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汽车驾驶模拟器在交通安全中的应用综述

更新时间:2020-11-03  浏览次数:

摘 要:汽车驾驶模拟器在研究交通的一个重要的工具模型,它有着重现性强、更加安全、研究成本低等特点,在交通研究方面有着极其重要的作用,最近几年也开始用于采集在危险中车辆的相关技术数据,在交通安全方面的研究进展迅速。本文�要介绍了汽车驾驶模拟器在交通安全领域中的几种应用,并针对这几种应用讨论了驾驶模拟器实验的利弊取舍,希望能为同行提供一些相关理论上的参考。

 

关键词:汽车驾驶模拟器;交通安全;应用

引言

在国外汽车驾驶模拟器研究的很早,开始是出于帮助初学者练习汽车驾驶的目的发明,或用作对新驾驶员进行驾驶教学。有些国家政府规定了所有的驾校都需要加装这样的一个汽车驾驶模拟器,比如上个世纪70年代的日本。美国在同一时期也在驾校普及了这种模拟器材,而后欧洲国家纷纷效仿,并大多颁布了一些有关使用汽车驾驶模拟器培训驾驶员的法规。

从上个世纪80年代以来,汽车驾驶模拟器开始受到了广大汽车制造厂的关注,美国、日本、德国等汽车大国的汽车制造厂纷纷研制了开发型汽车模拟器。它和用作培训的模拟器有所不同,完全模拟了车辆行进时的环境,让驾车者通过虚拟现实的仿真设备获得真实的驾车体感。仿真设备主要包括车辆实时控制系统、视景系统、声音仿真系统、运行监控系统、车辆信息采集管理系统以及数据传导系统等结构构成。自20世纪末区域成熟之后,获得了更为广泛的应用。在最近几年,计算机技术和仿真技术发展迅速的契机下,汽车驾驶模拟器的精度也变得越来越高,给驾驶员以更多的沉浸感和更加真实的驾车体验。它的使用范围也逐步扩大到汽车工程、人机交互设计、交通安全等诸多与汽车相关的领域,下面将主要探讨开发型汽车驾驶模拟器在交通安全中的应用。

一、驾驶分心

所谓驾驶分心,指的是驾驶员在驾驶过程中将注意力转移到非驾驶任务中的行为。一方面由于驾驶分心可能会引起严重的交通事故,危及实验者的安全,所以实地实验危险性很大,另一方面实地实验数据并没有驾驶模拟器更好采集,所以有不少的学者使用驾驶模拟器研究分心对驾驶操作的影响,而他们的研究又大多集中在手机对驾驶者的影响方面。汽车上使用的手机可以分为手持型和免提型,Redelmeier和Tibshirani、Sag-berg和McEvoy就认为,两种类型的手机对驾驶者的分心程度是基本一致的,免提型并没有明显的安全优势,驾驶事故概率也不可能通过配置免提式手机的方式降低。不过上述研究都是基于已经发生过的交通事故的相关数据分析得知的,通过驾驶模拟器的研究和数据采集正好弥补了这一方面佐证不足的结论缺点,研究者通过对使用手机时的驾驶速度、车道偏移等方面进行研究,比如Trnros等研究者要求实验人员使用两种类型的电话在模拟驾驶于城市道路时接听十个电话以及拨出三个电话,并采集相关数据,得出了两种电话均会导致加驾驶员行车纵向位置变动,但使用免提式手机的时的纵向变动稍小,而手持式手机会让驾驶员在潜意识下减速。

二、道路设计

驾驶模拟器在对道路的还原上比较真实,而且可以支持重复实验,成本也比较小,更够更好的了解驾驶者对各种不同路况的适应程度和接受、反应能力,可通过这样的方式对道路的安全性进行科学的评判,在投入施工之前就可以得知道路建好后可能导致的危险情况,帮助工程师防患于未然,在施工阶段是一个比较方便的参考,另外,驾驶模拟器对道路规划设计结果也能起到比较真实的检测作用,便于工程师通过对这些数据的分析来的对一些数据进行调整,在反复的测试中得出比较可行的设计方案。另外,如果将驾驶模拟器的测试结果和实地测试结果相对比,并按照实地测试结果对模拟器进行修正,也可以让模拟器的模拟仿真程度有所提升。比如Bella等在驾驶模拟器按现实中重构了一条真实的两车道乡村公路行驶环境。对驾驶员在现实道路和驾驶模拟器中的形式速度进行了对比研究;Davidse等通过驾驶模拟器研究了不同样式的交叉路口对年长的驾驶员的操作负担程度以及对其驾驶行为的影响;Bittner等对驾驶员在现实道路上和模拟器情况下的入弯速度进行了研究,提出了通过驾驶模拟器来辅助工程师对弯道进行设计;F.Bella等通过驾驶模拟器对行驶速度受到道路横截面宽度的影响程度;Horst等使用驾驶模拟器得出了道路基础设施对驾驶员行驶速度和车辆横向位置的影响。

三、交通设计

在交通设计中,交通标志的设计是比较重要的环节。它摆放的位置、标志信息的科学等都与交通设计有着比较紧密的联系。对驾驶员的主观影响也比较大。在应用驾驶模拟器进行的研究当中,对于交通标志的研究比较多也比较深入,并主要集中在记录驾驶员在在观察交通标志时所作的驾驶行为和反反应情况,并通过量化分析来对车辆在行驶过程中驾驶员对交通标志的感受进行研究。给交通标志的设计和放置提供了大量有参考价值的数据。比如:Knodler应用驾驶模拟器对驾驶员对不同信号灯的亮起次序的认知程度进行了探讨,Yan在使用驾驶模拟器得出了可变信息报放在上有180m左右较为合适,而且显图像的效果要好过仅显示文字;Lidstrom在驾驶模拟器中反复测试,找出了斯德哥尔摩地铁网络中路标放置点存在的问题并给出了详细修正方案。国内学者也在这一领域进行了研究并取得一定成果,比如:马燕通过虚拟驾驶器复制了现实中的交通标志设置,通过交通标示视认性评测软件对驾驶数据进行处理,构建出新型交通标示视认性评价系统。

四、交通事故研究

驶模拟器有着成本较小,安全性较高的特性,能够重现诸多贴近实际驾驶的危险处境,比如醉驾、行人突然通过等紧急交通事故,而且可以更加详实地记录下受试者在一些情境下的操作过程、反应速度以及车辆技术数据,由此来研究交通事故出现前后的驾驶动作的变更和引发交通事故的诱因等等。比如,Siob -han Banks等研究了在睡眠时间不足的情况之下,女受试者比男受试者对于事故的预判更为精准,不过无论是男是女,驾驶员在睡眠不足并饮用少量酒类的状态下,都不无法预判交通事故可能发生的危险。Broen等记录并分析了驾驶员对于突然出现的障碍在刹车处理上的反应速度。通过上百名名受试者进行驾驶模拟器实验,每人要在21种不同状况下完成刹车,并且所有的刹车动作使用的踏板参数均有所不同,每次实验时处理突发性的障碍都只有一次,在数据统计之后,踏板参数和响应时间并无直接关系,而随着驾驶员年龄变大,响应时间也会逐增多,汽车的驱动状态、驾驶者性别、身高与鞋的尺寸同响应时间并无明确的比例关系。Guzek等研究了夜班工作者在下班以后使用汽车回家时的驾驶情况,得出了在这一前提下更容易产生事故危险;Xuedong等通过驾驶模拟器重现了8个信号交叉口的情境,把驾驶员的驾驶速度和交通事故情况和现实数据作出比对,得出了驾驶模拟器能够对信号交叉口的安全性进行科学评测的结论。

结束语

使用驾驶模拟器是交通安全的一种可行的途径,在以后关于交通安全的研究里,驾驶模拟器也会在更多的研究领域为研究者提供对研究有帮助的条件。不过也有着偶写问题还亟待解决:第一,驾驶模拟器的有效性确认。它是指证明驾驶模拟器可否真正对现实驾驶情况进行模拟。随着研究的深入,很多复杂环境下的模拟实验中采集到的模拟数据都和现实情况有较大差别,对研究的进展影响很大,亟待开发出功能更强大的驾驶模拟器;第二,驾驶模拟由于其本身参数的制约,难以对某些高密度交通场景进行有效模拟,难以对研究者的实验需要进行满足,这就要要对驾驶模拟器做二次开发,使之能可以和别的采集装置与程序开发软件进行联机使用,以取得更佳的实验效果。

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