训练型驾驶模拟器有效性研究

程瑞，姜华平，陈颖

（山东交通学院，山东 济南 250000）

测试试验

训练型驾驶模拟器有效性研究

程瑞，姜华平，陈颖

（山东交通学院，山东 济南 250000）

为了确保训练性驾驶模拟器获得的实验数据具有可靠性，需要对驾驶模拟器的有效性进行研究。文章在总结模拟器相关研究以及有效性理论的基础上设计车速对比实验，运用定量分析和数据统计分析方法，比较模拟器与真车的区别，使山东交通学院的训练型驾驶模拟器的相对有效性得到了验证。并对于驾驶模拟器的未来发展，提出了一些想法。

训练性驾驶模拟器；有效性；车速

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.12.049

CLC NO.: U467.1+3 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)12-141-03

引言

当前，我国交通事故频繁发生，而交通事故往往发生在一些特殊路况，比如交叉口、行人横穿马路等。驾驶员有效及时的操作反应能够大大减少事故损失。因此对驾驶员在应对特殊路况时的驾驶行为的研究是当前交通安全领域的重点，而车速正是对驾驶员驾驶行为最直接的反映。

另外，随着驾驶模拟器逐渐应用于驾校培训、驾驶员行为研究等领域。相比真车实验，应用驾驶模拟器进行驾驶行为的研究具有高效、安全、成本低、数据收集方便等优势[1]。例如，美国和澳大利亚相继开发了STISIM驾驶模拟器用于检测老年人驾驶能力；[2]随后，美国又开发了一种虚拟现实（VR）驾驶模拟器用于改善脊髓颅脑损伤患者的驾驶能力[2]。与国外相比，我国对驾驶模拟器研究还很少，比较典型的是熊坚、丁立等人对驾驶模拟器进行了驾驶员视觉空间的效度研究[2]。但是，以上研究需要对驾驶模拟器获得的实验数据的可靠性及其有效性进行验证[2]，这样获得的研究成果才有意义。

因此，基于驾驶员驾驶行为可以作为训练性驾驶模拟器有效性确认的评价方法。本文首先提出具有通用性的有效性评价方法，通过设计对比实验，收集驾驶员在驾驶模拟器和真车两种驾驶环境下遇到若干特殊路况的车速数据，运用定量分析和数据统计分析来处理这两组数据，通过两组实验数据的差异程度来评价驾驶模拟器的有效性。

1、驾驶模拟器有效性确认

1.1 有效性的定义

有效性确认是反映驾驶模拟器价值的一条途径。驾驶模拟器有效性确认是指对驾驶模拟器能否模拟真实驾驶状况进行的求证工作。确认包括2 个层面：绝对有效性和相对有效性。绝对有效性，又称物理有效性，是指模拟器与被模拟对象之间物理属性保持一致，如模拟车速与实际车速保持一致；相对有效性，又称行为有效性，是指驾驶者在模拟器中的行为方式与在真车中的保持一致[4]。

1.2 有效性指标的选取

本文要通过驾驶员的驾驶行为来研究驾驶模拟器的有效性，驾驶行为包括行驶车速、驾驶员心率、驾驶员眼动、操作触感信息等。由于行驶车速最能够直接反映驾驶员面对特殊路况时的驾驶行为，故本文将选取车速作为有效性指标进行对比实验。

1.3 数据收集方法

运用视频法收集车速，两名助手负责同步录像，一名助手录前方路况，一名助手录车速仪表盘。后期对照两组视频，取驾驶员遇到若干特殊点所对应的车速。

1.4 数据处理方法

对于实验所得的数据采用定量分析和数据统计分析两种研究方法，其中数据统计分析包括T检验和F检验。

2、仿真实验

2.1 实验目的

本次实验通过驾驶模拟器车速和真车车速的对比试验，比较模拟器与真车的区别，对训练性驾驶模拟器的有效性进一步确认和评价。

2.2 实验被试

本次实验选取两位男驾驶员、一位女驾驶员以及两名助手，驾驶员至少达到三年以上驾龄，助手负责同步录像。

2.3 实验设备

1.两部录像机：分别用于录制车速仪表盘和驾驶员前方路况。

2.笔、纸：用于记录车速数据。

3.一个计算器：用于数据处理。

2.4 实验路段

真车实验是在山东交通学院附近的一条宽11m的路段进行，其中有一部分属于上坡和下坡路段，经测量其上、下坡坡度均为2°。

2.5 实验步骤

先进行真车实验。每名驾驶员适应操作环境5min后，开始驾驶，两名助手同步录像，实验中途熄火或意外情况视作无效。三名驾驶员在真车实验路段会随机遇到不同的特殊路况。因此，综合三名驾驶员遇到的相同路况，取8个特殊点分别如下：起步5S、直线行驶（流量少）、转弯、发现前方红灯、直线行驶（流量多）、上坡、下坡、遇见行人。然后在模拟器中设定这些特殊点，进行模拟实验，模拟实验过程同真车实验。

以下是实验过程中拍摄到的部分图片。图1和图2为驾驶模拟器上坡路况和上坡车速；图3和图4为真车上坡路况和上坡车速。

图1

图2

图3

图4

3、数据处理

真车实验和模拟器实验得到的数据见表1。

表1 实验数据

对每一个特殊点对应的2种平均车速进行t检验，对两种标准差进行F检验。结果见表2。

表格2显示，全部的F值均小于F临界值（α=0.1），对应2个总体的标准差没有显著差别；仅特殊点4和8的t值小于t临界值（α=0.1），在这两点上对应2个总体的平均车速没有显著差别，其余t值均大于t临界值（α=0.1），对应2个总体的平均车速有显著差别，模拟器车速显著地高于真车车速。模拟器绝对有效性无法确认。

表2 分析数据

对实验所得到的平均车速以及对应的车速标准差绘制成图5和图6的折线图。

图5 平均车速折线图

图6 车速标准差折线图

图2.7中能看出驾驶模拟器获取的数据随路段的变化趋势与实际行车数据保持一致，对应特殊点的车速标准差已被证明没有显著差别。在图2.8中可以更清楚的看到代表真车和模拟器的车速数值的点离得很近。可见对应特殊点的平均车速显著相关，该驾驶模拟器的相对有效性能够确认。

4、结论

本文在总结驾驶模拟器相关应用和研究的基础上对驾驶模拟器的有效性进行了验证。主要完成了以下工作：

介绍有效性理论，以车速作为考量指标，对驾驶模拟器和真车展开对比实验。

利用定量分析和数据统计分析对实验数据进行处理，并验证了这两种分析方法的可靠性。

通过仿真实验，使驾驶模拟器的相对有效性得到确认，其绝对有效性很难达到，原因是2个驾驶系统间固有的物理属性差别决定的。而相对有效性对于驾驶行为研究已经足够。

5、展望

对于训练型驾驶模拟器的研究，我们要学会怎样利用当前科研成果，根据当代社会需求，进一步优化和改进驾驶模拟器。比如，在视景系统中，通过研究不同道路景观对驾驶人生理心理的影响，来选择合适的路测景观。还有，我们可以开发这样一种软件来植入驾驶模拟器中：在驾驶过程中，模拟器会随机出现爆胎、侧滑、上坡熄火等突发情况，来锻炼驾驶员的应变和操作能力，这样能有效减少交通事故。

[1] Hoe Chung-Yeung Lee.Development of a Driving Simulator as an Off-Road Screening Tool for Older Adult Drivers.Australian Occupational Therapy Journal (2004) 51, 114-115.

[2] 丁立,熊坚.驾驶模拟器视景逼真度客观评价研究[J.系统仿真学报,2003,增刊.

[3] 丁立,熊坚.不同平面线性下驾驶模拟器速度有效性验证.昆明理工大学,2012.

[4] 张翔.研究型汽车驾驶模拟器有效性确认研究.交通信息与安全,2011.

Research on the Effectiveness of Training Driving Simulator

Cheng Rui, Jiang Huaping, Chen Ying
(Shan’ dong JiaoTong University, Shandong Ji'nan 250000)

Currently, road traffic accidents occur frequently, in order to reduce road accidents and ensure personal safety, we need to study the impact of behavior of driver, road design, traffic safety facilities on the traffic safety by using the training-type driving simulator. This article will survey the development and application of driving simulator, using quantitative analysis, comparing the difference between driving simulator and real car in speed, ultimately, doing further research to the effectiveness of the training-type driving simulator.

training driving simulator; effectiveness; speed; quantitative analysis

U467.1+3

A

1671-7988 (2016)12-141-03

程瑞(1992—)，就读于山东交通学院，载运工具运行安全与节能环保。