Wykorzystanie stanowiska autoPW

PRACE NAUKOWE POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ
z. 96
Transport
2013
Jacek Drobiszewski, Marek Guzek, Wiktor Mackiewicz
Politechnika Warszawska, Wydzia Transportu
WYKORZYSTANIE 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.
152
Jacek Drobiszewski, Marek Guzek, Wiktor Mackiewicz
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,
9 - skrzynka z ukadem dopasowujcym
Wykorzystanie stanowiska autoPW-T w badaniach kierowców
153
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
Przetwornik
kta 2
Przetwornik
kta 3
Przetwornik
kta 4
Semafor
Ukad
dopasowujcy
Komputer z kartami
pomiarowymi i
oprogramowaniem
Czujnik
zblieniowy 1
Czujnik
zblieniowy 2
Zmodyfikowany
ukad
przyczeniowy
Mikroprocesorowy
miernik czasu
reakcji
Monitor
Czujnik
zblieniowy 3
Czujnik
zblieniowy 4
Rys. 2. Schemat ukadu pomiarowego stanowiska autoPW-T
(elementy zaznaczone przerywan lini s opcjonalnymi)
154
Jacek Drobiszewski, Marek Guzek, Wiktor Mackiewicz
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 bod
ców, na które ma reagowa badany: trzy wietlne
wywietlane na ekranie monitora (rys. 3) i jeden d
wikowy. 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 bod
ców 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
bod
cowi przypisany okrelony rodzaj reakcji).
Wykorzystanie stanowiska autoPW-T w badaniach kierowców
155
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
bod
ców (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)
156
Jacek Drobiszewski, Marek Guzek, Wiktor Mackiewicz
Rys. 5. Ocena parametrów reakcji na pedale hamulca
Rys. 6. Ocena parametrów reakcji na kole kierownicy
Wykorzystanie stanowiska autoPW-T w badaniach kierowców
157
Czas reakcji jest wyznaczany na dwa sposoby. Pierwszy (trz) – za pomoc czujników
zblieniowych - od chwili pocztku ekspozycji bod
ca (narastajcego zbocza sygnau
bod
ca) 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 bod
ca 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 bod
ców.
158
Jacek Drobiszewski, Marek Guzek, Wiktor Mackiewicz
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
1 (pomiar 1)
49
0,455s
0,487s
0,074s
Wart.min Wart.max
0,407s
0,694s
Rozstp
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
Wykorzystanie stanowiska autoPW-T w badaniach kierowców
159
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.
160
Jacek Drobiszewski, Marek Guzek, Wiktor Mackiewicz
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).
Keywords: driver research, driver reaction time, driver psychophysical properties