использованием медицинской ленты перед каждым блоком испытаний в соответствии с условиями, назначенными. Вибрирующий инструментарий (если его носят) предупреждает участников о торможении при торможении переднего транспортного средства. Задние фонари переднего автомобиля освещаются каждый раз, когда передний автомобиль тормозит.
11. Убедитесь, что участникам дается 2 минуты отдыха после завершения каждого блока, чтобы уменьшить последствия переноски.
12. Попросите участников об их предпочтительном месте для вибрирующего инструментария и воспринимаемой интенсивности вибрации с 7-точечей шкалой Likert по завершении всех испытаний. Также регистрируется скорость использования каждого ежедневного носимого аксессуара (например, часов, очков, наушников и кольца). В шкале предпочтений для расположения вибрирующего инструментария "1" представляет собой "наименее любимый", а "7" представляет собой "самый любимый", в то время как в шкале интенсивности вибрации "1" представляет собой "слабое чувство" и "7" представляет собой "сильное чувство".

6. Анализ данных

1. Соберите данные о поведении участников на частоте 50 Гц с помощью программного обеспечения моделирования вождения, включая время отклика на тормоз, скорость движения, скорость разворота рулевого колеса, положение полосы движения (SDLP), а также расстояние движения и т.д.
2. Выполните анализ данных о производительности драйверов.
   1. Проведение анализа выбросов с использованием нормального распределения с отсеей в качестве трех стандартных отклонений от среднего для определения того, какие данные должны быть включены для дальнейшего анализа.
   2. Рассчитайте время реакции тормоза, вычитая время, когда участник тормозит автомобиль (т.е. минимальное снижение на 1%^{от педали тормоза 36},⁴²) с того^{времени,}когда передний автомобиль начинает тормозить.
   3. Помекать данные как "нет тормозной реакции", если время отклика тормоза больше или равно 5 с (т.е. отказ тормоза в течение 5 с после переднего тормоза транспортного средства).
   4. Разделите количество успешных тормозов на общее количество тормозов, выполняемых передним автомобилем для расчета скорости торможения.
   5. Среднее значение каждого участника для получения средней скорости реакции тормоза и времени реакции тормоза каждого условия и расчета стандартного отклонения от этих значений для дальнейшего анализа.

Образцовое исследование, о котором сообщается в этой работе, провело автомобильную задачу с помощью симулятора вождения и вибрирующего инструментария, который также был опубликован ранее в академическом^{журнале 22}. Примечательно, что при проведении образцового исследования использовалась старая версия вибрирующего инструментария, а в вышеупомянутом протоколе была представлена новая версия вибрирующего инструментария. Исследование было внутри предмета дизайн эксперимент с вибрирующим предупреждением место в качестве единственного фактора: палец, запястье, храм предупреждения условиях, и вождение только состояние в качестве контроля. Каждое условие состояло из 13 случайных тормозных событий, в результате чего в общей сложности 52 экспериментальных испытаний. Порядок условий уравновешивал дизайн Латинской площади, и все участники в ходе эксперимента прошли все четыре испытания.

Образцовое исследование также включало опрос, в ходе которого было зафиксировано предпочтительное место для размещения вибрирующего инструментария и воспринимаемая интенсивность вибрации в каждом месте (т.е. палец, запястье и висок) с 7-точечным шкалой Likert по завершении всех испытаний. Также была зафиксирована скорость использования ежедневных носимых аксессуаров (например, часов, очков, наушников и кольца).

Так как не было предыдущего мета-анализа в качестве эталона для определения размера выборки для образцового исследования, после завершения анализа мощности со средним размером эффекта(η_р^{2 и} 0,06)^43,44, 23 участников должны были достичь 80% мощности и 30 участников должны были достичь 90% мощности. В общей сложности 28 участников с нормальным или исправленным зрением, действительным водительским удостоверением и водительским стажем в течение года были набраны из районного сообщества Университета Цинхуа. Четыре участника были исключены из анализа данных, при этом один участник был исключен из исследования, а три участника не выполнили экспериментальную инструкцию. Анализ выбросов был также проведен с использованием нормального распределения с отсеей в качестве трех стандартных отклонений от среднего. Остальные 24 участника (17 мужчин и 7 женщин), которые были включены для анализа данных, имеют средний возраст 23,88 года со стандартным отклонением в 6,62 года, выполняя минимальный требуемый размер выборки (т.е. 23 участника). Каждому участнику были даны инструкции по проведению эксперимента, и по прибытии в лабораторию от всех участников была получена подписанная форма согласия. Все участники были осведомлены о цели этого эксперимента и не сообщили о своей обеспокоенности после завершения практических испытаний до начала фактического эксперимента.

Эксперимент по моделированию вождения проходил в яркой среде, с спроектированной смоделированной сценой, похожей на езду по шоссе в ясный день. На рисунке 5 показан скриншот смоделированной среды, который был использован в образцовом исследовании. Оно было установлено для того чтобы только включить смоделированную автомобиль-следуя за задачей с каждым пробой lasting 12 min. Ведущий автомобиль должен был двигаться вперед со средней скоростью 40 миль / ч (60,4 км / ч), и интервал времени для случайных тормозов переднего транспортного средства был установлен как от 30 до 60 с с каждой тормозной событие продолжительностью 5 с. Среднее ускорение переднего автомобиля составило 0,6 м/с^2, что шло по умолчанию^35.

Рисунок 5: Скриншот среды моделирования вождения. Эксперимент по моделированию вождения проходил в яркой среде. Задние фонари переднего транспортного средства загораются, когда передний автомобиль тормозит. В нижней части экрана показаны водители передач и скорость их транспортного средства. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Как настройки фронтального, так и бокового ветра были включены и установлены, чтобы остаться в качестве параметров по умолчанию. Минимальный и максимальный интервал фронтального ветра, продолжительность ветра и сила фронтального ветра были 3 и 13 с, 2 и 3 с, и 500 N и 1000 N, соответственно³⁶. Минимальный и максимальный боковой интервал ветра, продолжительность ветра и боковой ветер были 3 и 8 с, 2 и 3 с, и 1000 N и 2000 N, соответственно³⁶.

Анализ отклонения (в одну сторону ANOVA) по скорости тормозного ответа в одну сторону показал, что эффект от четырех условий задачи был значительным, F_(3,69) - 3,08, р - 0,049, η_стр.^{2 -} 0,31. После специального анализа с использованием парных Bonferroni-исправленных t-тестовне указано на значительную пару мудрый разница сравнения (как показано на рисунке 6).

Рисунок 6: Скорость ответа на тормоза. Средний тормозной ответ среди участников при каждом из четырех условий (т.е. палец, запястье, висок и вождение только). Бары ошибок представляют собой стандартные отклонения. Эта цифра была изменена с Чжу и др.²². Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Анализ времени реакции тормозов с использованием одной стороны ANOVA генерировал значительные результаты, F_(3,69) и 4,76, p lt; 0.01, η_p² и 0.17. По завершении парных исправленных t-тестов, записанное время реакции тормоза было значительно короче, когда задача была выполнена с вибрирующим инструментарием, расположенным на пальце участников(M 1.04 s, SD 0,35 с) и запястье(М й 1,00 с, SD 0,33 с) по сравнению с состоянием только для вождения(M 1,29 с, SD 0,36 с) с р 0,004 и р 0,008, соответственно. Тем не менее, не было обнаружено существенного результата, когда участники ехали с вибрирующим инструментарием, расположенным на территории храма, по сравнению с состоянием только для вождения(М 1,08 с, SD 0,50 с), стр. 0,22. Со ссылкой на рисунок 7,результаты указали, что применение тактильных предупреждений может облегчить реакцию водителей на предстоящие опасности во время вождения, особенно когда предупреждение устройство было расположено на пальце или запястье водителя.

Рисунок 7: Время отклика тормоза. Среднее время отклика тормоза в секундах среди участников при каждом из четырех условий (т.е. пальцем, запястьем, високом и вождением). Бары ошибок представляют собой стандартные отклонения. Эта цифра была изменена с Чжу и др.²². Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Анализ предпочтений для места предупреждения (т.е. пальца, запястья и виска) показал значительный эффект, F_(2,46) 7,05, стр. 0,01, η_стр.^{2 и} 0,23. Таким образом, были проведены и пост-специальные парные тестыBonferroni-corrected t-tests. Результаты показали значительное предпочтение для пальца(M No 4,88, SD No 1,75) и запястья(M 4,83, SD 1,31), чем область храма (M 3,13, SD 2,05), где р 0,03 и р 0,02 соответственно. Существенной разницы между расположением пальца и запястья не было(р No 1,0). Кроме того, был обнаружен значительный эффект для предполагаемой интенсивности вибрации участников в трех местах: F_(2,46) и 7,37, p lt; 0,01, η_p² и 0,24. Участники воспринимали наивысший уровень вибрации в районе храма. Тем не менее, дальнейший анализ показал, что предполагаемый уровень вибрации был лишь значительно ниже, чем площадь храма(M 5,75, SD 1,42), когда вибрирующий инструментарий был расположен на запястье(M No 4,17, SD 0,92), p lt; 0.01. Когда вибрирующий инструментарий был расположен напальце (M No 4.71, SD No 1.63), он не показал существенной разницы ни с областью виска(р No 0,09), ни запястьем(р 0,56). Интересно, что, как показано на рисунке 8, в то время как участники воспринимали самый высокий уровень вибрации в области храма, предпочтение вибрирующего инструментария, который будет расположен на территории храма, было самым низким.

Рисунок 8: Субъективные оценки предпочтений для предупреждающих мест и предполагаемой интенсивности вибрации среди участников. Среднее предпочтительное место предупреждения по шкале от 1 (наименее любимое) до 7 (наиболее любимое) против среднего воспринимаемого интенсивности вибрации по шкале от 1 (слабое чувство) до 7 (сильное чувство) для пальца, запястья и области храма всех участников. Бары ошибок представляют собой стандартные отклонения. Эта цифра была изменена с Чжу и др.²². Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Наконец, анализ использования ежедневных носимых аксессуаров (т.е. часов, очков, наушников и кольца) среди участников показал, что более 50% участников носили часы в своей повседневной жизни, что свидетельствует о целесообразности принятия носимых вибротактильные устройства в качестве системы предупреждения в реальной жизни (как показано на рисунке 9).

Рисунок 9: Использование ежедневных носимых аксессуаров среди участников. Средний процент ежедневного использования для каждого из четырех носимых аксессуаров (например, часы, очки, наушники и кольца). Эта цифра была изменена с Чжу и др.²². Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

С несколькими интеллектуальными носимыми аксессуарами, такими как смарт-кольца, смарт-часы и смарт-очки, доступные на рынке, применение тактильных предупреждений на носимых аксессуарах не за горами. Нынешнее исследование подтвердило эффективность носимых вибротактильные устройства в качестве ценной системы предупреждения в облегчении водителей возникающих тормозной время отклика. Среднее время отклика тормозов было сокращено на 297 мс, 251 мс и 210 мс за ношение вибротактильных устройств на запястье, пальце и високе, соответственно, по сравнению с тем, что они не носили тактильное предупреждение. Текущие результаты показали, что вибрирующие предупреждения, доставленные на запястье, дали самое быстрое время отклика тормоза, что привело к 23%-ному сокращению времени реакции тормозов по сравнению с тем, что они не получили никакого тактильного предупреждения. Тем не менее, другие факторы,^{такие как пол 46},^{возраст 46,47}, и^{индивидуальные различия 48,49 в тактильной} чувствительности также может повлиять на эффективность тактильных предупреждений. Поэтому для определения оптимального местоположения для размещения тактильных предупреждающих устройств требуется дальнейшее исследование, которое включает в себя дополнительные факторы. Полученные результаты не только указали на ценность разработки носимых вибротактильных устройств, но и предложили потенциальную альтернативную форму тактильной системы предупреждения о столкновении вперед, которая является менее дорогостоящей, более осуществимой и высокой оперативной по сравнению с другими тактильными системами предупреждения,^{такими как вибрационное сиденье 10} или^{вибрационный жилет 50.}

Дополнительный файл кодирования. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.

Платформа моделирования вождения и вибрирующий инструментарий разумно имитировали применение потенциальных носимых вибротактильные устройства в реальной жизни, обеспечивая эффективную технику в исследовании исследований, связанных с вождением. С использованием этой технологии, безопасная экспериментальная среда с высокой настраиваемостью и доступностью теперь доступна для проведения исследований, которые сопоставимы с реальным вождением.

Есть несколько шагов, которые требуют большего внимания. Во-первых, во время процесса конфигурации с использованием "expconfig.txt", исследователи должны обеспечить режим обучения был установлен на false перед проведением фактического эксперимента, чтобы выключить аудио подсказку, которая предназначена для практики вождения. Во-вторых, важно отметить, что в процессе калибровки рулевого колеса, исследователи должны обеспечить амплитуду в обоих направлениях рулевого колеса сбалансированы и что, как тормоза и педали дроссельной заслонки пол полностью. В-третьих, исследователи должны также изучить ли вибрирующий набор инструментов был помещен на участника твердо с медицинской ленты до начала моделирования вождения.

Чтобы справиться с проблемами, касающимися внешней достоверности моделирования вождения как можно больше, введенное программное обеспечение моделирования вождения предоставляет широкий спектр вариантов для исследователей, чтобы настроить идеальную среду вождения. Например, изменение интенсивности фронтального и бокового ветра может быть скорректировано, чтобы воспроизвести сопротивление ветра, что водители будут испытывать на шоссе в реальной жизни. Помимо доступных конфигураций, предусмотренных в документе "expconfig.txt", исследователи также могут разрабатывать свою собственную дорогу с помощью программного обеспечения моделирования с открытым исходным кодом для построения среды, которая имитирует реальный сценарий. Исследователи могут также проявлять озабоченность по поводу возможной беспроводной вибрирующей задержки инструментария начала, что может повлиять на измеренное время отклика. Тем не менее, типичные эксплуатационные характеристики вибрационных двигателей включали только время задержки 16 мс и время подъема 28 мс. В отличие от этого, типичное время отклика водителей составляет от 0,5 с до 1,5 с⁵¹. Таким образом, последствия задержки начала относительно невелики и могут быть проигнорированы. Кроме того, всякий раз, когда исследователи испытывают какие-либо трудности в процессе конфигурации и подготовки, рекомендуется перезапустить всю систему и перекалибровать руль, ускоритель и педаль тормоза. Если опция UDP была включена, но другие устройства не получили данных, убедитесь, что другие устройства были настроены как UDP Server вместо клиента UDP для облегчения передачи данных.

Тем не менее предлагаемый метод имеет свои ограничения. В реальной жизни, различные способности вождения и навыки будут необходимы по нескольким аспектам, в том числе относительные требования физических, когнитивных, поведенческих и восприятия способностей и т.д. В зависимости от контекстуальных детерминантов, различные степени спроса уделяется когнитивно-восприятия навыков водителей. Например, уровень способностей, необходимых для водителя, чтобы безопасно ездить в светлой погоде движения солнечной будет менее интенсивным по сравнению с вождением в условиях интенсивного движения ненастной^{погоды 52}. Симулятор вождения не может полностью имитировать сложное реальное состояние вождения, но он может обеспечить более контролируемую среду, которая устраняет потенциальные смешанные переменные, которые могут загрязнять результаты эксперимента. Корректировка сообщается симулятор вождения также может быть сделано в зависимости от экспериментальных потребностей. Несмотря на это, необходимо все же проработать вопрос об окружающей дороге, с тем чтобы повысить экологическую обоснованность этого рода исследований. Кроме того, из-за своей низкой стоимости, представленная платформа моделирования вождения не состоит из платформы движения, а это означает, что она не в состоянии обеспечить горизонтальный и продольный опыт путешествия.

В соответствии с образцовым экспериментом, в то время как вибрации могут быть вызваны внешними контекстами, такими как вождение по неоднородной дороге, вибрация транспортного средства не была предоставлена участникам во время моделирования вождения. Тем не менее, предлагаемый метод позволяет нам контролировать скорость и тормозной интервал переднего автомобиля в автомобиле после задачи в лабораторных условиях, что дает нам возможность контролировать сложность вождения для участников. Кроме того, в эксперимент не был включен вопросник по болезни моделирования⁵³ (ССЗ). Несмотря на отсутствие рассмотрения, результаты не были затронуты, как продолжительность каждого испытания была относительно короткой, и ни один участник сообщил о^{каких-либо симптомов 53} моделирования болезни по завершении каждого судебного разбирательства. Это исследование также имеет дисбаланс число мужчин и женщин-участников. Будущие исследования должны обеспечить исключение участников с^{симуляционной болезнью 53} с^{использованием соответствующего вопросника 54}, и стремиться набрать равное количество мужчин и женщин-участников для достижения более сильного завершения результатов.

Образцовое исследование является внутри-субъект дизайн автомобиля после эксперимента с вибрирующим предупреждением место в качестве единственного фактора: палец, запястье, храм предупреждения условиях, и вождение только состояние управления. В будущем мы намерены провести дальнейшие испытания на других местах, таких как грудь и за ухом, обеспечивая альтернативные места носимых устройств для предстоящей разработки. Дальнейший анализ может быть проведен для изучения изменения замедления педали тормоза в различных условиях. Кроме того, результаты показали, что участники воспринимали самый высокий уровень вибрации в районе храма, однако этот район был также наименее предпочтительным местом для размещения устройства. Было бы также интересно продолжить исследования влияния на реакцию тормозов путем корректировки интенсивности вибрации в районе храма. Кроме того, по сравнению с визуальными и слуховыми предупреждениями, вибротактильные предупреждения содержат меньшую информацию. Следует провести дополнительные исследования для изучения того, как вибротактильные предупреждения могут быть использованы для предоставления сложной информации.

Хотя это исследование только провел эксперимент о влиянии носимых вибрирующих инструментарий на вперед столкновений, этот дизайн теста также может быть применен в других поведенческих исследований, таких как исследования автономных транспортных средств, системы предупреждения о выезде полосы движения, водитель отвлечение исследования, и изучение усталости вождения. Хотя моделирование вождения, используемое в образцовом исследовании, не включает установку для автономного вождения, исследователи могут пересмотреть коды со ссылкой^{на другие опубликованные материалы 55,56} для достижения этой цели. Кроме того, вибрирующий инструментарий может быть использован в многозадачности вождения исследований, в том числе задачи реагирования обнаружения (DRT)^57,58,59, суррогатной справочной задачи (SuRT)^37,58, и N-обратно задача³⁷. Исследователи могут настроить поведение транспортного средства и события в соответствии с их потребностями при использовании симулятора вождения. Другие области исследований, которые используют устройства предупреждения вибрации для изучения поведения человека, такие как^{биомедицинская инженерия 31,32 может} также извлечь выгоду из предлагаемого метода.

Авторы заявили об отсутствием раскрытия финансовой информации или конфликта интересов.

Этот проект был спонсирован Пекинским фондом талантов.

An erratum was issued for: Tactile Vibrating Toolkit and Driving Simulation Platform for Driving-Related Research. The Authors section was updated.

Ao Zhu1
Annebella Tsz Ho Choi1
Ko-Hsuan Ma1
Shi Cao2
Han Yao1
Jian Wu3
Jibo He4,1
1Psychology Department, School of Social Sciences, Tsinghua University
2Department of Systems Design Engineering, University of Waterloo
3Haier Innovation Design Center, Haier Company
4Psychology Department, School of Education and Psychological Sciences, Sichuan University of Science and Engineering

to:

Ao Zhu1
Annebella Tsz Ho Choi1
Ko-Hsuan Ma1
Shi Cao2
Han Yao1
Jian Wu3
Jibo He1
1Psychology Department, School of Social Sciences, Tsinghua University
2Department of Systems Design Engineering, University of Waterloo
3Haier Innovation Design Center, Haier Company