Tactiele vibrerende toolkit en rijsimulatieplatform voor rijgerelateerd onderzoek

Samenvatting

Dit protocol beschrijft een rijsimulatieplatform en een tactiele triltoolkit voor het onderzoek naar rijgerelateerd onderzoek. Er wordt ook een voorbeeldexperiment gepresenteerd dat de effectiviteit van tactiele waarschuwingen onderzoekt.

Samenvatting

Het waarschuwingssysteem voor botsingen speelt een sleutelrol bij het voorkomen van afleidingen bij het rijden en slaperig rijden. Eerdere studies hebben de voordelen van tactiele waarschuwingen bewezen bij het verkorten van de remresponstijd van de bestuurder. Tegelijkertijd zijn tactiele waarschuwingen effectief gebleken bij het overnemen van aanvragen (TOR) voor gedeeltelijk autonome voertuigen.

Hoe de prestaties van tactiele waarschuwingen kunnen worden geoptimaliseerd, is een lopend heet onderzoeksonderwerp op dit gebied. Zo worden de gepresenteerde goedkope rijsimulatiesoftware en -methoden geïntroduceerd om meer onderzoekers aan te trekken om deel te nemen aan het onderzoek. Het gepresenteerde protocol is onderverdeeld in vijf secties: 1) deelnemers, 2) configuratie van rijsimulatiesoftware, 3) voorbereiding van de rijsimulator, 4) vibrerende toolkitconfiguratie en -voorbereiding, en 5) het uitvoeren van het experiment.

In het voorbeeldonderzoek droegen de deelnemers de tactiele triltoolkit en voerden ze een gevestigde autovolgende taak uit met behulp van de aangepaste rijsimulatiesoftware. Het voorste voertuig remde met tussenpozen en er werden trillende waarschuwingen gegeven wanneer het voorste voertuig remde. De deelnemers kregen de opdracht om zo snel mogelijk te reageren op de plotselinge remmen van het voorste voertuig. Rijdynamiek, zoals de remresponstijd en remresponssnelheid, werden geregistreerd door de simulatiesoftware voor gegevensanalyse.

Het gepresenteerde protocol biedt inzicht in de verkenning van de effectiviteit van tactiele waarschuwingen op verschillende lichaamslocaties. Naast de autovolgende taak die wordt gedemonstreerd in het voorbeeldexperiment, biedt dit protocol ook opties om andere paradigma's toe te passen op de rijsimulatiestudies door eenvoudige softwareconfiguratie te maken zonder enige codeontwikkeling. Het is echter belangrijk op te merken dat vanwege de betaalbare prijs de hier geïntroduceerde rijsimulatiesoftware en -hardware mogelijk niet volledig kunnen concurreren met andere high-fidelity commerciële rijsimulatoren. Niettemin kan dit protocol fungeren als een betaalbaar en gebruiksvriendelijk alternatief voor de algemene high-fidelity commerciële rijsimulatoren.

Inleiding

Volgens de gegevens die in 2016 door de Global Health Estimates zijn onthuld, is verkeersschade de achtste oorzaak van wereldwijde sterfgevallen, wat leidt tot 1,4 miljoen sterfgevallen wereldwijd¹. In 2018 waren 39,2% van de verkeersongevallen botsingen met motorvoertuigen in het vervoer, waarvan 7,2% kop-staartbotsingen. Een oplossing om de veiligheid van voertuigen en wegen te vergroten, is de ontwikkeling van een geavanceerd rijassistentiesysteem (ADAS) om bestuurders met mogelijke gevaren te waarschuwen. Gegevens hebben aangetoond dat ADAS de snelheid van kop-staartbotsingen aanzienlijk kan verminderen, en het is nog effectiever wanneer het is uitgerust met een automatisch remsysteem². Bovendien zal met de ontwikkeling van autonome voertuigen minder menselijke betrokkenheid nodig zijn om het voertuig te besturen, waardoor een tor-waarschuwingssysteem (take-over request) een noodzaak is wanneer het autonome voertuig zichzelf niet reguleert. Het ontwerp van het ADAS- en TOR-waarschuwingssysteem is nu een belangrijk stuk technologie voor bestuurders om dreigende ongevallen binnen enkele seconden te voorkomen. Het voorbeeldexperiment gebruikte een vibrerende toolkit samen met een rijsimulatieplatform om te onderzoeken welke locatie het beste resultaat zou genereren wanneer een vibrotactielwaarschuwingssysteem is gebruikt als een potentieel ADAS- en TOR-waarschuwingssysteem.

Gecategoriseerd op perceptuele kanalen, zijn er over het algemeen drie soorten waarschuwingsmodaliteiten, dat wil zien, auditief en tactiel zijn. Elke waarschuwingsmodaliteit heeft zijn eigen verdiensten en beperkingen. Wanneer visuele waarschuwingssystemen in gebruik zijn, kunnen bestuurders last hebben van visuele overbelasting³, waardoor de rijprestaties worden belemmerd als gevolg van inattentional blindheid^4,5. Hoewel een auditief waarschuwingssysteem het gezichtsveld van bestuurders niet beïnvloedt, hangt de effectiviteit ervan sterk af van de omgeving, zoals achtergrondmuziek en andere geluiden in de rijomgeving^6,7. Situaties die andere externe auditieve informatie of significante ruis bevatten, kunnen dus leiden tot inattentionale doofheid^8,9, waardoor de effectiviteit van een auditief waarschuwingssysteem wordt verminderd. Ter vergelijking: tactiele waarschuwingssystemen concurreren niet met de visuele of auditieve verwerking van bestuurders. Door vibrotactiele waarschuwingen naar bestuurders te sturen, overwinnen tactiele waarschuwingssystemen de beperkingen van visuele en auditieve waarschuwingssystemen.

Eerdere studies toonden aan dat tactiele waarschuwingen bestuurders ten goede kunnen komen door hun remresponstijd te verkorten. Ook bleek dat tactiele waarschuwingssystemen in bepaalde situaties een effectiever resultaat opleveren ten opzichte van visuele^10,11 en auditieve^12,13,14 waarschuwingssystemen. Beperkt onderzoek heeft zich echter gericht op het onderzoeken van de optimale locatie voor het plaatsen van een tactiel waarschuwingsapparaat. Volgens sensorische cortexhypothese¹⁵ en sensorische afstandshypothese¹⁶koos de voorbeeldstudie de vinger-, pols- en tempelgebieden als de experimentele locaties voor het plaatsen van een tactiel waarschuwingsapparaat. Met het geïntroduceerde protocol kunnen de frequentie en de levertijd van een trillende waarschuwing en intervallen tussen trillingen van de triltoolkit worden geconfigureerd om aan de experimentele vereisten te voldoen. Deze vibrerende toolkit bestond uit een masterchip, een spanningsregelaarchip, een multiplexer, een USB naar Transistor-Transistor-Logic (TTL) adapter, een Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor (MOSFET) en een Bluetooth module. Het aantal trilmodules kan ook variëren afhankelijk van de behoeften van onderzoekers, waarbij maximaal vier modules tegelijkertijd trillen. Bij het implementeren van de vibrerende toolkit in de rijgerelateerde experimenten, kan deze worden geconfigureerd om te passen bij de experimentele instellingen en gesynchroniseerd met rijprestatiegegevens door de codes van de rijsimulatie te herzien.

Terwijl voor onderzoekers het uitvoeren van een rij-experiment op een virtueel platform haalbaarder is dan in de echte wereld vanwege het risico en de kosten die ermee gemoeid zijn. Het verzamelen van prestatie-indicatoren kan bijvoorbeeld moeilijk zijn en het is moeilijk om de omgevingsfactoren te beheersen die betrokken zijn bij experimenten in de echte wereld. Als gevolg hiervan hebben veel studies de afgelopen jaren gebruik gemaakt van vaste rijsimulatoren die op pc's draaien als alternatief voor het uitvoeren van rijstudies op de weg. Na meer dan 11 jaar te hebben geleerd, ontwikkeld en onderzocht in de rijonderzoeksgemeenschap, hebben we een rijsimulatieplatform opgezet met een echte auto die bestaat uit een open-source rijsimulatiesoftware en een hardwarekit, waaronder een stuurwiel en versnellingsbak, drie pedalen, drie gemonteerde projectoren en drie projectorschermen. Met de rijsimulatiesoftware die slechts één scherm ondersteunt, gebruikte het gepresenteerde protocol alleen de centrale projector en het projectorscherm om het experiment uit te voeren.

Er zijn twee grote voordelen van het gebruik van het gepresenteerde rijsimulatieplatform. Een voordeel van dit platform is dat het een open-source software gebruikt. Met behulp van het gebruiksvriendelijke open-sourceplatform kunnen onderzoekers de simulatie- en vibrerende toolkit aanpassen aan hun unieke onderzoeksbehoeften door eenvoudige softwareconfiguratie te maken zonder enige codeontwikkeling. Door de codes te herzien, kunnen onderzoekers rijsimulaties maken die relatieve trouw aan de realiteit bieden met tal van opties beschikbaar op autotypen, wegtypen, weerstand van het stuurwiel, zijdelingse en longitudinale windturbulentie, tijd- en remgebeurtenistoepassingsprogramma-interfaces (API's) voor externe softwaresynchronisatie en implementatie van de gedragsparadigma's zoals autovolgende taak en N-Back-taak. Hoewel het uitvoeren van rijgerelateerd onderzoek in een rijsimulator het rijden in de echte wereld niet volledig kan repliceren, zijn gegevens die via een rijsimulator worden verzameld redelijk en zijn ze op grote schaal overgenomen door onderzoekers^17,18.

Een ander voordeel van de voorgestelde rijsimulator zijn de lage kosten. Zoals eerder vermeld, is de geïntroduceerde rijsimulatiesoftware een open-source software die gratis beschikbaar is voor gebruikers. Bovendien zijn de totale kosten van de hele hardware-installatie in dit protocol lager in vergelijking met typische high-fidelity commerciële rijsimulatoren. Figuur 1 a en b tonen de volledige installatie van twee rijsimulatoren met de kosten variërend van $ 3000 tot $ 30000. Typische high-fidelity commerciële rijsimulatoren (vaste basis) kosten daarentegen meestal ongeveer $ 10.000 tot $ 100.000. Met zijn zeer betaalbare prijs kan deze rijsimulator een populaire keuze zijn, niet alleen voor academische onderzoeksdoeleinden, maar ook voor het uitvoeren van rijlessen¹⁹ en voor demonstratie van rijgerelateerde technologieën^20,21.

Figuur 1: Een afbeelding van de rijsimulatoren. Beide rijsimulatoren bestonden uit een stuurwiel en versnellingsbak, drie pedalen en een voertuig. (a) Een rijsimulatoropstelling van $ 3000 die een 80-inch LCD-scherm gebruikte met een resolutie van 3840 × 2160. (b) Een rijsimulatoropstelling van $ 30000 die drie gemonteerde projectoren en drie projectorschermen gebruikte met een afmeting van elk 223 x 126 cm. De projectieschermen werden 60 cm boven de grond geplaatst en 22 cm van de voorkant van het voertuig. Alleen de centrale projector en het projectorscherm werden gebruikt voor het huidige experiment. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

De rijsimulatiesoftware en vibrerende toolkit in de voorgestelde methode zijn al gebruikt in eerdere studies door onze onderzoekers^{22,23,24,25,26,27,28,29}. Deze zelfontwikkelde triltoolkit volgens de ISO-norm³⁰ kan in verschillende velden^31,32 worden toegepast door de trillingsfrequentie en -intensiteit aan te passen. Het is belangrijk op te merken dat een nieuwere versie van de triltoolkit is ontwikkeld en in het volgende protocol is geïntroduceerd. In plaats van de trillingsfrequentie aan te passen met behulp van een instelbare spanningsadapter, is de nieuwere versie uitgerust met vijf verschillende trillingsfrequenties en kan gemakkelijker worden aangepast met behulp van de codes in Supplemental Coding File 1. Bovendien biedt de gepresenteerde rijsimulator onderzoekers een veilige, goedkope en effectieve manier om verschillende soorten rijgerelateerd onderzoek te onderzoeken. Dit protocol is dus geschikt voor onderzoekslaboratoria met een beperkt budget en een sterke behoefte om experimentele rijomgevingen aan te passen.

Protocol

OPMERKING: Alle hier beschreven methoden zijn goedgekeurd door de Institutional Review Board (IRB) van de Tsinghua University en geïnformeerde toestemming is verkregen van alle deelnemers.

1. Deelnemers

1. Voer een vermogensanalyse uit om het vereiste aantal deelnemers voor werving te berekenen volgens het experimentele ontwerp om statistische kracht te bereiken.
2. Breng het geslacht van de deelnemers tijdens de werving zoveel mogelijk in balans.
3. Zorg ervoor dat deelnemers in het bezit zijn van een geldig rijbewijs en minimaal één jaar rijervaring.
4. Zorg ervoor dat de deelnemers normaal of gecorrigeerd zijn naar normaal zicht met behulp van het gezichtsveld.
5. Zorg ervoor dat de deelnemers binnen 24 uur vóór het experiment geen alcohol of drugs hebben gebruikt die van invloed zijn op de rijvaardigheid³³.

2. Configuratie van simulatiesoftware stimuleren

1. Voer de map van de rijsimulatiesoftware in, gevolgd door de runtime-map en de Config-map. Open vervolgens het bestand "expconfig.txt" (d.w.z. het bestandspad moet "\torcs-1.3.3-Exp-2018-10-25\torcs-1.3.3\nuntime\config\" zijn).
2. Bepaal of een configuratie moet worden toegepast of dat u doorgaat met de rijsimulatie met behulp van de standaardinstellingen zonder dat de configuratie nieuw uit de doos is gekomen door te verwijzen naar het experimentele ontwerp. Tabel 1 bevat een gedetailleerde beschrijving van de standaardconfiguraties van alle beschikbare opties.
   1. Ga verder met sectie 3 van het protocol als er geen wijzigingen worden aangebracht.

Configureerbare opties	Beschrijvingen	Standaardinstellingen
endExpByTime	Het al dan niet gebruiken van kloktijd als trigger om het experiment te beëindigen.	Valse
endExpAfterMinute	Beëindig het experiment na deze minuten.	10
endExpByDist	Het al dan niet gebruiken van de afgelegde afstand van de bestuurdersauto als trigger om het experiment te beëindigen. Wanneer zowel tijd- als afstandstriggers worden gebruikt, eindigt het experiment met het experiment eerst.	Valse
endExpAfterMeter	Beëindig het experiment nadat deze meters vanaf de startlijn zijn afgelegd.	5000
enableRandomFrontalWind	Of frontale wind moet worden inschakeld (d.w.z. een kracht die de auto naar achteren duwt) met willekeurig interval en duur.	Waar
frontaleWindIntervalMin	Minimumwaarde (seconden) van het frontale windinterval.	3
frontaleWindIntervalMax	Maximale waarde (seconden) van het frontale windinterval.	13
frontaalWindDurationMin	Minimumwaarde (seconden) van de frontale windduur.	2
frontaleWindDurationMax	Maximale waarde (seconden) van de frontale windduur.	3
frontaleWindForceMin	Minimumwaarde (newton) van de frontale windkracht.	500
frontaalWindForceMax	Maximale waarde (newton) van de frontale windkracht.	1000
inschakelenRandomLateralWind	Of zijdelingse wind (d.w.z. een kracht die de auto naar links of rechts duwt) met willekeurig interval en duur moet worden inschakeld.	Waar
lateraleWindIntervalMin	Minimumwaarde (seconden) van het zijdelingse windinterval.	3
zijwindIntervalMax	Maximale waarde (seconden) van het laterale windinterval.	8
lateraleWindDurationMin	Minimumwaarde (seconden) van de zijdelingse windduur.	2
lateraleWindDurationMax	Maximale waarde (seconden) van de zijdelingse windduur.	3
lateraleWindForceMin	Minimumwaarde (newton) van de zijdelingse windkracht.	1000
lateraleWindForceMax	Maximale waarde (newton) van de zijdelingse windkracht.	2000
loodCarConstantSpeedMPH	Constante snelheid van het loden voertuig (mph).	40
leadDistToStartWaiting	Het hoofdvoertuig begint op het voertuig van de bestuurder te wachten wanneer de afstand (meters) tussen de staart van het hoofdvoertuig en het hoofd van het bestuurdersvoertuig groter is dan het aangegeven nummer.	100
leadDistToStopWaiting	De loden auto wacht tot de afstand (meters) voor de bestuurdersauto kleiner is dan dit aantal.	80
leadCarBrakeIntervalTimeMin	Minimaal willekeurig tijdsinterval (seconden) voor het voorloopvoertuig om te remmen.	30
loodCarBrakeIntervalTimeMax	Maximaal willekeurig tijdsinterval (seconden) voor het voorloopvoertuig om te remmen.	60
leadCarBrakeEventDuratie	De duur van de remgebeurtenis van het hoofdvoertuig (seconden).	5
enableRandomSMSSound	Of het meldingsgeluid van de korte berichtenserver met willekeurige intervallen moet worden afgespeeld.	Valse
randSMSIntervalMin	Minimum willekeurig tijdsinterval (seconden) vanaf het begin van de eerste sms-melding tot het begin van de tweede sms-melding.	2
randSMSIntervalMax	Maximaal willekeurig tijdsinterval (seconden) vanaf het begin van de eerste sms-melding tot het begin van de tweede sms-melding.	2
enableRandomNbackSound	Of N-back nummergeluid met willekeurige intervallen moet worden afgespeeld.	Valse
randNbackIntervalMin	Minimaal willekeurig tijdsinterval (seconden) vanaf het begin van het eerste geluid tot het begin van het tweede geluid.	2.33
randNbackIntervalMax	Maximaal willekeurig tijdsinterval (seconden) vanaf het begin van het eerste geluid tot het begin van het tweede geluid.	2.33
enableUDPSendGegevens	Of tijdstempelgegevenssynchronisatie moet worden inschakelen voor een specifiek lokaal netwerk-IP-adres.	Valse
enableUDPSendDataAdStudy	Of gegevens naar het volgende IP-adres kunnen worden verzonden voor de advertentiestudie. Opmerking: Conflict met enableUDPSendData.	Valse
UDPTargetIPa1	IP-adres voor de UDP-overdracht	/
UDPTargetIPa2
UDPTargetIPa3
UDPTargetIPa4
UDPTargetPort	Richt udp-poort.	1234
UDPcycleNummer	Bepaal hoe vaak de tijdstempel wordt verzonden. Gegevens worden verzonden na elke UDPcycleAantal TORCS-cycli met elke cyclus is meestal 20 ms.	1
enableUDPQNVerbinding	Of QN-Java-modelstationsimulatie met de UDP-server en -client moet worden ingeschakeld, is dezelfde computer.	Valse
UDPQNtoTORCSPort	De UDP QN-poort naar het simulatiepoortnummer.	5678
UDPTORCStoQNPort	De simulatiepoort naar UDP QN-poortnummer.	8765
loodCarBrakingByWebCommand	Of u verbinding wilt maken met een website voor het remsignaal van het hoofdvoertuig.	Valse
Far_Point_Time_Ahead	De parameter die wordt gebruikt in het voertuigbesturingsmodel.	2
enableCarVolgendeTraining	Het al dan niet inschakelen van de gesimuleerde autovolgtaak in de trainingsmodus.	/
autoVolgendeTrainingWarningInterval	Tijdsinterval vanaf het laatste waarschuwingsgeluids begin tot het volgende waarschuwingsgeluids begin van de trainingsmodus.	2

Tabel 1: Lijst met standaardinstellingen voor de rijsimulatiesoftware. Een lijst met de standaardwaarden van alle bijbehorende configureerbare opties van de rijsimulatiesoftware, samen met een gedetailleerde beschrijving van elke optie.

3. Configureer de instellingen voor het beëindigen van het experiment op basis van de gekozen besturingsvariabele van het experimentele ontwerp.
   1. Bepaal of de kloktijd als trigger moet worden gebruikt om het experiment te beëindigen met de optie "endExpByTime =" met true of false als keuze van opties. Stel deze optie in op Onwaar om de voorbeeldstudie te repliceren.
   2. Selecteer of u het experiment wilt beëindigen met de tijd die als trigger is gereisd met de optie "endExpAfterMinute =" door het aantal minuten in de notatie in te voeren met één decimale plaats. De gereisde tijd kan volledig door de onderzoekers worden bepaald. Input 12 om de voorbeeldstudie te repliceren.
   3. Stel in of het experiment moet worden beëindigd met de afgelegde afstand als trigger met de optie "endExpByDist =" met true of false als keuze van opties. Houd er rekening mee dat wanneer zowel de opties "endExpByTime =" als "endExpByDist =" zijn ingesteld op True, het experiment eindigt met de voorwaarde waaraan eerst wordt voldaan. Stel deze optie in op True om de voorbeeldstudie te repliceren.
   4. Gebruik de optie "endExpAfterMeter =" om de afgelegde afstand vanaf de startlijn in meters in de notatie in te stellen met één decimaal. De afgelegde afstand kan volledig door de onderzoekers worden bepaald. Input 10000.0 om de voorbeeldstudie te repliceren.
4. Configureer de windinstellingen voor de gesimuleerde rijomgeving op basis van de windsnelheid^34,35 die is ontworpen voor de virtuele omgeving en de cognitieve belasting³⁶ die in het experiment moet worden geïnitieerd.
   1. Stel in of frontale wind met willekeurig interval en duur moet worden ingeschakeld met de optie "enableRandomFrontalWind =" met True of False als keuze van opties. Stel deze optie in op True om de voorbeeldstudie te repliceren.
   2. Definieer het minimale en maximale frontale windinterval-interval met de opties "frontalWindIntervalMin =" en "frontalWindIntervalMax =" door het aantal seconden in de notatie in te voeren met respectievelijk één decimale plaats. Gebruik de standaardinstelling (d.w.z. respectievelijk 3.0 en 13.0) om de voorbeeldstudie te repliceren.
   3. Definieer de minimale en maximale frontale windduur met de opties "frontalWindDurationMin =" en "frontalWindDurationMax =" door het aantal seconden in de notatie in te voeren met respectievelijk één decimale plaats. Gebruik de standaardinstelling (d.w.z. respectievelijk 2.0 en 3.0) om de voorbeeldstudie te repliceren.
   4. Definieer de minimale en maximale frontale windkracht met de opties "frontalWindForceMin =" en "frontalWindForceMax =" door respectievelijk de hoeveelheid kracht in newton aan te geven. Gebruik de standaardinstelling (d.w.z. respectievelijk 500.0 en 1.000.0) om de voorbeeldstudie te repliceren.
   5. Kies of u zijdelingse wind met willekeurig interval en duur wilt inschakelen met de optie "enableRandomLateralWind =" met true of false als keuze van opties. Stel in op Waar om de voorbeeldstudie te repliceren.
   6. Definieer het minimale en maximale laterale windkrachtintervalsintervalsinterval met de opties "lateralWindIntervalMin =" en "lateralWindIntervalMax =" door het aantal seconden in de notatie in te voeren met respectievelijk één decimaal. Gebruik de standaardinstelling (d.w.z. respectievelijk 3.0 en 8.0) om de voorbeeldstudie te repliceren.
   7. Definieer de minimale en maximale zijdelingse windduur met de opties "lateralWindDurationMin =" en "lateralWindDurationMax =" door het aantal seconden in de notatie in te voeren met respectievelijk één decimale plaats. Gebruik de standaardinstelling (d.w.z. respectievelijk 2.0 en 3.0) om de voorbeeldstudie te repliceren.
   8. Definieer de minimale en maximale zijdelingse windkracht met de opties "lateralWindForceMin =" en "lateralWindForceMax =" door respectievelijk de hoeveelheid kracht in newton aan te geven. Gebruik de standaardinstelling (d.w.z. respectievelijk 1.000,0 en 2.000,0) om de voorbeeldstudie te repliceren.
5. Configureer de instellingen voor de gesimuleerde autovolgtaak volgens het experimentele ontwerp en behoeften³⁵.
   1. Stel de constante snelheid van het loodvoertuig in mijlen per uur in met één decimaal met behulp van de optie "leadCarConstantSpeedMPH =". Input 40 om de voorbeeldstudie te repliceren.
   2. Definieer de afstand in meters met één decimale plaats tussen het hoofdvoertuig en het voertuig van de bestuurder om het voorste voertuig te activeren om te wachten tot het voertuig van de bestuurder het voertuig inhaalt of om het rijden te hervatten, met respectievelijk de opties "leadDistToStartWaiting =" en " leadDistToStopWaiting =". Gebruik de standaardinstelling (respectievelijk 100.0 en 80.0) om de voorbeeldstudie te repliceren.
   3. Stel het maximale en minimale willekeurige tijdsinterval van de remgebeurtenissen van het hoofdvoertuig in met de opties "leadCarBrakeIntervalTimeMin =" en "leadCarBrakeIntervalTimeMax =" door het aantal seconden in de notatie in te voeren met respectievelijk één decimaal (bijv. 30,0 en 60,0). Gebruik de standaardinstelling (d.w.z. respectievelijk 30.0 en 60.0) om de voorbeeldstudie te repliceren.
   4. Definieer de duur van de remgebeurtenis met de optie "leadCarBrakeEventDuration =" door het aantal seconden in de notatie in te voeren met één decimaal. Gebruik de standaardinstelling (d.w.z. 5.0) om de voorbeeldstudie te repliceren.
6. Configureer de instellingen voor willekeurig kort berichtmeldingsgeluid op basis van het experimentele ontwerp en de behoeften.
   1. Bepaal of sms-meldingsgeluiden (Short Message Service) met willekeurige intervallen worden afgespeeld met True of False als de keuze van opties voor de optie "enableRandomSMSSound =". Stel de optie in op Onwaar om de voorbeeldstudie te repliceren.
   2. Definieer het minimale en maximale tijdsinterval van het begin van de eerste sms-melding tot het begin van de tweede sms-melding met behulp van de opties "randSMSIntervalMin =" en "randSMSIntervalMax =", door het aantal seconden in de notatie aan te geven met respectievelijk één decimaal (bijv. 5.0 en 10.0).
7. Configureer de instellingen voor de gesimuleerde N-back taak³⁷ op basis van het experimentele ontwerp en de behoeften.
   1. Stel N-back getalgeluiden in om met willekeurige intervallen af te spelen met Waar of Onwaar als de keuze van opties voor de optie "enableRandomNbackSound =". Stel de optie in op Onwaar om de voorbeeldstudie te repliceren.
   2. Definieer het minimale en maximale tijdsinterval van de offset van het eerste geluid tot het begin van het tweede geluid met behulp van de opties "randNbackIntervalMin =" en "randNbackIntervalMax =" om het aantal seconden in de notatie aan te geven met één decimaal (bijv. 5,0 en 10,0).
8. Configureer de UDP-instellingen (User Datagram Protocol) als een UDP-gegevensoverdracht vereist is voor het experiment.
   1. Bepaal of u de UDP wilt inschakelen voor gegevensoverdracht door tijdstempelgegevenssynchronisatie toe te staan aan een specifiek IP-adres van een lokaal netwerk via de optie "enableUDPSendData =" door True of False als keuze van opties te gebruiken. Schakel deze optie in om de voorbeeldstudie te repliceren.
   2. Selecteer of u de UDP wilt inschakelen voor gegevensoverdracht naar een specifiek IP-adres voor een advertentiestudie via de optie "enableUDPSendDataAdStudy =" met True of False als keuze van opties. Er wordt ook aan herinnerd dat deze optie in strijd is met de "enableUDPSendData =" en dat beide opties niet tegelijkertijd op True kunnen worden ingesteld. Stel de optie in op Onwaar om de voorbeeldstudie te repliceren.
   3. Definieer het IP-adres voor de UDP-overdracht door elke sectie van het IP-adres op te geven met behulp van "UDPTargetIPa1 =", "UDPTargetIPa2 =", "UDPTargetIPa3 =", en "UDPTargetIPa4 =".
   4. Geef het doelpoortnummer aan onder "UDPTargetPort =".
   5. Stel de frequentie in voor de gegevens die moeten worden verzonden onder "UDPcycleNumber =" met een geheel getal groter dan of gelijk aan de cyclus "1" waarin elke cyclus 20 ms is.
9. Configureer de QN-verbinding (UDP queuing network) model³⁸ met verwijzing naar het experimentele ontwerp en de experimentele behoeften.
   1. Stel in of de QN-Java-modelstationsimulatie moet worden ingeschakeld waarin de UDP-server en -client dezelfde computer delen, met de optie "enableUDPQNConnection =" met True of False als keuze van opties. Schakel deze optie uit om de voorbeeldstudie te repliceren.
   2. Geef het nummer aan van de UDP QN-poort naar de simulatiepoort onder de optie "UDPQNtoTORCSPort =".
   3. Geef het nummer van de simulatiepoort naar de UDP QN-poort aan onder de optie "UDPTORCStoQNPort =".
10. Configureer of u verbinding wilt maken met een website voor remsignalen volgens het experimentele ontwerp onder de optie "leadCarBrakingByWebCommand =" met True of False als keuze van opties. Houd er rekening mee dat wanneer deze optie is ingesteld op True, de "endExpByTime =" en "endExpAfterMinute =" niet meer werken. Stel de optie in op Onwaar om de voorbeeldstudie te repliceren.
11. Stel in of de gesimuleerde autovolgtaak in de trainingsmodus moet worden ingeschakeld met de optie "enableCarFollowingTraining =" met True of False als keuze van opties.
    1. Definieer het interval van het laatste waarschuwingsgeluids begin tot het volgende waarschuwingsgeluids begin van de training met de optie "carFollowingTrainingWarningInterval =" door het aantal seconden aan te geven met één decimaal (bijv. 2.0).
12. Sla het bestand op na het voltooien van de configuratie.

3. Rijsimulatorvoorbereiding

1. Sluit het stuurwiel en de centrale projector (een gemonteerde projector met een beeldverhouding van 16:10, 192 – 240 Hz verversingsfrequentie en 8-bits kleurverwerking) aan op de computer. Een projectorscherm met een afmeting van 223 x 126 cm werd 60 cm boven de grond geplaatst en 22 cm van de voorkant van het geinstrumenteerde voertuig.
2. Stel de schermresolutie in onder Opties | Display, om overeen te komen met de schermgrootte bij het starten van de rijsimulatiesoftware.
3. Ga naar de pagina Configureren om een speler te selecteren en volg de instructies van de software om het stuurwiel, het gaspedaal en het rempedaal te kalibreren. Deze omvatten het draaien van het stuurwiel en het indrukken van het gaspedaal en het rempedaal zoals geïnstrueerd.

4. Vibrerende toolkit configuratie en voorbereiding

1. Sluit de triltoolkit aan op de voeding. Elk van de vier modules heeft een afmeting van 67 x 57 x 29 mm. Figuur 2 toont een afbeelding van de vibrerende toolkit.

Figuur 2: Afbeeldingen van de vibrerende toolkit. De vibrerende toolkit bestond uit vier individuele modules die afzonderlijk kunnen worden geactiveerd. Elke module heeft een afmeting van 67 x 57 x 29 mm. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

2. Schakel de triltoolkit in en sluit de toolkit via Bluetooth aan op de computer.
3. Definieer de trillingsfrequentie die voor het experiment moet worden gebruikt na het voltooien van een pilot huidgevoeligheidstest of volgens experimentele behoeften.
4. Stel de trillingsfrequentie in op 70 Hz^39,40,41 met behulp van de codes die worden geleverd als Supplemental Coding File 1. In totaal zijn er momenteel vijf frequentieniveaus beschikbaar (d.w.z. 14Hz, 28Hz, 42Hz, 56Hz en 70Hz) met elke trillingsstimulatie die standaard 0,5 s duurt.
5. Gebruik de codes die worden geleverd als Supplemental Coding File 1 om de remgebeurtenissen van de rijsimulatiesoftware en vibrerende toolkit te synchroniseren. Figuur 3 toont een gelabelde schermafbeelding van de codes die als referentie moeten worden herzien.

Figuur 3: Een gelabelde screenshot van de codes in Supplemental Coding File 1. De gelabelde schermafbeelding van codes kan worden gebruikt als een eenvoudigere referentie voor de vibrerende toolkitconfiguratie en -voorbereiding. Deze codes worden gebruikt om de trillingsfrequentie van de toolkit in te stellen en om de remgebeurtenissen in de rijsimulatiesoftware en vibrerende toolkit te synchroniseren om trillende waarschuwingen te genereren. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

5. Uitvoeren van het experiment

1. Instrueer de deelnemers om het formulier voor geïnformeerde toestemming te lezen en te ondertekenen dat het experimentele proces introduceert en te verklaren dat het onderzoek is om de rijprestaties bij aankomst in het laboratorium te evalueren.
2. Help de deelnemers om de zitafstand tot het pedaal aan te passen en zet de rugleuning handmatig in een comfortabele positie.
3. Leer de deelnemers hoe ze de simulator moeten bedienen, inclusief het stuurwiel, het rempedaal en het gaspedaal.
4. Instrueer de deelnemers om te rijden zoals ze in de echte wereld zouden doen, volg de auto voor hen en houd een voorsprong van twee seconden achter zich. Figuur 4 toont de routekaart die wordt gebruikt voor de rijsimulatie.

Figuur 4: Wegenkaart gebruikt voor rijsimulatie. De gebruikte weg is een eenrichtingsweg met vier bochten (maximale lengte 15.000 meter), drie rijstroken en zonder verkeerslichten. De rijsimulatorsoftware biedt andere opties voor wegontwerp, zoals opties om verkeersborden of billboards op te nemen. Er is ook een EEG-compatibele versie beschikbaar. Al deze parameters kunnen indien nodig worden aangepast. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

5. Informeer de deelnemers om zo snel mogelijk te remmen wanneer het voorste voertuig remt, zelfs als het scenario geen remrespons vereist. De achterlichten van het voorste voertuig lichten op volgens het rijden in de echte wereld om een remgebeurtenis aan te geven.
6. Bied deelnemers een oefenproef van 5 minuten om te leren om een rijafstand van twee seconden achter het voorste voertuig te behouden. De oefenproef omvat een set van 5 willekeurige remmen.
   1. Tijdens de oefenproef, als de deelnemers zich minder dan 1,5 s achter het voorste voertuig bevinden, zal de rijsimulatiesoftware een prompt afspelen met een vrouwelijke stem "te dichtbij, vertraag alsjeblieft".
   2. Als de deelnemers zich tussen 2,25 en 2,5 s achter het voorste voertuig bevinden, speelt de rijsimulatiesoftware een prompt af met een vrouwelijke stem "te ver, versnel alstublieft".
   3. Voeg geen gegevens uit de praktijkproef toe voor de analyse.
7. Laat de deelnemers weten dat het onderzoek zonder straf kan worden gestopt door de experimenteerders op elk gewenst moment op de hoogte te stellen, indien nodig.
8. Begin met het formele experiment zodra de deelnemers de oefensessie hebben voltooid en een stabiele volgende afstand kunnen behouden.
9. Start de formele experimentele sessie, die bestaat uit in totaal vier blokken (d.w.z. vinger, pols, tempel en alleen rijden) met 13 willekeurige remgebeurtenissen in elk blok, wat resulteert in een totaal van 52 experimentele proeven. De volgorde van de omstandigheden wordt gecompenseerd met het Latijnse vierkante ontwerp. Er wordt geen spraakprompt gegeven in de formele proeven.
10. Help de deelnemers om de vibrerende toolkit op te zetten met behulp van medische tape vóór elk blok van proeven volgens de toegewezen voorwaarden. De triltoolkit (indien versleten) waarschuwt de deelnemers om te remmen wanneer het voorste voertuig remt. De achterlichten van het voorste voertuig worden verlicht telkens wanneer het voorste voertuig remt.
11. Zorg ervoor dat de deelnemers 2 minuten rust krijgen na voltooiing van elk blok om de overdrachtseffecten te verminderen.
12. Vraag de deelnemers naar hun voorkeurslocatie voor de vibrerende toolkit en de waargenomen trillingsintensiteit met een 7-punts Likert-schaal na voltooiing van alle proeven. Het gebruikspercentage van elke dagelijkse draagbare accessoires (d.w.z. horloge, bril, oortelefoon en ring) wordt ook geregistreerd. In de voorkeursschaal voor de locatie van de triltoolkit vertegenwoordigt "1" "minst favoriet" en "7" "meest favoriet", terwijl in de trillingsintensiteitsschaal "1" "zwak gevoel" vertegenwoordigt en "7" "sterk gevoel".

6. Data-analyse

1. Verzamel de rijgedragsgegevens van de deelnemers op 50 Hz met behulp van de rijsimulatiesoftware, inclusief de remresponstijd, voertuigsnelheid, omkeringssnelheid van het stuurwiel, rijstrookpositie (SDLP) en rijbaanafstand, enz.
2. Voer gegevensanalyses uit van de prestaties van de stuurprogramma's.
   1. Voer een uitschieteranalyse uit met behulp van de normale verdeling met cut-off als drie standaardafwijkingen van het gemiddelde om te bepalen welke gegevens moeten worden opgenomen voor verdere analyse.
   2. Bereken de reactietijd van de rem door de tijd af te trekken waarop het voertuig van de deelnemer remt (d.w.z. een minimale vermindering van 1% van het rempedaal^36,42) vanaf het moment dat het voorste voertuig begint te remmen.
   3. Label de gegevens als "geen remrespons" als de remresponstijd groter is dan of gelijk is aan 5 s (d.w.z. een niet-remmen binnen 5 s na de remmen van het voorste voertuig).
   4. Deel het aantal succesvolle remmen door het totale aantal remmen dat door het voorste voertuig wordt uitgevoerd om de remresponssnelheid te berekenen.
   5. Gemiddelde alle waarden van elke deelnemer om de gemiddelde remresponssnelheid en remresponstijd van elke voorwaarde te verkrijgen en bereken de standaardafwijking op die waarden voor verdere analyses.

Resultaten

De voorbeeldstudie die in dit artikel werd gerapporteerd, voerde de autovolgende taak uit met behulp van de rijsimulator en vibrerende toolkit, die ook eerder is gepubliceerd in een wetenschappelijk tijdschrift²². Het is opmerkelijk dat de oudere versie van de triltoolkit werd gebruikt bij het uitvoeren van de voorbeeldstudie, terwijl een nieuwe versie van de triltoolkit in het bovenstaande protocol werd geïntroduceerd. De studie was een binnen-subject ontwerpexperiment met trillende waarschuwings...

Discussie

Het rijsimulatieplatform en de vibrerende toolkit bootsten de toepassing van potentiële draagbare vibrotactiele apparaten in het echte leven redelijk na en boden een effectieve techniek bij het onderzoeken van rijgerelateerd onderzoek. Met het gebruik van deze technologie is er nu een veilige experimentele omgeving met een hoge configureerbaarheid en betaalbaarheid beschikbaar voor het uitvoeren van onderzoek dat vergelijkbaar is met rijden in de echte wereld.

Er zijn verschillende stappen die...

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel

Naam	Bedrijf	Catalogusnummer	Opmerkingen
Logitech G29	Logitech	941-000114	Stuurwiel en pedalen
Projectorschermen	-	-	Het projectorscherm voor het tonen van de simulatieomgeving.
Epson CB-700U Laser WUXGA Education Ultra Short Focus Interactieve Projector	EPSON	V11H878520W	Het projectormodel voor het genereren van de weergave van de simulatieomgeving.
The Open Racing Car Simulator (TORCS)	-	Geen	Besturingssimulatiesoftware. De oorspronkelijke makers zijn Eric Espié en Christophe Guionneau, en de versie die in het experiment wordt gebruikt, is gemodificeerd door Cao, Shi.
Tactile toolkit	Hao Xing Tech.	Geen	Dit wordt gebruikt om waarschuwingen aan de deelnemers te initiëren.
Verbindingsprogramma (Python)	-	-	Dit wordt gebruikt om de TORCS met de tactile toolkit te verbinden om de trilbevel te verzenden.
G*power	Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf	Geen	Deze software wordt gebruikt om het vereiste aantal deelnemers te berekenen.