WYKORZYSTANIE STANOWISKA autopw-t W BADANIACH KIEROWCÓW

Transkrypt

1 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 R kopis dostarczono, kwiecie 2013 Streszczenie: W pracy przedstawiono zbudowane prototypowe stanowisko do bada reakcji kierowców autopw-t. Opisano jego budow oraz mo liwe zastosowania w badaniach kierowców. Przedstawiono przyk ady testów wykonanych za jego pomoc. Dotycz one oceny czasu reakcji kierowcy na pedale hamulca oraz kole kierownicy oraz wielko ci charakteryzuj cych intensywno reakcji: czas narastania, szybko narastania, osi gane warto ci reakcji na danym elemencie sterowania (np. si a nacisku na peda hamulca). S owa kluczowe: badania kierowców, czas reakcji kierowców, w asno ci psychofizyczne 1. WPROWADZENIE Czas reakcji kierowcy jest jednym z wa nych parametrów w rozwa aniach na temat bezpiecze stwa ruchu drogowego (kwestia unikni cia wypadku/kolizji w powsta ych stanach zagro enia). 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, wed ug bardzo uproszczonych schematów, istotnie ró ni cych si od warunków rzeczywistych. Zbudowane w Pracowni Bada Symulacyjnych Ruchu Samochodu (Wydzia Transportu, Politechnika Warszawska) stanowisko autopw-t umo liwia przeprowadzanie testów analogicznych do prowadzonych w pracowniach psychologicznych, ale w warunkach zbli onych do naturalnych dla kierowcy, z wykorzystaniem naturalnych elementów sterowania pojazdem. Mo liwa jest ocena czasów reakcji na poszczególnych elementach sterowania (peda hamulca, peda przyspieszenia, peda sprz g a, ko o kierownicy) oraz innych wielko ci charakteryzuj cych dzia anie na danym elemencie (np. si a nacisku na peda hamulca, czas narastania tej si y, czas narastania k ta obrotu kierownicy, czas przeniesienia nogi z peda u przyspieszenia na peda hamulca i inne). W artykule przedstawiona zostanie budowa stanowiska oraz przyk ady wykorzystania go w badaniach kierowców.

2 152 Jacek Drobiszewski, Marek Guzek, Wiktor Mackiewicz 2. STANOWISKO autopw-t Stanowisko autopw-t jest podobne do miejsca pracy kierowcy w samochodzie osobowym, zachowuj c jego cechy ergonomiczne. Jego widok pokazano na rys. 1. Rys. 1. Widok stanowiska autopw-t (przy zdemontowanych os onach): 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 zbli eniowe ko a kierownicy, peda u hamulca, 5, 6, 7, 8 -. czujniki obrotowo-impulsowe (enkodery) po o enia ko a kierownicy, peda u hamulca, peda u przyspieszenia, peda u sprz g a, 9 - skrzynka z uk adem dopasowuj cym

3 Wykorzystanie stanowiska autopw-t w badaniach kierowców 153 Stanowisko zosta o zbudowane z wykorzystaniem rodków finansowych pochodz cych cz ciowo z Unii Europejskiej (w ramach wspó pracy z grup VISEB w programie APROSYS VI Ramowego Programu UE), cz ciowo ze rodków, którymi dysponowa Wydzia u Transportu Politechniki Warszawskiej. Podstawowe zespo y stanowiska to: - podstawa stanowiska z fotelem (mocowanie fotela z regulacj jego po o enia), - kolumna kierownicy (z mo liwo ci regulacji po o enia k towego), - mechanizm symuluj cy opory uruchamiania uk adu kierowniczego, - mechanizm peda u hamulca, - mechanizm symuluj cy opór uruchamiania uk adu hamulcowego, - mechanizm peda u przyspieszenia i peda u sprz g a, - uk ad pomiarowy i rejestracji, komputer, oprogramowanie, - obudowy komory mieszcz cej w/w mechanizmy i uk ady. Mechanizmy sterowania (peda y, kierownica) oraz siedzisko kierowcy wraz z ich wzajemnym usytuowaniem przestrzennym zaczerpni to z ma ego samochodu osobowego. Istotn cech jest odzwierciedlenie realnych oporów mechanizmów sterowania. Schemat uk adu pomiarowego przedstawiono na rys. 2. W sk ad uk adu wchodz 4 optoelektroniczne przyrostowe przetworniki k ta obrotu (enkodery inkrementalne), jeden o rozdzielczo ci 2048 impulsów na obrót (dla ko a kierownicy), trzy o rozdzielczo ci 1024 impulsów na obrót (ocena po o enia peda ów). Jako czujniki zbli eniowe zastosowano indukcyjne czujniki zbli eniowe o nominalnej strefie dzia ania 4mm. Przetwornik k ta 1 Przetwornik k ta 2 Przetwornik k ta 3 Uk ad dopasowuj cy Semafor Zmodyfikowany uk ad przy czeniowy Przetwornik k ta 4 Czujnik zbli eniowy 1 Czujnik zbli eniowy 2 Komputer z kartami pomiarowymi i oprogramowaniem Monitor Mikroprocesorowy miernik czasu reakcji Czujnik zbli eniowy 3 Czujnik zbli eniowy 4 Rys. 2. Schemat uk adu pomiarowego stanowiska autopw-t (elementy zaznaczone przerywan lini s opcjonalnymi)

4 154 Jacek Drobiszewski, Marek Guzek, Wiktor Mackiewicz Dzi ki sygna om z enkoderów mo liwa jest ocena takich parametrów jak czasy reakcji na poszczególnych elementach sterowania pojazdem (kierownica, peda y hamulca, przyspieszenia oraz sprz g a), szybko narastania reakcji (np. czas narastania si y nacisku na peda hamulca, czas narastania k ta obrotu kierownic ) oraz intensywno reakcji (np. warto ci si y nacisku na peda hamulca, amplitudy k ta obrotu kierownic ). Celem zastosowania czujników zbli eniowych jest szybka na bie co ocena czasów reakcji (ocena tych wielko ci za pomoc sygna ów z enkoderów wymaga oddzielnej analizy zarejestrowanych przebiegów - patrz te punkt 3.1). Szczegó owy opis budowy poszczególnych zespo ów i uk adów 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 by a mo liwo stosowania metodyki badawczej analogicznej do stosowanej podczas typowych testów oceny czasu reakcji w pracowniach psychologii transportu (patrz np. [4], przyk adowy przyrz d, tzw. refleksometr patrz np.[5]). St d mi dzy innymi taki sam zestaw bod ców, na które ma reagowa badany: trzy wietlne wy wietlane na ekranie monitora (rys. 3) i jeden d wi kowy. Ponadto wprowadzono mo liwo symulowania jazdy poprzez sprz gni cie po o enia peda u przyspieszenia z wy wietlanym na monitorze pr dko ciomierzem. Jest to bardzo wa ny element stanowiska, poniewa umo liwia badanie kierowcy w sytuacji, gdy jego uwaga skupiona jest na wykonywaniu okre lonej funkcji w tym przypadku utrzymywania zadanej pr dko ci jazdy. W trakcie prowadzenia samochodu kieruj cy przede wszystkim kontroluje po o enie pojazdu wzgl dem drogi, a wi c tak e ma uwag skupion na wa nym zadaniu. Realizacja tego sposobu badania jest bardziej skomplikowana i wymaga u ycia 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 mo liwo badania zarówno tzw. reakcji prostej (bez wyboru: dowolny bodziec ustalona reakcja) jak i z o onej (ka demu bod cowi przypisany okre lony rodzaj reakcji).

5 Wykorzystanie stanowiska autopw-t w badaniach kierowców PRZYK ADOWE ZASTOSOWANIA 3.1. PRZYK AD POJEDYNCZEGO BADANIA Celem tego podrozdzia u jest wskazanie mo liwo ci urz dzenia. Na rysunku 4 przedstawiono przyk adow rejestracj badania. S to kolejno przebiegi ekspozycji bod ców (0 brak ekspozycji, 1 ekspozycja), sygna ów z czujników zbli eniowych ko a kierownicy i peda u hamulca (0 oznacza po o enie spoczynkowe, 1 reakcj na danym elemencie), warto ci si y nacisku na pedale hamulca i k ta obrotu kierownicy (na podstawie sygna ów z enkoderów). Przebieg obejmuje 10 zarejestrowanych reakcji (po 5 na kole kierownicy i pedale hamulca). Rys. 4. Przyk ad 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 mo liwe do oceny. Te parametry to czas reakcji na danym elemencie (t r ), czas narastania reakcji (t n ), warto szczytowa reakcji (max) oraz w przypadku peda u hamulca warto rednia ( r) si y nacisku na peda (w okresie tzw. ustalonej si y)

6 156 Jacek Drobiszewski, Marek Guzek, Wiktor Mackiewicz Rys. 5. Ocena parametrów reakcji na pedale hamulca Rys. 6. Ocena parametrów reakcji na kole kierownicy

7 Wykorzystanie stanowiska autopw-t w badaniach kierowców 157 Czas reakcji jest wyznaczany na dwa sposoby. Pierwszy (t rz ) za pomoc czujników zbli eniowych - od chwili pocz tku ekspozycji bod ca (narastaj cego zbocza sygna u bod ca) do chwili zadzia ania czujnika zbli eniowego danego elementu sterowania (narastaj cego zbocza sygna u reakcji). Ta metoda pomiaru jest wygodna do szybkiej oceny czasu reakcji. Drugi sposób to ocena na podstawie przebiegu czasowego warto ci ocenianego parametru, a wi c sygna ów pochodz cych z enkoderów. Czas reakcji (t re ) mierzony jest równie od pocz tku ekspozycji bod ca do chwili stwierdzenia reakcji na danym elemencie sterowania (wykrycia jako ciowej zmiany warto ci danej wielko ci). Ta metoda wymaga jednak dok adnej, oddzielnej analizy przebiegów ju po zako czeniu testu. Warto ci parametrów dla przebiegów pokazanych na rys. 5 i 6 wynosz : - dla dzia ania na pedale hamulca - przebieg si y nacisku na pedale hamulca P N (rys. 5): czas reakcji kierowcy na podstawie czujnika zbli eniowego t rhz =0,759 s czas reakcji kierowcy na podstawie enkodera t rhe =0,740 s czas narastania si y P N t nhe =0,107 s maksymalna si a P N P Nmax =241 N rednia warto si y P N (w okresie ustalonej warto ci) P N r =233 N ró nica czasu reakcji okre lonego na podstawie sygna u z enkodera oraz czujnika zbli eniowego t rh =0,019 s - dla dzia ania na kole kierownicy - przebieg k ta obrotu kierownicy k (rys. 6): czas reakcji kierowcy na podstawie czujnika zbli eniowego t rkz =0,587 s czas reakcji kierowcy na podstawie enkodera t rke =0,559 s czas narastania k ta k t nk =0,442 s maksymalna warto k ta k kmax =143,6 ró nica czasu reakcji okre lonego na podstawie sygna u z enkodera oraz czujnika zbli eniowego t rk =0,028 s Warto ci czasów reakcji okre lonych na podstawie czujników zbli eniowych, a okre lonymi na podstawie przebiegów z enkoderów ró ni si. Te pierwsze s d u sze, w przedstawionym przyk adzie o ok. 2.6 % w przypadku peda u hamulca i ok. 5% w przypadku ko a kierownicy. Wynikaj one z warto ci progowej, przy której reaguj czujniki zbli eniowe PRZYK AD BADANIA CZASU REAKCJI NA PEDALE HAMULCA Na rysunku 7 przedstawiono przyk adowe wyniki pomiaru na urz dzeniu autopw-t czasu reakcji na pedale hamulca dla trzech osób w postaci zmierzonych warto ci i ich histogramu. W tabeli 1 przedstawiono podstawowe parametrów statystyczne uzyskanych wyników (mediana, warto rednia, odchylenie standardowe, warto ci ekstremalne oraz rozst p). S to wyniki uzyskane za pomoc czujników zbli eniowych. Oceniana by a tak zwana reakcja prosta: badany mia za zadanie wcisn peda hamulca na którykolwiek z pojawiaj cych si bod ców.

8 158 Jacek Drobiszewski, Marek Guzek, Wiktor Mackiewicz Rys. 7. Wyniki pomiarów czasu reakcji na pedale hamulca dla 3 osób (histogram czasu reakcji, zmierzone warto ci czasu, n - liczba pomiarów czasu reakcji w próbie) Statystyki opisowe zmierzonego czasu reakcji na pedale hamulca Tablica 1 Statystyki opisowe Badany Liczno Mediana rednia Odch.std Wart.min Wart.max Rozst p 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

9 Wykorzystanie stanowiska autopw-t w badaniach kierowców 159 Cech wspóln uzyskanych rozk adów jest ich dodatnia asymetria. Pozosta e cechy wskazuj na du e ró nice mi dzy poszczególnymi kierowcami. Kierowca 2 uzyska najkrótszy redni czas reakcji (0,365 s), ale cechowa go brak sta o ci reakcji - du e odchylenie standardowe (0,126 s) i rozst p (0,669 s). Najwi ksz sta o ci charakteryzowa si kierowca 1 (odchylenie standardowe 0,074s, rozst p 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, rozst p 0,851 s najwi kszy spo ród 3 badanych). Przedstawione wyniki s tylko przyk adowymi. Aby móc formu owa bardziej ogólne wnioski nale y przeprowadzi badania na wi kszej liczbie osób. 4. PODSUMOWANIE W pracy przedstawiono zbudowane prototypowe stanowisko do oceny reakcji kierowców na elementach sterowania samochodem. Obecnie umo liwia ono prowadzenie bada oceniaj cych czas reakcji w formie analogicznej do testów wykonywanych przez psychologów transportu, ale w warunkach, gdy kierowca znajduje si w zbli onych do naturalnych warunkach pracy (z naturalnym siedziskiem; wyposa one w naturalnych wymiarów i w naturalny sposób rozmieszczone elementy sterowania samochodem, elementy animacji symuluj cych jazd samochodem). Wprowadzono mo liwo symulowania jazdy poprzez sprz gni cie po o enia peda u przyspieszenia z wy wietlanym na monitorze pr dko ciomierzem. Jest to bardzo wa ny element stanowiska, poniewa umo liwia badanie kierowcy w sytuacji, gdy jego uwaga skupiona jest na wykonywaniu okre lonej funkcji w tym przypadku utrzymywania zadanej pr dko ci jazdy. Mo liwa ocena innych parametrów charakteryzuj cych dzia anie kierowcy na danym elemencie sterowania pojazdem (np. czas narastania si y na pedale hamulca, warto tej si y, inne) a tak e stosowanie indywidualnych metod i procedur badawczych. Jako istotny kierunek dalszych prac mo na wymieni porównanie wyników pomiarów uzyskiwanych na stanowisku autopw-t z uzyskiwanymi innymi metodami oceny czasu reakcji. W szczególno ci wa ne b dzie porównanie z metodami stosowanymi standardowo w pracowniach psychologii transportu (wykorzystuj cymi tzw. refleksometry ). W przypadku oceny przydatno ci urz dzenia dla potrzeb np. zagadnie zwi zanych z rekonstrukcj wypadków istotne b dzie porównanie z wynikami uzyskiwanymi podczas bada w realistycznych warunkach zagro enia wypadkowego (prowadzonych np. w rzeczywistych pojazdach na torach badawczych czy w symulatorach jazdy samochodem). Takie badania porównawcze powinny by przeprowadzone na odpowiednio du ej próbce badanych kierowców. Wa ne b dzie opracowanie metodyki przeprowadzania badania kierowcy na stanowisku autopw-t. Dotychczasowe do wiadczenia wskazuj, e przeniesienie wprost metodyki z stosowanej przy u yciu urz dze typu reflektometr nie jest w a ciwe. Badania na stanowisku autopw-t wymagaj du o wi kszego wysi ku fizycznego. Trudne w realizacji jest przeprowadzenie np. 50 pomiarów w jednej próbie.

10 160 Jacek Drobiszewski, Marek Guzek, Wiktor Mackiewicz Prace w tej tematyce (rozwój metod i rodków oceny czasu reakcji kierowców) poza poznawczymi oraz mo liwymi utylitarnymi aspektami, s i b d wykorzystywane w dzia alno ci naukowej oraz dydaktycznej Pracowni Bada Symulacyjnych Ruchu Samochodu na Wydziale Transportu Politechniki Warszawskiej. Bibliografia 1. Guzek M., Ocena czasu reakcji kierowcy w warunkach zbli onych do rzeczywistego rodowiska jego pracy. Cz 1. Sprawozdanie z wykonania pracy badawczej w asnej nr 503G/1160/3720, Politechnika Warszawska, Guzek M., Ocena czasu reakcji kierowcy w warunkach zbli onych do rzeczywistego rodowiska jego pracy. Cz 2. Sprawozdanie z wykonania pracy badawczej w asnej nr 503G/1160/4490, Politechnika Warszawska, Guzek M., Ocena czasu reakcji kierowcy w warunkach zbli onych do rzeczywistego rodowiska jego pracy. Cz 3. Sprawozdanie z wykonania pracy badawczej w asnej nr 503G/1160/4660, Politechnika Warszawska, Rotter T., Metodyka psychologicznych bada kierowców wersja znowelizowana, Instytut Transportu Samochodowego, Warszawa Miernik parametrów reakcji MCR/MPR firmy Psychotronics (dost p online data dost pu ) 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