Boîte à outils vibrante tactile et plate-forme de simulation de conduite pour la recherche liée à la conduite

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 dans^{le 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 surcharge^{visuelle 3,}ce qui nuit aux performances de conduite dues à la cécité inattentionnelle^4,5. 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 dans^{l’environnement de conduite 6,7}. Ainsi, les situations qui contiennent d’autres informations auditives externes ou un bruit important peuvent conduire à la surdité inattentionnelle^8,9, 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 efficace^{sur les systèmes visuels 10,11} et^{auditifs 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 sensorielle^16,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 largement^{adoptées 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 classes^{de conduite 19} et pour la démonstration des technologies liées à la^{conduite 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 études^{antérieures 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 différents^{domaines 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

1. Effectuer une analyse de puissance pour calculer le nombre requis de participants au recrutement selon la conception expérimentale afin d’atteindre la puissance statistique.
2. Équilibrer autant que possible le sexe des participants lors du recrutement.
3. Assurez-vous que les participants ont un permis de conduire valide et au moins un an d’expérience de conduite.
4. Assurez-vous que les participants ont une vision normale ou corrigée à la normale à l’aide du tableau de vision.
5. Assurez-vous que les participants n’ont pas consommé d’alcool ou de drogues qui affectent les capacités de conduite dans les 24 heures précédant^{l’expérience 33}.

2. Configuration de logiciel de simulation de conduite

1. Entrez le dossier du logiciel de simulation de conduite, suivi du dossier Runtime et du dossier Config. Ensuite, ouvrez le fichier « expconfig.txt » (c’est-à-dire, le chemin de fichier doit être « \torcs-1.3.3-Exp-2018-10-25\torcs-1.3.3\nuntime\config\ »).
2. Déterminez s’il y a lieu d’appliquer n’importe quelle configuration ou de procéder à la simulation de conduite en utilisant les paramètres par défaut sans aucune configuration fraîchement sortie de la boîte en se référant à la conception expérimentale. Le tableau 1 montre une description détaillée des configurations par défaut de toutes les options disponibles.
   1. Passez à l’article 3 du protocole si aucun changement ne doit être apporté.

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. Configurer les paramètres sur la façon de terminer l’expérience en fonction de la variable de contrôle décidée de la conception expérimentale.
   1. Décidez d’utiliser l’heure de l’horloge comme déclencheur pour mettre fin à l’expérience avec l’option « endExpByTime = » en utilisant true ou false comme choix d’options. Réglez cette option à Faux pour reproduire l’étude exemplaire.
   2. Sélectionnez s’il faut mettre fin à l’expérience avec le temps parcouru comme déclencheur avec l’option « endExpAfterMinute = » en entravant le nombre de minutes dans le format avec une décimale. Le temps parcouru peut être entièrement décidé par les chercheurs. Entrée 12 pour reproduire l’étude exemplaire.
   3. Définissez s’il y a lieu de mettre fin à l’expérience avec la distance parcourue comme déclencheur avec l’option « endExpByDist = » en utilisant true ou false comme choix d’options. Notez que lorsque les options « endExpByTime = » et « endExpByDist = » sont définies sur True, l’expérience se terminera par la condition qui est remplie en premier. Réglez cette option à True pour reproduire l’étude exemplaire.
   4. Utilisez l’option « endExpAfterMeter = » pour définir la distance parcourue à partir de la ligne de départ en mètres dans le format avec une décimale. La distance parcourue peut être décidée entièrement par les chercheurs. Entrée 10000.0 pour reproduire l’étude exemplaire.
4. Configurer les réglages du vent pour l’environnement de conduite simulé en fonction de la vitesse^{du vent 34,35 conçu} pour l’environnement virtuel et la charge cognitive³⁶ à initier à l’expérience.
   1. Définissez s’il y a lieu d’activer le vent frontal avec intervalle et durée aléatoires avec l’option « enableRandomFrontalWind = » en utilisant true ou false comme choix d’options. Réglez cette option à True pour reproduire l’étude exemplaire.
   2. Définissez l’intervalle de vent frontal minimum et maximum avec les options « frontalWindIntervalMin = » et « frontalWindIntervalMax = » en entravant le nombre de secondes dans le format avec une décimale, respectivement. Utilisez le paramètre par défaut (c.-à-d. 3,0 et 13,0, respectivement) pour reproduire l’étude exemplaire.
   3. Définissez la durée minimale et maximale du vent frontal avec les options « frontalWindDurationMin = » et « frontalWindDurationMax = » en entravant le nombre de secondes dans le format avec une décimale, respectivement. Utilisez le paramètre par défaut (c.-à-d. 2,0 et 3,0, respectivement) pour reproduire l’étude exemplaire.
   4. Définissez la force minimale et maximale du vent frontal avec les options « frontalWindForceMin = » et « frontalWindForceMax = » en indiquant la quantité de force dans newton, respectivement. Utilisez le paramètre par défaut (c.-à-d. 500,0 et 1 000,0, respectivement) pour reproduire l’étude exemplaire.
   5. Choisissez d’activer le vent latéral avec intervalle aléatoire et durée avec l’option « enableRandomLateralWind = » en utilisant true ou false comme choix d’options. Mis à True pour reproduire l’étude exemplaire.
   6. Définissez l’intervalle de force latérale minimale et maximale avec les options « lateralWindIntervalMin = » et « lateralWindIntervalMax = » en entravant le nombre de secondes dans le format avec une décimale, respectivement. Utilisez le paramètre par défaut (c.-à-d. 3,0 et 8,0, respectivement) pour reproduire l’étude exemplaire.
   7. Définissez la durée minimale et maximale du vent latéral avec les options « lateralWindDurationMin = » et « lateralWindDurationMax = » en entravant le nombre de secondes dans le format avec une décimale, respectivement. Utilisez le paramètre par défaut (c.-à-d. 2,0 et 3,0, respectivement) pour reproduire l’étude exemplaire.
   8. Définissez la force latérale minimale et maximale du vent avec les options « lateralWindForceMin = » et « lateralWindForceMax = » en indiquant la quantité de force dans newton, respectivement. Utilisez le paramètre par défaut (c.-à-d. 1 000,0 et 2 000,0, respectivement) pour reproduire l’étude exemplaire.
5. Configurer les paramètres de la tâche de suivi de voiture simulée en fonction de la conception expérimentale et a besoin^{de 35}.
   1. Réglez la vitesse constante du véhicule de tête en miles par heure avec une décimale en utilisant l’option « leadCarConstantSpeedMPH = ». Entrée 40 pour reproduire l’étude exemplaire.
   2. Définissez la distance en mètres avec une décimale entre le véhicule de tête et le véhicule du conducteur pour déclencher le véhicule principal pour commencer à attendre que le véhicule du conducteur se rattrape, ou pour reprendre la conduite, avec les options « leadDistToStartWaiting = » et « leadDistToStopWaiting = », respectivement. Utilisez le paramètre par défaut (c.-à-d. 100,0 et 80,0, respectivement) pour reproduire l’étude exemplaire.
   3. Définissez l’intervalle de temps aléatoire maximal et minimum des événements de freinage du véhicule principal avec les options « leadCarBrakeIntervalTimeMin = » et « leadCarBrakeIntervalTimeMax = » en entravant le nombre de secondes dans le format avec une décimale (p. ex., 30,0 et 60,0), respectivement. Utilisez le paramètre par défaut (c.-à-d. 30,0 et 60,0 respectivement) pour reproduire l’étude exemplaire.
   4. Définissez la durée de l’événement de freinage avec l’option « leadCarBrakeEventDuration = » en entrant le nombre de secondes dans le format avec une décimale. Utilisez le paramètre par défaut (c.-à-d. 5,0) pour reproduire l’étude exemplaire.
6. Configurez les paramètres pour le son aléatoire de notification de message court selon la conception expérimentale et les besoins.
   1. Décider s’il y a lieu d’activer les sons de notification de service de messages courts (SMS) jouer avec des intervalles aléatoires avec True or False comme choix d’options pour l’option « enableRandomSMSSound = ». Définissez l’option de Faux pour reproduire l’étude exemplaire.
   2. Définissez l’intervalle de temps minimum et maximum entre le début de la première notification SMS et le début de la deuxième notification SMS à l’aide des options « randSMSIntervalMin = » et « randSMSIntervalMax = », en indiquant le nombre de secondes dans le format avec une décimale (p. ex., 5,0 et 10,0) respectivement.
7. Configurer les paramètres de la tâche n-back simulée^{37 en fonction} de la conception expérimentale et des besoins.
   1. Définissez les sons de numéro N-back pour jouer avec des intervalles aléatoires avec True or False comme choix d’options pour l’option « enableRandomNbackSound = ». Définissez l’option de Faux pour reproduire l’étude exemplaire.
   2. Définissez l’intervalle de temps minimum et maximum entre le décalage du premier son et le début du deuxième son à l’aide des options « randNbackIntervalMin = » et « randNbackIntervalMax = » pour indiquer le nombre de secondes dans le format avec une décimale (p. ex., 5,0 et 10,0), respectivement.
8. Configurez les paramètres du protocole de datagram utilisateur (UDP) si un transfert de données UDP est nécessaire pour l’expérience.
   1. Décider s’il faut activer l’UDP pour le transfert de données en permettant la synchronisation des données horodatage à une adresse IP réseau locale spécifique via l’option « enableUDPSendData = » en utilisant True or False comme choix d’options. Activez cette option pour reproduire l’étude exemplaire.
   2. Sélectionnez s’il faut activer l’UDP pour le transfert de données vers une adresse IP spécifique pour une étude publicitaire via l’option « enableUDPSendDataAdStudy = » utilisant True or False comme choix d’options. Il est également rappelé que cette option est en conflit avec le « enableUDPSendData = » et les deux options ne peuvent pas être définies sur True en même temps. Définissez l’option de Faux pour reproduire l’étude exemplaire.
   3. Définissez l’adresse IP pour le transfert UDP en spécifier chaque section de l’adresse IP à l’aide de « UDPTargetIPa1 = », « UDPTargetIPa2 = », « UDPTargetIPa3 = », et « UDPTargetIPa4 = ».
   4. Indiquez le numéro de port cible sous « UDPTargetPort = ».
   5. Définissez la fréquence d’envoi des données sous « UDPcycleNumber = » avec tout entier supérieur ou égal au cycle « 1 » dans lequel chaque cycle est de 20 ms.
9. Configurer la connexion UDP queuing network (QN)³⁸ en référence à la conception expérimentale et aux besoins.
   1. Définissez s’il faut activer ou non la simulation de lecteur de modèle QN-Java dans laquelle le serveur et le client UDP partagent le même ordinateur, avec l’option « enableUDPQNConnection = » utilisant True or False comme choix d’options. Désactiver cette option pour reproduire l’étude exemplaire.
   2. Indiquez le numéro du port UDP QN au port de simulation dans le cadre de l’option « UDPQNtoTORCSPort = ».
   3. Indiquez le nombre du port de simulation au port QN UDP dans le cadre de l’option « UDPTORCStoQNPort = ».
10. Configurer s’il y a lieu de se connecter à un site Web pour les signaux de freinage selon la conception expérimentale sous l’option « leadCarBrakingByWebCommand = » en utilisant True ou False comme choix d’options. Veuillez noter que lorsque cette option est définie sur True, les « endExpByTime = » et « endExpAfterMinute = » cesseront de fonctionner. Définissez l’option de Faux pour reproduire l’étude exemplaire.
11. Définissez s’il y a lieu d’activer la tâche de suivi de voiture simulée en mode formation avec le « enableCarFollowingTraining = » en utilisant True or False comme choix d’options.
    1. Définissez l’intervalle entre le dernier début du son d’avertissement et le début sonore d’avertissement suivant de l’entraînement avec l’option « carFollowingTrainingWarningInterval = » en indiquant le nombre de secondes avec une décimale (p. ex., 2,0).
12. Enregistrez le fichier à la fin de la configuration.

3. Préparation de simulateur de conduite

1. Connectez le volant et le projecteur central (un projecteur monté avec un rapport d’aspect de 16:10, 192 - 240 Hz fréquence de rafraîchissement, et le traitement des couleurs 8 bits) à l’ordinateur. Un écran de projecteur d’une dimension de 223 x 126 cm a été placé à 60 cm au-dessus du sol et à 22 cm de l’avant du véhicule instrumenté.
2. Réglez la résolution de l’écran sous Options | Afficher, pour correspondre à la taille de l’écran lors du démarrage du logiciel de simulation de conduite.
3. Entrez la page Configure pour sélectionner un joueur et suivez les instructions fournies par le logiciel pour calibrer le volant, l’accélérateur et la pédale de frein. Il s’agit notamment de tourner le volant et d’appuyer sur l’accélérateur et la pédale de frein selon les instructions.

4. Configuration et préparation vibrantes de boîte à outils

1. Connectez la boîte à outils vibrante à l’alimentation électrique. Chacun des quatre modules a une dimension de 67 x 57 x 29 mm. La figure 2 montre une image de la boîte à outils vibrante.

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.

2. Allumez la boîte à outils vibrante et connectez la boîte à outils à l’ordinateur via Bluetooth.
3. Définissez la fréquence des vibrations à utiliser pour l’expérience lors d’un test pilote de sensibilité de la peau ou selon des besoins expérimentaux.
4. Réglez la fréquence des vibrations à 70 Hz^{39,40,41 en} utilisant les codes fournis comme fichier de codage supplémentaire 1. Un total de cinq niveaux de fréquence (c.-à-d., 14Hz, 28Hz, 42Hz, 56Hz, et 70Hz) sont actuellement disponibles avec chaque stimulation de vibration qui dure pendant 0.5 s par défaut.
5. Utilisez les codes fournis comme fichier de codage supplémentaire 1 pour synchroniser les événements de freinage à partir du logiciel de simulation de conduite et de la boîte à outils vibrante. La figure 3 montre une capture d’écran étiquetée des codes à réviser comme référence.

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

1. Demandez aux participants de lire et de signer le formulaire de consentement éclairé qui introduit le processus expérimental et de déclarer que l’étude est d’évaluer le rendement au volant à leur arrivée au laboratoire.
2. Aidez les participants à ajuster la distance du siège à la pédale et réglez manuellement l’arrière à une position confortable.
3. Apprenez aux participants comment faire fonctionner le simulateur, y compris le volant, la pédale de frein et la pédale d’accélérateur.
4. Demandez aux participants de conduire comme ils le feraient dans le monde réel, en suivant la voiture en face d’eux et en gardant une avance de deux secondes derrière elle. La figure 4 montre la feuille de route utilisée pour la simulation de conduite.

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.

5. Informez les participants de freiner le plus tôt possible chaque fois que le véhicule avant freine, même si le scénario ne nécessite pas de réponse aux freins. Les feux arrière du véhicule avant s’allumeront selon la conduite réelle pour indiquer un événement de frein.
6. Offrez aux participants un essai pratique de 5 minutes pour apprendre à maintenir une distance de deux secondes derrière le véhicule avant. L’essai pratique comprend un ensemble de 5 freins aléatoires.
   1. Pendant l’essai d’entraînement, si les participants sont moins de 1,5 s derrière le véhicule avant, le logiciel de simulation de conduite jouera une invite avec une voix féminine « trop près, s’il vous plaît ralentir ».
   2. Si les participants sont entre 2,25 et 2,5 s derrière le véhicule avant, le logiciel de simulation de conduite jouera une invite avec une voix féminine « trop loin, s’il vous plaît accélérer ».
   3. N’incluez pas les données de l’essai pratique pour l’analyse.
7. Faites savoir aux participants que l’étude peut être arrêtée sans aucune pénalité en avisant les expérimentateurs à tout moment, si nécessaire.
8. Commencez l’expérience formelle une fois que les participants ont terminé la séance d’entraînement et peuvent maintenir une distance suivante stable.
9. Commencez la session expérimentale formelle, qui se compose d’un total de quatre blocs (c.-à-d. doigt, poignet, temple, et conduite seulement) avec 13 événements aléatoires de freinage dans chaque bloc, ayant pour résultat un total de 52 essais expérimentaux. L’ordre des conditions est contrebalancé par la conception carrée latine. Aucune invite vocale n’est fournie dans les essais officiels.
10. Aider les participants à mettre sur la boîte à outils vibrante à l’aide de ruban médical avant chaque bloc d’essais en fonction des conditions assignées. La boîte à outils vibrante (si elle est usée) avertit les participants de freiner lorsque le véhicule avant freine. Les feux arrière du véhicule avant sont allumés chaque fois que le véhicule avant freine.
11. Assurez-vous que les participants reçoivent un repos de 2 minutes à la fin de chaque bloc afin de réduire les effets de report.
12. Demandez aux participants leur emplacement préféré pour la boîte à outils vibrante et l’intensité perçue des vibrations avec une échelle likert de 7 points à la fin de tous les essais. Le taux d’utilisation de chaque accessoire portable quotidien (c.-à-d. montre, lunettes, écouteurs et bague) est également enregistré. Dans l’échelle de préférence pour l’emplacement de la boîte à outils vibrante, « 1 » représente « moins favori » et « 7 » représente « le plus favori », tandis que dans l’échelle d’intensité vibratoire « 1 » représente « sentiment faible » et « 7 » représente « sentiment fort ».

6. Analyse des données

1. Recueillir les données sur le comportement de conduite des participants à 50 Hz à l’aide du logiciel de simulation de conduite, y compris le temps de réponse aux freins, la vitesse du véhicule, le taux d’inversion du volant, la position de la voie (SDLP) et la distance de marche, etc.
2. Effectuer une analyse des performances des pilotes.
   1. Effectuer une analyse aberrante à l’aide de la distribution normale avec coupure comme trois écarts types par rapport à la moyenne pour déterminer quelles données doivent être incluses pour une analyse plus approfondie.
   2. Calculer le temps de réponse aux freins en soustrayant le moment où le véhicule participant freine (c.-à-d. une réduction minimale de 1 % de la pédale^{de frein 36,42}) à partir du moment où le véhicule avant commence à freiner.
   3. Étiquetez les données comme « pas de réponse aux freins » si le temps de réponse au freinage est supérieur ou égal à 5 s (c.-à-d. un défaut de freiner dans les 5 s après les freins avant du véhicule).
   4. Divisez le nombre de freins réussis par le nombre total de freins effectués par le véhicule avant pour calculer le taux de réponse aux freins.
   5. Faire la moyenne de toutes les valeurs de chaque participant pour obtenir le taux moyen de réponse aux freins et le temps de réponse aux freins de chaque condition et calculer l’écart type sur ces valeurs pour des analyses plus approfondies.

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 expérience de conception dans le sujet avec l’emplacement vibrant d’avertissement comme seul facteur : doigt, poignet, conditions d’avertissement de temple, et condition de conduite seulement comme contrôle. Chaque condition se composait de 13 événements de freinage aléatoires, ce qui a donné lieu à un total de 52 essais expérimentaux. L’ordre des conditions a été contrebalancé avec la conception carrée latine et tous les participants ont subi les quatre conditions au cours de l’expérience.

L’étude exemplaire comprenait également un sondage qui a enregistré l’emplacement préféré des participants pour placer la boîte à outils vibrante et l’intensité perçue des vibrations de chaque endroit (c.-à-d. doigt, poignet et temple) avec une échelle likert de 7 points à la fin de tous les essais. Le taux d’utilisation des accessoires portables quotidiens (c.-à-d. montre, lunettes, écouteurs et bague) a également été enregistré.

Comme il n’y avait pas de méta-analyse antérieure comme référence pour déterminer la taille de l’échantillon pour l’étude exemplaire, après avoir terminé l’analyse de puissance avec la taille médiane del’effet (ηp2 = 0,06)43,44, 23 participants ont été tenus d’atteindre 80% de puissance et 30 participants ont été tenus d’atteindre 90% de puissance. Un total de 28 participants ayant une vision normale ou corrigée à la normale, un permis de conduire valide et une expérience de conduite pendant plus d’un an ont été recrutés dans la communauté de quartier de l’Université de Tsinghua. Quatre participants ont été exclus de l’analyse des données et un participant s’est retiré de l’étude, et trois participants n’ont pas suivi les instructions expérimentales. Une analyse aberrante a également été effectuée à l’aide d’une distribution normale avec coupure comme trois écarts types par rapport à la moyenne. Les 24 autres participants (17 hommes et 7 femmes) qui ont été inclus pour l’analyse des données ont un âge moyen de 23,88 ans avec un écart type de 6,62 ans, remplissant la taille minimale requise de l’échantillon (c.-à-d. 23 participants). Des instructions pour l’expérience ont été données à chaque participant et un formulaire de consentement signé a été obtenu de tous les participants à leur arrivée au laboratoire. Tous les participants étaient au courant de l’objet de cette expérience et n’ont signalé aucune préoccupation après la fin des essais de pratique avant le début de l’expérience proprement dite.

L’expérience de simulation de conduite s’est déroulée dans un environnement lumineux, avec la scène simulée conçue semblable à la conduite sur l’autoroute par temps clair. La figure 5 montre une capture d’écran de l’environnement simulé qui a été utilisé dans l’étude exemplaire. Il a été défini pour permettre uniquement la tâche simulée de suivi de voiture avec chaque essai d’une durée de 12 min. Le véhicule de tête devait avancer à une vitesse moyenne de 60,4 km/h (40 mi/h), et l’intervalle de temps pour les freins aléatoires du véhicule avant était fixé à 30 à 60 s avec une durée d’épreuve de freinage de 5 s. L’accélération moyenne du véhicule avant était de 0,6 m/s2, ce qui est passé par les réglages par défaut35.

Figure 5 : Capture d’écran de l’environnement de simulation de conduite. L’expérience de simulation de conduite s’est déroulée dans un environnement lumineux. Les feux arrière du véhicule avant s’allument lorsque le véhicule avant freine. Le bas de l’écran montre aux conducteurs l’équipement et la vitesse de leur véhicule. S’il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Les réglages du vent frontal et latéral ont été activés et réglés pour rester comme paramètres par défaut. L’intervalle minimal et maximal de vent frontal, la durée du vent et la force du vent frontal étaient de 3 s et 13 s, 2 s et 3 s, et 500 N et 1 000 N,respectivement 36. L’intervalle minimal et maximal de vent latéral, la durée du vent et la force latérale du vent étaient de 3 s et 8 s, 2 s et 3 s, et 1 000 N et 2 000 N, respectivement36.

Une analyse à sens unique des mesures répétées de la variance (ANOVA uni sensé) sur le taux de réponse aux freins a montré que l’effet des quatre conditionsde tâche était important, F(3,69) = 3,08, p = 0,049, η p2 = 0,31. Les analyses post-hoc effectuées à l’aide de t-testscorrigés par Bonferroni ont révélé aucune différence significative de comparaison entre paires (comme l’illustre la figure 6).

Figure 6 : Taux de réponse aux freins. Taux moyen de réponse aux freins chez les participants dans chacune des quatre conditions (c.-à-d. doigt, poignet, temple et conduite seulement). Les barres d’erreur représentent des écarts types. Ce chiffre a été modifié à partir de Zhu et coll.22. S’il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

L’analyse du temps de réponse aux freins à l’aide d’ANOVA uni sensé a généré des résultats significatifs, F(3,69) = 4,76, p < 0,01, ηp2 = 0,17. À la fin des essais tcorrigés par Bonferroni, le temps de réponse aux freins enregistré était beaucoup plus court lorsque la tâche a été exécutée avec la boîte à outils vibrante située au doigt des participants (M = 1,04 s, SD = 0,35 s) et poignet (M = 1,00 s, SD = 0,33 s) par rapport à l’état de conduite seulement (M = 1,29 s, SD = 0,36 s) avec p = 0,004 et p = 0,008, respectivement. Cependant, aucun résultat significatif n’a été trouvé lorsque les participants conduisaient avec la boîte à outils vibrante située sur la zone du temple par rapport à l’état de conduite seulement (M = 1,08 s, SD = 0,50 s), p = 0,22. En ce qui concerne la figure 7, les résultats ont souligné que l’application d’avertissements tactiles pourrait faciliter les réactions des conducteurs aux dangers à venir au volant, surtout lorsque le dispositif d’avertissement était situé au doigt ou au poignet des conducteurs.

Figure 7 : Temps de réponse aux freins. Temps moyen de réponse aux freins en quelques secondes chez les participants dans chacune des quatre conditions (c.-à-d. doigt, poignet, temple et conduite seulement). Les barres d’erreur représentent des écarts types. Ce chiffre a été modifié à partir de Zhu et coll.22. S’il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

L’analyse de la préférence pour l’emplacement d’avertissement (c.-à-d. doigt, poignet, et temple) a montré un effet significatif, F(2,46) = 7,05, p < 0,01, ηp2 = 0,23. Des t-tests post-hoc corrigés par Bonferroni ont donc également été effectués. Les résultats ont indiqué une préférence significative pour ledoigt ( M = 4,88, SD = 1,75) etle poignet ( M = 4,83, SD = 1,31) que la zone du temple (M = 3,13, SD = 2,05) où p = 0,03 et p = 0,02 respectivement. Il n’y avait pas de différence significative entre les emplacements des doigts etdes poignets (p = 1,0). De plus, on a constaté un effet important pour l’intensité perçue des vibrations des participants pour les trois emplacements, F(2,46) = 7,37, p < 0,01, ηp2 = 0,24. Les participants ont perçu le plus haut niveau de vibration dans la zone du temple. Toutefois, une analyse plus poussée a montré que le niveau perçu de vibration n’était que significativement inférieur à la zone du temple (M = 5,75, SD = 1,42) lorsque la boîte à outils vibrante était située sur le poignet (M = 4,17, SD = 0,92), p < 0,01. Lorsque la boîte à outils vibrante a été localisée sur le doigt (M = 4,71, SD = 1,63), elle n’a montré aucune différence significative avec ni la zone du temple(p = 0,09) ni le poignet (p = 0,56). Fait intéressant, comme le montre la figure 8, alors que les participants percevaient le plus haut niveau de vibration dans la zone du temple, la préférence pour que la boîte à outils vibrante soit située sur la zone du temple était la plus basse.

Figure 8 : Cotes subjectives sur la préférence pour les lieux d’avertissement et l’intensité perçue des vibrations chez les participants. Lieu d’avertissement préféré moyen sur une échelle de 1 (moins favori) à 7 (le plus favori) contre l’intensité perçue moyenne des vibrations sur une échelle de 1 (sentiment faible) à 7 (sentiment fort) pour le doigt, le poignet et la zone du temple de tous les participants. Les barres d’erreur représentent des écarts types. Ce chiffre a été modifié à partir de Zhu et coll.22. S’il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Enfin, l’analyse de l’utilisation d’accessoires portables quotidiens (montre, lunettes, écouteurs et bagues) chez les participants reflète le fait que plus de 50 % des participants portaient une montre dans leur vie quotidienne, ce qui suggère la faisabilité d’adopter des appareils vibrotactiles portables comme système d’avertissement dans la vie réelle (comme l’illustre la figure 9).

Figure 9 : Utilisation d’accessoires portables quotidiens chez les participants. Pourcentage moyen d’utilisation quotidienne pour chacun des quatre accessoires portables (c.-à-d. montres, lunettes, écouteurs et bagues). Ce chiffre a été modifié à partir de Zhu et coll.22. S’il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Avec plusieurs accessoires portables intelligents tels que des bagues intelligentes, des montres intelligentes et des lunettes intelligentes maintenant disponibles sur le marché, l’application d’avertissements tactiles sur les accessoires portable est juste autour du coin. La recherche actuelle a confirmé l’efficacité des dispositifs vibrotactiles portables en tant que système d’avertissement précieux pour faciliter le temps d’intervention des freins émergents des conducteurs. Le temps moyen de réponse aux freins a été réduit de 297 ms, 251 ms et 210 ms pour le port des dispositifs vibrotactiles au poignet, au doigt et au temple, respectivement, comparativement au non-port d’un dispositif d’avertissement tactile. Les résultats actuels ont montré que les avertissements vibrants émis au poignet ont produit le temps de réponse de frein le plus rapide, ce qui a entraîné une baisse de 23 % du temps de réponse aux freins par rapport à l’ind remise d’un avertissement tactile. Cependant, d’autres facteurs tels quele sexe 46,46ans ,47, et lesdifférences individuelles 48,49 dans la sensibilité tactile peut également affecter l’efficacité des avertissements tactiles. Une enquête plus approfondie qui comprend plus de facteurs est donc nécessaire pour déterminer l’emplacement optimal pour placer les dispositifs d’avertissement tactiles. Les résultats indiquaient non seulement la valeur du développement d’appareils vibrotactiles portables, mais proposaient également une forme alternative potentielle de système tactile d’avertissement de collision avant qui est moins coûteuse, plus réalisable et hautement opérationnelle par rapport à d’autres systèmes d’avertissement tactiles tels que le siègevibratoire 10 ou le gilet vibratoire50.

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Les auteurs n’ont déclaré aucune divulgation financière ou conflit d’intérêts.