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汽車駕駛模擬系統軟硬體之擴充與測試駕駛行為實例應用之研究

汽車駕駛模擬系統軟硬體之擴充與測試駕駛行為實例應用之研究. 國立中央大學 車輛行車事故鑑定研究中心 主 持 人：黃俊仁 教授 協同主持人：董基良 教授 協同主持人：馮君平 副教授 協同主持人：林志勇 助理教授 協同主持人：黃維信 助理教授. 報告大綱. 一、計劃背景與目的 二、駕駛模擬實驗室規劃與建置 三、駕駛模擬系統軟硬體改善 成果 四 、駕駛模擬系統之應用研究 五、結論. 1. 計劃背景. 原駕駛模擬系統場地缺乏 完善規劃 及 有效管理 ，使駕駛模擬系統之應用推廣困難。 原駕駛模擬系統之 硬體逼真程度 及 軟體整體規畫 仍待加強。

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汽車駕駛模擬系統軟硬體之擴充與測試駕駛行為實例應用之研究

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Presentation Transcript

  1. 汽車駕駛模擬系統軟硬體之擴充與測試駕駛行為實例應用之研究 • 國立中央大學 車輛行車事故鑑定研究中心 • 主 持 人：黃俊仁 教授 • 協同主持人：董基良 教授 • 協同主持人：馮君平 副教授 • 協同主持人：林志勇 助理教授 • 協同主持人：黃維信 助理教授

  2. 報告大綱 一、計劃背景與目的 二、駕駛模擬實驗室規劃與建置 三、駕駛模擬系統軟硬體改善成果 四、駕駛模擬系統之應用研究 五、結論

  3. 1. 計劃背景 • 原駕駛模擬系統場地缺乏完善規劃及有效管理，使駕駛模擬系統之應用推廣困難。 • 原駕駛模擬系統之硬體逼真程度及軟體整體規畫仍待加強。 • 展現駕駛模擬系統於研究發展上之功能。

  4. 2. 計劃目的 • 建置駕駛模擬實驗室 • 改善駕駛模擬系統之軟硬體 • 利用駕駛模擬系統進行應用研究

  5. 3. 研究流程 確認研究目的 相關文獻及歷年成果彙整 軟體改善 硬體改善 應用研究 DS實驗室 建置 趣味性學習、 DS動態展示 場景改善 EON+VB 方向盤、油門 、煞車 空間規劃及建置 視覺系統 規劃及建置 運動平台改善 Washout,LVDS 場景模組化 高齡者駕駛行為 、跟車行為 系統驗證 進行應用研究實驗 結論

  6. 二、駕駛模擬實驗室規劃與建置 1. 空間規劃及建置 2. 視覺系統規劃及建置 3. 視覺影像校正

  7. 油壓源室 1. 空間規劃及建置 • 空間規劃： 駕駛模擬室、油壓源室、 儲藏室及電腦監控室

  8. 1. 空間規劃及建置(續) 駕駛模擬室 油壓源室 儲藏室 電腦監控室

  9. 2. 視覺系統規劃及建置 • 視覺系統規劃：以「360°包覆式」之同步投影環境為目標，進行「多螢幕」系統規劃。 249cm 投影螢幕 300cm 駕駛艙 + 六軸運動平台 單槍投影機 130cm

  10. 目前採8投影螢幕環場規劃, FOV設定值：2θ1×π/180 = 0.603 2. 視覺系統規劃及建置 • 多螢幕視角校正： 34.52o

  11. 3.視覺影像校正 (1) 尺寸當量校正實驗： 目的：以公式推導與虛擬物件尺寸作比較，以確保虛擬場景尺寸的正確性。 探討項目：虛擬影像視角、視野寬度、虛擬距離、虛擬方塊邊長。 結果：EON軟體的模型尺寸當量與實際物體的物理量相同，不須作另外修正。

  12. 3.視覺影像校正(續) (2) 場景景深校正實驗： 目的：以虛擬物件景深與實際量測結果作比較，以確保實驗場景景深的正確性。 研究方法：分別拍取三張照片，並量測照片中真實方塊及投影方塊的邊長。 結果：三組數據之誤差值差異性不大，可判定布幕上的影像和真實的物體，其視覺感受無太大差異。

  13. 1. 虛擬場景控制之改善 2. 運動平台控制之改善 3. 駕駛座艙之改善 4. 駕駛模擬系統之驗證 三、駕駛模擬系統軟硬體改善成果

  14. 1. 虛擬場景控制之改善 • VRML97軟體之節點功能近年來未有太多進步。 • 由以往的VC++搭配VRML方式，改為VB結合EON方式來重新建置相關節點功能與虛擬場景控制。 • EON的優點：整合3D 模型檔案格式、支援的週邊硬體眾多、可顯示全彩繪圖、可擴充成網路多人連線、具特殊節點功能。

  15. 2. 運動平台控制之改善 • 以古典沖淡演算法 (Washout) 改善運動平台的控制性能。 • 以車輛動態模組(LVDS)完整記錄車輛駕駛內容。

  16. 2. 運動平台控制之改善(續) 加速與煞車： 等車速轉彎： Yaw 縱向 Pitch Yaw 縱向

  17. 2. 運動平台控制之改善(續) • 車輛動態分析資訊： • 輪胎轉角 • 加速度 • 位移 • 角速度 • 角度

  18. 3. 駕駛座艙之改善 駕駛座艙之CCD支撐架 加裝阻力彈簧增加力回饋感覺 駕駛座艙之後視鏡 駕駛模擬座艙之車框

  19. 4. 駕駛模擬系統之驗證 (1) 運動平台及監控系統效能評估 (2) 虛擬場景之運算效能評估 (3) 駕駛座艙之控制與實車驗證 (4) 標誌辨識度驗證 (5) 煞車警示反應距離實驗

  20. (1)運動平台及監控系統效能評估 • 運動平台效能評估： • 由送出命令至平台反應的延遲時間約0.02秒。 • 在正常的駕駛行為下，其加速度和角速度基本上不會有太大的變化，此運動平台的延遲時間為可接受。 • 監控系統效能評估： • NI之 DAQ 卡的訊號更新頻率可達200 kHz以上，因此不會影響整體系統的操作時間。

  21. (2)虛擬場景之運算效能評估 • 從駕駛者輸入訊號、模擬計算、送出控制訊號至運動平台完成動作所需的時間在0.05秒以下。

  22. (3)駕駛座艙之控制與實車驗證 • 試驗車輛：Honda Civic K6 (含里程計) • 加速規、陀螺儀：量測三軸向加速度、角速度。 • 訊號濾波及放大器：過濾雜訊及放大訊號。 • 電源供應器：提供訊號放大器所需電源。 • 訊號擷取卡：擷取里程計及煞車的訊號。 • 筆記型電腦：收集及分析實驗資料。 • 不斷電系統：提供筆記型電腦所需電源。

  23. (3)駕駛座艙之控制與實車驗證 • LVDS修正 • 油門加速控制 • 煞車減速控制 • 放鬆油門控制 • 方向盤等速轉彎控制

  24. 煞車踏板深度5.0 cm 油門踏板深度2.5 cm (3)駕駛座艙之控制與實車驗證(續) • LVDS修正： 方向盤4/8圈 • 改善後的LVDS理論模擬比原始LVDS模擬更為接近實車數據。

  25. 油門踏板深度4.0 cm (3)駕駛座艙之控制與實車驗證(續) • 油門加速控制： • IOTDS 和實車的反應皆受到油門機械性能和人為因素之影響，兩者的結果也較接近。

  26. 煞車踏板深度5.0 cm (3)駕駛座艙之控制與實車驗證(續) • 煞車減速控制： • IOTDS 在煞車負加速度之變化與實車和理論差異不大。但在煞車時間上，IOTDS更接近實車結果。

  27. (3)駕駛座艙之控制與實車驗證(續) • 放鬆油門控制： • 放開油門時會立即產生0.8 m/s2 ～1.1 m/s2 的負加速度變化，使得車輛減速。 • IOTDS 之實驗結果與實車數據較接近。 初速 60 km/h

  28. (3)駕駛座艙之控制與實車驗證(續) • 方向盤等速轉彎控制： • 利用實車試驗數據修正模擬理論中的輪胎側滑計算，可得到與實際情況更相符之結果。 方向盤2/8圈與車速50 km/h

  29. (4)標誌辨識度驗證 • 建議以1024 × 768的場景解析度及136吋之布幕來進行實驗，可縮小辨識距離之誤差。 速限標誌與警告標誌之辨識距離誤差值

  30. (5)煞車警示反應距離實驗 • 駕駛模擬器之煞車停止距離會有約 5.3～6.6公尺的差異，可提供相關實驗之修正參考。 IOTDS與實車試驗之反應距離

  31. 四、駕駛模擬系統之應用研究 1. 趣味性學習 2. 駕駛模擬系統之動態展示 3. 高齡者駕駛行為之研究 4. 跟車行為之研究

  32. 1. 趣味性學習 • 規劃多種情境：學習路線由路口違規車輛、前車載物掉落、路邊車輛竄出、二車碰撞事故、紅綠燈及不同的氣候狀況等組合而成，並設定評分標準。 • 給予受測者新奇的開車體驗及反應能力測試。

  33. 1. 趣味性學習 載物卡車紙箱掉落 路口違規車輛 兩車碰撞事故 遇紅綠燈

  34. 2. 駕駛模擬系統之動態展示 • 運動平台與3D動畫聯合展示： • 冰塊歷險 ：平台動作包含連續轉彎、上坡、下坡、跳躍及左右晃動。 • 車輛研究測試中心之虛擬測試道展示： • 模擬車輛行進路面突起、凹洞、上坡、轉彎、下坡及晃動等動作情境。

  35. 3. 高齡者駕駛行為之研究 • 由問卷調查和警政署道路交通事故調查表分析結果可得知，高齡者事故發生地點以彎路之受傷嚴重性為最高。 • 對於汽機車安全問題感到最困擾的問題是汽機車爭道。 • 30~49歲和65歲以上的受測者各7名。

  36. 3. 高齡者駕駛行為之研究 汽車突然切入之情形 機車爭道之情形

  37. 3. 高齡者駕駛行為之研究 • 不同年齡層對於汽車突然切入時之反應時間有顯著影響 • 不同道路幾何類型對於駕駛者之反應時間有顯著影響

  38. 4. 跟車行為之研究 • 交通肇事的首位原因為未注意車前狀態。 • 以周圍偵測任務 (Peripheral Detection Task) 評量駕駛者分心。 • 探討駕駛者面臨前方車輛緊急煞車事件時之駕駛反應行為。 • 20～30歲年齡層，取樣人數為10人，30~49歲和65歲以上各7人。

  39. 4. 跟車行為之研究

  40. 4. 跟車行為之研究 • 感知反應時間影響因子彙整表： ※在不同車速下，撞車事故及系統設定車間反應時間 對感知反應時間皆有顯著關係。

  41. 五、結論 • 完成駕駛模擬實驗室之建置及虛擬影像之校正。 • 在軟硬體改善方面，包括： • 虛擬場景控制改用VB結合EON的方式。 • 運動平台之控制加入沖淡演算法及LVDS 模組之改善。 • 完成方向盤、油門及煞車之力回饋改善。

  42. 五、結論 • 完成駕駛模擬系統驗證，包括： • 運動平台及監控系統效能評估 • 虛擬場景之運算效能評估 • 駕駛座艙之控制與實車驗證 • 標誌辨識度驗證 • 煞車警示反應距離實驗 • 完成高齡者駕駛行為及跟車行為等兩項應用研究。

  43. 簡報完畢 敬請指正

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