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Ce protocole décrit une plate-forme de simulation de conduite et une boîte à outils vibrante tactile pour l’étude de la recherche sur la conduite automobile. Une expérience exemplaire explorant l’efficacité des avertissements tactiles est également présentée.
Le système d’avertissement de collision joue un rôle clé dans la prévention des distractions au volant et de la somnolence au volant. Des études antérieures ont prouvé les avantages des avertissements tactiles pour réduire le temps de réponse aux freins du conducteur. Dans le même temps, les avertissements tactiles se sont avérés efficaces dans la demande de reprise (TOR) pour les véhicules partiellement autonomes.
La façon dont les performances des avertissements tactiles peuvent être optimisées est un sujet de recherche brûlant dans ce domaine. Ainsi, le logiciel et les méthodes de simulation de conduite à faible coût présentés sont introduits pour attirer plus de chercheurs à participer à l’enquête. Le protocole présenté a été divisé en cinq sections : 1) les participants, 2) la configuration du logiciel de simulation de conduite, 3) la préparation du simulateur de conduite, 4) la configuration et la préparation de la boîte à outils vibrante, et 5) la réalisation de l’expérience.
Dans l’étude exemplaire, les participants portaient la boîte à outils vibrante tactile et ont effectué une tâche de suivi de voiture établie à l’aide du logiciel de simulation de conduite personnalisé. Le véhicule avant a freiné par intermittence et des avertissements vibrants ont été émis chaque fois que le véhicule avant freinait. Les participants ont reçu l’ordre de réagir le plus rapidement possible aux freins brusques du véhicule avant. La dynamique de conduite, comme le temps de réponse aux freins et le taux de réponse aux freins, a été enregistrée par le logiciel de simulation pour l’analyse des données.
Le protocole présenté offre un aperçu de l’exploration de l’efficacité des avertissements tactiles sur différents emplacements du corps. En plus de la tâche de suivi de voiture qui est démontrée dans l’expérience exemplaire, ce protocole fournit également des options pour appliquer d’autres paradigmes aux études de simulation de conduite en faisant la configuration logicielle simple sans n’importe quel développement de code. Toutefois, il est important de noter qu’en raison de son prix abordable, le logiciel de simulation de conduite et le matériel introduit ici peuvent ne pas être en mesure de rivaliser pleinement avec d’autres simulateurs de conduite commerciale haute fidélité. Néanmoins, ce protocole peut agir comme une alternative abordable et conviviale aux simulateurs de conduite commerciale haute fidélité générale.
Selon les données révélées par les Estimations mondiales de la santé en 2016, les accidents de la circulation sont la huitième cause de décès dans le monde, avec 1,4 million de décès dansle monde 1. En 2018, 39,2 % des accidents de la circulation étaient des collisions avec des véhicules automobiles dans les transports, dont 7,2 % étaient des collisions à l’arrière. Une solution pour accroître la sécurité des véhicules et des routes est le développement d’un système avancé d’assistance à la conduite (ADAS) pour avertir les conducteurs des dangers potentiels. Les données ont montré qu’ADAS peut réduire considérablement le taux de collisions arrière, et il est encore plus efficace lorsqu’il est équipé d’un système de freinage automatique2. En outre, avec le développement de véhicules autonomes, moins d’implication humaine sera nécessaire pour contrôler le véhicule, ce qui rend un système d’avertissement de demande de reprise (TOR) une nécessité lorsque le véhicule autonome ne parvient pas à se réguler. La conception du système d’avertissement ADAS et TOR est maintenant un élément important de la technologie pour les conducteurs afin d’éviter les accidents imminents en quelques secondes. L’expérience exemplaire a utilisé une boîte à outils vibrante ainsi qu’une plate-forme de simulation de conduite pour étudier quel emplacement générerait le meilleur résultat lorsqu’un système d’avertissement vibrotactile a été utilisé comme système d’avertissement ADAS et TOR potentiel.
Classés par canaux perceptuels, il existe généralement trois types de modalités d’avertissement, visuelles, auditives et tactiles. Chaque modalité d’avertissement a ses propres mérites et limites. Lorsque des systèmes d’avertissement visuel sont utilisés, les conducteurs peuvent souffrir d’une surchargevisuelle 3,ce qui nuit aux performances de conduite dues à la cécité inattentionnelle4,5. Bien qu’un système d’avertissement auditif n’influence pas le champ visuel des conducteurs, son efficacité dépend grandement de l’environnement comme la musique de fond et d’autres bruits dansl’environnement de conduite 6,7. Ainsi, les situations qui contiennent d’autres informations auditives externes ou un bruit important peuvent conduire à la surdité inattentionnelle8,9, réduisant l’efficacité d’un système d’avertissement auditif. En comparaison, les systèmes d’avertissement tactiles ne sont pas en concurrence avec le traitement visuel ou auditif des conducteurs. En envoyant des avertissements vibrotactiles aux conducteurs, les systèmes d’avertissement tactiles surmontent les limites des systèmes d’avertissement visuels et auditifs.
Des études antérieures ont montré que les avertissements tactiles peuvent profiter aux conducteurs en raccourcissant leur temps de réponse aux freins. Il a également été constaté que les systèmes d’avertissement tactiles donnent un résultat plus efficacesur les systèmes visuels 10,11 etauditifs 12,13,14 dans certaines situations. Toutefois, des recherches limitées ont porté sur l’étude de l’emplacement optimal pour placer un dispositif d’avertissement tactile. Selon l’hypothèse sensorielle de cortex15 et l’hypothèse de distance sensorielle16,l’étude exemplaire a choisi les secteurs de doigt, de poignet, et de temple comme emplacements expérimentaux pour placer un dispositif tactile d’avertissement. Avec le protocole introduit, la fréquence et le temps de livraison d’un avertissement vibrant, et les intervalles entre les vibrations de la boîte à outils vibrante, peuvent être configurés pour répondre aux exigences expérimentales. Cette boîte à outils vibrante se composait d’une puce maîtresse, d’une puce régulateur de tension, d’un multiplexeur, d’un adaptateur USB à Transistor-Transistor-Logic (TTL), d’un transistor métal-oxyde-semi-conducteur à effet de champ (MOSFET) et d’un module Bluetooth. Le nombre de modules vibrants peut également varier en fonction des besoins des chercheurs, avec jusqu’à quatre modules vibrant en même temps. Lors de la mise en œuvre de la boîte à outils vibrante dans les expériences liées à la conduite, il peut être configuré pour s’adapter aux paramètres expérimentaux ainsi que synchronisé avec les données de performance de conduite en révisant les codes de la simulation de conduite.
Alors que pour les chercheurs, mener une expérience de conduite sur une plate-forme virtuelle est plus faisable que dans le monde réel en raison du risque et des coûts impliqués. Par exemple, la collecte d’indicateurs de rendement peut être difficile, et il est difficile de contrôler les facteurs environnementaux impliqués lorsque des expériences sont menées dans le monde réel. Par conséquent, de nombreuses études ont utilisé des simulateurs de conduite à base fixe fonctionnant sur PC au cours des dernières années comme solution de rechange pour mener des études sur la conduite sur route. Après avoir appris, développé et fait des recherches pendant plus de 11 ans dans le milieu de la recherche sur la conduite automobile, nous avons établi une plate-forme de simulation de conduite avec une vraie voiture qui se compose d’un logiciel de simulation de conduite open-source et d’un kit matériel, y compris un volant et une boîte de vitesses, trois pédales, trois projecteurs montés et trois écrans de projecteur. Avec le logiciel de simulation de conduite prend en charge un seul écran, le protocole présenté utilisé uniquement le projecteur central et l’écran du projecteur pour mener l’expérience.
Il y a deux avantages majeurs à utiliser la plate-forme de simulation de conduite présentée. Un avantage de cette plate-forme est qu’elle utilise un logiciel open-source. En utilisant la plate-forme open source conviviale, les chercheurs peuvent personnaliser la simulation et la boîte à outils vibrante pour leurs besoins de recherche uniques en effectuant une configuration logicielle simple sans aucun développement de code. En révisant les codes, les chercheurs peuvent créer des simulations de conduite qui offrent une fidélité relative à la réalité avec beaucoup d’options disponibles sur les types de voitures, les types de routes, la résistance du volant, la turbulence latérale et longitudinale du vent, les interfaces du programme d’application des événements de temps et de frein (API) pour la synchronisation externe des logiciels, et la mise en œuvre des paradigmes comportementaux tels que la tâche de suivi des voitures et la tâche N-Back. Bien que la conduite de recherches liées à la conduite dans un simulateur de conduite ne puisse pas reproduire pleinement la conduite dans le monde réel, les données recueillies au moyen d’un simulateur de conduite sont raisonnables et ont été largementadoptées par les chercheurs 17,18.
Un autre avantage du simulateur de conduite proposé est son faible coût. Comme mentionné précédemment, le logiciel de simulation de conduite introduit est un logiciel open-source qui est disponible gratuitement pour les utilisateurs. En outre, le coût total de l’ensemble de la configuration matérielle dans ce protocole est inférieur par rapport aux simulateurs de conduite commerciale haute fidélité typiques. La figure 1 a et b montre la configuration complète de deux simulateurs de conduite dont le coût est compris entre 3 000 $ et 3 000 $. En revanche, les simulateurs de conduite commerciale haute fidélité typiques (à base fixe) coûtent habituellement entre 10 000 $ et 100 000 $. Avec son prix très abordable, ce simulateur de conduite peut être un choix populaire non seulement à des fins de recherche académique, mais aussi pour la conduite des classesde conduite 19 et pour la démonstration des technologies liées à laconduite 20,21.
Figure 1 : Une image des simulateurs de conduite. Les deux simulateurs de conduite se composaient d’un volant et d’une boîte de vitesses, de trois pédales et d’un véhicule. a) Une configuration de simulateur de conduite de 3 000 $ qui utilisait un écran LCD de 80 pouces avec une résolution de 3840 × 2160. b Une configuration de simulateur de conduite de 30 000 $ qui utilisait trois projecteurs montés et trois écrans de projecteur d’une dimension de 223 x 126 cm chacun. Les écrans de projection ont été placés à 60 cm au-dessus du sol et à 22 cm de l’avant du véhicule. Seuls le projecteur central et l’écran du projecteur ont été utilisés pour l’expérience en cours. S’il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Le logiciel de simulation de conduite et la boîte à outils vibrante de la méthode proposée ont déjà été utilisés dans des étudesantérieures par nos chercheurs 22,23,24,25,26,27,28,29. Cette boîte à outils vibrante auto-développée suivant la norme ISO30 peut être appliquée dans différentsdomaines 31,32 en ajustant la fréquence et l’intensité des vibrations. Il est important de noter qu’une nouvelle version de la boîte à outils vibrante a été développée et introduite dans le protocole suivant. Au lieu d’ajuster la fréquence des vibrations à l’aide d’un adaptateur de tension réglable, la nouvelle version est équipée de cinq fréquences vibratoires différentes et peut être ajustée plus facilement à l’aide des codes fournis dans le fichier de codage supplémentaire 1. De plus, le simulateur de conduite présenté offre aux chercheurs un moyen sûr, peu coûteux et efficace d’étudier divers types de recherche sur la conduite automobile. Ainsi, ce protocole convient aux laboratoires de recherche qui ont un budget limité et qui ont un fort besoin de personnaliser les environnements de conduite expérimentaux.
REMARQUE : Toutes les méthodes décrites ici ont été approuvées par la Commission d’examen institutionnel (CISR) de l’Université de Tsinghua et le consentement éclairé a été obtenu de tous les participants.
1. Les participants
2. Configuration de logiciel de simulation de conduite
Options configurables | Descriptions | Paramètres par défaut |
endExpByTime | Qu’il s’agisse ou non d’utiliser l’heure de l’horloge comme déclencheur pour mettre fin à l’expérience. | Faux |
endExpAfterMinute | Mettre fin à l’expérience après ces minutes. | 10 |
endExpByDist | Qu’il s’agisse ou non d’utiliser la voiture du conducteur a parcouru la distance comme déclencheur pour mettre fin à l’expérience. Lorsque des déclencheurs de temps et de distance sont utilisés, mettre fin à l’expérience avec celle qui se produit en premier. | Faux |
endExpAfterMeter | Mettre fin à l’expérience après que ces compteurs ont été parcourus à partir de la ligne de départ. | 5000 |
activerRandomFrontalWind | S’il s’agit d’activer le vent frontal (c.-à-d. une force poussant la voiture vers la direction arrière) avec un intervalle et une durée aléatoires. | Vrai |
frontalWindIntervalMin | Valeur minimale (secondes) de l’intervalle de vent frontal. | 3 |
frontalWindIntervalMax | Valeur maximale (secondes) de l’intervalle de vent frontal. | 13 |
frontalWindDurationMin | Valeur minimale (secondes) de la durée du vent frontal. | 2 |
frontalWindDurationMax | Valeur maximale (secondes) de la durée du vent frontal. | 3 |
frontalWindForceMin | Valeur minimale (newton) de la force du vent frontal. | 500 |
frontalWindForceMax | Valeur maximale (newton) de la force du vent frontal. | 1000 |
activerRandomLateralWind | S’il s’agit d’activer le vent latéral (c.-à-d. une force poussant la voiture vers la direction gauche ou droite) avec un intervalle et une durée aléatoires. | Vrai |
latéralWindIntervalMin | Valeur minimale (secondes) de l’intervalle de vent latéral. | 3 |
latéralWindIntervalMax | Valeur maximale (secondes) de l’intervalle latéral du vent. | 8 |
latéralWindDurationMin | Valeur minimale (secondes) de la durée latérale du vent. | 2 |
latéralWindDurationMax | Valeur maximale (secondes) de la durée latérale du vent. | 3 |
latéralWindForceMin | Valeur minimale (newton) de la force latérale du vent. | 1000 |
latéralWindForceMax | Valeur maximale (newton) de la force latérale du vent. | 2000 |
leadCarConstantSpeedMPH | Vitesse constante du véhicule de tête (mph). | 40 |
leadDistToStartWaiting | Le véhicule principal commencera à attendre le véhicule du conducteur lorsque la distance (mètres) entre la queue du véhicule de tête et la tête du véhicule du conducteur sera plus grande que le numéro indiqué. | 100 |
leadDistToStopWaiting Lead | La voiture de tête attendra que la distance (mètres) devant la voiture du conducteur soit plus petite que ce nombre. | 80 |
leadCarBrakeIntervalTimeMin | Intervalle de temps aléatoire minimum (secondes) pour que le véhicule de tête freine. | 30 |
leadCarBrakeIntervalTimeMax | Intervalle de temps aléatoire maximum (secondes) pour que le véhicule principal freine. | 60 |
leadCarBrakeEventDuration | Durée de l’événement de freinage du véhicule principal (secondes). | 5 |
activerRandomSMSSound | S’il s’agit d’activer le son de notification du serveur de messages courts joué avec des intervalles aléatoires. | Faux |
randSMSIntervalMin Rand | Intervalle de temps aléatoire minimum (secondes) entre le début de la première notification SMS et le début de la deuxième notification SMS. | 2 |
randSMSIntervalMax Rand | Intervalle de temps aléatoire maximum (secondes) entre le début de la première notification SMS et le début de la deuxième notification SMS. | 2 |
activerRandomNbackSound | S’il s’agit d’activer le son n-back numéro joué avec des intervalles aléatoires. | Faux |
randNbackIntervalMin Rand | Intervalle de temps aléatoire minimum (secondes) entre le début du premier son et l’apparition du deuxième son. | 2.33 |
randNbackIntervalMax Rand | Intervalle de temps aléatoire maximum (secondes) entre le début du premier son et l’apparition du deuxième son. | 2.33 |
activerUDPSendData | S’il s’agit d’activer la synchronisation des données horodatage à un réseau local ip spécifique. | Faux |
activerUDPSendDataAdStudy | S’il faut activer l’envoi de données à la propriété intellectuelle suivante pour l’étude publicitaire. Remarque : Conflit avec enableUDPSendData. | Faux |
UDPTargetIPa1 (en) | Adresse IP pour le transfert UDP | / |
UDPTargetiPa2 (en) | ||
UDPTargetIPa3 (en) | ||
UDPTargetIPa4 (en) | ||
UDPTargetPort (en) | Ciblez le port UDP. | 1234 |
UDPcycleNumber | Contrôlez la fréquence à l’envoi de l’horodatage. Les données seront envoyées après chaque cycle UDPNumber des cycles TORCS avec chaque cycle est généralement de 20 ms. | 1 |
activerUDPQNConnection | Qu’il s’agisse ou non d’activer la simulation de lecteur de modèle QN-Java avec le serveur et le client UDP sont le même ordinateur. | Faux |
UDPQNtoTORCSPort | Le port UDP QN au numéro de port de simulation. | 5678 |
UDPTORCStoQNPort | Le port de simulation au numéro de port UDP QN. | 8765 |
leadCarBrakingParWebCommand | S’il vous agit de vous connecter à un site Web pour le signal de freinage du véhicule de tête. | Faux |
Far_Point_Time_Ahead | Le paramètre utilisé dans le modèle de commande du véhicule. | 2 |
activerCarFollowingTraining | Que ce soit ou non pour activer la tâche simulée de suivi de voiture en mode formation. | / |
carFollowingTrainingWarningInterval | Intervalle de temps entre le dernier début du son d’avertissement et le début sonore d’avertissement suivant du mode d’entraînement. | 2 |
Tableau 1 : Liste des paramètres par défaut pour le logiciel de simulation de conduite. Une liste des valeurs par défaut de toutes les options configurables associées du logiciel de simulation de conduite ainsi qu’une description détaillée de chaque option.
3. Préparation de simulateur de conduite
4. Configuration et préparation vibrantes de boîte à outils
Figure 2 : Images de la boîte à outils vibrante. La boîte à outils vibrante se composait de quatre modules individuels qui peuvent être activés séparément. Chaque module a une dimension de 67 x 57 x 29 mm. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.
Figure 3 : Capture d’écran étiquetée des codes dans le fichier de codage supplémentaire 1. La capture d’écran étiquetée des codes peut être utilisée comme une référence plus facile pour la configuration et la préparation de la boîte à outils vibrante. Ces codes sont utilisés pour définir la fréquence des vibrations de la boîte à outils, et pour synchroniser les événements de freinage dans le logiciel de simulation de conduite et la boîte à outils vibrante pour générer des avertissements vibrants. S’il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
5. Mener l’expérience
Figure 4 : Feuille de route utilisée pour la simulation de conduite. La route utilisée est une route à sens unique avec quatre courbes (longueur maximale de 15.000 mètres), trois voies, et sans feux de circulation. Le logiciel de simulateur de conduite offre d’autres options de conception routière telles que des options pour inclure des panneaux routiers ou des panneaux d’affichage. Une version compatible EEG est également disponible. Tous ces paramètres peuvent être ajustés, si nécessaire. S’il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
6. Analyse des données
L’étude exemplaire rapportée dans cet article a mené la tâche de voiture-suivant utilisant le simulateur de conduite et la boîte à outils vibrante, qui a également été éditée précédemment dans une revue universitaire22. Il convient de noter que l’ancienne version de la boîte à outils vibrante a été utilisée lors de l’étude exemplaire, tandis qu’une nouvelle version de la boîte à outils vibrante a été introduite dans le protocole ci-dessus. L’étude était une expé...
La plate-forme de simulation de conduite et la boîte à outils vibrante imitaient raisonnablement l’application d’appareils vibrotactiles portables potentiels dans la vie réelle, fournissant une technique efficace pour étudier la recherche liée à la conduite. Grâce à l’utilisation de cette technologie, un environnement expérimental sûr avec une configurabilité et une abordabilité élevées est maintenant disponible pour mener des recherches comparables à la conduite dans le monde réel.
Les auteurs n’ont déclaré aucune divulgation financière ou conflit d’intérêts.
Ce projet a été parrainé par la Beijing Talents Foundation.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Logitech G29 | Logitech | 941-000114 | Steering wheel and pedals |
Projector screens | - | - | The projector screen for showing the simulation enivronemnt. |
Epson CB-700U Laser WUXGA Education Ultra Short Focus Interactive Projector | EPSON | V11H878520W | The projector model for generating the display of the simlution enivronment. |
The Open Racing Car Simulator (TORCS) | - | None | Driving simulation software. The original creators are Eric Espié and Christophe Guionneau, and the version used in experiment is modified by Cao, Shi. |
Tactile toolkit | Hao Xing Tech. | None | This is used to initiate warnings to the participants. |
Connecting program (Python) | - | - | This is used to connect the TORCS with the tactile toolkit to send the vibrating instruction. |
G*power | Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf | None | This software is used to calculate the required number of participants. |
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