駕駛員反應(yīng)能力及其人—車—環(huán)境仿真檢測平臺(tái)的搭建

弓馨++梁龍凱

摘 要 本文通過分析汽車駕駛員臨界反應(yīng)能力對(duì)行車安全性的影響，得出良好的駕駛員臨界反應(yīng)能力是決定行車安全性的關(guān)鍵因素；并提出基于人-車-環(huán)境的硬件在環(huán)仿真試驗(yàn)條件可以測試駕駛員在不同路況下的反應(yīng)能力，搭建了駕駛員反應(yīng)能力檢測試驗(yàn)平臺(tái)，可用于駕駛員的考核、訓(xùn)練及后續(xù)研究。

【關(guān)鍵詞】駕駛員反應(yīng)能力行車安全 檢測平臺(tái)

現(xiàn)今，我國道路交通事業(yè)發(fā)展迅猛， 交通事故、城市道路擁堵等現(xiàn)象也隨之大幅度增加，這樣的交通環(huán)境， 將對(duì)駕駛員的駕駛技能、身體素質(zhì)提出更高的要求。影響行車安全的因素眾多，駕駛員對(duì)交通環(huán)境信息的臨界反應(yīng)能力對(duì)行車安全的影響不可忽視。

1 駕駛員反應(yīng)能力

駕駛員的反應(yīng)能力是指駕駛員在復(fù)雜交通環(huán)境中，持續(xù)接收、分析行人和汽車狀態(tài)，在一定程度上預(yù)見變化，并在瞬間做出準(zhǔn)確判斷的能力。

駕駛員反應(yīng)能力主要體現(xiàn)在轉(zhuǎn)向行為能力和制動(dòng)行為能力上，而緊急情況下駕駛員的轉(zhuǎn)向操作和制動(dòng)操作將從根本上決定事故程度。反應(yīng)能力對(duì)駕駛員十分重要， 外界客觀條件一致時(shí)，反應(yīng)能力直接決定反應(yīng)時(shí)間的多少。實(shí)驗(yàn)證明車速30km/h的汽車，反應(yīng)時(shí)間延長0.1s， 就要駛近1m，此距離將成為威脅生命的重要因素。因此，具有良好的臨界反應(yīng)能力是保障行車安全的重要因素。

由以上分析可知，駕駛員反應(yīng)能力對(duì)于行車安全有重要意義。因此建立駕駛員反應(yīng)能力測試平臺(tái)十分重要，不僅能檢測駕駛員的臨界反應(yīng)能力，而且能分析不同因素對(duì)于反應(yīng)能力的影響，對(duì)于從根本上提高行車安全具有重要意義。

2 駕駛員反應(yīng)能力檢測平臺(tái)

近年交通環(huán)境越來越復(fù)雜，我們有必要采用人-車-環(huán)境全景仿真的試驗(yàn)條件來進(jìn)行駕駛員臨界反應(yīng)能力的測試，用于篩選和訓(xùn)練駕駛員，以及今后的深入研究。由于商用車事故率較大且造成的人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失也更大，因此本文采用TruckSim和LabVIEW軟件的聯(lián)合仿真實(shí)現(xiàn)檢測平臺(tái)的搭建。

駕駛員反應(yīng)能力測試平臺(tái)主要由實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)、數(shù)據(jù)采集設(shè)備、車輛操縱機(jī)構(gòu)、仿真環(huán)境顯示設(shè)備等組成，如圖1。駕駛員的操縱信號(hào)由數(shù)據(jù)采集設(shè)備輸送給實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)，實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)實(shí)時(shí)計(jì)算車輛的運(yùn)行狀態(tài)，并將車輛的運(yùn)行數(shù)據(jù)輸出給顯示器，仿真視景電視顯示即時(shí)駕駛環(huán)境。

2.1 檢測平臺(tái)的硬件

車輛操縱機(jī)構(gòu)踏板、轉(zhuǎn)向盤及換擋桿，均由采購的實(shí)車零部件組成，可以最大程度的使檢測平臺(tái)具有實(shí)車的操縱感。例如檢測平臺(tái)的踏板選用的是自帶非接觸式霍爾傳感器的瑞立電子踏板型號(hào)11080100010，可將踏板開度以模擬電壓信號(hào)傳遞給實(shí)時(shí)車輛模型。除了駕駛員操縱機(jī)構(gòu)外，檢測平臺(tái)還應(yīng)具備駕駛輔助設(shè)備，如座椅、顯示器等，且各部分的相對(duì)位置應(yīng)盡可能符合駕駛實(shí)際。

實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)由主機(jī)和目標(biāo)機(jī)組成，兩者間通過TCP/IP協(xié)議進(jìn)行通訊。主機(jī)裝備TruckSim和LabVIEW軟件，可進(jìn)行車輛模型參數(shù)設(shè)置、仿真工況設(shè)置，以及監(jiān)視仿真程序的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，并能從目標(biāo)機(jī)中導(dǎo)出后續(xù)研究和分析的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。目標(biāo)機(jī)進(jìn)行操縱信號(hào)采集，使實(shí)時(shí)車輛模型獲得駕駛操縱信息，并負(fù)責(zé)運(yùn)行實(shí)時(shí)車輛模型。

檢測平臺(tái)的目標(biāo)機(jī)采用型號(hào)為PXI-1042Q的NI工控箱，配備PXI-6259數(shù)據(jù)采集卡、SCB-68接線盒。目標(biāo)機(jī)可通過LabVIEW的NI -DAQ 模塊，將采集的信號(hào)傳遞給實(shí)時(shí)車輛模型。

2.2 檢測平臺(tái)的程序設(shè)計(jì)

檢測平臺(tái)的實(shí)時(shí)程序借助于TruckSim RT實(shí)現(xiàn)，可運(yùn)行于LabVIEW RT環(huán)境，運(yùn)行速度比實(shí)時(shí)快約3-6倍，其聯(lián)合仿真流程如圖2所示。

檢測平臺(tái)實(shí)時(shí)程序包括主機(jī)程序和目標(biāo)機(jī)程序。主機(jī)程序在主機(jī)運(yùn)行，能實(shí)現(xiàn)主機(jī)、目標(biāo)機(jī)程序的運(yùn)行以及試驗(yàn)數(shù)據(jù)保存的開關(guān)控制。目標(biāo)機(jī)程序是總體程序的核心，采用平鋪式順序結(jié)構(gòu)。兩個(gè)循環(huán)結(jié)構(gòu)構(gòu)成了程序主體，分別為駕駛員操縱信息的數(shù)據(jù)采集循環(huán)和TruckSim模型運(yùn)行的定時(shí)仿真循環(huán)，即實(shí)時(shí)車輛模型的LabVIEW仿真架構(gòu)。數(shù)據(jù)采集和TruckSim實(shí)時(shí)模型循環(huán)終止后實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)跟蹤模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)保存。

總體程序中的數(shù)據(jù)傳輸采用的是共享變量的形式。主機(jī)與目標(biāo)機(jī)間的數(shù)據(jù)通信借助網(wǎng)絡(luò)共享變量實(shí)現(xiàn)，目標(biāo)機(jī)兩個(gè)循環(huán)間通過單進(jìn)程共享變量進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。

2.3 檢測平臺(tái)的數(shù)據(jù)輸出

利用檢測平臺(tái)可以進(jìn)行不同工況的人-車-環(huán)境硬件在環(huán)仿真試驗(yàn)，獲得駕駛員在不同試驗(yàn)工況下的轉(zhuǎn)向及制動(dòng)操縱數(shù)據(jù)，用于駕駛員反應(yīng)能力的分析。圖3為利用檢測平臺(tái)獲得的駕駛員在下坡常制動(dòng)工況下的制動(dòng)踏板數(shù)據(jù)。

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作者簡介

弓馨，現(xiàn)為東北師范大學(xué)人文學(xué)院講師。研究方向?yàn)槠噭?dòng)態(tài)仿真與控制。

作者單位

東北師范大學(xué)人文學(xué)院 吉林省長春市 130025