汽車駕駛模擬器在交通安全中的應(yīng)用綜述

孫忠信

摘 要：汽車駕駛模擬器在研究交通的一個重要的工具模型，它有著重現(xiàn)性強(qiáng)、更加安全、研究成本低等特點(diǎn)，在交通研究方面有著極其重要的作用，最近幾年也開始用于采集在危險中車輛的相關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)，在交通安全方面的研究進(jìn)展迅速。本文簡要介紹了汽車駕駛模擬器在交通安全領(lǐng)域中的幾種應(yīng)用，并針對這幾種應(yīng)用討論了駕駛模擬器實驗的利弊取舍，希望能為同行提供一些相關(guān)理論上的參考。

關(guān)鍵詞：汽車駕駛模擬器；交通安全；應(yīng)用

引言

在國外汽車駕駛模擬器研究的很早，開始是出于幫助初學(xué)者練習(xí)汽車駕駛的目的發(fā)明，或用作對新駕駛員進(jìn)行駕駛教學(xué)。有些國家政府規(guī)定了所有的駕校都需要加裝這樣的一個汽車駕駛模擬器，比如上個世紀(jì)70年代的日本。美國在同一時期也在駕校普及了這種模擬器材，而后歐洲國家紛紛效仿，并大多頒布了一些有關(guān)使用汽車駕駛模擬器培訓(xùn)駕駛員的法規(guī)。

從上個世紀(jì)80年代以來，汽車駕駛模擬器開始受到了廣大汽車制造廠的關(guān)注，美國、日本、德國等汽車大國的汽車制造廠紛紛研制了開發(fā)型汽車模擬器。它和用作培訓(xùn)的模擬器有所不同，完全模擬了車輛行進(jìn)時的環(huán)境，讓駕車者通過虛擬現(xiàn)實的仿真設(shè)備獲得真實的駕車體感。仿真設(shè)備主要包括車輛實時控制系統(tǒng)、視景系統(tǒng)、聲音仿真系統(tǒng)、運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)、車輛信息采集管理系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)傳導(dǎo)系統(tǒng)等結(jié)構(gòu)構(gòu)成。自20世紀(jì)末區(qū)域成熟之后，獲得了更為廣泛的應(yīng)用。在最近幾年，計算機(jī)技術(shù)和仿真技術(shù)發(fā)展迅速的契機(jī)下，汽車駕駛模擬器的精度也變得越來越高，給駕駛員以更多的沉浸感和更加真實的駕車體驗。它的使用范圍也逐步擴(kuò)大到汽車工程、人機(jī)交互設(shè)計、交通安全等諸多與汽車相關(guān)的領(lǐng)域，下面將主要探討開發(fā)型汽車駕駛模擬器在交通安全中的應(yīng)用。

一、駕駛分心

所謂駕駛分心，指的是駕駛員在駕駛過程中將注意力轉(zhuǎn)移到非駕駛?cè)蝿?wù)中的行為。一方面由于駕駛分心可能會引起嚴(yán)重的交通事故，危及實驗者的安全，所以實地實驗危險性很大，另一方面實地實驗數(shù)據(jù)并沒有駕駛模擬器更好采集，所以有不少的學(xué)者使用駕駛模擬器研究分心對駕駛操作的影響，而他們的研究又大多集中在手機(jī)對駕駛者的影響方面。汽車上使用的手機(jī)可以分為手持型和免提型，Redelmeier和Tibshirani、Sag-berg和McEvoy就認(rèn)為，兩種類型的手機(jī)對駕駛者的分心程度是基本一致的，免提型并沒有明顯的安全優(yōu)勢，駕駛事故概率也不可能通過配置免提式手機(jī)的方式降低。不過上述研究都是基于已經(jīng)發(fā)生過的交通事故的相關(guān)數(shù)據(jù)分析得知的，通過駕駛模擬器的研究和數(shù)據(jù)采集正好彌補(bǔ)了這一方面佐證不足的結(jié)論缺點(diǎn)，研究者通過對使用手機(jī)時的駕駛速度、車道偏移等方面進(jìn)行研究，比如Trnros等研究者要求實驗人員使用兩種類型的電話在模擬駕駛于城市道路時接聽十個電話以及撥出三個電話，并采集相關(guān)數(shù)據(jù)，得出了兩種電話均會導(dǎo)致加駕駛員行車縱向位置變動，但使用免提式手機(jī)的時的縱向變動稍小，而手持式手機(jī)會讓駕駛員在潛意識下減速。

二、道路設(shè)計

駕駛模擬器在對道路的還原上比較真實，而且可以支持重復(fù)實驗，成本也比較小，更夠更好的了解駕駛者對各種不同路況的適應(yīng)程度和接受、反應(yīng)能力，可通過這樣的方式對道路的安全性進(jìn)行科學(xué)的評判，在投入施工之前就可以得知道路建好后可能導(dǎo)致的危險情況，幫助工程師防患于未然，在施工階段是一個比較方便的參考，另外，駕駛模擬器對道路規(guī)劃設(shè)計結(jié)果也能起到比較真實的檢測作用，便于工程師通過對這些數(shù)據(jù)的分析來的對一些數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整，在反復(fù)的測試中得出比較可行的設(shè)計方案。另外，如果將駕駛模擬器的測試結(jié)果和實地測試結(jié)果相對比，并按照實地測試結(jié)果對模擬器進(jìn)行修正，也可以讓模擬器的模擬仿真程度有所提升。比如Bella等在駕駛模擬器按現(xiàn)實中重構(gòu)了一條真實的兩車道鄉(xiāng)村公路行駛環(huán)境。對駕駛員在現(xiàn)實道路和駕駛模擬器中的形式速度進(jìn)行了對比研究；Davidse等通過駕駛模擬器研究了不同樣式的交叉路口對年長的駕駛員的操作負(fù)擔(dān)程度以及對其駕駛行為的影響；Bittner等對駕駛員在現(xiàn)實道路上和模擬器情況下的入彎速度進(jìn)行了研究，提出了通過駕駛模擬器來輔助工程師對彎道進(jìn)行設(shè)計；F.Bella等通過駕駛模擬器對行駛速度受到道路橫截面寬度的影響程度；Horst等使用駕駛模擬器得出了道路基礎(chǔ)設(shè)施對駕駛員行駛速度和車輛橫向位置的影響。

三、交通設(shè)計

在交通設(shè)計中，交通標(biāo)志的設(shè)計是比較重要的環(huán)節(jié)。它擺放的位置、標(biāo)志信息的科學(xué)等都與交通設(shè)計有著比較緊密的聯(lián)系。對駕駛員的主觀影響也比較大。在應(yīng)用駕駛模擬器進(jìn)行的研究當(dāng)中，對于交通標(biāo)志的研究比較多也比較深入，并主要集中在記錄駕駛員在在觀察交通標(biāo)志時所作的駕駛行為和反反應(yīng)情況，并通過量化分析來對車輛在行駛過程中駕駛員對交通標(biāo)志的感受進(jìn)行研究。給交通標(biāo)志的設(shè)計和放置提供了大量有參考價值的數(shù)據(jù)。比如：Knodler應(yīng)用駕駛模擬器對駕駛員對不同信號燈的亮起次序的認(rèn)知程度進(jìn)行了探討，Yan在使用駕駛模擬器得出了可變信息報放在上有180m左右較為合適，而且顯圖像的效果要好過僅顯示文字；Lidstrom在駕駛模擬器中反復(fù)測試，找出了斯德哥爾摩地鐵網(wǎng)絡(luò)中路標(biāo)放置點(diǎn)存在的問題并給出了詳細(xì)修正方案。國內(nèi)學(xué)者也在這一領(lǐng)域進(jìn)行了研究并取得一定成果，比如：馬燕通過虛擬駕駛器復(fù)制了現(xiàn)實中的交通標(biāo)志設(shè)置，通過交通標(biāo)示視認(rèn)性評測軟件對駕駛數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，構(gòu)建出新型交通標(biāo)示視認(rèn)性評價系統(tǒng)。

四、交通事故研究

駕駛模擬器有著成本較小，安全性較高的特性，能夠重現(xiàn)諸多貼近實際駕駛的危險處境，比如醉駕、行人突然通過等緊急交通事故，而且可以更加詳實地記錄下受試者在一些情境下的操作過程、反應(yīng)速度以及車輛技術(shù)數(shù)據(jù)，由此來研究交通事故出現(xiàn)前后的駕駛動作的變更和引發(fā)交通事故的誘因等等。比如，Siob -han Banks等研究了在睡眠時間不足的情況之下，女受試者比男受試者對于事故的預(yù)判更為精準(zhǔn)，不過無論是男是女，駕駛員在睡眠不足并飲用少量酒類的狀態(tài)下，都不無法預(yù)判交通事故可能發(fā)生的危險。Broen等記錄并分析了駕駛員對于突然出現(xiàn)的障礙在剎車處理上的反應(yīng)速度。通過上百名名受試者進(jìn)行駕駛模擬器實驗，每人要在21種不同狀況下完成剎車，并且所有的剎車動作使用的踏板參數(shù)均有所不同，每次實驗時處理突發(fā)性的障礙都只有一次，在數(shù)據(jù)統(tǒng)計之后，踏板參數(shù)和響應(yīng)時間并無直接關(guān)系，而隨著駕駛員年齡變大，響應(yīng)時間也會逐增多，汽車的驅(qū)動狀態(tài)、駕駛者性別、身高與鞋的尺寸同響應(yīng)時間并無明確的比例關(guān)系。Guzek等研究了夜班工作者在下班以后使用汽車回家時的駕駛情況，得出了在這一前提下更容易產(chǎn)生事故危險；Xuedong等通過駕駛模擬器重現(xiàn)了8個信號交叉口的情境，把駕駛員的駕駛速度和交通事故情況和現(xiàn)實數(shù)據(jù)作出比對，得出了駕駛模擬器能夠?qū)π盘柦徊婵诘陌踩赃M(jìn)行科學(xué)評測的結(jié)論。

結(jié)束語

使用駕駛模擬器是交通安全的一種可行的途徑，在以后關(guān)于交通安全的研究里，駕駛模擬器也會在更多的研究領(lǐng)域為研究者提供對研究有幫助的條件。不過也有著偶寫問題還亟待解決：第一，駕駛模擬器的有效性確認(rèn)。它是指證明駕駛模擬器可否真正對現(xiàn)實駕駛情況進(jìn)行模擬。隨著研究的深入，很多復(fù)雜環(huán)境下的模擬實驗中采集到的模擬數(shù)據(jù)都和現(xiàn)實情況有較大差別，對研究的進(jìn)展影響很大，亟待開發(fā)出功能更強(qiáng)大的駕駛模擬器；第二，駕駛模擬由于其本身參數(shù)的制約，難以對某些高密度交通場景進(jìn)行有效模擬，難以對研究者的實驗需要進(jìn)行滿足，這就要要對駕駛模擬器做二次開發(fā)，使之能可以和別的采集裝置與程序開發(fā)軟件進(jìn)行聯(lián)機(jī)使用，以取得更佳的實驗效果。

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