Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.
Bu protokol, sürüşle ilgili araştırmaların araştırılması için bir sürüş simülasyon platformu ve dokunsal titreşimli bir araç setini açıklar. Dokunsal uyarıların etkinliğini araştıran örnek bir deney de sunulmaktadır.
Çarpışma uyarı sistemi, dikkat dağıtıcı unsurların ve uykulu sürüşün önlenmesinde önemli bir rol oynar. Önceki çalışmalar, sürücünün fren tepki süresini azaltmada dokunsal uyarıların avantajlarını kanıtlamıştır. Aynı zamanda, dokunsal uyarıların kısmen otonom araçlar için devralma talebinde (TOR) etkili olduğu kanıtlanmıştır.
Dokunsal uyarıların performansının nasıl optimize edilebileceği bu alanda devam eden bir sıcak araştırma konusudur. Böylece, sunulan düşük maliyetli sürüş simülasyon yazılımı ve yöntemleri, daha fazla araştırmacıyı soruşturmaya katılmaya çekmek için tanıtılır. Sunulan protokol beş bölüme ayrılmıştır: 1) katılımcılar, 2) sürüş simülasyon yazılımı yapılandırması, 3) sürüş simülatörü hazırlama, 4) titreşimli araç seti yapılandırması ve hazırlanması ve 5) deneyi yürütmek.
Örnek çalışmada, katılımcılar dokunsal titreşimli araç setini giydiler ve özelleştirilmiş sürüş simülasyon yazılımını kullanarak yerleşik bir araba takip görevi gerçekleştirdiler. Ön araç aralıklı olarak fren yaptı ve ön araç fren yaptığı zaman titreşimli uyarılar yapıldı. Katılımcılara ön aracın ani frenlerine mümkün olduğunca çabuk cevap vermeleri talimatı verildi. Fren tepki süresi ve fren tepki hızı gibi sürüş dinamikleri, veri analizi için simülasyon yazılımı tarafından kaydedildi.
Sunulan protokol, dokunsal uyarıların farklı vücut konumlarındaki etkinliğinin araştırılması hakkında fikir sunmaktadır. Örnek deneyde gösterilen araç takip görevine ek olarak, bu protokol herhangi bir kod geliştirme olmadan basit yazılım yapılandırması yaparak sürüş simülasyonu çalışmalarına diğer paradigmaları uygulama seçenekleri de sağlar. Bununla birlikte, uygun fiyatı nedeniyle, burada tanıtılan sürüş simülasyon yazılımı ve donanımının diğer yüksek kaliteli ticari sürüş simülatörleriyle tam olarak rekabet edemeyebileceğini belirtmek önemlidir. Bununla birlikte, bu protokol genel yüksek kaliteli ticari sürüş simülatörlerine uygun fiyatlı ve kullanıcı dostu bir alternatif olarak hareket edebilir.
2016 yılında Küresel Sağlık Tahminleri tarafından ortaya çıkan verilere göre, trafik yaralanması küresel ölümlerin sekizinci nedenidir ve dünya çapında 1,4 milyon ölüme yol açan1. 2018 yılında trafik kazalarının %39,2'sini ulaşımda motorlu kara taşıtları, %7,2'sini ise arkadan çarpmalar meydana aldı. Araç ve yol güvenliğini artırmak için bir çözüm, potansiyel tehlikeleri olan sürücüleri uyarmak için gelişmiş bir sürüş destek sisteminin (ADAS) geliştirilmesidir. Veriler, ADAS'ın arkadan çarpma oranını büyük ölçüde azaltabileceğini ve bir otomatik fren sistemi ile donatıldığında daha da etkili olduğunugöstermiştir 2. Buna ek olarak, otonom araçların geliştirilmesiyle, aracı kontrol etmek için daha az insan katılımı gerekecek ve otonom araç kendini düzenleyemediğinde devralma talebi (TOR) uyarı sistemini bir gereklilik haline getirecektir. ADAS ve TOR uyarı sisteminin tasarımı artık sürücülerin birkaç saniye içinde yakın kazalardan kaçınmaları için önemli bir teknoloji parçası. Örnek deney, potansiyel bir ADAS ve TOR uyarı sistemi olarak vibrotactile uyarı sistemi kullanıldığında hangi konumun en iyi sonucu vereceğini araştırmak için bir sürüş simülasyon platformu ile birlikte titreşimli bir araç seti kullandı.
Algısal kanallara göre kategorize edilen, genellikle görsel, işitsel ve dokunsal olmak üzere üç tür uyarı yöntemi vardır. Her uyarı modalitesinin kendi yararları ve sınırlamaları vardır. Görsel uyarı sistemleri kullanımdayken, sürücüler görsel aşırı yüklenmeden muzdarip olabilir3, dikkatsiz körlük nedeniyle sürüş performanslarını bozar4,5. İşitsel bir uyarı sistemi sürücülerin görsel alanını etkilemese de, etkinliği büyük ölçüde arka plan müziği ve sürüş ortamındaki diğer sesler gibi çevreye bağlıdır6,7. Bu nedenle, diğer dış işitsel bilgileri veya önemli gürültüyü içeren durumlar dikkatsiz sağırlığa yol açabilir8,9, işitsel uyarı sisteminin etkinliğini azaltabilir. Buna karşılık, dokunsal uyarı sistemleri sürücülerin görsel veya işitsel işlemleriyle rekabet etmez. Dokunsal uyarı sistemleri, sürücülere vibrotactile uyarıları göndererek görsel ve işitsel uyarı sistemlerinin sınırlamalarını aşıyor.
Önceki çalışmalar, dokunsal uyarıların fren tepki sürelerini kısaltarak sürücülere fayda sağlayabileceğini göstermiştir. Dokunsal uyarı sistemlerinin belirli durumlarda görsel10 , 11ve işitsel12 ,13,14uyarı sistemleri üzerinde daha etkili bir sonuç verdiği de tespit edildi. Bununla birlikte, sınırlı araştırmalar dokunsal bir uyarı cihazı yerleştirmek için en uygun yeri araştırmaya odaklanmıştır. Duyusal korteks hipotezi15 ve duyusal mesafe hipotezi16'ya göre, örnek çalışma dokunsal bir uyarı cihazı yerleştirmek için deneysel yerler olarak parmak, bilek ve şakak alanlarını seçti. Sunulan protokol ile titreşimli bir uyarının frekansı ve teslim süresi ve titreşimli takım setinin titreşimleri arasındaki aralıklar deneysel gereksinimlere uyacak şekilde yapılandırılabilir. Bu titreşimli araç seti bir ana çip, bir voltaj regülatör çipi, bir çoklayıcı, bir USB -Transistör-Mantık (TTL) adaptörü, bir Metal-Oksit-Yarı İletken Alan-Efektli Transistör (MOSFET) ve bir Bluetooth modülünden oluşuyordu. Titreşimli modüllerin sayısı da araştırmacıların ihtiyaçlarına göre değişebilir ve aynı anda dört modül titreşebilir. Titreşimli araç setini sürüşle ilgili deneylerde uygularken, deneysel ayarlara uyacak şekilde yapılandırılabilir ve sürüş simülasyonunun kodları revize edilerek sürüş performansı verileriyle senkronize edilebilir.
Araştırmacılar için, sanal bir platformda bir sürüş deneyi yapmak, ilgili risk ve maliyet nedeniyle gerçek dünyada olduğundan daha mümkündür. Örneğin, performans göstergelerini toplamak zor olabilir ve gerçek dünyada deneyler yapılırken ilgili çevresel faktörleri kontrol etmek zordur. Sonuç olarak, birçok çalışma son yıllarda pc'lerde çalışan sabit tabanlı sürüş simülatörlerini yolda sürüş çalışmaları yapmaya alternatif olarak kullanmıştır. Sürüş araştırma topluluğunda 11 yılı aşkın bir süredir öğrendikten, geliştirdikten ve araştırdıktan sonra, açık kaynaklı bir sürüş simülasyon yazılımı ve direksiyon simidi ve şanzıman, üç pedal, üç monte projektör ve üç projektör ekranı içeren bir donanım kitini içeren gerçek bir otomobil ile bir sürüş simülasyon platformu kurduk. Sürüş simülasyon yazılımı sadece tek bir ekranı desteklerken, sunulan protokol deneyi yapmak için yalnızca merkezi projektör ve projektör ekranını kullandı.
Sunulan sürüş simülasyon platformunu kullanmanın iki önemli avantajı vardır. Bu platformun bir avantajı, açık kaynaklı bir yazılım kullanmasıdır. Kullanıcı dostu açık kaynaklı platformu kullanarak, araştırmacılar simülasyon ve titreşimli araç setini benzersiz araştırma ihtiyaçları için herhangi bir kod geliştirme olmadan basit yazılım yapılandırması yaparak özelleştirebilirler. Araştırmacılar, kodları revize ederek, otomobil türleri, yol tipleri, direksiyonun direnci, yanal ve boyuna rüzgar türbülansı, harici yazılım senkronizasyonu için zaman ve fren olayı uygulama programı arayüzleri (API'ler) ve araba takip görevi ve N-Back görevi gibi davranışsal paradigmaların uygulanması konusunda birçok seçenekle gerçeğe göre doğruluğu sağlayan sürüş simülasyonları oluşturabilirler. Bir sürüş simülatöründe sürüşle ilgili araştırmalar yapmak gerçek dünyada sürüşü tam olarak çoğaltamasa da, bir sürüş simülatörü aracılığıyla toplanan veriler makuldür ve araştırmacılar tarafından yaygın olarak benimsenmiştir17,18.
Önerilen sürüş simülatörünün bir başka avantajı da düşük maliyetidir. Daha önce de belirtildiği gibi, tanıtılan sürüş simülasyon yazılımı, kullanıcılara ücretsiz olarak sunulan açık kaynaklı bir yazılımdır. Buna ek olarak, bu protokoldeki tüm donanım kurulumunun toplam maliyeti, tipik yüksek kaliteli ticari sürüş simülatörlerine kıyasla daha düşüktür. Şekil 1 a ve b, maliyeti 3000 ila 30000 $ arasında değişen iki sürüş simülatörünün tam kurulumunu göstermektedir. Buna karşılık, tipik yüksek kaliteli ticari sürüş simülatörleri (sabit tabanlı) genellikle yaklaşık 10.000 ila 100.000 $ 'a mal olur. Son derece uygun fiyatı ile, bu sürüş simülatörü sadece akademik araştırma amaçları için değil, aynı zamanda sürüş sınıfları19 ve sürüş ile ilgili teknolojilerin gösterimi için popüler bir seçim olabilir20,21.
Şekil 1: Sürüş simülatörlerinin bir görüntüsü. Her iki sürüş simülatörü de direksiyon simülatörü ve şanzıman, üç pedal ve bir araçtan oluşuyordu. (a) 3840 × 2160 çözünürlüğe sahip 80 inç LCD ekran kullanan 3000 dolarlık bir sürüş simülatörü kurulumu. (b) Her biri 223 x 126 cm boyuta sahip üç monte projektör ve üç projektör ekranı kullanan 30000 $ sürüş simülatörü kurulumu. Projeksiyon ekranları yerden 60 cm yüksekte ve aracın önünden 22 cm uzağa yerleştirildi. Mevcut deney için sadece merkezi projektör ve projektör ekranı kullanıldı. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Önerilen yöntemdeki sürüş simülasyon yazılımı ve titreşimli araç seti, araştırmacılarımız tarafından önceki çalışmalarda22 , 23 , 24,25,26,27,28,29tarafından zaten kullanılmıştır. ISO standardı30'u takip eden bu kendi geliştirdiği titreşimli takımseti,titreşim frekansı ve yoğunluğu ayarlanarak31,32 farklı alanlarda uygulanabilir. Titreşimli araç setinin daha yeni bir sürümünün geliştirildiğini ve aşağıdaki protokolde tanıtıldığını belirtmek önemlidir. Ayarlanabilir bir voltaj adaptörü kullanarak titreşim frekansını ayarlamak yerine, yeni versiyon beş farklı titreşim frekansı ile donatılmıştır ve Ek Kodlama Dosyası 1'desağlanan kodlar kullanılarak daha kolay ayarlanabilir. Ayrıca, sunulan sürüş simülatörü araştırmacılara sürüşle ilgili çeşitli araştırmaları araştırmak için güvenli, ucuz ve etkili bir yol sağlar. Bu nedenle, bu protokol sınırlı bir bütçeye sahip ve deneysel sürüş ortamlarını özelleştirmek için güçlü bir ihtiyacı olan araştırma laboratuvarları için uygundur.
NOT: Burada açıklanan tüm yöntemler Tsinghua Üniversitesi Kurumsal İnceleme Kurulu (IRB) tarafından onaylanmış ve tüm katılımcılardan bilgilendirilmiş onay alınmıştır.
1. Katılımcılar
2. Simülasyon yazılımı yapılandırmanın yönlendirilimi
Yapılandırılabilir Seçenekler | Açıklama | Varsayılan Ayarlar |
endExpByTime | Denemeyi sonlandırmak için saat saatini tetikleyici olarak kullanıp kullanmama. | False |
endExpAfterMinute | Bu dakikalardan sonra deneyi sonlandırın. | 10 |
endExpByDist | Sürücü arabasının kullanılıp kullanılmayacağı, deneyi sonlandırmak için bir tetikleyici olarak mesafe kat etti. Hem zaman hem de mesafe tetikleyicileri kullanıldığında, önce biriyle yapılan denemeyi sonlandırın. | False |
endExpAfterMeter | Bu sayaçlar başlangıç çizgisinden seyahat ettikten sonra deneyi sonlandırın. | 5000 |
enableRandomFrontalWind | Rastgele aralık ve süre ile ön rüzgarın etkinleştirilip etkinleştirnmeyeceği (yani aracı arka yöne iten bir kuvvet). | True |
frontalWindIntervalMin | Ön rüzgar aralığının minimum değeri (saniye). | 3 |
frontalWindIntervalMax | Ön rüzgar aralığının maksimum değeri (saniye). | 13 |
frontalWindDurationMin | Ön rüzgar süresinin minimum değeri (saniye). | 2 |
frontalWindDurationMax | Ön rüzgar süresinin maksimum değeri (saniye). | 3 |
frontalWindForceMin | Ön rüzgar kuvvetinin minimum değeri (newton). | 500 |
frontalWindForceMax | Ön rüzgar kuvvetinin maksimum değeri (newton). | 1000 |
enableRandomLateralWind | Yanal rüzgarın (yani aracı sola veya sağa doğru iten bir kuvvet) rastgele aralık ve süre ile etkinleştirilip etkinleştirnmeyeceği. | True |
lateralWindIntervalMin | Yanal rüzgar aralığının minimum değeri (saniye). | 3 |
lateralWindIntervalMax | Yanal rüzgar aralığının maksimum değeri (saniye). | 8 |
lateralWindDurationMin | Yanal rüzgar süresinin minimum değeri (saniye). | 2 |
lateralWindDurationMax | Yanal rüzgar süresinin maksimum değeri (saniye). | 3 |
lateralWindForceMin | Yanal rüzgar kuvvetinin minimum değeri (newton). | 1000 |
lateralWindForceMax | Yanal rüzgar kuvvetinin maksimum değeri (newton). | 2000 |
leadCarConstantSpeedMPH | Lider aracın sabit hızı (mph). | 40 |
leadDistToStartWaiting | Lider aracın kuyruğu ile sürücünün kafası arasındaki mesafe (metre) belirtilen sayıdan büyük olduğunda lider araç sürücünün aracını beklemeye başlayacaktır. | 100 |
leadDistToStopWaiting | Lider araba, sürücünün arabasının önündeki mesafe (metre) bu sayıdan daha küçük olana kadar bekleyecektir. | 80 |
leadCarBrakeIntervalTimeMin | Lider aracın fren yapması için minimum rastgele zaman aralığı (saniye). | 30 |
leadCarBrakeIntervalTimeMax | Lider aracın fren yapması için maksimum rastgele zaman aralığı (saniye). | 60 |
leadCarBrakeEventDuration | Lider araç fren olay süresi (saniye). | 5 |
enableRandomSMSSound | Rasgele aralıklarla çalınan kısa ileti sunucusu bildirim sesinin etkinleştirilip etkinleştirilip etkinleştirnmeyeceği. | False |
randSMSIntervalMin | İlk SMS bildiriminin başlangıcından ikinci SMS bildiriminin başlangıcına kadar en az rastgele zaman aralığı (saniye). | 2 |
randSMSIntervalMax | İlk SMS bildiriminin başlangıcından ikinci SMS bildiriminin başlangıcına kadar maksimum rastgele zaman aralığı (saniye). | 2 |
enableRandomNbackSound | Rastgele aralıklarla çalınan N-back sayı sesinin etkinleştirilip etkinleştirilip etkinleştirnmeyeceği. | False |
randNbackIntervalMin | İlk sesin başlangıcından ikinci sesin başlangıcına kadar en az rastgele zaman aralığı (saniye). | 2.33 |
randNbackIntervalMax | İlk sesin başlangıcından ikinci sesin başlangıcına kadar en fazla rastgele zaman aralığı (saniye). | 2.33 |
enableUDPSendData | Belirli bir yerel ağ IP'sine zaman damgası veri eşitlemesi etkinleştirilip etkinleştirilip etkinleştirnmeyeceği. | False |
enableUDPSendDataAdStudy | Reklam çalışması için aşağıdaki IP'ye gönderilecek verilerin etkinleştirilip etkinleştirilmeyeceği. Not: enableUDPSendData ile çakışıyor. | False |
UDPTargetIPa1 | UDP aktarımı için IP adresi | / |
UDPTargetIPa2 | ||
UDPTargetIPa3 | ||
UDPTargetIPa4 | ||
UDPTargetPort | Hedef UDP bağlantı noktası. | 1234 |
UDPcycleNumber | Zaman damgasının ne sıklıknda gönderileceğini denetleyin. Veriler, her döngüde torcs döngülerinin her UDPcycleNumber genellikle 20 ms olduktan sonra gönderilir. | 1 |
enableUDPQNConnection | QN-Java model sürücüsü benzetimini UDP sunucusu ve istemcisiyle etkinleştirip etkinleştirmemek aynı bilgisayardır. | False |
UDPQNtoTORCSPort | Simülasyon bağlantı noktası numarasına UDP QN bağlantı noktası. | 5678 |
UDPTORCStoQNPort | UDP QN bağlantı noktası numarasına benzetim bağlantı noktası. | 8765 |
leadCarBrakingByWebCommand | Lider aracın fren sinyali için bir web sitesine bağlanıp bağlanmayacağınız. | False |
Far_Point_Time_Ahead | Araç kontrol modelinde kullanılan parametre. | 2 |
enableCarFollowingTraining | Simüle edilmiş araç takip görevinin eğitim modunda etkinleştirilip etkinleştirilmeyeceği. | / |
carFollowingTrainingWarningInterval | Son uyarı sesi başlangıcından eğitim modunun bir sonraki uyarı sesi başlangıcına kadar geçen zaman aralığı. | 2 |
Tablo 1: Sürüş simülasyon yazılımı için varsayılan ayarların listesi. Sürüş simülasyon yazılımının ilişkili yapılandırılabilir tüm seçeneklerinin varsayılan değerlerinin ve her seçeneğin ayrıntılı bir açıklamasının listesi.
3. Sürüş simülatörü hazırlığı
4. Titreşimli takım seti konfigürasyonu ve hazırlanması
Şekil 2: Titreşimli araç setinin görüntüleri. Titreşimli araç seti, ayrı ayrı etkinleştirilebilen dört ayrı modülden oluşuyordu. Her modülün boyutu 67 x 57 x 29 mm'dir. Bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 3: Ek Kodlama Dosyası 1'deki kodların etiketli ekran görüntüsü. Kodların etiketli ekran görüntüsü, titreşimli araç seti yapılandırması ve hazırlanması için daha kolay bir referans olarak kullanılabilir. Bu kodlar, araç setinin titreşim frekansını ayarlamak ve titreşimli uyarılar oluşturmak için sürüş simülasyon yazılımındaki ve titreşimli araç setlerindeki fren olaylarını senkronize etmek için kullanılır. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
5. Deneyin yürütülmesi
Şekil 4: Sürüş simülasyonunda kullanılan yol haritası. Kullanılan yol, dört kavisli (maksimum uzunluk 15.000 metre), üç şeritli ve trafik ışığı olmayan tek yönlü bir yoldur. Sürüş simülatörü yazılımı, yol işaretlerini veya reklam panolarını içerme seçenekleri gibi diğer yol tasarım seçeneklerini sunar. EEG uyumlu bir sürüm de mevcuttur. Gerekirse tüm bu parametreler ayarlanabilir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
6. Veri analizi
Bu makalede bildirilen örnek çalışma, daha önce akademik bir dergide de yayınlanan sürüş simülatörü ve titreşimli araç seti kullanarak araba takip görevini yürüttü22. Titreşimli araç setinin eski versiyonunun örnek çalışma yapılırken kullanılması dikkat çekicidir, yukarıdaki protokolde titreşimli araç setinin yeni bir sürümü tanıtılmıştır. Çalışma, tek faktör olarak titreşimli uyarı konumuna sahip bir konu tasarım deneyiydi: parmak, bilek, şakak uyar...
Sürüş simülasyon platformu ve titreşimli araç seti, potansiyel giyilebilir vibrotactile cihazlarının gerçek hayatta uygulanmasını makul bir şekilde taklit ederek sürüşle ilgili araştırmaların araştırılmasında etkili bir teknik sağladı. Bu teknolojinin kullanımıyla, gerçek dünyadaki sürüşle karşılaştırılabilir araştırmalar yapmak için yüksek yapılandırılabilirliğe ve uygun fiyatlı güvenli bir deneysel ortam kullanıma sunuldu.
Daha fazla dikkat gere...
Yazarlar herhangi bir finansal açıklama veya çıkar çatışması olmadığını beyan ettiler.
Bu proje Pekin Yetenekler Vakfı tarafından desteklenmiştir.
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. |
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiDaha Fazla Makale Keşfet
This article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır