Development of an experimental protocol to enhance driver training by exploiting racing simulator capabilities and physiological monitoring

Driving simulators assumed central role across multiple domains and in motorsport context become essential. However, certain aspects of real racing are not fully replicated, due to physical limitations and risk absence, reducing psychological demand. Researchers therefore increasingly monitor drivers to gain insights into their physical and emotional responses. This study introduces the design, development, and preliminary evaluation of an experimental protocol to enhance driver training through a professional racing simulator, combined with Polar H10 heart rate sensor and Calibre respiratory mask. Three cognitive tasks (go/no go, Stroop, and spatial Stroop) were implemented as real time overlays within Assetto Corsa, accompanied by two sensory impairment conditions (steering wheel force feedback deactivation and stroboscopic effect), and by using an active belt system. An experimental procedure was defined involving fourteen participants who underwent a training phase, a baseline acquisition, two preliminary tests, and two main sessions combining the most demanding training conditions. Subjective feedback was also collected through surveys, which provided personal information and insights into perceived workload (NASA TLX) and sense of immersion (Presence Questionnaire). Data acquired were synchronized and analyzed using a custom processing pipeline. A linear mixed model was adopted to evaluate the effects of the experimental conditions on the saved parameters. Due to the small sample size and the high variability, not all extracted indices proved significant or consistent, nonetheless, several meaningful effects were identified. The main results showed that cardiac and driving parameters were mainly influenced by cognitive exercises and feedback limitations, which induced more stress and consequently higher lap times and number of errors. Instead, the active belt system influenced mostly the respiratory parameters, inducing a faster and superficial breathing pattern. Although preliminary, the results highlight the feasibility of integrating cognitive and physiological components into simulator-based training.

I simulatori di guida hanno assunto un ruolo centrale in numerosi ambiti e, nel contesto del motorsport, sono diventati strumenti essenziali. Tuttavia, alcuni aspetti della guida reale non sono replicati, a causa di limitazioni fisiche e dell’assenza di rischio, con conseguente riduzione del carico psicologico. I ricercatori monitorano quindi sempre più spesso i piloti per ottenere informazioni sulla risposta fisica ed emotiva. Lo studio presenta lo sviluppo e la valutazione preliminare di un protocollo sperimentale volto a migliorare l’allenamento dei piloti attraverso un simulatore professionale, insieme ad una fascia cardio Polar H10 e una maschera respiratoria Calibre. Tre compiti cognitivi (go/no go, Stroop e Stroop spaziale) sono stati implementati come overlay all’interno di Assetto Corsa, insieme a due condizioni di limitazione sensoriale (disattivazione del force feedback del volante ed effetto stroboscopico) e all’utilizzo di cinture attive. È stata definita una procedura sperimentale che ha coinvolto quattordici partecipanti, i quali hanno svolto una fase di apprendimento, un’acquisizione di riferimento, due test preliminari e due sessioni principali che combinavano le condizioni più impegnative. Sono state inoltre raccolte informazioni personali e indicazioni sul carico percepito (NASA TLX) e sul senso di immersione (Presence Questionnaire). I dati acquisiti sono stati sincronizzati e analizzati, ed è stato adottato un modello lineare misto per valutare gli effetti delle condizioni sperimentali sui parametri registrati. Non tutti i risultati sono risultati significativi, tuttavia, sono stati identificati diversi effetti rilevanti. In sintesi, i parametri cardiaci e di guida sono stati influenzati soprattutto da esercizi cognitivi e limitazioni del feedback, che inducevano maggiore stress e, di conseguenza, tempi sul giro più elevati e maggiori di errori. Le cinture attive, invece, hanno influenzato principalmente i parametri respiratori, inducendo una respirazione più rapida e superficiale. Sebbene preliminari, i risultati hanno evidenziato la fattibilità di integrare componenti cognitive e fisiologiche all’interno dell’allenamento basato su simulatori.