P R A C E N A U K O W E P O L I T E C H N I K I W A R S Z A W S K I E J 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.

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

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

Czujnik zbli�eniowy 1

Mikroprocesorowy miernik czasu

reakcji

Semafor

Komputer z kartami pomiarowymi i

oprogramowaniem

Uk�ad dopasowuj�cy

Zmodyfikowany uk�ad

przy��czeniowy

Przetwornik k�ta 2

Przetwornik k�ta 3

Przetwornik k�ta 4

Czujnik zbli�eniowy 2

Czujnik zbli�eniowy 3

Czujnik zbli�eniowy 4

Monitor

�

Rys. 2. Schemat uk�adu pomiarowego stanowiska autoPW-T (elementy zaznaczone przerywan� lini� s� opcjonalnymi)

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 bodców, na które ma reagowa� badany: trzy �wietlne wy�wietlane na ekranie monitora (rys. 3) i jeden dwi�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 bodców 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 bodcowi przypisany okre�lony rodzaj reakcji).

Wykorzystanie stanowiska autoPW-T w badaniach kierowców 155

3. 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 bodców (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 (tr), czas narastania reakcji (tn), warto�� szczytowa reakcji (max) oraz w przypadku peda�u hamulca – warto�� �rednia (�r) si�y nacisku na peda� (w okresie tzw. „ustalonej” si�y)

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 zbli�eniowych - od chwili pocz�tku ekspozycji bodca (narastaj�cego zbocza sygna�u bodca) 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 (tre) mierzony jest równie� od pocz�tku ekspozycji bodca 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 PN (rys. 5):

� czas reakcji kierowcy na podstawie czujnika zbli�eniowego trhz=0,759 s � czas reakcji kierowcy na podstawie enkodera trhe=0,740 s � czas narastania si�y PN tnhe=0,107 s � maksymalna si�a PN PNmax=241 N � �rednia warto�� si�y PN(w okresie „ustalonej” warto�ci) PN�r=233 N � ró�nica czasu reakcji okre�lonego na podstawie sygna�u z enkodera oraz czujnika

zbli�eniowego �trh=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 trkz=0,587 s � czas reakcji kierowcy na podstawie enkodera trke=0,559 s � czas narastania k�ta �k tnk=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 �trk=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.

3.2. 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� bodców.

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)

Tablica 1

Statystyki opisowe zmierzonego czasu reakcji na pedale hamulca

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

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.

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, 2005.

2. 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, 2006.

3. 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, 2007.

4. Rotter T., Metodyka psychologicznych bada� kierowców – wersja znowelizowana, Instytut Transportu Samochodowego, Warszawa 2003.

5. Miernik parametrów reakcji MCR/MPR firmy Psychotronics (dost�p online http://www.psychotronics.pl, data dost�pu 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