Driving-simulator-based method for the analysis of the human-vehicle steering interaction during a transient maneuver

This research focuses on drivers’ nonlinear steering strategies during a double lane change maneuver. The DiM400 dynamic driving simulator of Politecnico di Milano is used. Tests are completed with the simulator both in static and dynamic configuration, to evaluate the differences produced on the drivers’ reaction. Their response is studied based on the results collected by the simulator and two specific measurement instruments. These are an Instrumented Steering Wheel and a wearable eye tracker. After analyzing the results, in terms of the forces introduced to the steering wheel, it can be observed higher forces applied in dynamic configuration, as well as a certain relationship between the grip forces and the similarity of the trajectories performed in different simulator setups. Moreover, several parameters influencing the energy applied by each hand are identified. As well, a generalized delay and overshooting can be appreciated in the dynamic configuration trajectories in respect to the static ones, and an improvement of drivers’ performance adding a new sound reference is proved. Furthermore, the relationship of the cognitive load with the blinking rate and the pupil diameter is confirmed, along with a certain connection between the latter, the head roll and the forces applied. Finally, a method to compute drivers’ preview distance during the tests, evidencing its variation despite the constant speed, is introduced. In conclusion, the results show the strong influence that the configuration of the driving simulator has on the human behavior while performing a transient maneuver. This underlines the importance of fine tuning the simulator to obtain reliable results during this type of tests. The next step should be to analyze the validity of the drivers’ behavior under dynamic simulation conditions, supposedly expected to be closer to the one produced in real life. A comparison between these two behaviors should be performed in future experiments to evaluate their similarities and differences.

Questa ricerca è dedicata allo studio delle strategie di guida non lineari durante una manovra di doppio cambio di corsia utilizzando il simulatore di guida dinamico DiM400 del Politecnico di Milano. Nei test si valutano le reazioni dei guidatori nelle configurazioni statica e dinamica del simulatore, analizzando i risultati estratti dallo stesso e da altri due strumenti di misura. Questi sono un volante strumentato (Instrumented Steering Wheel) e degli occhiali eye-tracker indossabili. Analizzando le forze applicate sul volante, si può osservare che esse sono maggiori nella configurazione dinamica, così come una relazione tra le forze di grip e la similarità delle traiettorie percorse nelle diverse configurazioni del simulatore. Inoltre, sono stati identificati diversi parametri che influenzano l’energia applicata da ciascuna mano nella guida, così come si può notare un ritardo ed un andamento oscillatorio nelle traiettorie percorse con il simulatore dinamico rispetto a quello statico, oltre che un miglioramento delle capacità di guida dopo l’inserimento di un avviso acustico di riferimento. In aggiunta, è confermata la relazione del carico cognitivo con la frequenza di sbattimento delle palpebre ed il diametro della pupilla, così come una certa dipendenza tra quest’ultimo, l’angolo di inclinazione laterale della testa e le forze applicate sul volante. Infine, si introduce un nuovo metodo per calcolare la distanza di previsione (preview distance) dei guidatori durante i test, evidenziando come essa vari anche a velocità costante. Concludendo, i risultati mostrano una forte influenza che le diverse configurazioni del simulatore hanno sul comportamento umano durante lo svolgimento di una manovra transitoria, sottolineando l’importanza della definizione dei parametri del simulatore per ottenere un risultato affidabile in questo tipo di test. Il prossimo passo è quello di approfondire la validità del comportamento dei guidatori con la configurazione dinamica del simulatore, supponendo una maggiore fedeltà nei confronti dei risultati prodotti nella guida reale. Un confronto tra questi due scenari dev’essere approfondito in studi futuri per valutare le loro similitudini e differenze.