Streszczenie
Artykuł przedstawia przegląd konstrukcji symulatorów jazdy samochodem: od prostych trenaĪerów do symulatorów klasy Ğwiatowej. Opisane bĊdzie wirtualne Ğro-dowisko symulatora jazdy samochodem autoPW zbudowanego na Wydziale Trans-portu Politechniki Warszawskiej oraz nowe konstrukcje symulatorów dynamicznych powstałych jako efekt współpracy z krajowym producentem symulatorów.
Słowa kluczowe: symulator jazdy samochodem, trenaĪer, symulacja 1. Wprowadzenie
Statystyki wypadków drogowych wskazują, Īe kierowcy są, w ogromnej wiĊkszoĞci przypadków, ich sprawcami. Poprawa bezpieczeĔstwa ruchu drogowego musi siĊ wiązaü ze zmianą zachowaĔ kierujących pojazdami, wzrostem poczucia odpowiedzialnoĞci za swe zachowanie, podejmowane decyzje. NiezbĊdnym jest rozpoznanie zagroĪeĔ płynących z ich strony. Badania kierujących pojazdem w warunkach ruchu drogowego jest niebezpieczne i drogie. Trudno jest uzyskaü powtarzalnoĞü wyników. Lepszym rozwiązaniem są testy na torze badawczym, bez udziału ruchu drogowego. NiedogodnoĞcią związaną z tego typu badaniami jest zaleĪnoĞü od warunków atmosferycznych, pory roku oraz trudnoĞci w dostĊpie do toru, co czĊsto wiąĪe siĊ z niemałymi kosztami.
Rozwój technik symulacyjnych, wzrost wydajnoĞci komputerów i układów do generowania obrazów umoĪliwił budowĊ wirtualnych Ğrodowisk badaĔ kierowców – symulatorów jazdy samochodem. Zastosowanie ich zwiĊksza niezaleĪnoĞü od warunków atmosferycznych, sprzyja wzrostowi powtarzalnoĞci wyników. Poza badaniami kierowcy i jego Ğrodowiska pracy, wyposaĪenia i stanu technicznego pojazdu, obecnie symulatory są coraz powszechniej wykorzystywane w procesie szkolenia kierowców, co dopuszcza stosowna dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady Europy (Dyrektywa 2003/59/WE).
2. Dyrektywa Unii Europejskiej 2003/59/WE a symulatory jazdy samochodem
Chodzi tu o DyrektywĊ 2003/59/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 15 lipca 2003 r. w sprawie wstĊpnej kwalifikacji i okresowego szkolenia kierowców niektórych pojazdów drogowych do przewozu rzeczy lub osób, zmieniającą rozporządzenie Rady (EWG) nr 3820/85 oraz dyrektywĊ Rady 91/439/EWG i uchylająca dyrektywĊ Rady 76/914/EWG.
Dyrektywa ta zobowiązuje paĔstwa członkowskie do zmiany systemu szkolenia kierowców autobusów i autokarów (od 10.09.2008r.) oraz samochodów ciĊĪarowych o dopuszczalnej masie całkowitej powyĪej 3,5 tony (od 10.09.2009r.). W przewidywanym programie szkoleĔ duĪy nacisk jest połoĪony na bezpieczeĔstwo na drogach, zmniejszenie emisji spalin i zuĪycia paliwa. Kierowca nie posiadający stosownych uprawnieĔ (uwzglĊdniane są w okresie pierwszych piĊciu lat tzw. prawa nabyte, wynikające ze wczeĞniejszych regulacji prawnych) powinien przejĞü kurs szkoleniowy dla kwalifikacji wstĊpnej koĔczącej siĊ wydaniem ĝwiadectwa Kompetencji Zawodowych (Karty Kwalifikacji Kierowcy) waĪnej przez 5 lat. Po tym okresie kierowca zobowiązany jest do odbywania co 5 lat szkoleĔ okresowych. Kurs i test dla kwalifikacji wstĊpnej trwa 280 godzin, z czego przynajmniej 20 godzin obejmowaü musi indywidualną jazdĊ pojazdem danej klasy. Przez maksymalnie 8 z 20 godzin jazdy osoba szkolona moĪe kierowaü pojazdem po szczególnym terenie lub na wysokiej klasy symulatorze w celu opanowania umiejĊtnoĞci kierowania pojazdem w róĪnych warunkach drogowych i w przypadku ich zmiany wywołanej zmianą warunków pogodowych, w róĪnych porach dnia lub nocy. Egzamin praktyczny moĪe siĊ takĪe (w czĊĞci) odbywaü w szczególnym terenie lub na wysokiej klasy symulatorze. Kierowca co 5 lat przechodzi szkolenia okresowe, obejmujące 35 godzin, w cyklach co najmniej siedmiogodzinnych i czĊĞü takiego szkolenia moĪe byü prowadzona na wysokiej klasy symulatorach. Kursy i testy dla kierowców mogą siĊ odbywaü w oĞrodkach szkoleniowych zatwierdzonych przez właĞciwe władze paĔstwa członkowskiego Unii Europejskiej. W dyrektywie nie zdefiniowano, niestety, pojĊü: szczególny teren, wysokiej klasy symulator.
3. Struktura funkcjonalna symulatora jazdy samochodem
Rys. 1 przedstawia strukturĊ funkcjonalną symulatora jazdy samochodem. Składają siĊ na nią nastĊpujące główne elementy: symulacja zjawisk fizycznych związanych z ruchem pojazdu po nawierzchni drogi; symulacja otaczającego pojazd Ğrodowiska wraz z innymi pojazdami oraz układ umoĪliwiający kierowcy odbiór wielkoĞci charakteryzujących aktualny stan symulowanego obiektu (układ wizualizacji, audio – symulacja efektów dĨwiĊkowych, rzeczywista lub wirtualna deska rozdzielcza, układ ruchu symulatora, mechanizmy sterowania pojazdem: koło kierownicy, pedał hamulca, „gazu” i sprzĊgła, dĨwignia zmiany biegów). Symulator moĪe byü prostym stanowiskiem badawczym lub treningowym, dającym siĊ nawet przemieszczaü (dla niektórych rozwiązaĔ konstrukcyjnych) po podłodze pomieszczenia, w którym go umiejscowiono lub (w wersji mobilnej) byü przewoĪonym na terenie całego kraju. MoĪe to byü takĪe całe laboratorium, specjalnie zbudowane w celu prowadzenia badaĔ lub szkolenia kierowców.
WyróĪnia siĊ symulator statyczny, w którym kabina i fotel kierowcy pozostają nieruchome oraz symulator dynamiczny – wyposaĪony w układ ruchu, wywołujący ruchy fotela kierowcy lub całej kabiny symulowanego pojazdu. UwaĪa siĊ (Lozia Z. [5], Weir D.H., Clark A.J. [8]), Īe dla manewrów charakteryzujących siĊ przyspieszeniami nie wiĊkszymi niĪ 3,3m/s2 zachowanie kierowcy w symulatorze statycznym wiernie odpowiada rzeczywistoĞci.
Operator symulatora (kierowca) poddany jest symulowanym bodĨcom wystĊpującym w trakcie jazdy rzeczywistym samochodem. NajwaĪniejszymi z nich są bodĨce wzrokowe. Kierowca około 80% informacji z otoczenia odbiera za pomocą wzroku (Kemeny A. [3], Lozia Z. [5])). Głównym Ĩródłem tych informacji jest obraz widziany przez szybĊ przednią i lusterka wsteczne oraz deska
rozdzielcza. Do wizualizacji wykorzystuje siĊ w symulatorze monitory, ekranowy układ projekcji (rys. 1) lub układ wizualizacji na głowie kierowcy: okulary VR (Virtual Reality) lub hełmy HMD (Head Mounted Display). Drugim Ĩródłem bodĨców są efekty dĨwiĊkowe towarzyszące ruchowi pojazdu (praca silnika i układu napĊdowego, hałas opon, opływ powietrza, inne pojazdy). WaĪnym Ĩródłem bodĨców są opory mechanizmów sterowania pojazdem: opory na kole kierownicy, pedale „gazu”, hamulca i sprzĊgła oraz na dĨwigni zmiany biegów. Informacje o ruchu pojazdu i siłach działających na kierowcĊ odbierane są takĪe przez narząd przedsionkowy (równowagi) i receptory czuciowe. W symulatorze Ĩródłem tego typu bodĨców jest układ ruchu.
Poza bardzo prostymi rozwiązaniami, symulatory są zazwyczaj wyposaĪane w miejsce pracy kierowcy zbliĪone do rzeczywistego. Chodzi tu głównie o mechanizmy sterowania i deskĊ rozdzielczą. W bardziej zaawansowanych symulatorach stosuje siĊ kompletne kabiny pojazdów (lub ich fragmenty), standardowo wyposaĪone. Ruch pojazdu oraz opisane wyĪej bodĨce są symulowane na jednym lub kilku komputerach. Korzystają one z rozbudowanych baz danych parametrów modeli ruchu i dynamiki pojazdów, modeli infrastruktury i ruchu drogowego. Są Ĩródłem sygnałów dla układów wykonawczych wizualizacji, generatorów dĨwiĊku, mechanizmów sterowania (opory) oraz układu ruchu. CałoĞcią pracy symulatora nadzoruje instruktor. MoĪe wprowadzaü sytuacje awaryjne, sprawdzając w ten sposób czujnoĞü i podzielnoĞü uwagi osoby badanej.
Rysunek 1. Ogólna struktura symulatora jazdy samochodem ħródło: Kemeny A. [3], Lozia Z. [5].
WiĊkszoĞü symulatorów jazdy samochodem pracuje w trybie z zamkniĊtą pĊtlą sprzĊĪenia zwrotnego. Kierowca reaguje na bodĨce wzrokowe, słuchowe i opory mechanizmów sterowania. Są one efektem przetworzenia wymuszeĔ (kąta obrotu kierownicy, kąta otwarcia przepustnicy silnika, siły nacisku na pedał hamulca, itd.) pochodzących od niego (kierowcy) przez oprogramowanie symulatora. Osoba badana steruje ruchem wirtualnego pojazdu, gdyĪ jego ruch zaleĪy od aktywnoĞci tej osoby.
W przypadku symulatorów jazdy samochodem, pracujących w trybie z otwartą pĊtlą sprzĊĪenia zwrotnego, bodĨce nie zaleĪą od osoby badanej. Reaguje ona na sekwencjĊ wideo zarejestrowaną w trakcie jazdy samochodem kierowanym przez inną osobĊ. Oceniane jest działanie osoby badanej na mechanizmach sterowania. Jest ono porównywane z zarejestrowanym wzorcem. Tego typu symulator (tzw. wideo-symulator, SINTEF [17]) jest zainstalowany w norweskiej organizacji badawczej SINTEF. Od roku 1992 wykorzystywany jest on do oceny kierowców z osłabionym wzrokiem, ułomnoĞciami w zakresie percepcji, zdolnoĞci nabywania wiedzy oraz zaburzeniami, wynikającymi z urazów głowy, chorób mózgu. Badania te zlecane są przez Ministerstwo Zdrowia Norwegii i regionalnych naczelnych lekarzy. Mają na celu ocenĊ zdolnoĞci testowanej osoby do prowadzenia samochodu.
4. Klasyfikacja symulatorów jazdy samochodem
W chwili obecnej istnieje bardzo duĪa liczba symulatorów jazdy samochodem (ponad 100). Są to urządzenia o róĪnym przeznaczeniu, stopniu zaawansowania technologicznego, gabarytach i kosztach wykonania. Korzystając z sugestii zawartych w pracy Weir D.H., Clark A.J. [8] dokonano umownego podziału symulatorów jazdy samochodem na:
- proste symulatory treningowe (ang. simple training simulators), - symulatory klasy Ğredniej (ang. mid-level driving simulators),
- wyrafinowane symulatory „klasy Ğwiatowej” (ang. very sophisticated „world class” driving simulators).
Oto ich krótka charakterystyka i przykłady konkretnych konstrukcji.
Proste symulatory treningowe (rys. 2 i 3) mają cechy wspólne z grami komputerowymi.
RóĪnią je od nich bardziej realistyczne mechanizmy sterowania. W pierwszych konstrukcjach tego typu stosowano uboĪszą grafikĊ i efekty dĨwiĊkowe. Wbrew pozorom te cechy są zaletami, gdyĪ w grach komputerowych nie dba siĊ zazwyczaj o zgodnoĞü własnoĞci ruchowych modelu pojazdu z obiektem rzeczywistym a chodzi jedynie o zafascynowanie gracza i przyciągniĊcie jego uwagi. Obecnie oferowane symulatory tej klasy mają bardzo zaawansowaną grafikĊ i efekty dĨwiĊkowe. Na rys. 2 widoczna jest rodzina prostych symulatorów FAROS (Francja).
Rysunek 2. Rodzina prostych symulatorów treningowych FAROS, Francja (FAROS ħródło: [12].
Są to typowe symulatory treningowe. Program szkolenia jest zgodny z Francuskim Narodowym Programem Nauki Jazdy (French National Program of Driving Training) obejmującym testy w rzeczywistoĞci wirtualnej, przed nauką w warunkach rzeczywistych. Głównym celem szkolenia jest osiągniĊcie u przyszłych kierowców zrozumienia ryzyka i zagroĪeĔ towarzyszących jeĨdzie samochodu. W Polsce produkcją prostych symulatorów zajmuje sie firma EduCar (rys. 3). Oferuje stanowiska wykorzystywane w trakcie szkolenia kierowców samochodów osobowych, ciĊĪarowych, autobusów i niektórych samochodów specjalnych. Proste symulatory treningowe nie spełniają oczekiwaĔ Dyrektywy 2003/59/WE. Stanowiü mogą istotny element uzupełniający w trakcie szkolenia kierowców.
Rysunek 3. Prosty symulator treningowych EduCar, Polska EduCar ħródło: [11].
Symulatory klasy Ğredniej (rys. 4–9) charakteryzują siĊ nastĊpującymi, wymaganymi
własnoĞciami (Lozia Z. [5], Weir D.H., Clark A.J. [8]): duĪym ekranem (ekranami), na którym dokonuje siĊ projekcji obrazu widzianego przez kierowcĊ przed pojazdem (przekątna co najmniej 1,5 m); kątem widzenia 50÷60° w płaszczyĨnie poziomej; obrazem generowanym komputerowo; realistyczną kabiną pojazdu, ze wszystkimi mechanizmami sterowania i deską rozdzielczą oraz naturalnymi polami widzenia przez szyby kabiny; modelem matematycznym ruchu pojazdu opisującym dynamikĊ wzdłuĪną i poprzeczną, z uwzglĊdnieniem zmian reakcji normalnych drogi, nieliniowoĞci charakterystyk kół ogumionych, w tym łącznego opisu sił wzdłuĪnych i bocznych opony; powinien byü wyposaĪony w system akwizycji danych (rejestracja wyników badaĔ). Układ ruchu symulatora nie jest konieczny. MoĪe to byü statyczny symulator. Powinien umoĪliwiaü włatwy sposób zmiany danych pojazdu oraz otoczenia w jakim badany jest ruch. Obszarami zastosowaĔ powinny byü: badania kierowców przez psychologów transportu, ocena rozwiązaĔ konstrukcyjnych pojazdów oraz organizacji ruchu drogowego.
Rysunki 4 i 5 przedstawiają symulator autoPW zbudowany na Politechnice Warszawskiej. Jego pierwsza wersja została uruchomiona w roku 1998. Stanowi on główne wyposaĪenie Pracowni BadaĔ Symulacyjnych Ruchu Samochodu Wydziału Transportu PW. Jest to symulator statyczny z w pełni wyposaĪoną kabiną samochodu osobowo-towarowego (odpowiada połowie kabiny samochodu osobowego). Urządzenie umoĪliwia badania kierowcy w normalnych warunkach ruchu pojazdu oraz w sytuacjach przedwypadkowych.
Rysunek 4. Symulator klasy Ğredniej autoPW zbudowany i eksploatowany na Politechnice Warszawskiej (grafika: wersja z 1998 r.) ħródło: Lozia Z. [5], autoPW [13].
Rysunek 5. Obraz widziany przez osobĊ badaną w symulatorze autoPW zbudowanym i eksploato-wanym na Politechnice Warszawskiej (grafika: wersja od 2003 r.)
Na rys. 6 przedstawiono symulator firmy Autosim (Norwegia). Jest to typowo komercyjny produkt, jednak jego wielu nabywców pochodzi z instytucji badawczych i uniwersytetów. Firma oferuje symulatory statyczne oraz dynamiczne. Kabiny pojazdów mają standardowe wymiary i są w pełni wyposaĪone. MoĪliwe jest ich adaptowanie dla niepełnosprawnych kierowców. Oprogramowanie graficzne i sprzĊt wizualizacyjny umoĪliwiają prezentacjĊ obrazów o kącie widzenia do 180° w płaszczyĨnie poziomej na prostokątnych lub cylindrycznych ekranach. Symulator wyposaĪony jest w generator scenerii – program do budowy otoczenia graficznego, w którym porusza siĊ wirtualny pojazd. Jest on uzupełniony o program do tworzenia ruchu drogowego i ulicznego wraz z algorytmami automatycznej oceny działaĔ kierowcy.
Rysunek 6. Symulator klasy Ğredniej firmy Autosim (Norwegia). Obrazy VR laboratorium z symulatorem samochodu ciĊĪarowego ħródło:Autosim [10].
Rys. 7 i 8 przedstawia jeden z symulatorów zbudowanych w Szwedzkim Narodowym Instytucie BadaĔ Dróg i Transportu (VTI Linköping). W 2003 roku oddano do eksploatacji najnowszą wersjĊ symulatora VTI, nazywaną VTI Driving Simulator III (rys. 7 i 8). Platforma wibracyjna wraz z podstawą moĪe byü przemieszczana wzdłuĪ (dla testów z przewagą hamowania i przyspieszania pojazdu) lub w poprzek (dla testów z przewagą ruchu krzywoliniowego pojazdu) w zakresie ±3,75m z prĊdkoĞcią do 4m/s. Maksymalne symulowane przyspieszenie wzdłuĪne lub boczne wynosi 8m/s2. Dodano wizualizacjĊ obrazu otoczenia za pojazdem, wykorzystując do tego celu małe monitory zastĊpujące lusterka wsteczne samochodu. Instytut VTI wykorzystuje zbudowane przez siebie symulatory do badaĔ statecznoĞci i kierowalnoĞci samochodów, do oceny
projektów dróg i tuneli, do badaĔ (prowadzonych przez psychologów transportu) nad układem kierowca-pojazd-otoczenie oraz oddziaływaniem człowiek-maszyna (pojazd) z punktu widzenia ergonomii, do oceny wpływu alkoholu, narkotyków i lekarstw na kierującego pojazdem, do badaĔ niepełnosprawnych kierowców.
Rysunek 7. Jeden z symulatorów zbudowanych przez VTI Linköping (Szwecja). Oddano go do eksploatacji w 2003 r.
ħródło: [20].
Rysunek 8. Obraz widziany przez osobĊ badaną w symulatorze zbudowanym przez VTI Linköping ħródło: [20].
Na rys. 9 pokazano symulator klasy Ğredniej Uniwersytetu Leeds (etap 3). Jest wykorzystywany przez multidyscyplinarny zespół badawczy „The ITS Safety Group”. W symulatorze wykorzystano kabinĊ samochodu osobowego z w pełni działającą deską rozdzielczą, aktywnymi oporami na mechanizmach sterowania. NapĊdzany elektrycznie układ ruchu symulatora ma 8 stopniu swobody i moĪliwoĞü symulowania przyspieszeĔ translacyjnych ±(5 plus 6 m/s2), przyspieszeĔ kątowych około 300°/s2, prĊdkoĞci translacyjnych ±(od 2 do 3m/s plus 0,8 m/s), prĊdkoĞci kątowych od 40 do 50°/s. Układ projekcji obrazu składa siĊ z oĞmiu projektorów. Kąt widzenia w płaszczyĨnie poziomej wynosi 250° plus 60° centralnego widoku do tyłu widzianego w lusterku wstecznym wewnĊtrznym i dwóch zewnĊtrznych lusterkach bocznych (monitorach LCD); w płaszczyĨnie pionowej wynosi 45°. Symulator wyposaĪono w układ Ğledzący wzrok kierowcy. Kabina pojazdu jest wyposaĪana w urządzenia mające na celu wspomaganie pracy kierowcy. W zaprogramowanych testach oceniana jest przydatnoĞü tego dodatkowego wyposaĪenia samochodu. Symulator Uniwersytetu Leeds jest wykorzystywany w badaniach bezpieczeĔstwa ruchu drogowego, w ocenie zachowaĔ kierowców i przydatnoĞci urządzeĔ telematycznych, ITS wprowadzanych do motoryzacji.
Rysunek 9. Symulator klasy Ğredniej Uniwersytetu Leeds (Wielka Brytania, etap 3) ħródło: [14].
Wyrafinowanymi symulatorami „klasy Ğwiatowej” (rys. 10–12) są w chwili obecnej trzy
sy-mulatory:
– symulator firmy Mercedes-Benz (wersja z roku 2010, rys. 10), Sindelfingen, Niemcy; - symulator NADS (National Advanced Driving Simulator, 2001 r, rys. 11), Iowa, USA; - symulator firmy Toyota, Japonia (2007 r., rys. 12).
Charakteryzują siĊ one kątami widzenia 360° w płaszczyĨnie poziomej i ponad 35° w płaszczyĨnie pionowej. Układy ruchu tych symulatorów mają 7 (Mercedes-Benz) lub 12 (NADS, Toyota) stopni swobody. Kabina pojazdu ma 6 stopni swobody. Jest umieszczona na ramie poruszanej synergicznym szeĞciokolumnowym układem wzbudników – heksapodem (kąty przechyłu wzdłuĪnego i bocznego ±25°). Układ ten jest posadowiony na ruchomej podstawie o szerokim zakresie ruchów wzdłuĪnych (±9,75m w przypadku NADS i ±17,5m w przypadku Toyoty) i bocznych (±6 m w przypadku Mercedes-Benza, ±9,75m w przypadku NADS i ±10m w przypadku Toyoty). Istotnymi elementami wyróĪniającymi symulatory NADS i Toyoty są: obrotowy stół o kącie obrotu ±330° umieszczony na platformie podtrzymywanej wzbudnikami (plus ±30° obrotu za pomocą heksapodu), cztery wzbudniki wysokoczĊstotliwoĞciowe (amplituda ±0,05m) w punktach mocowania zawieszenia kół jezdnych oraz moĪliwoĞü wzdłuĪnego przemieszczania ruchomej podstawy. Układy ruchu tych symulatorów pozwalają na uzyskanie chwilowych wartoĞci przyspieszeĔ w trzech prostopadłych kierunkach (wzdłuĪnym, poprzecznym i pionowym) dochodzących do 10–12m/s2 oraz przyspieszeĔ kątowych kabiny 120–200°/s2 (obrót wokół osi pionowej, przechył wzdłuĪny i boczny).
Rysunek 10. Symulator klasy Ğwiatowej firmy Mercedes-Benz (Niemcy, 2010 r.) ħródło: Informacja medialne [15, 18].
Rysunek 11. Symulator klasy Ğwiatowej NADS. Kabina samochodu i obraz widziany przez osobĊ badaną ħródło: Lozia Z. [5], NHTSA 16].
Rysunek 12. Symulator klasy Ğwiatowej firmy Toyota (oddany do uĪytku jesienią 2007 r.). Widok ogólny oraz kabina samochodu i obraz widziany przez osobĊ badaną ħródło: Toyota [19], informacja medialna [21].
Budowa nowego centrum badawczego Mercedes-Benz, w którym istotną czĊĞcią jest nowy symulator, pochłonĊła około 160 mln Euro (rok 2010). Symulator Toyoty kosztował około 36 mln Euro (2007 r.). Koszt budowy symulatora NADS wraz z infrastrukturą wynosił nominalnie 45,68 mln USD (rok 1996). Roczny koszt jego utrzymania wynosi około 4 mln USD, zaĞ godzina wykorzystania kosztuje od 1000 do 2000 USD. Kwoty te pozwalają uzmysłowiü sobie skalĊ przedsiĊwziĊcia związanego z budową tego typu stanowisk badawczych.
5. Zastosowania symulatorów jazdy samochodem
Symulatory są stosowane w szkoleniu i doszkalaniu kierowców, niektóre do treningu osób niepełnosprawnych i sprawdzania, czy ich dysfunkcje nie ograniczają moĪliwoĞci prowadzenia pojazdów. Wiele symulatorów słuĪy do oceny zachowania kierowców w sytuacjach przedwypadkowych, w stanie po spoĪyciu lekarstw, alkoholu, pod wpływem narkotyków, w stanie duĪego zmĊczenia. Projektanci dróg i tuneli korzystają z symulatorów w fazie opracowywania koncepcji rozwiązaĔ komunikacyjnych, oĞwietlenia dróg, okreĞlania kolorystyki i oĞwietlenia tuneli. Oceniane są zagroĪenia bezpieczeĔstwa ruchu drogowego, wynikające z uĪywania przez kierowcĊ telefonu komórkowego lub nawigacji satelitarnej w trakcie jazdy samochodem. Symulatory o najbardziej zaawansowanej konstrukcji, dysponujące złoĪonymi modelami ruchu pojazdu wykorzystywane są takĪe w badaniach nowych rozwiązaĔ konstrukcyjnych pojazdu, zwiĊkszających jego bezpieczeĔstwo czynne. Oceniana jest takĪe ergonomicznoĞü nowych rozwiązaĔ konstrukcyjnych kabiny pojazdu.
W przypadku symulatorów treningowych podawane są nastĊpujące korzyĞci wynikające z zastosowania symulatorów (za Ĩródłami norweskimi i francuskimi: Autosim [10], Faros-Renault [12], SINTEF [17]): w oĞrodkach szkolenia kierowców zmniejszyły siĊ koszty utrzymania pojazdów (o 30% koszty napraw, o 3–5% zuĪycie paliwa), zmalało zagroĪenie osób szkolących i szkolonych (o 15% mniej powaĪnych w skutkach wypadków); w czĊĞci szkolenia, w której zastosowano symulatory czas treningu zmniejszył siĊ o 40–50%; nastąpiła poprawa zachowania kierowców w ruchu drogowym; armia norweska rocznie oszczĊdza około 1mln Euro dziĊki wprowadzeniu symulatorów jazdy; badania prowadzone w Kanadzie wykazały spadek liczby wypadków o 22% dziĊki zastosowaniu w szkoleniu kierowców symulatorów jazdy samochodem. Osobami poddawanymi szkoleniu są głównie ludzie młodzi. Ta grupa przyszłych kierowców związana jest z wysokim prawdopodobieĔstwem wystąpienia wypadku, co wynika z dwóch przyczyn: wieku (ludzie młodzi łatwiej podejmują ryzyko), posiadanego doĞwiadczenia (a raczej jego braku).
6. Przykład symulatora spełniającego oczekiwania Dyrektywy Unii Europejskiej 2003/59/WE Polskie Ministerstwo Infrastruktury powołało grupĊ roboczą, której zadaniem było opracowanie zestawu wymagaĔ minimalnych dla symulatorów wysokiej klasy. Wyniki prac zespołu przedstawiono w publikacji Lozia Z. i inni [6]. Wymagania te, po zakoĔczeniu procesu konsultacji społecznych i miĊdzyresortowych, staną siĊ podstawą certyfikacji symulatorów w myĞl Dyrektywy 2003/59/WE. Wiele symulatorów, co najmniej klasy Ğredniej, ma szanse spełniü te wymagania. Są to głównie produkty pochodzące spoza Polski. Wyjątkiem są symulatory firmy ETC-PZL AI z Warszawy (ETC-PZL AI [9]). Rys. 13 przedstawia symulator klasy Ğredniej firmy ETC-PZL AI, spełniający wymagania polskich przepisów wykonawczych związanych z wdroĪeniem Dyrektywy 2003/59/WE (Lozia Z. i inni [6]).
Rysunek 13. Symulator klasy Ğredniej firmy ETC-PZL AI, spełniający wymagania polskich przepisów wykonawczych związanych z wdroĪeniem Dyrektywy 2003/59/WE (Polska, 2010 r.).
Kabina autobusu z układem ruchu; ekran i obraz widziany przez osobĊ badaną ħródło: ETC-PZL AI [9].
Jest wyposaĪony w oryginalną kabinĊ kierowcy autobusu. Ekran jest umieszczony w odległoĞci powyĪej 3 m od oczu kierowcy. Kąt widzenia jest wiĊkszy niĪ 180° w poziomie (plus widzenie wsteczne w lusterkach) i 30° w pionie. Minimalna rozdzielczoĞü na kanał graficzny wynosi 1024×768 pikseli. Układ ruchu o szeĞciu stopniach swobody umoĪliwia osiąganie przyspieszeĔ translacyjnych z przedziału ±4m/s2; prĊdkoĞci translacyjnych z przedziału ±0,3m/s; przyspieszeĔ kątowych z przedziału ±200°/s2; prĊdkoĞci kątowych ±30°/s. Oprogramowanie symulatora generuje obraz zapewniający symulacjĊ roĪnych rodzajów dróg i ulic (w tym z sygnalizacją Ğwietlną), zróĪnicowaną rzeĨbĊ terenu oraz bogatą wizualizacjĊ obszaru zabudowanego, warunków atmosferycznych i warunków jazdy, pory roku i doby. MoĪliwe jest odwzorowanie wybranych awarii i niesprawnoĞci poszczególnych układów, instalacji i systemów pojazdu. Model symulacyjny ruchu pojazdu został pomyĞlnie zweryfikowany eksperymentalnie.
Bibliografia
1. Allen W. R., Rosenthal T. J., Aponso B. L., Klyde D. H., Anderson F. G., Chrstos J.P., A low cost PC based driving simulator for prototyping and hardware-in-the-loop applications. SAE 980222.
2. Drosdol J., Panik F., The Daimler-Benz Driving Simulator. A tool for vehicle development. SAE 850334.
3. Kemeny A., Simulation and perception. Driving Simulation Conference, DSC 1999. July 7– 8, 1999. Paris, France. pp. 13–20.
4. Laurell H., Lidström M., Morơn B., Nordmark S., The use of simulators for studies of driver performance. VTI särtryck, No 115. 1987.
5. Lozia Z., Symulatory jazdy samochodem. WKŁ. Warszawa. 2008.
6. Lozia Z., Cup A., Mitraszewska I., PiĊtka T., WiĊckowski D., Wymagania minimalne dla „symulatorów wysokiej klasy” stosowanych w szkoleniu kierowców. Logistyka, nr 4, lipiec– sierpieĔ 2010 r. Dział Logistyka – nauka, s. 20 plus tekst *.pdf na płycie CD (9 stron).
7. Nordmark S., The new Trygg Hansa Truck Driving Simulator. An advanced tool for research and training. International Symposium on Advanced Vehicle Control 1992 (AVEC’92), 17÷17 September 1992, Pacific Convention Plaza, Yokohama, Japan. (VTI särttryck, Nr 187, 1992).
8. Weir D. H., Clark A. J., A survey of mid-level driving simulators. SAE 950172. 9. http://www.ai.com.pl/.
10. http://www.autosim.no/ lub http://www.autosim.biz . 11. http://www.educar.pl/.
12. http://www.faros.com/english/index.htm lub http://www.faros.com/eauto.html. 13. http://www.it.pw.edu.pl/autopw/en/main.html.
14. http://www.its.leeds.ac.uk/research/facilities/uolds/.
15. http://www.newlaunches.com/archives/mercedesbenz_unveils_new_state_of_the_art_driving_ simulator_with_full_360_viewin.php.
16. http://www.nhtsa.dot.gov/people/perform/nads/ lub http://www-nrd.nhtsa.dot.gov/ depart-ments/nrd-12/NationalAdvancedDriverSimulator.html or http://www.nads-sc.uiowa.edu/. 17. http://www.sintef.no/content/page1____5513.aspx.
18. http://www.topspeed.com/cars/car-news/new-state-of-the-art-driving-simulator-for-mercedes-benz-ar97645.html.
19. http://www.toyota.co.jp/en/news/07/1126_1.html.
20. http://www.vti.se/eWeb/R&D/Simul.htm lub http://www.vti.se/info/foresurs/edetalj.asp? Re-cID=646&Lang=E.
DRIVING SIMULATOR – VIRTUAL ENVIRONMENT FOR DRIVER-VEHICLE-SURROUNDING SYSTEM RESEARCH
Summary
The paper presents the general design of a driving simulator and a brief over-view of selected concepts in its construction. Three types of simulators have been discussed: simple for training purposes, mid-level and world-class simulators. Ex-emplary applications in testing behaviour of the driver during normal driving condi-tions have been listed and in preaccidental situacondi-tions. A possibility has been men-tioned to use driving simulators during basic training and supplementary training of drivers, especially in the context of recommendations of the European Directive 2003/59/EC, which allows the use of top-of-the-range simulator simulators in the in-itial qualification and periodical training.
Keywords: driving simulators, trainers, simulation
Zbigniew Lozia Wydział Transportu Politechnika Warszawska
ul. Koszykowa 75, 00-662 Warszawa e-mail: lozia@it.pw.edu.pl
Przemysłowy Instytut Motoryzacji (PIMOT) ul. JagielloĔska 55, 03-301 Warszawa
