Jacek Drobiszewski, Marek Guzek, Wiktor Mackiewicz
Politechnika Warszawska, Wydzia TransportuWYKORZYSTANIE STANOWISKA autoPW-T
W BADANIACH KIEROWCÓW
Rkopis dostarczono, kwiecie 2013
Streszczenie: W pracy przedstawiono zbudowane prototypowe stanowisko do bada reakcji
kierowców autoPW-T. Opisano jego budow oraz moliwe zastosowania w badaniach kierowców. Przedstawiono przykady testów wykonanych za jego pomoc. Dotycz one oceny czasu reakcji kierowcy na pedale hamulca oraz kole kierownicy oraz wielkoci charakteryzujcych „intensywno” reakcji: czas narastania, szybko narastania, osigane wartoci reakcji na danym elemencie sterowania (np. sia nacisku na peda hamulca).
Sowa kluczowe: badania kierowców, czas reakcji kierowców, wasnoci psychofizyczne
1. WPROWADZENIE
Czas reakcji kierowcy jest jednym z wanych parametrów w rozwaaniach na temat bezpieczestwa ruchu drogowego (kwestia uniknicia wypadku/kolizji w powstaych stanach zagroenia). Stanowi te istotny element w zagadnieniach rekonstrukcji wypadków drogowych. Zawodowi kierowcy standardowo wykonuj badania psychotechniczne, których jednym z elementów jest pomiar czasu reakcji (na podstawie takich bada uzyskuj pozwolenie na prowadzenie pojazdów). Pomiary te s jednak wykonywane w warunkach laboratoryjnych, wedug bardzo uproszczonych schematów, istotnie rónicych si od warunków rzeczywistych.
Zbudowane w Pracowni Bada Symulacyjnych Ruchu Samochodu (Wydzia Transportu, Politechnika Warszawska) stanowisko autoPW-T umoliwia przeprowadzanie testów analogicznych do prowadzonych w pracowniach psychologicznych, ale w warunkach zblionych do naturalnych dla kierowcy, z wykorzystaniem naturalnych elementów sterowania pojazdem. Moliwa jest ocena czasów reakcji na poszczególnych elementach sterowania (peda hamulca, peda przyspieszenia, peda sprzga, koo kierownicy) oraz innych wielkoci charakteryzujcych dziaanie na danym elemencie (np. sia nacisku na peda hamulca, czas narastania tej siy, czas narastania kta obrotu kierownicy, czas przeniesienia nogi z pedau przyspieszenia na peda hamulca i inne).
W artykule przedstawiona zostanie budowa stanowiska oraz przykady wykorzystania go w badaniach kierowców.
2. STANOWISKO autoPW-T
Stanowisko autoPW-T jest podobne do miejsca pracy kierowcy w samochodzie osobowym, zachowujc jego cechy ergonomiczne. Jego widok pokazano na rys. 1.
Rys. 1. Widok stanowiska autoPW-T (przy zdemontowanych osonach): a) widok ogólny, b) widok „od przodu”, c) widok z lewej strony, d) widok z prawej strony.
1 - mechanizm oporu na kole kierownicy, 2 - mechanizm oporu na pedale hamulca, 3, 4 -.czujniki zblieniowe koa kierownicy, pedau hamulca,
5, 6, 7, 8 -. czujniki obrotowo-impulsowe (enkodery) pooenia koa kierownicy, pedau hamulca, pedau przyspieszenia, pedau sprzga,
Stanowisko zostao zbudowane z wykorzystaniem rodków finansowych pochodzcych czciowo z Unii Europejskiej (w ramach wspópracy z grup VISEB w programie APROSYS VI Ramowego Programu UE), czciowo ze rodków, którymi dysponowa Wydziau Transportu Politechniki Warszawskiej.
Podstawowe zespoy stanowiska to:
- podstawa stanowiska z fotelem (mocowanie fotela z regulacj jego pooenia), - kolumna kierownicy (z moliwoci regulacji pooenia ktowego),
- mechanizm symulujcy opory uruchamiania ukadu kierowniczego, - mechanizm pedau hamulca,
- mechanizm symulujcy opór uruchamiania ukadu hamulcowego, - mechanizm pedau przyspieszenia i pedau sprzga,
- ukad pomiarowy i rejestracji, komputer, oprogramowanie, - obudowy komory mieszczcej w/w mechanizmy i ukady.
Mechanizmy sterowania (peday, kierownica) oraz siedzisko kierowcy wraz z ich wzajemnym usytuowaniem przestrzennym zaczerpnito z maego samochodu osobowego. Istotn cech jest odzwierciedlenie realnych oporów mechanizmów sterowania.
Schemat ukadu pomiarowego przedstawiono na rys. 2. W skad ukadu wchodz 4 optoelektroniczne przyrostowe przetworniki kta obrotu (enkodery inkrementalne), jeden o rozdzielczoci 2048 impulsów na obrót (dla koa kierownicy), trzy o rozdzielczoci 1024 impulsów na obrót (ocena pooenia pedaów). Jako czujniki zblieniowe zastosowano indukcyjne czujniki zblieniowe o nominalnej strefie dziaania 4mm.
Przetwornik kta 1 Czujnik zblieniowy 1 Mikroprocesorowy miernik czasu reakcji Semafor Komputer z kartami pomiarowymi i oprogramowaniem Ukad dopasowujcy Zmodyfikowany ukad przyczeniowy Przetwornik kta 2 Przetwornik kta 3 Przetwornik kta 4 Czujnik zblieniowy 2 Czujnik zblieniowy 3 Czujnik zblieniowy 4 Monitor Rys. 2. Schemat ukadu pomiarowego stanowiska autoPW-T
Dziki sygnaom z enkoderów moliwa jest ocena takich parametrów jak czasy reakcji na poszczególnych elementach sterowania pojazdem (kierownica, peday hamulca, przyspieszenia oraz sprzga), „szybko” narastania reakcji (np. czas narastania siy nacisku na peda hamulca, czas narastania kta obrotu kierownic) oraz intensywno reakcji (np. wartoci siy nacisku na peda hamulca, amplitudy kta obrotu kierownic).
Celem zastosowania czujników zblieniowych jest „szybka” – na bieco ocena czasów reakcji (ocena tych wielkoci za pomoc sygnaów z enkoderów wymaga oddzielnej analizy zarejestrowanych przebiegów - patrz te punkt 3.1).
Szczegóowy opis budowy poszczególnych zespoów i ukadów zawarty jest w opracowaniach [1, 2, 3]. Na rys. 3 pokazano widok stanowiska w trakcie pracy.
Rys. 3. Widok stanowiska autoPW-T w trakcie badania
Jedn z idei stanowiska bya moliwo stosowania metodyki badawczej analogicznej do stosowanej podczas typowych testów oceny czasu reakcji w pracowniach psychologii transportu (patrz np. [4], przykadowy przyrzd, tzw. „refleksometr” – patrz np.[5]). Std midzy innymi taki sam zestaw bodców, na które ma reagowa badany: trzy wietlne wywietlane na ekranie monitora (rys. 3) i jeden dwikowy. Ponadto wprowadzono moliwo symulowania jazdy poprzez sprzgnicie pooenia pedau przyspieszenia z wywietlanym na monitorze prdkociomierzem. Jest to bardzo wany element stanowiska, poniewa umoliwia badanie kierowcy w sytuacji, gdy jego uwaga skupiona jest na wykonywaniu okrelonej funkcji – w tym przypadku utrzymywania zadanej prdkoci jazdy. W trakcie prowadzenia samochodu kierujcy przede wszystkim kontroluje pooenie pojazdu wzgldem drogi, a wic take ma uwag skupion na wanym zadaniu. Realizacja tego sposobu badania jest bardziej skomplikowana i wymaga uycia symulatora jazdy samochodem lub bada w warunkach ruchu rzeczywistego.
Kolejno ekspozycji bodców badanemu i ich liczba jest programowalna. Badany jest instruowany, w jaki sposób ma reagowa. Istnieje moliwo badania zarówno tzw. reakcji prostej (bez wyboru: dowolny bodziec – ustalona reakcja) jak i zoonej (kademu bodcowi przypisany okrelony rodzaj reakcji).
3. PRZYKADOWE ZASTOSOWANIA
3.1. PRZYKAD POJEDYNCZEGO BADANIA
Celem tego podrozdziau jest wskazanie moliwoci urzdzenia. Na rysunku 4 przedstawiono przykadow rejestracj badania. S to kolejno przebiegi ekspozycji bodców (0 – brak ekspozycji, 1 – ekspozycja), sygnaów z czujników zblieniowych koa kierownicy i pedau hamulca (0 oznacza pooenie spoczynkowe, 1 – reakcj na danym elemencie), wartoci siy nacisku na pedale hamulca i kta obrotu kierownicy (na podstawie sygnaów z enkoderów). Przebieg obejmuje 10 zarejestrowanych reakcji (po 5 na kole kierownicy i pedale hamulca).
Rys. 4. Przykad rejestracji badania
Na rys. 5 i 6 przedstawiono wybrane reakcje (na pedale hamulca i kole kierownicy) wraz z ilustracj, w jaki sposób i jakie parametry s moliwe do oceny. Te parametry to czas reakcji na danym elemencie (tr), czas narastania reakcji (tn), warto szczytowa reakcji
(max) oraz w przypadku pedau hamulca – warto rednia (r) siy nacisku na peda (w okresie tzw. „ustalonej” siy)
Rys. 5. Ocena parametrów reakcji na pedale hamulca
Czas reakcji jest wyznaczany na dwa sposoby. Pierwszy (trz) – za pomoc czujników
zblieniowych - od chwili pocztku ekspozycji bodca (narastajcego zbocza sygnau bodca) do chwili zadziaania czujnika zblieniowego danego elementu sterowania (narastajcego zbocza sygnau reakcji). Ta metoda pomiaru jest wygodna do szybkiej oceny czasu reakcji. Drugi sposób to ocena na podstawie przebiegu czasowego wartoci ocenianego parametru, a wic sygnaów pochodzcych z enkoderów. Czas reakcji (tre)
mierzony jest równie od pocztku ekspozycji bodca do chwili stwierdzenia reakcji na danym elemencie sterowania (wykrycia jakociowej zmiany wartoci danej wielkoci). Ta metoda wymaga jednak dokadnej, oddzielnej analizy przebiegów ju po zakoczeniu testu.
Wartoci parametrów dla przebiegów pokazanych na rys. 5 i 6 wynosz:
- dla dziaania na pedale hamulca - przebieg siy nacisku na pedale hamulca PN (rys. 5): x czas reakcji kierowcy na podstawie czujnika zblieniowego trhz=0,759 s x czas reakcji kierowcy na podstawie enkodera trhe=0,740 s
x czas narastania siy PN tnhe=0,107 s
x maksymalna sia PN PNmax=241 N
x rednia warto siy PN(w okresie „ustalonej” wartoci) PNr=233 N
x rónica czasu reakcji okrelonego na podstawie sygnau z enkodera oraz czujnika
zblieniowego 'trh=0,019 s
- dla dziaania na kole kierownicy - przebieg kta obrotu kierownicy Dk (rys. 6): x czas reakcji kierowcy na podstawie czujnika zblieniowego trkz=0,587 s x czas reakcji kierowcy na podstawie enkodera trke=0,559 s
x czas narastania kta Dk tnk=0,442 s
x maksymalna warto kta Dk Dkmax=143,6q
x rónica czasu reakcji okrelonego na podstawie sygnau z enkodera oraz czujnika
zblieniowego 'trk=0,028 s
Wartoci czasów reakcji okrelonych na podstawie czujników zblieniowych, a okrelonymi na podstawie przebiegów z enkoderów róni si. Te pierwsze s dusze, w przedstawionym przykadzie o ok. 2.6 % w przypadku pedau hamulca i ok. 5% w przypadku koa kierownicy. Wynikaj one z wartoci progowej, przy której „reaguj” czujniki zblieniowe.
3.2. PRZYKAD BADANIA CZASU REAKCJI NA PEDALE
HAMULCA
Na rysunku 7 przedstawiono przykadowe wyniki pomiaru na urzdzeniu autoPW-T czasu reakcji na pedale hamulca dla trzech osób w postaci zmierzonych wartoci i ich histogramu. W tabeli 1 przedstawiono podstawowe parametrów statystyczne uzyskanych wyników (mediana, warto rednia, odchylenie standardowe, wartoci ekstremalne oraz rozstp). S to wyniki uzyskane za pomoc czujników zblieniowych. Oceniana bya tak zwana reakcja prosta: badany mia za zadanie wcisn peda hamulca na którykolwiek z pojawiajcych si bodców.
Rys. 7. Wyniki pomiarów czasu reakcji na pedale hamulca dla 3 osób (histogram czasu reakcji, zmierzone wartoci czasu, n - liczba pomiarów czasu reakcji w próbie)
Tablica 1
Statystyki opisowe zmierzonego czasu reakcji na pedale hamulca
Statystyki opisowe
Badany Liczno Mediana rednia Odch.std Wart.min Wart.max Rozstp 1 (pomiar 1) 49 0,455s 0,487s 0,074s 0,407s 0,694s 0,287s 2 (pomiar 2) 50 0,365s 0,405s 0,126s 0,252s 0,921s 0,669s 3 (pomiar 3) 51 0,480s 0,499s 0,120s 0,349s 1,199s 0,851s
Cech wspóln uzyskanych rozkadów jest ich dodatnia asymetria. Pozostae cechy wskazuj na due rónice midzy poszczególnymi kierowcami. Kierowca 2 uzyska najkrótszy redni czas reakcji (0,365 s), ale cechowa go brak staoci reakcji - due odchylenie standardowe (0,126 s) i rozstp (0,669 s). Najwiksz „staoci” charakteryzowa si kierowca 1 (odchylenie standardowe 0,074s, rozstp 0,287s). Z kolei kierowca 3 uzyska podobny wynik co do redniej do kierowcy 1 (0,480 s) oraz podobny co do rozproszenia do kierowcy 2 (odchylenie standardowe 0,120 s, rozstp 0,851 s – najwikszy sporód 3 badanych).
Przedstawione wyniki s tylko przykadowymi. Aby móc formuowa bardziej ogólne wnioski naley przeprowadzi badania na wikszej liczbie osób.
4. PODSUMOWANIE
W pracy przedstawiono zbudowane prototypowe stanowisko do oceny reakcji kierowców na elementach sterowania samochodem. Obecnie umoliwia ono prowadzenie bada oceniajcych czas reakcji w formie analogicznej do testów wykonywanych przez psychologów transportu, ale w warunkach, gdy kierowca znajduje si w zblionych do naturalnych warunkach pracy (z naturalnym siedziskiem; wyposaone w naturalnych wymiarów i w naturalny sposób rozmieszczone elementy sterowania samochodem, elementy animacji symulujcych jazd samochodem). Wprowadzono moliwo symulowania jazdy poprzez sprzgnicie pooenia pedau przyspieszenia z wywietlanym na monitorze prdkociomierzem. Jest to bardzo wany element stanowiska, poniewa umoliwia badanie kierowcy w sytuacji, gdy jego uwaga skupiona jest na wykonywaniu okrelonej funkcji – w tym przypadku utrzymywania zadanej prdkoci jazdy.
Moliwa ocena innych parametrów charakteryzujcych dziaanie kierowcy na danym elemencie sterowania pojazdem (np. czas narastania siy na pedale hamulca, warto tej siy, inne) a take stosowanie indywidualnych metod i procedur badawczych.
Jako istotny kierunek dalszych prac mona wymieni porównanie wyników pomiarów uzyskiwanych na stanowisku autoPW-T z uzyskiwanymi innymi metodami oceny czasu reakcji. W szczególnoci wane bdzie porównanie z metodami stosowanymi standardowo w pracowniach psychologii transportu (wykorzystujcymi tzw. „refleksometry”). W przypadku oceny przydatnoci urzdzenia dla potrzeb np. zagadnie zwizanych z rekonstrukcj wypadków istotne bdzie porównanie z wynikami uzyskiwanymi podczas bada w realistycznych warunkach zagroenia wypadkowego (prowadzonych np. w rzeczywistych pojazdach na torach badawczych czy w symulatorach jazdy samochodem). Takie badania porównawcze powinny by przeprowadzone na odpowiednio duej próbce badanych kierowców.
Wane bdzie opracowanie metodyki przeprowadzania badania kierowcy na stanowisku autoPW-T. Dotychczasowe dowiadczenia wskazuj, e przeniesienie wprost metodyki z stosowanej przy uyciu urzdze typu „reflektometr” nie jest waciwe. Badania na stanowisku autoPW-T wymagaj duo wikszego wysiku fizycznego. Trudne w realizacji jest przeprowadzenie np. 50 pomiarów w jednej próbie.
Prace w tej tematyce (rozwój metod i rodków oceny czasu reakcji kierowców) poza poznawczymi oraz moliwymi utylitarnymi aspektami, s i bd wykorzystywane w dziaalnoci naukowej oraz dydaktycznej Pracowni Bada Symulacyjnych Ruchu Samochodu na Wydziale Transportu Politechniki Warszawskiej.
Bibliografia
1. Guzek M., Ocena czasu reakcji kierowcy w warunkach zblionych do rzeczywistego rodowiska jego pracy. Cz 1. Sprawozdanie z wykonania pracy badawczej wasnej nr 503G/1160/3720, Politechnika Warszawska, 2005.
2. Guzek M., Ocena czasu reakcji kierowcy w warunkach zblionych do rzeczywistego rodowiska jego pracy. Cz 2. Sprawozdanie z wykonania pracy badawczej wasnej nr 503G/1160/4490, Politechnika Warszawska, 2006.
3. Guzek M., Ocena czasu reakcji kierowcy w warunkach zblionych do rzeczywistego rodowiska jego pracy. Cz 3. Sprawozdanie z wykonania pracy badawczej wasnej nr 503G/1160/4660, Politechnika Warszawska, 2007.
4. Rotter T., Metodyka psychologicznych bada kierowców – wersja znowelizowana, Instytut Transportu Samochodowego, Warszawa 2003.
5. Miernik parametrów reakcji MCR/MPR firmy Psychotronics (dostp online http://www.psychotronics.pl, data dostpu 2013.04.15)
APPLICATION OF autoPW-T DEVICE FOR TESTING OF DRIVERS
Summary: In the paper prototype of autoPW-T device for testing of driver reaction is presented. Its
construction as well as possible application is described. Examples of performed tests are placed. They concern evaluation of driver reaction time on brake pedal and on steering wheel. Also other parameters, which describe reaction in more detailed way are considered: reaction rise time (e.g. brake pedal force rise time), reaction rise intensity (e.g. brake pedal force rise intensity), and obtained values of reaction (e.g. maximum or mean value of brake pedal force).
