【doc】驾驶员主观感觉的数值化

【doc】驾驶员主观感觉的数值化 驾驶员主观感觉的数值化 黜驾驶员主观感觉的数 一 ,前言 驾驶员的主观感觉是评价汽车性能的重 要手段.如果想要得到所希望的主观感觉, 就必须使其数值化,这样才能运用到设计中 去.主观感觉一般只能用语言表达,然而, 语言按道理应该是表示本来概念的,其本身 并不能转变成数值.但是,把可以测量的物 理量作为媒介,就有可能间接达到衡量语言 的目的.把物理量作为媒介来衡量主观感 觉,在这里又称谋求主观感觉和物理量之间 的对应关系. 从操纵安全性角度出发,大致可列举三 类与主观感觉相对应的车辆物理量.第一, 与车辆重量,尺寸等车辆技术规格有关的设 计参数;第二,用峰值和平均值形式表示的 响应参数(角速度,侧向加速度等);第 三,在转动方向盘的时候,从角速度和侧向 加速度求得的传递函数,最终以固有振动频 率和衰减率形式表示的系数参数.在寻求同 车辆运动的相应关系上,尚不清楚哪个参数 最为合适,一般来说,响应参数和系统参数 比设计参数可能更为适用. 如果是纯粹的物理计算,经同一程序所 得的结果大概不会是相差很大的,但实际 上,即使在同一条件下,主观感觉各不相同 往往也是常有的事.但不管试验条件如何, "好"不可能变成"坏"这一反向评价结 果,"好"可向"更好"方面发展.例如, 根据作者的试验结果表明,若使主观感觉的 评价水平在第一阶段发生变化,则转向时的 侧向加速度相当于从3m/s变成5m/s.通 一 26一 [日]平松佥雄 值化 戥,1 常在物理计算中是不考虑这种变动的,而在 主观感觉评价中,往往会发生这种事情. 正如以上所述的那样,主观感觉具有它 极其难以掌握的一面,但是,随着时代的发 展,用户的爱好和兴趣也多样化起来,这就 越发增加了这一研究的必要性. 本文首先从多变量角度了主观感觉 和响应参数之间的对应关系,讨论了将其作 为单变量参数处理的可能性,并阐述了主观 感觉和单变量参数之间的基本关系以及利用 对应关系的有效方法.最后,汇总了主观感 觉今后将要研究的课题. 二,主观感觉对多变量参数 主观感觉根据单—参数谋求其对应关 系,其方法很简单,但尚不清楚用单一参数 ,关于参 能达到哪种程度的相互作用.另外 数相互关系方面也有不甚明了之处.因此, 为了了解哪种参数对主观感觉有用,就得运 用多元回归分析的方法.取表1所示的"危 险感"作为主观感觉,借助选择法来检查参 数的作用表2是一定车速下的转向试验, 表3是双车道变换时的结果,在表中的各阶 段,通过选择法列举了所取的参数和累积作 用率. 采用该分析法参加测验的有32人,按年 龄和性别分成二个档次四个组,先求出每个 组的驾驶技能,再调整每人的参数值.从参 数值表面来看,大体上要去掉因年龄,性别 这一驾驶特性造成的差异,从而,构成能集 中讨论主观感觉和响应参数两者之间关系的 形式. 表i危险感评价水平 阶段意义 相当充裕 稍微充裕 出现危险瘟 葙撖危眭 相当危险 不能操作 出是点ll 图1一定车速下的试验路线 表2根据依次选择法所得的分析结果(一定车速下转向) 变量作用率I翥变量作用牢盏擂盎空量作甩显镅盎 偏转角速度 l选择0.657{+0.65'7}车速平均值0.604.O,8'04.车速平均值0548l+0.548 最大值I{ 方向盘角 2 喜e加謇磊O.629+O.025造择0.568?O.020最小值J…最小值 I横向加速度 一 l一3一一一l选择0.642+O.013 '最小值 一一 j—i蓥霎0.653『十0.011f 虽小值 在表2转向试验1—3阶段,作用率是 平均递增的.表3中双车道变换情况大体上 也是相同的.通过对比,我们能了解到在转 向以及车道变换试验时,与试验车速有关的 参数同惫l硷感的关联性就大,踩分析与车速 相关的参数外,转向试验时的角速度和车道 变换试验时的侧向加速度所取的位次也很 高,这可以说表示转向试验下伴随转向运动 的角速度和车道变换试验下伴随侧向移动的 侧向加速度是非常重要的. 广—丁"T一] -.—?—.--.—..』?标}庄 图2双车道变换试验路线 上述研究表明,即使从作用率增加的角 度来看,解释主观感觉所必要的参数也只有 几个,非常少.为了能从与力学相关的角度 加以类推,一般来说,车速,角速度以及侧 向加速度等参数问的关系是很强的.侧如, 图1中,转向试验下的车逍,角建度以及侧 向加速度各参数之间的相关系数是0.9鞋上, 图2双车道变换下各峰值之间的相关系数约 0.9,因而,根据所取得的变量和参数之间 的相关关系来判断,结果,主观感觉对多变 量参数间的关系就简化为主观感觉对单变嚣 参数间的关系.作者认为这是寻求主观感觉 和单变量之间关系的根据. 三,主观感觉对单变量参数 5.1数据构造 如果试验实施方法和数据处理方法不 同,主观感觉和响应参数间的关系就不同. 一 27— 表5根据依次选择法所得的分析结果(双车遒变换) \变试验车V1试验车V2试验车v3 囊\量作用宰变量作用率作用率变量作用率作用率 别\变量作用宰的增加的增加的增加 1车遗平均值+O.B2T车速平均值+.622车速平均值0.B1B+0.616 车速0. 731+0.1口口盖择最小疆0.BlB+0.0$02轰择最小覆o..3+0.04B选择最小值 3徊向加速度0. T23+0.050侧向加速度0.7曲+0.018第3选择第3选择 加速变换O. T3B+0.015方向盘角0. 761+0.0124第2选择脚踏对问 s掣霍0.7580.020 首先,一种方法是作为激励量的参数为基 准,得到主观感觉评语(称之为参数基准), 另一种方法刚好与之相反,是以主观感觉为 主体随意选定激励量(称之为评价水平), 由于这两种方法所取的不同,结果,处 理方法也各不相同. 就激励量(反应参数)对感觉的关系来 说,最容易被发现的大概是费希纳定律,它 是所谓感觉与激励的对数值成正比的经济定 律,一般来讲,感觉的差异表示了所生成激 励的大小.数据处理方法之一是以激励量为 基准来求主观感觉.作者认为,在所进行的 操纵安全性主观感觉试验中,为了缩短试验 时问,需以主观感觉为主来进行试验,这是 另一种数据处理方法.根据讨论结果,在后 者情况下,用等比级数近似计算主观感觉 一 28一 感觉t 小一'大 ? 誊;篓囊 匙抽样分布藿囊藿 , 时,就能得到与激励量相适应的结果. 按照上述两种处理方法做操纵安全性主 观感觉试验时,就能得到图3(b)所示的 关系.从整洚上看,若把图3(a)数据构 造看作为交叉统计法,图中的凸形就构成抽 样(量化)分布.正如后述的那样,使图 3(b)表示整理结果时,从费希纳定律基 本成立这一角度去看,图3(a)所示的数 据构造可以被认为是与人的感觉性有关的一 般形式. 可是,不管数据构造如何,都能给定激 励量对感觉量的关系,例如,根据图4所 示,就能假想相互线性关系是成立的.这 时,没有必要用等比级数变换感觉就能得到 1比1的对应关系.也不用按照一般形式来 考虑数据构造.囝5和图3刚好相反,在这 } +( 冀 并 ? 蒜觉t.j? (a)数据构造(b)整理缩果 圈3澈勋置对感觉壹的关系(1) 种情况下,图3(b)的图表就变成替换 形.图6和图T中,各种评价趋于不一致, 查看整理结果可见,参数标准和评价等级标 准都表示逆反倾向.作者认为,根据操纵安 全性试验的经验,通常可以取得图3所示的 一 般形状,而根据参数的选择方法,也就可 以取得图4和图5这样不一般形状的结果. 小竺兰兰丈 ? 镫 这样,在采用角速度和侧向加速度微分值的 情况下,随着微分次数的增加,图5的倾向 也变得更明显.顺便提一下,侧向加速度的 一 次微分叫做"猛冲"(Jerk)一般认为, 人是能感觉到这些的.另外,根据作者的经 验,前是得不到图6和图7这样特别数据 构造的结果. 耋 萑 ? 感觉量=?h (a)数据构造(b)整理结果 圈4擞厨量对{蠡觉量前关系(2) 感觉盈 小—畸————一i卜育 Jl ? 怔 1, .< f 莹 ? 墓t量.; (B)数据构造(b)整理结果 图5激励盈对{蠡觉量的关系(8) f 篁 麓 ? 小量重量'; (a)数据构造(b)整理结果 圈6激励量对惑觉量关茉(4) 一 29— ? 匿 麓 .;卜 (a)数据构造(b)整理结果 圈7擞励量对感党量的兰系(5) 5.2简化试验和费希纳定罐 通常操纵安全性主观感觉试验需化很长 韵时间,如果在一般的常嗣车速移动范倒 内,有时缸可利用一段道路做试验.想婴了 解极限附近的话,试验路线等场所也变的尤 为重要.在试验跑道上不仅要做操纵安全性 试验,同时也进行很多其它的试验.实际 上,为操纵安全性试验专设试验跑遘不那么 ,即使在短时间里进行操纵安全 容易.因此 性试验,也必须弄清试验方法和这一结果所 得的数据具有什么样的性质.作者从这一观 点出发,采用了以主观感觉为主的简化试验 方法. 前几节从数据结构角度阐述了关于激励 对感觉的关系,用数辑结构表示一般形式表 明了费希纳定律的成立,在这里,再次验证 了利用简化试验所得的结可以满足费希纳 定律.在呈现产生感觉的激励量时,人们应 该在过去呈现的激励基础上对以后呈现的激 励进行评价.而在简化试验中,不能完成这 一 项工作.困此,费希纳定律是否成立并不 明显,到目前为止,还没有发现关于这类问 题的研究实例. 图8是根据简化试验所得的单车道变换 结果.为了以主观感觉为主来儆试验,应该 用评价水平标准对此女n以整理,而目前尝试 用试验参数标准进行整理时,就变成了图 , 30, 8.使用费希纳定律时,参数标准是所用的 整理方法.在图8中,横轴表示评价水平,纵 轴表示响应参数.在费希缡定律下列用该图 的对数关系,隶得的激励范围约0.25m/sz, 而且,我们认为图8中韵激励量对感证罱是 级数凳系. =, E 一 謦 置 帕 暑 苣 簟 平 图8利用参数基准整理出来的拮果 根据上述情况,臣许可以大体上满足 了赘希纳定律的基本性质,但实际L.费希 纳定律并不一定成立.图8中,虐线袭示贤 希纳定律完全成立情况下的倾向线,能看出 试验结果和若干的偏移《约2O%). 四,评价指标昀定量化 4.1逐次计算的最优化 如果根据评价水平基准改写图8所示的 搿 搬\.一 .. 叮.....,止 结果,就得出图9中的实线.在这里,值得 提一下下面的问题,在试验中,让主观感觉 的各评价水平按规定移动,但不要求一定要 保持评价水平之间的间隔,例如,评价水平 "3"和"4"间感觉上的差异并不保证与 评价水平"和"5"间的差相同,它有 可能成为在谋求主观感觉和响应参数间对应 关系上面的干扰因素. 评价水早 图9利用评价水平基准整理出来的结果 因此,首先用系列分类法求出评价水平 问感觉上的差别,就会发现评价水平间的差 别在缓慢减少.而且,它的减少比例大概是 固定的,为此,用等比级数来表示它的减少 比例,逐次计算公比,就可求出主观感觉和 响应参数之间相关系数最大的一点. 在图10中,移动计算的结果,相关系数 呈极值状态(称它为最优化),根据作者的 经验,弄清极值公比大致在0—1之间,最 频繁使用的公比值在0.5左右,所谓公比0.5 意味着评价水平间的间隔每次减少0.5倍, 例如,设评价水平"3"和"4"之间的间 隔为1时,下面"4"和"5"之闾的间隔 为0.5,再有"5"和"6之间的间隔就 是0.25.因此,随着评价水平的提高,感觉 上的差异区别在缩小.人们凭感觉还无法搞 清楚这种差异究竟为多少才最为合适.但 0.25情况下(评价水平"5"和"6"之 间),响应参数问的差异几乎看不见,因 此,评价水平高的情况下,虽然"5"和"6" 的回答仅仅是所能得到的形式,可实际上, 从某种意识上来讲,这是很难区别的领域. j/艟瞌 『\ l:撮怍:?车遗变换 J?救:横向加遘度连第 "—一 .,进 2回归形线性关系 4. 假定在减少比倒所得的公比下重新设置 各评价水平时,主观感觉和响应参数之间的 线性关系很近.在"最优化"操作所得的公比 下重新设置时,正如图11所示的虚线那样,通 过"评价指标的定量化",主观感觉和响应参 数间的关系大致回到1对1的线性关系上. 一 I e 0 : : 薹 茎 璃 墨 董 305 评水平 圈II用等比级数列近似响应参数的结算结果 本文用等比级数法对以主观感觉为主的 试验结果进行了近似计算,并叙述了用"尺 度再构成"所得的1对1的对应关系.相 反,若是用直接等比级数列表示响应参数如 何的时候,全凭所谓兴趣.图l1是根据参数 基准整理出来的数据结算结果.图中,?符号 是用对数尺所标的曲线,相当于基础数据.用 一 31一 叶叶寸?十? 线性尺度在纵轴上绘标时,使用O字符.从 图儿公比"1"的图表上看,其基础数据和倾向 之间是有差异的.看见公比0.8(?符)和0.5 (?符)时,首先用公比0.5自g话,歪曲度过盈, 应该用公比0.8对基础数据进行近似计算. 从以上情况来看,即使用直接等比级数 列表示响应参数,也能得到良好的对应关 系.但是,如果用上述的"尺度再构成"求 评价水平的间隔尺度,其结果是,有用等比级 数列进行近似的台理背景,可看不到实现近 似操作的可能性因此,我们认为用费希纳定 律对参数数据加以研究尤概是非常普遍的. 五,今后的课题 一 般来;;i:,由于主观感觉试验规模很 大,.如何缩小范围是众所关心的一个问题. 不用说,驾驶主观感觉应该重祝作为原来用 户的一般驾驶员的评价,而为了调查用户的 主观感觉,所谓以多数驾驶员为对象来进行 跑道试车就太不现实了.通常应该根据少数 试验驾驶员的感觉来做评价,在这种情况 下,试验驾驶员和一般驾驶员之间的评价一 致性就成了问题.如果两者明显不同的话, 即使公司内部评价好,市场评价也有不好的 可能.有时希望也许全部落空.因此,假定 两者最终无法保持一致的话,试验驾驶员和 一 般驾驶员之间的评价差应尽可能降至最低 限,在这里,提出了主观感觉研究的课题. 首先,即使是同一位驾驶员,对评价的 叙述往往也是七零八落的东西.能否集中叙 述内容大概仍有讨论的余地.从作者观点出 发,由于考虑了驾驶技能的缘故,显然,由 年龄,性别这样的驾驶员特性所造成的影响 是能下降的.更进一步讲,根据定量化和最 优化,能使评价的非线性线性化,即使进行 这种操作,主观感觉和单变量参数的相关系 数仍为0.9,虽然数据中所含的信息量约2og (用分敏比表示),但是还有说明未了部分 遗留下来.由于这一原因,需考虑个人的差 一 32一 问题.从集中叙述内容产生效果角度来看, 即使以年龄,性别这样大慨的特征来做评 价,如果把它们归结成驾驶员的个人差,就 能期待收到更大的效果. 约2O年前,就开始对操纵性的主观感觉 用语进行收集,整理和分类,之后,JARJ 把主观感觉和响应参效间的对应关系列为中 心课题,经过了十几年的研究.JARJ主观 感觉研究的特征是:(1)以一般驾驶员为对 象,(2)以闭路试验为前提,(3)采用有关 安全性操纵的方法等在欧洲,主观感觉的 研究进行得很活跃,例如,对德国来说, (1)以试验驾驶员为对象,(2)以开路试验 为前提,(3)以驾驶为主进行研究.这意味 着JARJ和欧洲的研究流派是不同的.或许 对下一代来说,所谓开路和闭路之间的关系 大概会变成主要论题的一个方面. 六,后记 假定的确能预料用户的主观感觉,就需 进行高度预测,作为结果,大概也能设定生 产.但是如果预测得不准确,就会造成 时而生产过盛,时而评价过高,生产上不去等 失常现象.这意味着,主观感觉对汽车技术领 域是极为重要的.由于该题目令人费解,难以 示展其重要的方面,故公开发表的这类文献 非常少期待今后能看到更多的这类报告. 本文以驾驶主观感觉数值化为主题,从 数据整理方法观点出发,利用参数基准和评 价水平基准,阐述了响应参数作为多变量处 理以及单变量下的对应关系等要点,最后还 列举了今后的研究课题.本文只涉及了一部 分今后的课题,不知道究竟达到哪一步最合 适,对阅读了本文的研究者和技术员来说, 曾有过敢于同该课题挑战的想法的话,就已 出乎作者的预料.由于水平有限,错误之处 请来信批评指出. 李虹玉译自日刊 自动车技术))1991.?3