汽车类(外文翻译)--驾驶者的转向感—-毕业论文设计.doc

驾驶者的转向感摘要：最近随着汽车技术的发展，利用原型车和专业方法，转向感被优化。对人的认知的了解在设计初期可能协助发展一种良好的感觉。为了进一步了解哪些因素促成对转向系统的感觉，三个心理实验已经进行。在第一个实验中，它研究了描述感觉(即触觉性质)的方向盘的参照系， 表明测试者把注意力集中在施加于车轮上稳态的力，而非稳态扭矩。测试者把注意力集中车轮转动角度而非手中方向盘的位移。在第二次实验中，在稳态方向盘力与稳态方向盘角度状态下，检测到的阈值变化量被确定在15%左右。 分别用 震级估算和震级产生对稳态方向盘力与稳态方向盘角度下转向感变化速度进行确定。据发现，据史蒂文斯的定律，在强度为1.39上，随着力的增加，稳态方向盘力的感觉增加。而在强度为0.93上，方向盘转角的感觉随着方向盘转角的增大而增大。转向系统将被讨论。关键词：转向感觉，本体感觉，触觉反馈1引言开车是一项复杂的工作，牵涉到许多的司机和车辆的互动。二者组成的系统的良好运行取决于车辆能理解驾驶者的意图， 以及如何区别这些意图和司机能很好感知车辆的反馈。在一辆车上，转向系统是最重要的控制系统之一，让司机来控制汽车方向。 转向系统，不仅让司机控制车，而且也提供给司机了车辆的反馈，通过反馈，给予触觉感官路-轮胎系统的影响。来自脚下的路-轮胎系统的力 (以及相关的道路轮角度，车轮速度和道路附着力) 作用在方向盘，而司机通过车轮与它们(转向系统运动损失 及受到各种援助方式转向系统 ，如液力和电磁的协助)互动，建立转向系统内部性能和环境的模型。 方向盘转矩和方向盘角度关系来一直被视为一个有用的方法描述转向感觉 1。 各种度量的关系，是用来界定转向感觉2-5。 实验发现，改变方向盘力和方向盘角度的关系，都无法改变的驾驶经验 6。 由司机所感知的方向盘的触觉的刺激的有关知识，被视为是可能有助于转向系统的设计。 认知刚度7和观感粘度8似乎来自力，位置和速度。 心理生理学研究表明，肌梭的受体，皮肤的感受器， 与联合受体提供了神经输入，用于感知运动和的肢体的作用力9。 神经物理学提供技术来描述主体如何感受刺激。 典型的措施包括差阈(需要检测的改变的最小变化刺激)和神经物理学函数(刺激程度的变化和对这些变化的感知之间的关系)。 不过， 第一步，利用神经物理学方法对转向感进行量化是要确定方向盘触觉反馈哪些方面是司机能感知的。转向力矩和转向角度描述转向系统的稳态特性，而它们之间的关系已经定义为转向感觉2-5。 似乎有必要检查实验者衡量什么，。 也没有说明是否转向系统的性能用一个旋转参照系(即 扭矩和角度)或传动的参照系(即力和位移)来描述。本文描述了三个实验，旨在研究司机如何感知方向盘的稳态性能。第一个试验研究转动或传动参照系对于主观者是否更直观。 据推测，如果要求匹配不同大小方向盘，旋转或移动的参照系也能更加一致与它们匹配。 第二实验确定观感方向盘力量和角度的差别阈，如果假定韦伯的法律将适用双方的刺激。 第三实验研究了方向盘物理特性的神经物理学等级观念，它确定了方向盘力和方向盘观感之间关系，以及方向盘角度和方向盘角度观感的关系。 据推测史蒂文斯的定律提供了充分的模型描述神经物理学等级观念。2仪器一个平台被建立来模拟驾驶一个型号2002年美洲虎S型轿车的位置如图 1。 该框架为主观者提供了一个脚跟点和支撑汽车座椅和转向柱总成。 美洲虎S型的方向盘的截面被用来作为的实验方向盘， 这种方向盘由快速成型聚合物和优质皮革做成，以形成良好的对握。 测试者位置由座位，方向盘，足跟点的位置决定。对弯头角度进行监测和调整，使它保持在110左右，以确保所有测试者不要离方向盘太近或太远。转向柱总成包括光学增量编码器以便测量角度(结果0.044)， 应变片扭矩传感器测量扭矩(0.01N准确性)， 轴承以便使车轮转动自由(等距控制) ，夹锁以便锁定位置(等渗控制)。 3实验做三个实验，是为了研究司机对于方向盘稳态的性能的反应，以及确定司机的参照系，确定为力和角度感知的阈值变化量， 确定力和角度的感知的增长率。人体实验、安全与伦理委员会研究所和南安普敦大学的声学与振动研究通过这次实验。 3.1司机的参照系参照系提供方法来描述空间中的实体的位置和运动。有两个主要分类为参照系，在空间知觉:外部中心(外部的人的框架)， 而自我中心(框架集中于人)。对于某些任务，选择的参照系可能仅仅是出于方便。 在人类空间认知和导航的参照系，决定着人的观感。方向盘的位置和运动的触觉的感知，是受车轮限制，车轮只能围绕转向柱转动。在工程方面， 利用方向盘扭矩和方向盘的角度，也可很方便地描述了一个方向盘在转动参照系运动。 不过，当感觉转向系统时，司机可使用不同的参照系; 他们可能会感觉方向盘力而非方向盘的扭矩，感觉方向盘位移而非方向盘角。另外，司机可既不使用外界参考系也不使用自我中心的参照系，反而可能会使用一些由kappers建议中间参照系10。 这项实验的目的是检验驾驶者是否能感知方向盘力或力矩，以及是否他们能意识的角度或位移。 这些特性的关系是 （1）（2）为了研究哪个变量是被司机直觉所感知，找出旋转和移动的参照系的关系是十分必要的。 这项工作可以通过改变方向盘的半径来完成。 假设这种情况， 当被问及他所感知的一个参考系，在等距 (方向盘不转动)改变方向盘半径条件下，测试者要么感知手上的作用力要么感知施加于方向盘的扭力。也有这样一种假设，当使用变半径的等渗方向盘(即车轮转动，不能抵抗运动)测试者要么感知手中方向盘的位置或方向盘转过的角度。 3.1.1方法采用调整的方法11， 从参考方向盘到测试方向盘，测试者都能感知。 在抓好参考方向盘后， 受试者需要完成达到预期刺激程度的按顺时针方向转动方向盘的动作。用一台有11项固定的指标的电脑监视器来显示视觉反馈情况。电脑显示器指示指导测试者小角度，中角度，或大角度转动方向盘，去寻找参考方向盘的感觉经验。 受试者需要在6秒的范围完成相关操作，并且在随后的4s内保持力或转角。 受试者需要在6秒内移动他们的手来完成给定的试验内容。 建立参考空间和把握方向感的总时间为20秒。 测试者分成两组，一组参加等距方向盘项目，一组参加等渗方向盘项目。 在每组中有四个参数状态需要测试:5N、15N、1.5Nm、3Nm(用等距方向盘)、3、9、10毫米、30毫米(用等渗方向盘)。这些力和距离与方向盘臂的力和距离有关。 这项实验中，12名男性，年龄在18至26岁， 应用主观实验设计方法，所有测试者参加了在所有的条件下的测试。整体的测试结果更加均衡合理。第一组的六个参与者用等距方向盘： 至于第二组的六个参与者使用等渗方向盘。 对于每一个参数状态，共有18个试验进行： 9个实验收集下列对象的状态数据： 3个参考方向盘的组合和3个不同直径试验方向盘 (小型，中型 和大型)。包括，重复上述相同尺寸方向盘的九个状态实验。 受试者需要保持力或转矩的时间的长短能最大限度地防止疲劳。 通常，测试者历时10秒，以达到预期的力量或方向盘角度。 测试者的双手被掩盖，使他们并未获得自己的位置或运动的视觉反馈。3.1.2结果实验中的一个典型测试者的等距控制的结果在图2以力的方式表现，在图3中以扭矩图形式表现。 实验中的一个典型测试者的等渗控制的结果在图4以角度的方式表现，在图5中以位移形式表现。 物理量的参考条件和试验条件之间的相关系数在表1每个测试者位置处给出。对于等距控制，相关系数通过在方向盘臂处的力矩和力获得。 对于等渗控制， 相关系数通过在方向盘臂处的位移和角度获得。 据推断，相关系数越大的变量(力或转矩，角度或位移)是越容易表现在数据中。对于12个测试者，等距控制中通过力取得的相关系数明显高于通过扭矩获得相关系数 (p0.01 wilcoxon配对标记的等级检验)。 对于等渗控制， 通过角度获得的相关系数明显高于通过位移获得的相关系数 (p0.01)。 3.1.3讨论最适合的数据的线的梯度小于11个测试者单元的整体。实验数据的梯度大于1.0的单一测试者只用了角度的数据。 其结果已经才从正在表现第一参数中产生(即命令生效)。 另外， 它可以显示物理变量并不反映被测试者调整的参数。无论参数与45线匹配的偏差多大，斯尔曼相关系数在没有做关于参数和匹配的确切值的假设情况下对参数和匹配进行分级。结果显示，在理想化等距和等渗控制中，比方向盘扭矩感来，司机有更好的方向盘力的感觉。和方向盘角度感相比，司机有更好的方向盘位移感。 看来，受试者用其肌肉上的力及手臂关节点的角度来定位方向盘。 为了判断扭矩， 测试者将需要估计力与手与方向盘的中心的距离。 为了判断方向盘臂位移， 测试者需要估计关节节点的角度与手脚的长短。 估计扭矩和距离比估计力量和角度需要更多的信息和更大的工作。 因此，扭矩和距离不准确的、不被喜欢和不自然，这就不足为奇。 3.2差别阈 一个差别阈是最小的变化和刺激，能够引起人感觉器官的注意 11。 差别阈可说是绝对单位， 差别阈是描述测试的变量的物理单位，或者是相对而言，差别阈是用韦伯分数描述的一个量。 韦伯提出的绝对差别阈是一种线性的刺激强度，因此，可以用一个固定百分比或分数描述刺激的强度。 这体现在韦伯的法律中，C是一个常数，称为韦伯分数，常以百分比表示 。感知力的阈值的形式为多种多样。 琼斯12报道手肘屈肌所产生的力的差别阈为韦伯分数0.07(7%)。 基于一项实验laming13 报道了举起重物的差别阈是韦伯分数0.059(5.9%)。这项实验中希纳14把重量 从300克增加到3000克。奥伯15测量了限制重量为50至550差别阈，韦伯分数为0.043(4.3%)。 gaydos16报道了手指跨度的宽度为770至100毫米触觉阈值为0.021(2.1%)。 琼斯报导肘运动的阈值为8% 。Rinker18研究了手指运动阈值的规律为正弦规律。差别阈的范围从10%到18%。本实验研究稳态方向盘力的差别阈 (用等距方向盘)和稳态方向盘角度的差别阈 (用等渗方向盘)。 3.2.1方法 差别阈值是用两种替代被迫选择程序测定，即上下转化反应方法19。 受试者需要根据刺激程度在方向盘上完成预定的力或角度。 完成动作所需的水平由一台11项固定的指标的电脑监视器所显示。 分别介绍了参考刺激和试验刺激的顺序和随机秩序，受检者报告这两个刺激的感觉哪个更大。UDTR的方法是一个三升一降规则(即三个正确的反应使刺激更加接近参考刺激，而一个不正确的反应增加，导致增加参考和测试刺激的不同)。 三升一降规则意味着得到的差别阈值有79.4%正确反应水平。三个参考程度被用来在每一组：（等距方向盘的5.25N、10.50N、 21N）和（等渗方向盘4、8、16）。 为了确定每个参数的差别阈，测试者做了一系列判断， 而判决的总数取决于其反应。 测试终止后进行三升一降规则逆方向的测试。 差别阈的平均值为最后两个上和最后的两个下的逆转值测定。 这项实验中，12名男性年龄18至28岁，参加了内部主观实验设计。 相关状态出现的次序通过测试者进行平衡。六个测试者由等距控制， 六个测试者由等渗控制。 3.2.2结果差别阈值位数绝对值和相对值见表2。 对于力和角度，随着参考幅度增加 (p0.01 弗里德曼测验) ，绝对差阈值明显增加。 力和角度差别阈值位数的绝对值和相对值列于图 6和图 7。 随着参考力的增加，差别阈值位数相对值均呈下降(从16.5%到11.5%)。随着参考角度的增加， 差别阈值位数相对值均呈下降(从17.0%到11.5%)。不过，总体而言，相对的差别阈值没有超过三个力参照和三个角度参考(p0.4弗里德曼测验)。 3.2.3讨论统计分析意味着力量和角度的相对差别阈是独立的，而应用韦伯的法则可对这个状况进行研究。 在检测变化力时，不同程度的参考刺激的平均相对差别阈为15%。当检测变化的角度时，不同程度的参考刺激的平均相对差别阈为14%。这意味着探测变化力和角度的准确性没有根本区别。表明力量和角度提供同样反馈变动 。对于力的感知，15%相对差别阈值达到正确的性能水平的79.4%。 但直接比较上述研究报告的力的感知是不可能的， 因为正确反应水平是不表现在这些研究中。 对于角度的感知， 在本研究14%与肢体运动的差别阈值的1018% (按71%的正确率) 相比，据rinker的调查。与肢体运动的差别阈值的8%(71%正确率)，据琼斯调查。 3.3感知的增长率刺激感的增长率采用史蒂文斯的法则20确定。表示感觉的程度，是刺激的强度，K是一个由具体情况决定的常量，N是描述了刺激感的增长速度的指数， 并决定感官(例如力的感知或感知响度)。 以前的研究报告了在各种实验条件下21-24感觉力和体重的增长速度指数在0.8和2.0之间。史蒂文斯和斯顿研究了手指跨度的触觉感觉25利用跨度为2.3-63.7毫米来估算指数次方为1.33的震级。指数n的值可要么由震级估计决定要么由规模生产决定。 震级估计需要测试者作一个感觉的知觉程度的数值预测， 而规模生产需要测试者调整刺激产生等于给数值感应程度。这些方法有系统性偏差。这被史蒂文斯20叫做回归效应11。 偏差都归因于一种测试者限制刺激超过他们所控制的范围的趋势：所以在震级估计中他们限制他们所报告的数值的范围，在规模生产中他们限制了各种所产生的刺激。 偏差造成的规模生产产生了坡度(即高值n)而不是震级的估计。 第三实验均雇用震级估算及生产规模研究稳态方向盘力与稳态方向盘角度的知觉程度。 3.3.1方法 对程度的估计， 测试者首先在顺时针方向操作方向盘中应用参考力(或角度)。 对于等距方向盘， 参考力是10.5N，对于等渗方向盘，参考角度是9度。 在中等参考下产生了一个11点的规模的反馈。 受试者被告诉参考范围相当于100以内。 测试者应用于11个不同的测试力(或角度)，用力或角度直到指针摆在中间标志的11点尺度处。 被指定的力或角度相当于50%，60%，70%，80%， 90%，100%，120%，140%，160%，180%， 200%的参考力或角度。 对于力，这些刺激介于5.25N21N，而对角度而言，他们介于4.5度至18度。 在出示一份检验刺激 测试者被要求根据参考的比例提出报告来表现试验力(或角度)来。 出现试验刺激的顺序是随机。 为程度产生， 测试者首先在顺时针方向上操纵方向盘应用参考力(或角度)。 对于等距方向盘，参考力是10.5N。对于等渗方向盘参考角度是9度。 在中等参考下产生了一个11点的规模的反馈。 受试者被告诉参考范围相当于100以内。 指针移动，显示的数字被代替(50、60、70、80、90、100、120、140、160、180 或200)。测试者被要求产生给定的数目并与参考成正比一个力(或角度)。出现试验刺激的顺序是随机。这项实验中，12名男性年龄18至28岁，参加了内部主观实验设计。测试者分成两组按顺序进行力，角度和程度估计， 震级和生产实验。 相关状态出现的次序通过测试者进行平衡。该指数表明感知的增长速度，是由史蒂文斯的定律决定的。 随着对数轴上的刺激，该指数是斜率n由下列公式所决定。3.3.2结果感知的增长速度的指数通过最小二乘法回归中位数得到。对从12个测试者的每次试验程度和实际试验程度及被假设的变量决定的震级实验中的数据进行最小二乘法回归26。 计算的指数分别为1.14(力震级的估计)，1.70(力程度产生)，0.91(角度震级估算)和0.96(角度规模产生)。 中位的数据，最适合于所有的测试者的线列于图8 、9、10和11。力的估计，力的产生，角度估算，角度的产生分别在图12中比较。物理程度及认知程度之间的斯尔曼的秩相关系数r分别为0.89（力震级估计）和0.65（力的规模产生），0.89（角震级估计）和0.87（角规模产生）。 刺激和估计或指定程度之间的相关显着性(P0.01，N=132)具有较高的关联性。3.3.3讨论 随着震级的估计， 随着力量和角度的增加，力和角度的所有位数估计的排序增加，中部(100和120)的力量估计除外。 这个偏差是随机的上升。 为了评估这种偏差对中位数据的指数的影响，指数回归到全部测试者的所有数据点。 由此得出的一个指数为1.14，这同从中位数据确定的指数是一样的。 同样地，对于规模产生，所需的数值而增加的中间力和角度也一样，除两个最低位力。当受试者被要求产生一个与幅度 70相应的力量时，最低位的力被产生。对于明显震级60和50，中位力略高(虽不显着)。 这种偏离预期的秩序是随机的，这意味着力的产生的指数 (1.70)比无最低的二个力时要高。 回归所有来自所有测试者的关于力生产的数据(代替位数判断)算出的指数 1.38。 回归效果表现在力量和角度的数据上。 估计没有偏见的力量和角度的明显感觉的增长率，当作幅度估计和规模生产的增长率的几何平均值。 在这项研究中， 转向盘力的估算和生产斜率的平均值是1.39，而方向盘角度的值为0.93。方向盘力感的增长率所在，在先前报道的范围内22。增长率为1.39意味着力感的增长快于力的增长。 例如，增加了一倍力量将引起感知的162%增加。方向盘角度有平均增长率为0.93；这样角度感的增长速度比角度的增长慢。例如，增加了一倍的角度会引起只提高了91%角度感。 4一般性讨论虽然希望优化转向感，但是很少有系统的研究。这些研究包括司机的感觉，他们感知的差别。和随着转动方向盘的力和角度变化，感觉怎样变化。 第一次实验给了适当的术语转向感，配合随后的两个研究。当考虑了施加在司机上的负载时，第一项研究的结果表明了车辆的转向系统的触觉特能应顾及方向盘的半径。方向盘半径的变化衡量力感和力感的改变。第二实验确定了被测试到的方向盘力量和角度的差异。 相差15%的力和相差14%的角度将引起79.4%时间差。差别阈运用信号检测理描述。差别阈的值通过正确的反馈变化。ROC曲线(接受操作特性)曲线描述了所有反馈的差别阈值。 该实验提供了ROC曲线的一点; 最好能测量其它的点，并建构一个ROC曲线。 差别阈与概率检测差异之间的关系可以看出。 测定差阈值的环境可能影响阈值测定。 在本研究中，测试者与力的实验相联系，在角度测试中使方向盘回正。它们代表个别刺激而不是力或角度的增量变化，就像发生在驾驶过程中。 虽然试验有限制，结果可能是在各个领域有用的。举例来说，它们提供差异的见识是可以接受的，从转向系统不对称到重复转向可接受差异。 第三次实验的结果表明，无论是方向盘力感部队还是方向盘角度感都不是线性。 了解如何看待司机感知方向盘力和方向盘的角度的反馈需要承认无论是力或角度的感知并不是线性关系。 研究报告说，方向盘力和方向盘角度的感知如何依靠力和角度。对于汽车转向系统中的方向盘作用力和方向盘角度一起变化的情况，应用研究的结果可能有局限存在。力或角度的感知可能被角度或力的变量改变。此外，听觉、视觉或其他身体感官刺激表现车辆上，但这些不被包括在本实验室中，这些可能影响方向盘力和角度的感知。 5结论 方向盘力是更有效的转向感的描述而非方向盘扭矩。方向盘的角度更有效的转向感的描述而非双手放在方向盘的平移位移的。 在连续的判断结果中方向盘力感的差别阈的中位数被发现为15%，方向盘角度感的差别阈的中位数为14%。方向盘力感的增长率。 所以转向力感增加的速度比力增加的速度快。相比之下，方向盘角度感增长率遵守指数为0.93的幂函数。所以方向盘角度感增加速度要比方向盘角度增加速度慢。