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里卡多專家研究暈車原因，協(xié)助緩解新型車輛暈車問題
2019-06-18 00:23:40· 來源：里卡多上海
在互聯(lián)汽車和無人駕駛汽車（CAV）的開發(fā)過程中，安全問題吸引了大部分投資。不過在保證安全的同時，汽車用戶還期望在行駛過程中享受自家客廳般的舒適乘車環(huán)境。
在互聯(lián)汽車和無人駕駛汽車（CAV）的開發(fā)過程中，安全問題吸引了大部分投資。不過在保證安全的同時，汽車用戶還期望在行駛過程中享受自家客廳般的舒適乘車環(huán)境。里卡多工程師正在研究如何解決無人駕駛汽車的暈車問題，其解決方案也同樣適用于常規(guī)駕駛車輛。Farah Alkhalisi與里卡多工程師探討了這個問題。
暈車，也稱暈動病，對于我們并不陌生。不過隨著新型汽車使用場景的出現(xiàn)，如何解決或緩解暈車問題、防止乘車時的惡心感，正在日益引起人們的關(guān)注。自動駕駛汽車和無人駕駛汽車的出現(xiàn)帶來了一些特殊問題。乘客希望能夠在乘車過程中自如地開展工作、觀看屏幕或與他人交談—無論是轉(zhuǎn)過身、側(cè)過身還是背面而坐，而這些行為都可能導(dǎo)致暈車。因此，能否解決暈車問題，在某種程度上就成為消費(fèi)者能否接受無人駕駛汽車的關(guān)鍵所在。
里卡多創(chuàng)新部總工程師Jonathan Wheals的小女兒很容易暈車，為了幫助女兒，他決意攻克這個難題。Wheals意識到，大多數(shù)人并不了解汽車運(yùn)動對兒童、青少年及后座乘客的影響。而且，對比汽車行業(yè)對安全的關(guān)注，他認(rèn)為到目前為止，CAV的相關(guān)研發(fā)始終對暈車問題不夠重視。
他說：“我們大約在一年半以前開始認(rèn)真考慮這個問題。自動駕駛汽車當(dāng)然必須保證安全性，否則就無法上市銷售；然而現(xiàn)在的問題是，無人駕駛汽車的乘客還能開展哪些新的活動？例如在乘車過程中閱讀、使用平板電腦，或者做其他事。不過，如果無人駕駛汽車不再有照顧乘客感受的司機(jī)，也沒有控制車輛的算法，它就不知道乘客是誰，也不知道他們的運(yùn)動敏感性。”
Wheals還認(rèn)為，將里卡多研發(fā)的技術(shù)應(yīng)用于非CAV汽車，也能夠客戶帶來利益。他解釋說，汽車往往以40-60歲的男性為服務(wù)對象，這個人群具有特定的體重和體型，對事物有特定的反應(yīng)，通常作為駕駛者或乘客坐在前排。而第二排和第三排的乘客具有截然不同的乘坐質(zhì)量，但汽車設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)通常沒有將他們考慮在內(nèi)。因此，里卡多開發(fā)的技術(shù)不僅適用于未來的CAV，也適用于今天的常規(guī)汽車。
試驗(yàn)與測試
里卡多團(tuán)隊首先構(gòu)建出一部模塊化車輛動力學(xué)模型，包括已知會導(dǎo)致或據(jù)信會導(dǎo)致暈車的各種參數(shù)。這些參數(shù)包括車輛懸掛設(shè)置、駕駛員輸入、人體因素（如體重、身高、性別、年齡、健康）、心理因素（個人的運(yùn)動敏感性、以往經(jīng)驗(yàn)、飲酒量）以及坐姿、座椅類型和車廂空氣質(zhì)量等。研究者進(jìn)行了經(jīng)過簡化的“假人碰撞試驗(yàn)”模擬，揭示了汽車運(yùn)動對乘客的相對影響，研究者使用加速度計在試驗(yàn)場景下測量這些影響，并在測量過程中考慮到了不同參數(shù)。
在位于英國萊明頓溫泉附近的里卡多米德蘭技術(shù)中心，研究者進(jìn)行了小型道路試驗(yàn)，并根據(jù)這次試驗(yàn)收集到的實(shí)際數(shù)據(jù)對這種生物機(jī)械模型進(jìn)行了關(guān)聯(lián)和改進(jìn)。為此，試驗(yàn)參加者連接上加速度計，繞三條不同路線行駛，研究者通過車內(nèi)攝像頭觀察他們的表現(xiàn)。
創(chuàng)新工程師Michael Wheeldon解釋說：“我們有兩個人，每個人都佩戴一部頭部攝像頭、一部頭部加速度計，座椅上也安裝了一部加速度計。我們拿著手機(jī)，有時看，有時不看，分別坐在前排和后排測試。”Wheeldon和合作者，一位體型嬌小的女士，都在后排乘坐時記錄到了更高的加速度，特別是在超速顛簸的情況下。正如預(yù)期的那樣，二人對不同運(yùn)動的反應(yīng)也存在差異，這一結(jié)果表明，我們有必要了解運(yùn)動對不同體型和身高的影響。
Wheeldon指出：“坐在后排時，我們倆的所有加速度都更高，這一點(diǎn)與我們對汽車設(shè)計的理解一致，因?yàn)槠嚨脑O(shè)計主要以兩位前排乘客的感受為重點(diǎn)。”這次測試將被用作重要的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。他說：“通過錄制的視頻可以看出，在不同的駕駛模式下，乘客將很快出現(xiàn)不同的反應(yīng)，這些反應(yīng)涉及到很多不同因素。”
Wheals認(rèn)為，主機(jī)廠可以在車輛屬性定義階段使用本次試驗(yàn)產(chǎn)生的暈車預(yù)測模型：“在模擬整車的過程中－－也許在投產(chǎn)前四年，此時仍可對汽車進(jìn)行重大改變－－主機(jī)廠可以使用此模型：它可以代表一位八歲的歐洲乘客，可能是男孩，也可能是女孩，幫助我們了解這樣的乘客對被動彈簧減震器設(shè)置、行駛高度、側(cè)傾剛度以及所有其他參數(shù)的反應(yīng)。
“我們可以模擬患有暈車病的乘客在車內(nèi)的不同坐姿，還可以嘗試諸如快速駛過兩個環(huán)形交叉路口，或在鵝卵石路上行駛，這些情況都會出于各種原因而令兒童感到不適。”
Wheals還補(bǔ)充說：“我們的軟件模塊可以內(nèi)置于現(xiàn)有的車輛模擬系統(tǒng)。不過與其努力打破紐博格林賽道紀(jì)錄，不如思考如何優(yōu)化或改變乘坐體驗(yàn)。我們還可以將研究結(jié)果運(yùn)用于不同乘客，以評估速度或運(yùn)動性對于確保兒童乘客舒適和安全乘坐體驗(yàn)的重要性。”主機(jī)廠還可以利用該模型來確定和校準(zhǔn)座椅位置、座椅設(shè)計，以及座艙包裝、布局與人體工程學(xué)設(shè)計等問題。
此外，該軟件還可進(jìn)一步用于行駛過程中的持續(xù)動態(tài)監(jiān)控，提供一系列干預(yù)措施，以提高乘坐舒適度、預(yù)防暈車病，令汽車的最終用戶直接受益。Wheals說：“同樣的算法也可用于避免傳統(tǒng)的設(shè)計缺陷”。
實(shí)時分析與干預(yù)
對于CAV，該軟件可以通過一系列操作或轉(zhuǎn)彎來累積數(shù)據(jù)，以協(xié)助優(yōu)化行駛路徑；也可以根據(jù)暈車指數(shù)調(diào)整或確定行駛軌跡或轉(zhuǎn)彎路線。Wheeldon解釋說：“我們制定了一組個性化因素，包括自主駕駛或其他類型的車輛，并與汽車運(yùn)動相結(jié)合，構(gòu)成名為‘痛苦因數(shù)’暈車指數(shù)。這是人們第一次建立這樣的汽車模型：將汽車設(shè)計決策轉(zhuǎn)化為人們在汽車內(nèi)的真實(shí)感受，而不是僅僅收集加速數(shù)據(jù)。
暈車的原因
一般認(rèn)為暈動病源于感覺不協(xié)調(diào)，即內(nèi)耳所經(jīng)歷的運(yùn)動與眼睛所感知的運(yùn)動之間不一致導(dǎo)致。著名的特雷斯曼（Treisman）假說認(rèn)為，感覺分離與嚴(yán)重食物中毒的幻覺效應(yīng)相似，因此會使暈車者嘔吐。兒童和青少年的中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育往往滯后于身體發(fā)育，使得前庭視覺不匹配的程度更高，因此兒童和青少年往往深受暈車之苦。里卡多創(chuàng)新總工程師Jonathan Wheals介紹說：“暈車感受在約十一至十二歲時達(dá)到頂峰；一般在接近二十歲時才會穩(wěn)定下來。
運(yùn)動頻率是影響暈車程度的重要因素。Wheals說：“我們需要關(guān)注俯仰、起伏、搖擺和側(cè)傾的頻率。對于長途汽車、火車、渡船和船舶，這些運(yùn)動完全不同。對于班輪等船只，側(cè)傾頻率很低，但在公路上行駛的汽車更像一艘充氣快艇，在波浪上顛簸。”
他還補(bǔ)充說，座位的朝向也是導(dǎo)致暈車的主要因素，旅行中的風(fēng)景或背景也是一樣：“在乘客的周邊視野中，有許多不同的物體掠過，例如街道設(shè)施、樹木、高墻、樹籬、云、迎面而來的車輛的燈光等等；這些景象都有很大的不同。”這種“外圍閃爍”也是造成暈車的重要因素，特別是在只使用一只眼睛導(dǎo)致視野不對稱的情況下。
SUV座椅
底盤較高的SUV和越野車很受家庭歡迎，然而不那么時尚的低底盤旅行車可能更適合暈車兒童。這是由于后排座椅的高度和位置：SUV的后排座椅通常朝向后軸，甚至位于后軸之后、滾軸正上方，這個位置非常關(guān)鍵，使頭部和上半身的旅行方向感受與下半身相反，從而產(chǎn)生有違直覺的非自然體驗(yàn)。有些大型SUV（和MPV）采取“劇院式”座椅布局，進(jìn)一步強(qiáng)化了這種效果，其最后一排，即第三排座椅的設(shè)置高于中央和前排座椅，因此放大了搖擺幅度，惡化乘坐體驗(yàn)。
對于CAV，該軟件可以通過一系列操作或轉(zhuǎn)彎來累積數(shù)據(jù)，以協(xié)助優(yōu)化行駛路徑，避免乘客暈車。
“我們對超車進(jìn)行分析，對貝塞爾曲線運(yùn)行粒子群優(yōu)化算法，以定義目標(biāo)行駛路徑。優(yōu)化算法可以對不同的行駛方法建模，獲得給定路徑的暈車指數(shù)峰值。盡管未經(jīng)訓(xùn)練或指導(dǎo)，該流程仍得出了平滑曲線：說明這種體驗(yàn)符合人體直覺?？梢詫⑦@種技術(shù)用于主動控制，以及調(diào)整駕駛員預(yù)覽距離等車輛控制參數(shù)，用戶可以利用這種技術(shù)確定最佳位置，以最大限度地減少暈車感受。”
新型軟件不僅可以優(yōu)化汽車行駛路線，還可以通過調(diào)整底盤剛度和自動駕駛參數(shù)來改善特定路線上的乘坐體驗(yàn)，從而提高乘客舒適度。Wheals說：“我們可以將暈車模型集成于汽車模擬應(yīng)用，對特定的拐彎或超車操作進(jìn)行評估。只要停留在安全的操縱區(qū)間內(nèi)，即可確保乘坐體驗(yàn)穩(wěn)定在最易暈車的乘客也能接受的水平。”根據(jù)眼睛和身體運(yùn)動、呼吸、出汗甚至面部表情等生物特征，傳感器可以識別出乘客的不適感受。Wheals說：“我們的算法不會說‘我知道你快要暈車了！’因?yàn)樗苈斆鳎核梢蕴峁┻m量的冷空氣，或者調(diào)整座位、降低百葉窗，或者調(diào)整汽車的行駛路線以防止暈車。”
時間、地點(diǎn)與個人情緒
Wheeldon指出，不同個體具有不同的暈車傾向，這給他們帶來了難題，而且“根據(jù)動力學(xué)，處于不同位置或方向的同一個人，處于不同日期或者同一天內(nèi)的不同時間的同一個人，也會具有不同的體驗(yàn)。”這個問題非常復(fù)雜，因?yàn)槿祟愂欠浅６嘧兊摹＿@就要求我們建立個人傾向指數(shù)，比如說，‘好吧，只要不俯仰，我可以接受側(cè)傾’，還需要調(diào)整不同因素，比如在深夜時分，乘客很累，所有的燈都已熄滅。’
系統(tǒng)可以提示駕駛者采取相關(guān)措施，以避免乘客產(chǎn)生不適感，就像現(xiàn)在我們使用換檔指示器來提示更經(jīng)濟(jì)的駕駛模式一樣。不過預(yù)測技術(shù)仍在CAV中扮演著更重要的角色。Wheeldon說：“預(yù)測是避免暈車的重要部分。也許汽車會說：‘前方有環(huán)形交叉路口，我要減速，讓那輛汽車通過’。也可能采取更微妙的提示方法：汽車即將左轉(zhuǎn)時，車內(nèi)左側(cè)的環(huán)境燈將亮度提高20%，你將下意識地了解汽車接下來的行為——提亮燈光自然能夠吸引人們的目光和注意力，使他們意識到汽車即將左轉(zhuǎn)。也可以通過音樂來做到這一點(diǎn)，以特殊的方式平穩(wěn)行駛。”
此外，里卡多創(chuàng)新部的工程師們正在開發(fā)特定的生物動態(tài)閱讀模型，這種模型與CAV的使用場景息息相關(guān)。乘車期間的觀看行為，無論是讀書還是觀看屏幕，都產(chǎn)生了與身體運(yùn)動相沖突的運(yùn)動參考點(diǎn)，從而加劇了視覺前庭失調(diào)。書籍、平板電腦或電話相對于乘客頭部的位置，以及頭部的傾斜位置或角度也非常重要，還要注意由于長期集中注意力而產(chǎn)生的疲勞感。Wheeldon介紹說：“改變頭部角度對于復(fù)合角度和內(nèi)耳的加速度具有很大影響。”
最重要的是，研究者采用了“外圍閃爍”這個指標(biāo)。該指標(biāo)可用于測量外圍區(qū)域內(nèi)的每秒特征變化，例如進(jìn)入視野的物體，并考慮到左右眼的不同感知、車輛立柱對視野的遮蔽，以及車廂內(nèi)外的照明或屏幕照明等因素。Wheeldon在介紹這一領(lǐng)域的研究進(jìn)展進(jìn)說：“我們使用虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）模擬車內(nèi)的情景，以及不同的閃爍刺激，包括經(jīng)過的物體，或亮度的增加或減少。利用虛擬現(xiàn)實(shí)，我們得以完全控制視野，有助于分離變量。”
未來機(jī)遇
一家大型主機(jī)廠商推出了自主移動服務(wù)，這家公司已與里卡多進(jìn)行了討論，認(rèn)為可以將里卡多的模型及其算法用于共享出租車和按需出租車運(yùn)營模式，還可將其中部分技術(shù)用作訂閱模式的消費(fèi)者應(yīng)用。
里卡多的暈車預(yù)測軟件技術(shù)可以與其他車內(nèi)系統(tǒng)和服務(wù)開展長期合作。包括將暈車預(yù)測與“電子鼻”電子設(shè)備相結(jié)合，以探測和控制駕駛室中的氣味－－氣味是導(dǎo)致暈車的另外一種重要因素。還可以將該軟件與數(shù)據(jù)相連接，如智能手表或其他可穿戴設(shè)備提供的健康數(shù)據(jù)，以及其他互聯(lián)汽車提供的群數(shù)據(jù)。如果大量汽車配備這項(xiàng)技術(shù)，可能會對汽車的停止/啟動模式產(chǎn)生巨大影響，確保車輛以較低速度連續(xù)行駛—汽車的停止/啟動操作也是導(dǎo)致大量乘客暈車的主要原因之一。
另一方面，根據(jù)適用的道德與安全標(biāo)準(zhǔn)，里卡多創(chuàng)新工程師正在開展由本地學(xué)生參與的大型研究項(xiàng)目，以擴(kuò)展現(xiàn)有數(shù)據(jù)集，校準(zhǔn)暈車算法。該項(xiàng)目與科學(xué)課程掛鉤，受到了老師的熱烈歡迎。該項(xiàng)目系與里卡多的英國大學(xué)合作伙伴共同開展，并用到了這些大學(xué)的試驗(yàn)設(shè)施。預(yù)計該項(xiàng)目將于今年晚些時候完成，屆時將提供重要數(shù)據(jù)，幫助人們了解暈動病對4至18歲年齡段用戶的影響。
因此，無論是今天的高級汽車還是明天的無人駕駛汽車，里卡多開發(fā)的軟件技術(shù)都將使痛苦的暈車體驗(yàn)成為人們的集體回憶。從提供理想行駛和操縱特性的懸架規(guī)范設(shè)計，到多種感官體驗(yàn)對座艙環(huán)境和車輛運(yùn)動的實(shí)時適應(yīng)，這項(xiàng)很有前景的里卡多技術(shù)將為所有乘客提供更舒適的旅行體驗(yàn)。正因?yàn)槿绱?，這項(xiàng)技術(shù)吸引了多家汽車制造商、市場新秀、CAV從業(yè)者以及“移動即服務(wù)”創(chuàng)新企業(yè)的廣泛關(guān)注。毫無疑問，在不久的將來，飽受暈車之苦的孩子的父母，以及出租車司機(jī)，都將充分體驗(yàn)到新型里卡多技術(shù)帶來的利益。
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