Joystickutrustade bilars
manoveregenskaper
Ett manöverprov
Joakim Östlund och Björn Peters o >2, 2-2. e än 0 00 © t per hår © =S 8-, © --div Väg- och transport-u forskningsinstittransport-utet
VTI meddelande 860 - 1999
Joystickutrustade bilars manöveregenskaper
Ett manöverprov
Joakim Östlund
Björn Peters
db
Väg- och
transport-farskningsinstitutet
Omslag:W
I
Utgivare Publikation VTI meddelande 860 Utgivningsår Projektnummer 1999 40209
Väg- och
transport-- - - ProjektnamnforSknlngSlnsntUtet Spakkontrollerade fordon för funktionshindrade bilförare
I
Författare Uppdragsgivare
Joakim Östlund Vägverket, fordonsavdelningen Björn Peters
Titel
Joystickkontrollerade bilars manöveregenskaper - Ett manöverprov
Referat
Denna rapport har skrivits på uppdrag av Vägverkets fordonsavdelning. Syftet med rapporten är att identifiera brister och potentiella risker med joystickkontrollerade fordon för förare med grava funktionshinder, främst med avseende på Människa Maskin interaktion.
En liten grupp förare med grava funktionshinder kan köra bil ifall bilen är utrustad med en joystick, ett reglage för att kontrollera gas, broms och styrning. Beroende på joystickens design som en vinkelstyrd spak fäst i en punkt, och avsaknaden av naturlig återkoppling från bromssystem och styrande hjul, kan uppgiften att köra bil bli onödigt svår och krävande. Framför allt tre risker kan identifieras: (l) Avsaknaden av återkoppling för styrningen gör att föraren kan utföra snabbare joystickrörelser än vad styrservot hinner med, vilket leder till att det inträder tidsfördröjningar i styrsystemet. (2) Beroende på att joysticken är vinkelstyrd och att överföringsfunktionen för bromsen inte alltid är optimal, kan det vara svårt att hantera bromsen på ett kontrollerat och komfortabelt sätt. (3) Det mest uppenbara är att det finns risk att gas-/bromskontrollen och styrkontrollen påverkar varandra (interfererar), väsentligen eftersom det inte är möjligt att särskilja kontrollriktningama i joysticken taktilt.
I ett manöverprov på Mantorp Park i Östergötland utförde 5 joystickförare plus en lika stor kontrollgrupp ett manöverprov. Möjligheterna att utföra snabba laterala manövrar och fasta kontrollerade inbromsningar med joystick utvärderades. Dessutom undersöktes det ifall det förväntade interferensfenomenet förekom för joystickförarna. Resultaten verifierade delvis de identifierade riskerna, även om det för den skull inte är möjligt att koppla resultaten till trafiksäkerhet på ett adekvat sätt. Det är således okänt om joystickutrustade bilar utgör en trafiksäkerhetsrisk eller
inte.
ISSN Språk Antal sidor
Publisher Publication
VTI meddelande 860
Published Project code 1999 40209
Swedish National Road and
Project
' Transport RBSBHI'CII Institute
Joystick-controlled vehicles for drivers with
disabilities
Author Sponsor
Joakim Östlund Swedish National Road Administration,
Björn Peters the Vehicle Standards Division
Title
Manoeuvrability Characteristics of cars operated byjoysticks -A manoeuvring test
Abstract (background, aims, methods, result)
This report was commissioned by the Vehicle Standards Division ofthe Swedish National Road Administration. The aim ofthe report was to identify shortages and potential risks of vehicles operated by joysticks designed for drivers with severe disabilities, especially concerning the human-machine interaction.
A small group of drivers with severe disabilities are able to drive a car provided it is fitted with a joystick for acceleration, braking and steering. Owing to the design of the joystick, which consists of an angle-operated lever fastened at one point, and the lack ofnatural feedback from the brake system and front (steering) wheels, the task of driving can be unnecessarily difficult and arduous. Above all, three risks can be identified: (1) The lack of feedback from steering causes the driver to make faster movements ofthe joystick than the servounit can manage, thus causing time delays in, the steering system. (2) Since the joystick is angle-operated and the transfer function of the brake is not always optimal, it may be difficult to handle the brake in a controlled and comfortable way. (3) The most obvious risk is that the accelerator/brake control and the steering control may influence each other (interference), mainly since it is not possible to provide tactile separation of the control directions ofthe joystick.
A manoeuvring test was carried out by five joystick drivers and a control group at Mantorp Park in the county of Östergötland. The possibilities of carrying out fast lateral manoeuvres and fixed controlled decelerations with the joystick were evaluated. Furthermore, a possible interference phenomenon was studied among joystick drivers. The results partly verified the identified risks, even so it was not possible to link the results to traffic safety consequences in an adequate way. Consequently, it is not known whether cars equipped withjoysticks for severly disabled drivers create a risk from the trafiic safety point of view.
ISSN Language No. of pages
Förord
Föreliggande rapport har skrivits på uppdrag av Jan Petzäll vid Vägverkets fordonsavdelning. Rapporten ingår i projektet Spakkontrollerade fordon för funktions-hindrade bilförare , där även en enkätundersökning och kunskapsöversikt ingår. Projektet startades av Björn Peters, forskare vid VTI. Björn deltog framför allt vid utformningen av frågor i samband med enkätundersök-ningen och manöverprovet på Mantorp Park.
Rapporten redovisar resultaten av ett manöverförsök som utfördes på Mantorp Park under vintern 1998, där förare med grava funktionshinder och en kontrollgrupp med icke funktionshindrade förare utförde tre olika manövertest.
Introduktionsdelen är ett sammandrag av kunskaps-översikten inom föreliggande projekt.
Försöksutform-VTI MEDDELANDE 860
ningen utvecklades framför allt i samarbete mellan mig (Joakim Östlund, forskningsassistent vid VTI), Björn Peters och Sven-Åke Lindén, Forskningsingenjör vid VTI.
Ett stort tack villjag framföra till Bjöm Peters, Sven-Åke Lindén, och de personer som med sina handikapp-anpassade bilar deltog i försöket på Mantorp Park. Vidare vill jag tacka Staffan Nordmark, som var lektör vid rapportseminariet, Jan Petzäll (Vägverket) och Anpas-sama Gunnérius AB och Autoadapt AB som förmedlade kontakten med joystickförarna.
InnehåH
Förklaringar och förkortningar ... 9
Sammanfattning ... .. 11
Summary ... .. 12
1 Introduktion ... .. 13
1.1 Människa och teknik ... 13
1.1.1 Målgrupp ...13
1.1.2 Joystickens utformning och arbetsområde ... .. 13
1.1.3 Kraftkällor och styrenhet ... .. 13
1.1.4 Överföringsfunktioner ... 14 1.1.5 Taktil återkoppling ... .. 15 1.2 Problemområden ... 15 1.3 Syfte ... .. 15 1.4 Hypoteser ... .. 15 2 Metod ... .. 16 2.1 FÖrsökspersoner ... .. 16 2.1.1 Experimentgrupp ... .. 16 2.1.2 Kontrollgrupp ... .. 16 2.2 Teknisk utrustning ... .. 16 2.3 Procedur ... .. 16 2.4 Beroendemått ... .. 18 2.4.1 Hypotesl ... ..18 2.4.2 Hypotes 2 ... .. 19 2.4.3 Hypotes 3 ... .. 19 2.4.4 Subjektiva mått ... .. 19 3 Resultat ... .. 20 3.1 Hypotesl ... .. 20 3.2 Hypotes 2 ... .. 20 3.3 Hypotes 3 ... ..21
3.4 Lyckade och misslyckade deltest och manövrar ... .. 21
3.5 Subjektiva mått ... .. 22
3.6 Olyckor, incidenter och falleradejoysticksystem ... .. 22
4 Diskussion ... .. 23 4.1 Hypotes 1 ... .. 23 4.2 Hypotes 2 ... .. 24 4.3 Hypotes 3 ... ... ..25 4.4 Övriga resultat ... 26 4.5 Experimentgrupp ... .. 26 4.6 Banor ... 26 4.7 Kontrollgruppens bil ... .. 27 4.8 Mätutrustning ... .. 27
4.9 Subj ektiva mått och prestationsmått ... .. 27
5 Slutsatser ... .. 28
6 Förslag på förändringar och förbättringar ... .. 29
6.1 Förslag påjoystickutrustning l ... ... .. 29
6.2 Förslag på joystickutrustning 2 ... .. 30
6.3 Kommentarer till förslagen ... .. 31
6.4 Förbättrad krocksäkerhet och ergonomi ... .. 31
6. 5 Joystickteknik inom fordonsindustrin ... .. 31
7 Litteraturförteckning ... .. 32
Bilaga I Joysticksystem VS 500 JS Bilaga 2 Joysticksystem PVM Bilaga 3 Joysticksystem Digidrive 11
Bilaga 4 Tabell över rivna konor, hastighet och misslyckade deltest. Bilaga 5 Samlade kraftkurvor för alla deltest
Förklaringar och förkortningar
Term Manöverprov Test 1 Test 2 Test 3 Deltest hdanöver Longitudinell kontroll Lateral kontroll JF, j.f. KF, k.f. k.g. s.a. std Medel std Progressiv Muskeldystroñ F ibrodysplasia progressiva Human Factors VTI MEDDELANDE 860 FörklaringSamlingsnamn för de tre manövertest som utfördes av varje förare. Inbromsning på rakstråcka, det första manövertestet.
Inbromsning i kurva, det andra manövertestet. Undanmanövertest, det tredje manövertestet.
Test 2 och test 3 bestod av två respektive tre deltest, eftersom testen utfördes i två respektive tre hastigheter.
Varje deltest bestod av en manöver som skulle utföras lyckat tre gånger. Förarna fick maximalt fem försök på sig.
Gas- och bromskontroll Kontroll av styrning Joystickförare, joystickförarna Förare i kontrollgruppen kontrollgrupp Sidoacceleration Standardavvikelse Medelvärde av standardavvikelser För sjukdomsförlopp: förvårrande
Avsaknad eller brist på åggviteåmnet dystrofm i muskulaturen leder till att muskelñbrer bryts ner. Duchennes muskeldystroñ är den allvarligaste och medför rullstolsberoende redan runt 8 års ålder och vanligen avlider personen vid 20-25 års ålder. Beckers muskel-dystrofi är betydligt lindrigare, vid medelålder kan de flesta drabbade fortfarande gå och utföra lättare arbetsuppgifter. Det finns fler typer av muskeldystroñer.
En muskelsjukdom där muskelvävnaden ersatts med benvävnad. Detta leder till minskad styrka, men framför allt till att personen blir allt stelare i kroppen. Skador på muskel-vävnad gynnar bildningen av benvåvnad.
Human Factors handlar om människans möjligheter och begränsningar i förhållande till verktyg, maskiner, system, uppgifter etc. och om hur dessa ska vara utformade för att gynna produktivitet, komfort och effektivitet.
Joystickutrustade bilars manöveregenskaper- Ett manöverprov
av Joakim Östlund och Björn Peters
Statens väg- och transportforskningsinstitut 581 95 Linköping
Sammanfattning
Svårare att klara av avancerade och snabba manövrar medjoystickkontrollerade bilar. 1 ett manöverförsök på en motorbana i Östergöt-land under december månad 1998 körde fem personer medgravafunktionshinder, sittande i sina elrallstolar, sina joystickatrastade bilar.
Möjligheten att köra bil
Vissa personer med grava funktionshinder kan klara av att köra bil förutsatt att den är utrustad med en joystick. På detta sätt kan de återfå en väsentlig del av sin mobi-litet, vilket kan bidra till en ökad livskvalitet. Men vilka möjligheter har personerna att på ett säkert och tryggt sätt framföra sina bilar? I tre test jämfördes manövermöjlig-heterna mellan joystickutrustade bilar och en konven-tionellt utrustad bil.
Utifrån två bromstest och ett undanmanövertest var det möjlighet att dra följ ande slutsatser:
1. Det är svårare att utföra snabba och kontrollerade inbromsningar medjoystick. Inbromsningama kunde bli ojämna, avslutas med ett ryck, men vari samtliga fall ändå effektiva.
2. Det är svårt att utföra snabba laterala manövrar med joystick. Det verkade vara svårt att svänga
tillräck-ligt fort.
VTI MEDDELANDE 860
3. Lateral kontroll (styrning) och longitudinell kontroll (gas/broms) påverkade varandra i framförallt snabba joystickrörelser (interferens).
Brister
Avsaknad av den återkoppling som ges till en förare i en konventionell bil via ratt och pedaler bidrar med stor sannolikhet till de observerade svårigheterna att köra bil med joystick. Joystickens utformning som en spak, fäst i en punkt enligt en kulled, bidrar även med stor sanno-likhet till att lateral och longitudinell kontroll interfererar. Förbättringsförslag
Genom att omforma joysticken så att risken för inter-ferens minskar, och genom att införa aktiv återkoppling i bromsfunktionen och styrningen, kan troligtvis möjlig-heterna att köra bil med joystick förbättras.
Trafiksäkerhet
Det finns ingen statistik eller övriga tecken som tyder på att funktionshindrade förare med handikappanpassade fordon är inblandade i fler trafikolyckor än icke funk-tionshindrade förare. Utifrån detta manöverförsök är det inte möjligt att dra slutsatser angående joystickutrustade bilar och trafiksäkerhet.
Manoeuvrability Characteristics of cars controlled by joysticks -A manoeuvring test
by Joakim Östlund and Björn Peters
Swedish National Road and Transport Research Institute
SE-581 95 Linköping
SWEDEN
Summary
Compared with conventionally equipped cars, it is more difficult to manage advanced andfast manoeuvres in cars controlled with a joystick. In December 1998, a manoeuvring test was carried out on a motor-racing track where five persons with severe disabilities, seated in their
electrical wheelchairs, drove their own cars
equipped with joysticks.
The possibility of driving a car
Certain persons with severe disabilities are able to drive a car ifit is controlled with ajoystick. They then recover an essential part oftheir mobility, which may contribute to increased quality of life. But what possibilities are there for driving safely? Three tests were conducted to compare the manoeuvrability of cars equipped with joysticks and a conventionally equipped car.
The following conclusions can be drawn from two braking tests and an evasive action test:
1. It is more difficult to perform fast and controlled decelerations with a joystick. Decelerations may be uneven and end with a jerk, but were effective in every case.
2. It is diñicult toperform fast lateral manoeuvres with a joystick. It seemed diñicult to turn fast enough.
12
3. Lateral control (steering) and longitudinal control (accelerator/brake) influenced each other above all in fast joystick movements (interference).
Shortcomings
The lack of feedback normally transmitted to the driver in a conventional car via steering wheel and pedals most likely contributes to the difficulties observed in driving a car with ajoystick. The design ofthe joystick as a lever, mounted at one end in a ball-and-socket joint, also contributes to the fact that the lateral and longitudinal controls interfere.
Suggested improvements
By redesigning the joystick to reduce the risk of interference and introducing active feedback in the braking and steering mechanism, the possibilities of driving a car with a joystick can probably be improved. Traffic safety
There are no statistics or other signs that disabled drivers in vehicles designed for disabled drivers are involved in more trañic accidents than drivers with no disabilities. From this manoeuvring test, it is not possible to draw any conclusions regarding cars equipped with joysticks and traffic safety.
1 Introduktion
1.1 Människa och teknik
1.1.1 Målgrupp
De förare som kör bil, utrustade med 4-vägs joystick för gas, broms och styrning, är gravt funktionshindrade per-soner med mycket nedsatt styrka och/eller rörlighet. I Sverige kör ungefär femton personer med joystick, en grupp människor som har svårt att klara av många vardagssituationer, mycket beroende på deras mycket nedsatta förmåga att förflytta sig själva. En joystick-kontrollerad bil ger dessa personer en mycket värdefull möjlighet att sj älva transportera sig längre sträckor, till viss del utan behov av personlig assistans. De klarar sitt transportbehov utan att behöva utnyttja färdtjänst.
1.1.2 Joystickens utformning och arbetsområde
En (4-vägs) joystick är en spak vilken har två frihets-grader, framåt/bakåt och från sidatill sida. För bilkörning används den för att samtidigt kontrollera gas (bakåt eller framåt), broms (framåt eller bakåt) och styrning (sida till sida). I de flesta fall är bromsfunktionen framåt, vilket beror på att en kroppsförflyttning framåt till följd av en kraftig inbromsning inte ska leda till att bromseffekten minskar eller vänds till gas. Spaken är fäst i en punkt, normalt enligt principen för en kulled, vilket ger spaken dess två frihetsgrader enligt Figur 1.
I; I ,I (N-... I» I --§§ ø "*>
kulled Figur 1 VTI MEDDELANDE 860
Joysticken greppas med fingrarna, inte hela handen, och kontrolleras med en kombination av ñnger-, hand-och annrörelser. Joysticken är mycket känslig, beroende på att arbetsområdet är litet (ungefär +/-200 ) och att det inte finns någon känsla i joysticken - den saknar natur-lig återkoppling. Den är endast fjäderåterkopplad. En viktig förmåga som krävs av joystickförare för att kunna hantera en joystick är god finmotorik och känsel i fing-rarna.
1.1.3 Kraftkällor och styrenhet
De kraftkällor som utnyttjas för att kontrollera gas, broms och styrning med hjälp av en joystick är positionsåter-kopplade el- eller hydraulservon. Vanligtvis monteras servona utanför bilens originalsystem på så sätt att de tex. verkar direkt på bilens originalpedaler och rattstång eller annan del av styrsystemet.
En styrenhet (systemets hjärna) tar in elektroniska signaler från joystick och bil, och ställer utifrån dessa ut signaler till de elektroniska/hydrauliska servona. Para-metrar som mäts kontinuerligt och inverkar på fordons-kontrollen är:
0 Joystickutslag 0 Bilens hastighet
0 Det faktiska hjulutslaget
Illustration av joystickens konstruktion enligt en kulled och dess tvåfrihetsgrader. Till vänster vy snettfrån sida. Till höger vy ovanifrån.
1.1.4 Överföringsfunktioner
För gasen är överföringsfunktionen från joystickvinkel till gaspådrag linjär, vilket stämmer överens med hur över-föringsfunktionen för gasen i en konventionell bil funge-rar. För bromsen, som i en konventionell bil är kraftstyrd, är det annorlunda. Den joystickkontrollerade bromsen är vinkelstyrd i stället för kraftstyrd. Beroende på om till-verkarna avjoysticksystemet har tagit hänsyn till broms-systemets naturliga rörelse/kraftdynamik är överförings-funktionen mer eller mindre gynnsam. Idealt med avse-ende på interaktionen mellan människa och bil vore att bromseffekten varierade linjärt enligt ett system av ord-ning noll med avseende på joystickvinkeln (Wickens, 1992), det skulle med andra ord vara en enkel koppling mellan joystick och bromseffekt enligt Figur 2. I de fall ingen hänsyn har tagits till bromsens dynamik översätts uteslutande en joystickvinkel enligt ett linjärt förhållande till en sträcka som pedalen ska flyttas med hjälp av ett servo. Ettservo flyttar bromspedalen en bestämd sträcka, oberoende av motkraften i bromspedalen. På grund av att bromspedalen är kraftstyrd blir då överföringsfunktionen enligt Figur 3, vilket är mindre gynnsamt. Med en linjär överföringsflmktion har man lättare att kontrollera broms-effekten i jämförelse med en ickelinj är överföringsfunk-tion. Det beror på att för den linjära funktionen ökar bromseffekten lika mycket för en bestämd förändring i joystickutslaget, oberoende av joystickens vinkel. För den ickelinjära funktionen ger en bestämd vinkelför-ändring större förvinkelför-ändring i bromseffekten ifall broms-effekten redan är relativt hög.
bromseffekt
/\
Överföringsfunktionen för styrningen är den mest komplexa. I och med att arbetsområdet för joysticken är +/-20O i jämförelse med rattens arbetsområde som är ca +/-720O (+/-2 varv) uppstår uppenbara precisionsproblem ifall det skulle föreligga en direkt motsvarighet mellan joystickutslag och hjulutslag. En lateral korrigering på landsväg som med ratten kräver ett rattutslag på 200 skulle kräva ett joystickutslag på 0,60, vilket med en 10 cm lång joystick blir en rörelse på 1 mm. Det finns emellertid tre viktiga faktorer som begränsar manöver-hastighet och manöverstorlek, vilka bidrar till att ningen blir mjuk och okänslig för allt för snabba styr-rörelser. Dessa är: (1) Ett bestämt joystickutslag ger mindre hjulutslag i högre hastigheter. (2) Joystick-systemets styrservo är inte så snabbt att det hinner med att ställa ut hjulutslag så snabbt som det är möjligt att utföra joystickrörelser. (3) En inbyggd hastighets-beroende lågpassfiltrering av styrrörelser gör styrningen mindre känslig i högre hastigheter. En avkonstruktörema avsiktlig konsekvens av joysticksystemets konstruktion är allstå att styrningen reagerar långsammare i högre hastigheter. Detta medför att tidsfördröjningar byggs in vilka blir mer uttalade i högre hastigheter. Förvisso möjliggör detta att det går hantera bilen på ett mjukt sätt, men vilka konsekvenser får detta när en kritisk situation uppstår som kräver snabba reaktioner, beslut och manöv-rar? I snabba laterala manövrar uppstår det tidsperioder då hjulutslaget inte motsvarar joystickutslaget. Tidsför-dröjningar mellan kontrollrörelse och systemets reaktion är mycket mentalt krävande i avancerade
kontrollupp-maximal bromseffekt kraft på bromspedal/reglageutslag \ Figur 2 bromseffekt. bromseffekt /\ Figur 3 kraft/(allan är en servomotor. 14 /
Överföringsfunktion mellan kraft på bromspedal eller bromsreglageutslag och
maximal bromseffekt
joystickutslag
\
/
Kvalitativ graf Över hur bromsefekten varierar medjoystickvinkel om
gifter, likaså avsaknad av entydighet mellan kontroll-rörelse och reaktion (Wickens, 1992). Med andra ord kan styrningen fungera bra i normal trafik, men sämre i kritiska och krävande situationer ( JAS-syndrom ).
1.1.5 Taktil återkoppling
I den konventionella ratten och bromspedalen känner föraren hur bilen reagerar på kontrollrörelser och den yttre miljön (väglag t.ex.). Ingen av denna naturliga återkoppling finns i joysticken, vilket kan ge negativa konsekvenser för körprestationen. Lämplig passiv och framför allt aktiv återkoppling kan stödja en operatör i sin kontrolluppgift, men detta är något som inte har uppmärksammats till någon större grad bland fordons-anpassare och konstruktörer av handikapputrustning. Detta kan bero på att så mycket vikt läggs vid att konstru-era ett tekniskt fungkonstru-erande system, vilket kan få till följd att förarna själva kommer i skymundan. Ytterligare orsaker kan vara att insikten om nyttan av aktiv återkopp-ling saknas, eller att det anses för dyrt att utveckla joysticksystem med aktiv återkoppling.
1.2 Problemområden
Det går att identifiera två distinkta problemområden för joysticksystem vad gäller interaktionen mellan förare och bil: (1) Joystickens utformning och arbetsområde. (2) Informationsflödet mellan förare och fordon via reglaget. Framför allt tre potentiella brister i dagens joysticksystem kan pekas ut:
1. Avsaknad av lämplig återkoppling gör det möjligt att utföra snabbare kontrollrörelser med joysticken än vad styrservot hinner med. Detta leder till tidsför-dröjningar i styrsystemet och avsaknad av direkt överensstämmelse mellan joystick- och hjulutslag. 2. Bromsen är vinkelstyrd och överföringsfunktionen
för bromsen är oftast ickelinjär vilket kan göra att uppgiften att bromsa bli onödigt svår och krävande. 3. Utformningen av joysticken som en spak fäst i en punkt gör det möjligt att joystickrörelser för gas/ broms och styrning interfererar med varandra. 1.3 Syfte
Syftet med manöverprovet på Mantorp var att undersöka skillnader mellanjoystickförares och en kontrollgrupps
VTl MEDDELANDE 860
möjligheter att:
0 utföra snabba kontrollerade inbromsningar 0 utföra snabba och stabila laterala manövrar 0 utföra inbromsning kombinerad med styrning
Dessutom var syftet att undersöka ifall interferens-fenomenet dyker upp för joystickförama, och i så fall till vilken utsträckning. Syftet var däremot inte att utvärdera enskilda joysticksystem.
1.4 Hypoteser
På grund av joysticksystemens vinkelstyming och avsak-nad av lämplig återkoppling förväntadesatt joystick-förama skulle ha svårare än icke funktionshindrade förare att utföra snabba kontrollerade inbromsningar. Detta antogs kunna yttra sig i form av mycket hårda ningar och stora skillnader mellan enskilda inbroms-ningar.
Avsaknaden av direkt överensstämmelse mellanjoy-stickutslag och hjulutslag förväntades medföra instabil lateral kontroll och svårigheter att snabbt hitta rätt spår efter en snabb lateral manöver. Dessutom antogs joy-stickförarna ha svårt att utföra lika snabba laterala manövrar som kontrollgruppen till följd av för svaga styr-servon och den osäkerhet som förarna antogs kunna känna i samband med avsaknaden av överensstämmelse mellan joystick- och hjulutslag.
Till följd av de provade joysticksystemens utformning och passiva återkoppling bedömdes risken stor för att laterala och longitudinella kontrollrörelser skulle inter-ferera med varandra vid krävande och kritiska situationer. T.eX. skulle en oavsiktlig styrmanöver kunna göras ifall en snabb inbromsning utfördes i en kurva.
Hypotesema var sammanfattningsvis:
l. Joystickförares snabba kontrollerade inbromsningar förväntades bli hårda, och variationer mellan enskilda inbromsningar stora.
2. Joystickförare förväntades ha svårt att utföra snabba laterala manövrar, samt att den laterala kontrollen rent generellt skulle vara mer instabil än kontrollgruppens. 3. Uppgifterna att gasa/bromsa och styra antogs kunna interferera med varandra under krävande manövrar.
2 Metod
2.1 Försökspersoner 2.1.1 Experimentgrupp
Experimentgruppen var fem svenskajoystickförare vilka kontaktades via tvåsvenska anpassningsföretag. Tre av förarna hade muskeldystrofr, en hade en hög ryggmärgs-skada, och en hade frbrodysplasia progressiva (se Terminologi och förklaringar ). Alla. förare körde bil sittande i sina elrullstolar. Förama var alla män mellan 23 och 46 år, hade haft körkort mellan 3 och 23 år, och uppgav att de körde mellan 1700 och 3500 mil_ per år. De hade kört mellan 1 och 6 år med sina nuvarande joystick-system. (För en utförligare bakgrund av joystickförama,
se (Östlund, l999a)).
2.1.2 Kontrollgrupp
Kontrollgruppen bestod av förare som valts ut så att de skulle matcha joystickförarna med avseende på kön, ålder och körvana. Resultatet blev fem manliga förare i åldrarna 24 till 47 är, vilka hade haft körkort mellan 3 och 23 år och uppgav att de körde mellan 1500 och 3000 mil
per år. Även en kvinna ingick ursprungligen i
kontroll-gruppen, vilket berodde på att även en kvinnlig joystick-förare skulle ha deltagit i manöverprovet, men hon fick förhinder. Den kvinnliga förarens resultat redovisas
däñnüüo
2.2 Teknisk utrustning Bilar
Rimligast i det här fallet skulle ha varit att jämföra körprestationer mellan fLmktionshindrade och icke funk-tionshindrade förare med samma bilmodell, med den skillnaden att endast de funktionshindrade skulle köra en handikappanpassad bil. Detta för att icke funktions-hindrade inte normalt använder anpassade bilar i trafiken, vilket de funktionshindrade gör. Det var viktigt att de funktionshindrade hade sina egna bilar, då dessavar indi-viduellt anpassade. Icke funktionshindrade förare är mer vana vid att köra flera olika bilar, varför dessa inte bedömdes prestera sämre ifall de använde en särskilt avpassad bil för provet, dock med konventionella reg-lage. Alla joystickförare körde golvsänkta Chrysler Voyager (CV) av årsmodell -91 eller nyare. Se bilaga 1 och 2 för produktblad för joysticksystemen. Bilaga 3 innehåller produktblad på ytterligare ett joysticksystem, dock ej representerat i denna studie. Kontrollgruppen körde en Volvo 850 kombi. Valet av Volvon som referens-bil motiverades av att; (1) golvsänkta CV och Volvon bedömdes ha liknande köregenskaper. (2) samma fordon för hela referensgruppen minskade antalet
svårkontrolle-16
rade parametrar. (3) valet av en gemensam bil var fördel-aktigt med tanke på att mätutrustningen endast behövde installeras en gång. (4) det fanns inte tillgång till en Chrysler Voyager för kontrollgruppen. Alla bilar hade ABS-bromsar.
Mätutrustning
Genom att installera accelerationsmätare i bilarna gjordes det möjligt att med en samplingsüekvens på 10 Hz mäta fordonens laterala och longitudinella acceleration med en felmarginal på 0,005 g. Mätutrustningen g-analyst var tillverkad av Valentine Research Inc. (Cincinatti, Ohio, USA). Maximalt 8 minuter data kunde lagras i mätutrust-ningen. Data överfördes via kabel till en dator, och via ett mindre program (skrivet av Håkan Wilhelmsson VTI) konverterades data till Excel-format. I Excel utfördes sedan all databehandling.
Det är viktigt att hålla i åtanke att styrmanövrar orsa-kar krafter på bilen inte bara i lateralt led, utan även longi-tudinellt led. Detta gav effekter på resultaten från manöverprovet. (Föreställ dig att du kör i 50 km/h och plötsligt svänger kraftigt åt höger. Alla löst liggande före-mål i bilen kommer att vilja flyttas snett framåt vänster i bilen, inklusive din egen kropp.) I alla manövertest defi-nierades körvägen av koner, och alla manövertest filmades.
2.3 Procedur
Försöksperioden varade under åtta dagar under december månad, och varje manöverprov tog en förmiddag eller eftermiddag i anspråk. De joystickförare som önskade anlände till Linköping kvällen innan manöverprovet, och övemattade i Linköping. Denna möjlighet utnyttjades av två joystickförare. Joystickförama anlände vid VTI i sina egna bilar, vilka parkerades i VTI:s fordonshall. Detta för att hålla bilarna varma och för att göra det möjligt att enkelt installera mätutrustning och fotografera förar-platsen med och utan förare. Nästa moment var att försökspersonerna skulle svara på ett antal frågor över en kopp kaffe. Frågorna delades in under följ ande rubriker: 0 Körvanor
0 Komfort
0 Bilens köregenskaper i kritiska eller krävande situa-tioner
0 Trygghet och förtroende
Endast den första punkten ingick i frågorna till kontrollgruppen.
Efter att frågorna var avslutade åkte försöksperson, en tekniker och försöksledare (samma försöksledare för
alla förare) till Mantorp Park. Teknikem körde en skåpbil från vilken manöverprovet skulle fllmas, och där dess-utom all nödvändig utrustning fanns. Försöksledaren åkte med försökspersonen (som körde själv), och under färden till Mantorp Park förklarades försökets syfte och upplägg i stora drag. Stor vikt lades vid att tala om att försöket syftade till att utvärdera joysticksystemen, och inte förarna. För joystickförarna jämfördes bilarnas hastig-hetsmätare med en kalibrerad hastighastig-hetsmätare i skåp-bilen genom att föraren följde efter skåpskåp-bilen som körde i 50, 70 och 80 km/h på utvalda sträckor. Detta för att garantera korrekta hastigheter under manöverprovet. En hastighetsmätare visade så mycket som 20% för hög hastighet. Volvo 850:n hade en kalibrerad hastighets-mätare.
När sällskapet anlände till Mantorp Park parkerade teknikern skåpbilen så att lämplig kameravinkel erhölls. Under tiden övade försöksperson och försöksledare alla manövertest två eller tre gånger, beroende på hur snabbt försökspersonen förstod mellan vilka koner han skulle köra och ungefär hur hårda inbromsningama skulle vara. Det fick inte föreligga någon osäkerhet i hur manöver-testen skulle gå till. För att minska inlärningseffekten utfördes övningsförsöken 5 km/h långsammare än vad testen utfördes som långsammast i. Efter övningsförsöken utfördes tre manövertest enligt nedan. Ordningen var emellertid först test 1, sedan test 3 och sist test 2. Denna ordning visade sig vara lämpligdå test 1 och test 3 delvis utfördes i samma konade bana.
Test 1: Bromstest på raksträcka
Se Figur 4 för utformning. Försökspersonema skulle åka i 60 km/h längs en konkantad väg med bestämd bredd. När den medföljande försöksledaren uttalade Bromsa
Figur 4
skulle bilen stannas så fort som möjligt utan att ABS-systemet behövde arbeta och utan att inbromsningen skulle bli okomfortabel (förarnas bedömning, främst avseende hur snabb inbromsningen var). Varje försöks-person ñck maximalt 5 försök på sig att utföra tre lyckade inbromsningar. Inbromsningarna bedömdes lyckade om försökspersonerna höll rätt hastighet vid inbromsningens påbörjan (+/- 2 km/h) och följde den markerade kör-vägen.
Test 2: Bromstesti kurva
Se Figur 5 för utformning. Förama fick göra en kontrol-lerad inbromsning i kurva enligt samma procedur som för inbromsning på rakstråcka, förutom att inbromsningen skedde i både 60 och 70 km/h. Detta för att få ett större spektrum av information. Två hastigheter i test 1 bedöm-des inte tjäna något syfte. I kurvan däremot ansågs att svårigheterna skulle kunna variera. Kurvradien på 71 m skulle i 60 respektive 70 km/h skulle teoretiskt ha givit sidoaccelerationer på 0,40g respektive 0,54g.
Test 3: Undanmanövertest
Se Figur 6 för utformning. l testet skulle förarna utföra en undanmanöver i hastigheterna 40, 45 och 50 km/h. Hastighetema skulle vara konstanta under manövern. På samma sätt som i de tidigare testen ñck förarna maximalt 5 försök på sig att utföra 3 lyckade manövrar i varje del-test. En manöver bedömdes lyckad ifall ingångshastig-heten var korrekt (+/-2 km/h), hastigingångshastig-heten inte föll eller steg med mer än 5 km/h genom manövern, och ifall bilen höll sig någorlunda inom banan. Det bedömdes för varje enskilt fall om manövern var lyckad med avseende på hur väl banan följdes. Det viktigaste var inte att koner inte revs, utan att banan skulle följas så bra som möjligt.
Översikt för bromstesi på raksiräcka. Ringarna markerar konernas placering, och den streckade linjen markerar bilens färdväg.
O 2 koner för att förhindra sned ingång i kurvan
Inbromsningen påbörjas väl inne i kurvan
0 C) 4 O 'll --'3,5m$---,§ O O Vägkanten i
Figur 5 Översiktför bromstest 1' kurva.
V1 V2 V7 V8 VQ
/
o
c>
c
1
.q_nh ---
x
v3 V4
m I,... _--
3Dm
C) \\ O 0 ,I O O (3 hl h2 N _ _ _ _ _ _ _ v h7 h8 h9 h3 Oh4 O 115 h6 4 >< 11,5m 11,5m 17,25m 11,5m 11,5m Figur 6att underlätta resultatbeskrivningen.)
Efter de tre testen besvarades ytterligare några frågor. Frågorna som berörde trygghet och tillit upprepades efter-som joystickförama kunde ha ändrat uppfattning efter manöverprovet. Det ställdes frågor till försökspersonerna om hur svåra de ansåg att manövertesten var och hur väl de ansåg sig ha lyckats med dem. Ytterligare rubriker var: 0 Bil ochjoystickutrustning: Tekniska problem och upp-fattning om joysticksystemets konstruktion (endast joystickförare)
0 Olyckor och incidenter
För joystickförarna besvarades frågorna i deras egna bilar vid Mantorp så att de skulle kunna åka hem så fort som möjligt efteråt. Kontrollgruppen besvarade frågorna på VTI. Resersättning plus 500 kronor utgick till alla för-sökspersoner.
2.4 Beroendemâtt
Både objektiva och subjektiva mått togs/härleddes i sam-band med manöverprovet. De objektiva måtten användes i syfte att bedöma försökspersonemas körprestation. Subjektiva mått var av intresse för att kunna jämföra
18
Översiktför undanmanövertest. (Konornas markeringar, t. ex. v4, är tillför
joystickföramas egna uppfattningar om möjlighetema att köra bil med joystick med de resultat som de objektiva måtten gav. Dessutom var det av intresse att jämföra objektiva mått och subjektiva uppfattningar om svårig-heter och egna prestationer mellan joystickförare och kontrollgrupp. Detta kunde förstärka resultaten från för-söket på Mantorp.
Signiñkanstest utfördes med l-vägs ANOVA där det bedömdes vara möjligt och relevant. Signifikansnivån var 5%. Variation härleddes i form av standardavvikelse.
Mätutrustningen gav möjlighet att rita kurvor på lateral, longitudinell och total acceleration. I dessa kurvor var det möjligt att indirekt studera hur förarna hanterade gas, broms och styrning.
2.4.1 Hypotes 1
För att kunna bedöma möjligheterna att hantera bromsen via joystick och jämföra bromskontrollen med kontroll-gruppen härleddes följ ande objektiva mått:
1. Medelvärde och variation i bromstid (test 1, test 2). Bromstiden mättes från det att bromskraften var 10% av maximal bromskraft tills det att bilen stod stilla.
I enlighet med den första hypotesen borde broms-tiderna för joystickförarna ha varierat mer än för kontrollgruppen, samt bromstiden i medeltal borde ha blivit kortare pga. den generellt antagna större bromskraften för joystickförarna.
2. Medelvärde och variation i bromskraft (test 1, test 2). Bromskraften borde vara generellt ha varit högre och varierat mer för joystickförarna.
2.4.2 Hypotes 2
För att kunna bedöma joystickföramas möjligheter att hantera dejoystickutrustade bilarnas laterala position på ett snabb och precist sätt, härleddes följande objektiva mått:
l. Variationi sidoacceleration (test 1). Test 1 inkluderade inte några laterala manövrar, men ifall bilen kom ur kurs behövde en lateral manöver ändå utföras. I en sådan situation antogs attjoystickförarna skulle korri-gera bilens laterala position mindre effektivt. Det förväntades därför attjoystickföramas variation skulle vara större än för kontrollgruppen.
2. Variation i sidoacceleration (test 2). Vid inbroms-ningens initiala fas (inbromsningen påbörjas) mättes bilens laterala acceleration. Variation i denna mellan enskilda försök inom samma deltest skulle tyda på brister i lateral kontroll. Denna variation förväntades vara större för joystickförarna.
3. Medelvärde och variation i maximal sidoacceleration (test 3). Enligt hypotes 2 borde joystickföramas maxi-mala sidoacceleration ha varit mindre än kontroll-gruppens.
4. Antal rivna koner (alla test). I enlighet med hypotes 2 borde joystickförarna ha rivit fler koner än kontroll-gruppen i alla test, dock framför allt i undanmanövern (test 3) då denna ställde stora krav på god lateral kontroll.
2.4.3 Hypotes 3
För att kunna bedöma förekomsten av interferens mellan styr och gas/bromsrörelser för joystickförarna härleddes följande objektiva mått:
l. Variation i bromstid och bromskraft (test 1 och test 2) i samband med laterala manövrar. Till följd av det förväntade interferensfenomenet borde mer eller mindre avancerade laterala manövrar ha gett upphov till förändringar i gas eller broms för joystickförarna. Främst i test 2 i den högre hastigheten (70 km/h) för-väntades interferensfenomenet dyka upp.
2. Variation i gas/bromskraft i test 3. I undanmanövern där det ställdes stora krav på den laterala kontrollen förväntades att gas och broms skulle påverkas i större
VTI MEDDELANDE 860
grad för joystickförarna.
3. Variation i lateral kontroll (test 1 och test 2). Varia-tionen förväntades bli större för joystickförarna till följd av att kontrollrörelsen att bromsa skulle ha kunnat interferera med styrningen.
Ytterligare ett mått var antalet manövrar som förarna misslyckades med. En manöver bedömdes misslyckad om hastigheten vid ingången i (test 1, test 2) eller under (test 3) manövem avvekveller varierade för mycket, eller om föraren avvek allt för mycket från den markerade körvägen. Denna bedömning gjordes av försöksledaren. Det förväntades attjoystickförarna skulle ha svårare än kontrollgruppen att följa körvägen, medan det inte bedömdes uppstå hastighetsproblem för någon av grupperna.
2.4.4 Subjektiva mått
l. Trygghet med avseende på möjligheterna att hantera sina bilar med de anpassningar som har gjorts, före och efter manöverprovet (endast joystickförarna). Det förväntades att förarna skulle kunna känna mindre trygghet efter försöket.
2. Trygghet med avseende på att bilarna ska uppföra sig som de förväntar sig, frågan ställdes till joystick-förarna före och efter provet. Det förväntades att tryggheten skulle kunna ha minskat efter
manöver-provet.
3. Subjektiva möjligheter att hantera sina anpassade bilar i en kritisk och krävande situation. Frågan ställdes till joystickförarna endast före manöverprovet, och det var av intresse att relatera dessa subjektiva uppfatt-ningar med de faktiska körprestationerna.
4. Del av transportbehovet som joystickförarna täckte genom att köra bil sj älva. Det förväntades att de joy-stickförare som hade anmält sig till manöverprovet själva stod för större delen av sitt transportbehov som förare i sina egna bilar.
5. Hur komfortabelt joystickförarna ansåg att det är att köra längre sträckor (>5 mil).
6. De tre manövertestens svårighetsnivå. Det förvänta-des att joystickförarna skulle anse att testen var svå-rare än vad kontrollgruppen ansåg.
7. Körprestation i de enskilda manövertesten. Det för-väntades att joystickförarna skulle vara mer kritiska till sina körprestationer, då dessa förare antogs vara mindre bekanta med så avancerad körning som i manöverprovet. Detta antogs leda till att joystick-förarna blev rner överraskade, presterade sämre och dessutom var medvetna om detta.
3 Resultat
3.1 Hypotesl
Inbromsning
En inbromsning kan delas in i en initial fas effekten ökas till önskad nivå), en stationär fas (broms-effekten hålls konstant) och en avslutande fas (bilen stannar). Den distinktionen gör det lättare att redovisa resultaten från test 1 och test 2 (inbromsning på rak-sträcka och i kurva).
Bromstid i test 1 och test 2
I test 1 förelåg en signifikant skillnad i bromstid, därjoy-stickföramas bromstid i medeltal var knappt en sekund längre än kontrollgruppens (Tabell 1). I test 2, 60 km/h var bromstiden densamma för experimentgrupp och kontrollgrupp. I 70 km/h var bromstiden däremot 0,73 längre för kontrollgruppen än för joystickförarna. Sprid-ningen i bromstid var större för joystickförarna, en skill-nad som var minst i test 1, och störst i test 2, 70 km/h (Tabell 2). Dessa skillnader var emellertid inte signifi-kanta.
Tabell 1 Medelbromstia'erför test 1 och test 2.
J.f: Medel- K.f: Medel- Signifikant bromstid bromstid skillnad
test 1 5,63 4,83 Ja
test 2, 60 km/h 4,83 4,83 Nej
test 2, 70 km/h 4,73 5,43 Nej
Tabell 2 Spridning i bromstidför test 1 och test 2. J.f: Medel K.f: Medel Signiñkant
std std skillnad
test 1 0,603 0,473 Nej test 2, 60 km/h 0,403 0,203 Nej test 2, 70 km/h 0,853 0,373 Nej
Bromskraft i test 1 och test 2
I test 1 var joystickförarnas deceleration i snitt 0,04g mindre än kontrollgruppens under den stationära fasen. I test 2, 70 km/h, var decelerationen 0,06g större förjoy-stickförarna (Tabell 3). Kontrollgruppens bromseffekt var i princip konstant i de båda testen. Skillnaderna mellan joystickförare och kontrollgrupp var inte signifikanta. I test 2 i 60 km/h och framför allt i 70 km/h, varierade joy-stickförarnas bromseffekt mer än kontroll gruppens (Tabell 4).
20
Tabell 3 Medelbromskrafter (stationärfas)för test 1 och test 2.
J.f: Medel- K.f: Medel- Signiñkant bromskraft bromskraft skillnad
test 1 0,39g 0,43g Nej test 2, 60 km/h 0,43g 0,45g Nej test 2, 70 km/h 0,50g 0,44g Nej Tabell 4 Medelsiandardavvikelser i bromskrafi (stationärfas) för test 1 och test 2.
J.f: Medel- Kf: Medel- Signilikant
std std skillnad
test 1 0,027g 0,032g Nej
test 2, 60 km/h 0,049g 0,038g Nej
test 2, 70 km/h 0,10g 0,057g Nej
En tydlig skillnad mellan joystickförare och kontroll-grupp var att alla inbromsmngar som utfördes av joystick-förare med muskeldystrofi avslutades tvärt, medan kontrollgruppen avlutade mjukt. Den tvära avslutningen karaktäriserades av en acceleration i slutet av bromskur-vornas avslutande fas (se Diagram l, 3 och 5 i bilaga 5 samt Figur 7).
3.2 Hypotes 2 Sidoacceleration i test 1
Enligt Tabell 5 varierade joystickföramas sidoaccelera-tion signifikant mer än kontrollgruppens i test 1.
Tabell 5 Variation i lateral acceleration
J.f: Medel K.f: Medel Signifikant std std skillnad
I test 1 0,044g 0,0076g Ja
Sidoacceleration i test 2
Sidoacceleration och medelstandardavvikelse för sido-acceleration för test 2 är tabellerade i Tabell 6 och Tabell 7. I 60 km/h var sidoaccelerationen vid ingången i kurvan för joystickförare och kontrollgrupp centrerad kring samma värde. Spridningen var fyra gånger så stor för joy-stickförarna som för kontrollgruppen i 60 km/h, en signifikant skillnad. I 70 km/h låg standardavvikelsen i snitt 0,04 g lägre för joystickförarna än för kontrollgrup-pen, medan spridningen var något större för gruppen (ej signifikant). Enligt kurvradien låg kontroll-gruppen initialt helt rätt i Sidoacceleration, medan
stickförarna i medeltal låg så mycket som 0,08g för lågt i 70 km/h. Denna skillnad kan inte enbart förklaras av att joystickförama låg för lågt i hastighet, då t.ex 0,46g -0,08g = 0,3 8g i den aktuella kurvan motsvarar en hastighet på 63 km/h i stället för 70 km/h. Så stora skill-nader i hastighet ledde till misslyckade försök.
Tabell 6 Initial sidoacceleration, test 2.
J.f: Medel- Kf: Medel- Signifikant värde för s.a. värde för s.a. skillnad
test 2, 60 km/h 0,41g 0,40g Nej
test 2, 70 km/h 0,46g 0,54g Ja
Tabell 7 Spridningi initial sidoacceleration, test 2. J.f: Medel K.f: Medel Signifikant
std för s.a. std för s.a. skillnad
test 2, 60 km/h 0,061 g 0,016g Ja test 2, 70 km/h 0,030g 0,033g Nej Sidoacceleration i test 3
De maximala sidokrafter som förarna i medeltal upp-nådde i de tre deltesten i test 3 år tabellerade i Tabell 8. I 40 km/h varjoystickföramas maximala sidoacceleration i medeltal 40% lägre än kontrollgruppens, en signifikant skillnad som Ökade med hastigheten.
Tabell 8 Maximal sidoacceleration i medeltalför test 3.
J.f: Max Kf: Max Signifikant sidoacc. sidoacc. skillnad
test 3, 40 km/h 0,26g 0,43g Ja
test 3, 45 km/h 0,28g 0,48g Ja
test 3, 50 km/h 0,3lg 0,52g Ja
Rivna koner
I test 1 rev ingen av förarna några koner. I test 2 rev två joystickförare flera koner i kurvans ytterkant vid något enstaka tillfälle (ej lyckade försök). I test 3 rev alla joy-stickförare koner vid de flesta försöken. Endast en av förarna i kontrollgruppen rev koner, och då vid ett till-fälle. I Tabell 9 är det totala antalet rivna koner under hela manöverprovet för varje försöksperson listat. i parentes-ema anges hur många koner som revs under inbromsning i kurva. Det uppenbara resultatet var attjoystickförama rev koner i mycket större grad än förarna i kontroll-gruppen. I bilaga 4 kan medelantalet rivna koner per del-test och försöksperson studeras (endast manövrar som bedömdes lyckade undermanöverprovet räknade). Koner revs i nästan uteslutande i test 3, och de koner som revs i första hand var konerna v3, v7, v8, h5 och h6. (Se Figur
6)
VTI MEDDELANDE 860
Tabell 9 Totala antalet rivna konerförjoysticlgrörare och kontrollgrupp Medelv 0,2 Medelv JFl JF2 JF4 JF6! JF8 21 KF] KF2IKF3IKF5<KF6 34 28(4) 8 1519(7) 0 0 0 1 0
3.3 Hypotes 3
Bromstid och bromskraft
För resultat från bromstid och bromskraft i test 1 och test 2, se resultaten för hypotes l.
Gas- och bromspåverkan i test 3
Se Tabell 10 för gruppmedelvärden av standardavvikelser för joystickförama och kontrollgruppen i respektive del-test. Standardavvikelsen, dvs. variationen för gas- och bromskontroll, för joystickförarna vari medeltal ungefär dubbelt så stor som för kontrollgruppen, en signifikant skillnad.
Tabell 10 Variation i gas/bromskraftför test 3.
J.f: Medel std K.f: Medel std Signifikant
(gas/broms) (gas/broms) skillnad
test 3, 40 km/h 0,047g 0,026g Ja
test 3, 45 km/h 0,063g 0,033g Ja
test 3, 50 km/h 0,085g 0,039g Ja
Tid genom test 3
För kontrollgruppen tog det ca 6,0, 5,5 respektive 5,0 5 att utföra test 3 i 40, 45 respektive 50 km/h. Motsvarande tider för joystickförarna var i medeltal 0,5 3 längre. (Osäkerhet i data tillät inget signifikanstest.)
Sidacceleration i test 1 och test 2
För variation i sidoacceleration i test 1 och test 2, se resultat för hypotes 2.
3.4 Lyckade och misslyckade deltest och
manövrar
Avjoystickförama misslyckades en (IF4) med hela test 2 till följd av för låg ingångshastighet i kurvan. Ytterligare en förare (JF l) misslyckades med samma manövertest i 70 km/h av samma skäl. En joystickförare (JF8) miss-lyckades med test 3 i 45 km/m, och två (JF8 och JFl) i 50 km/h. Orsaken var att förarna inte klarade att hålla till-räcklig hastighet eller följa banan utan att riva flera koner. Ingen av förarna i kontrollgruppen misslyckades med något deltest. Alla dessa misslyckanden noterades under manöverprovets gång, och försökspersonerna var i samt-liga fall medvetna ifall en manöver var lyckad eller inte. En förare (JF8) körde emellertid konsekvent 20% för långsamt till följd av en felaktigt uppmätt hastighets-mätare. Alla test var därför misslyckade, dock utan föra-rens vetskap. Först efter manöverprovets slut upptäcktes felet. Se vidare bilaga 4.
I Tabell 11 är den totala andelen misslyckade manöv-rar listade för alla försökspersoner. (Dessa manövmanöv-rar bedömdes misslyckade under manöverprovens gång, bedömningar som försökspersonerna var medvetna om.) Joystickförama misslyckades med signifikant fler manöv-rar än kontrollgruppen.
Tabell 1] Andelen misslyckade manövrar (medvetna).
JF1 JFZ JF4 JFG JF8 Medelv. KF1 KF2 KF3 KF5 KFG Medelv 40% 25% 47% 10% 18% 28.0% 5% 5% 5% 18%10% 8,6%
Mätvärden från deltest, misslyckade pga. för låg hastighet, har i vissa fall kurmat utnyttjas ändå. JF8 körde konsekvent för långsamt, varför mätvärden från t.ex. test 3 i avsedda 45 km/h kunde tilldelas test 3 i 40 km/h. Antalet användbara resultat från respektive deltest är listade i Tabell 12.
Tabell 12 Antalet användbara resultatfrån respektive deltest. Manövertest j.f. kg. test 1 15 15 test 2, 60 km/h 14 15 test 2, 70 km/h 5 15 test3,40 km/h 15 15 test 3, 45 km/h 12 15 test 3, 50 km/h 8 15 3.5 Subjektiva mått
Alla joystickförare utom en svarade att de klarar av hela sitt transportbehov själva, dvs. de kör sj älva bil om de ska någonstans. Enjoystickförare täckte emellertid 30-40% av sitt transportbehov som passagerare i sin egen bil. (Det var möjligt att köra de joystickutrustade bilarna med konventionella reglage.) Alla förare ansåg att det är mycket komfortabelt att köra bil, även längre sträckor än 5 mil. Tabell 13 JF1 JFZ JF4 JFG JF8 JFmedelv. KF1 Före provet { Förtroende för bi 5 3 3 4 5 kritiska 4 4 Efter örtroende provet { Förtroende för bilen 22
Joystickförarnas förtroende för sina bilar med den utrustning de hade var både före och efter manöverprovet stort (medelbetyg 4 på en skala 1 till 5, 1=mycket litet förtroende, 5=mycket stort förtroende). På en skala 1 till 5 (1=mycket osäker, 5=mycket säker) gav de den trygg-het de kände med sina anpassade bilar (egenförtroende) medelbetyget 5 (fem 5:or) innan manöverprovet. Efter manöverprovet sjönk medelbetyget till 4 till följd av att två förare sänkte sina betyg till 4:or och en till 3:a (se vidare Tabell 13).
Joystickförama ansåg att deras möjligheter att hantera kritiska och krävande situationer som goda eller mycket goda (betyg 4 respektive 5 på en skala 1 till 5). Försöks-personerna bedömde hur svåra de ansåg att de tre testen var på en skala 1 till 5 (där 1=mycket lätt, 5=mycket svårt). I snitt bedömde joystickförama svårighetsnivån högre änkontrollgruppen i alla test (ej signifikant). I snitt bedömde dessutom joystickförama den egna prestationen i alla test lägre än kontrollgruppen (ej signifikant). Bedömningama gjordes på en skala 1 till 5, där 1 var mycket lätt/mycket dålig prestation, 5 var mycket svårt/ mycket bra prestation.
3.6 Olyckor, incidenter och fallerade
joystick-system
Unikt för joystickförama var att samtliga förare vid minst två tillfällen hade råkat ut för att joysticksystemet hade slutat fungera som det ska. Vid tre tillfällen hadejoystick-förare kört av vägen till följd av elfel; två gånger på grund av en defekt kabel (fullt hjulutslag åt vänster) och vid ett tillfälle till följd av att elsystemet i bilen slogs ut (Bilen blev helt okontrollerbar, det gick inte ens att bromsa). Vid ett tillfälle hängde sig gasen för enjoystickförare, men bilen var då stillastående i neutralläge. Vid ett tillfälle gick det inte
att bromsatill följd av isbildning i enhydraulisk kolv. Övriga
fel har yttrat sig som felindikeringar, inkoppling av sekun-därsystem och i tre fall som opålitlig styrning till följd av slita potentiometrar eller hastighetsavkännare. Olyckorna hade inte resulterat i personskador.
Subjektiva mått
KF2 KF3 KF5 KF6 KF medelv.
40 44
. 4 Diskussion
4.1 Hypotes 1
Det går att identifiera en metod som joystickförarna använde sig av för att bromsa, framför allt då broms-ftmktionen var framåt i joystioken. I och med att joy-stioken i de testade joystioksystemen var vinkelstyrd och så lätt var det inte möjligt för förarna att åstadkomma någon typ av kraftbalans i reglaget som man annars gör med den konventionella bromspedalen vid inbroms-ningar. I stället var joystickförarna tvungna att hitta en bestämd joystickposition trots att förarna hade en benä-genhet att förflyttas framåt i rullstolen under inbroms-ningarna. När förarna påbörjade en kraftig inbromsning fördes joysticken fram så att bilen började bromsa. Föraren förflyttades då på grund av retardationen framåt i sin rullstol, varvid det fanns risk för attjoystickutslaget oavsiktligt skulle ökas. Under lugna förhållanden uppstår relativt snabbt en balans i kroppen, en balans mellan bilens retardation och krafter som vill dra föraren tillbaks i rullstolen. Joystiokutslaget är beroende av denna balans, och om balansen rubbas förändras ävenjoystickutslaget.
En följd av detta verkade vara att joystickförarna under manöverprovet undvek att förändra bromseffekten, efter-som detta skulle ha stört balansen. Detta ledde bland annat till att inbromsningarna avslutades tvärt och ibland okomfortabelt. Denna effekt uppträdde inte i något fall för kontrollgruppen, vilket visar att de hade lättare att kontrollera bromseffekten. Ett typiskt (idealt) broms-förlopp för joystickförare såg ut enligt Figur 7. Mot-svarande bromsförlopp för kontrollgruppen såg ut enligt Figur 8.
Ifall joystiokförarna försökte förändra bromseffekten under inbromsningen kunde inbromsningen bli ryckig, enligt Figur 9. Notera skillnaden i bromstid, 4,83 jämfört med 7,03.
En av joystickförarna bromsade bakåt med joy-sticken, vilket var möjligt på grund av hans sjukdom (ñbrodysplasia). Han var så stel att hans kropp inte föll framåt i rullstolen och påverkade bromsen på samma sätt som övriga joystiekförare gjorde vid inbromsningarna. Därför förekom inte den tvära avslutningen för honom.
Typiskt inbromsningsförlopp för joystickförare
CD ?'3C (U
:å
ä 1) (D 8 < Broms TId [5]Figur 7 Bromskurva för typiskt (idealt) utförd inbromsning av joy-stickförare.
Typiskt inbromsningsförlopp för förare ur kontrollgruppen
03 T) 'C C (G
å
få 2 (D 8< Broms Tid [3]Figur 8 Bromskurvaför typiskt (idealt) utförd inbromsning avförare ur kontrollgrupp.
Ryckig inbromsning (joystickförare) 0,1 2' 0 8 Crawcqovwoiqczvtoqqqo. g _051 .5 -0,2 5 g -0,3 0 0 < -0,4 -O,5 Hmm dm
Figur 9 Broms/(urval som är ryckig troligen beroende på obalans i kroppen. Det förväntades att inbromsningarna skulle kunna bli
hårdare för joystickförarna än för kontrollgruppen bero-ende på att joysticksystemen var känsliga och vinkel-styrda. Resultaten från inbromsning på raksträcka tyder inte på något sådant fenomen, snarare attjoystickförama bromsade med mindre kraft. I inbromsning i kurva, 60 km/h, var bromstiderna och bromskrafterna ungefär de samma för joystickförare och kontrollgrupp. I 70 km/h däremot bromsade joystickförarna hårdare än kontroll-gruppen vilket resulterade i kortare bromstider. Resultatet kan relateras till den varierade svårighetsgraden för inbromsningstesten, där inbromsningen på raksträcka var lättast och inbromsning i kurva i 70 km/h svårast. Ju svårare manöver, desto hårdare bromsade joystick-förama. Kontrollgruppen bromsade med ungefär samma bromskraft i både test 1 och test 2, men joystickförarna Ökade sin bromseffekt med svårighetsnivå. Likaså ökade variationen i bromseffekt i större grad för joystickförama med svårighetsnivå. Skillnaderna var inte signifikanta, men pekar ändå på möjligheten att det kan vara svårt att kontrollera bromsen med joystick.
Visuell granskning av bromskurvoma ger ett tydligare intryck än vad signifikanstesten gav (se Diagram 1 till 6 i bilaga 5). Rent generellt ser bromstid och bromskraft ut att variera mer för joystickförama än för kontrollgruppen. Alla förare utom en i kontrollgruppen följde överlag ett mer distinkt bromsmönster än joystickförarna. Detta till-sammans med de numeriska observationema tyder på att joystickförama inte hade lika stor kontroll över inbroms-ningarna som kontrollgruppen hade.
I det här manöverprovet hade alla förare god tid på sig att förbereda sig på inbromsningarna. Det skulle kunna ha blivit ett annorlunda utfall ifall förarna var oförberedda, eftersom det främst är under stressade situationer som människan har en förmåga att ta i för mycket och utföra mindre väl anpassade rörelsemönster. Ett sämre reglage tar mer tid i anspråk, varför risken är större att föraren inte hinner med att kontrollera sina rörelser. Ett mindre bra reglage skulle i detta fall kunna
24
ge stor (p)åverkan på resultatet.
Slutsatsen är att joystickförare tenderar till att ha svårare än icke funktionshindrade förare att kontrollera bromsen under krävande situationer. Förändringar i bromseffekt verkar vara svåra att utföra med joystick för de fall att bromsfunktionen år framåt i joysticken, vilket får till följd att bromsuppgiften blir mer krävande. Därför kan inbromsningarna bli hårda och avslutas tvärt. 4.2 Hypotes 2
Det antogs att joystickförarna skulle har sämre stabilitet i den laterala kontrollen, samt att det skulle kunna vara problematiskt att utföra tillräckligt snabba styrmanövrar. Se Diagram 7 till 12 i bilaga 5 för samlade utskrifter av den laterala kontrollen i test 2 och test 3.
I inbromsning på raksträcka var skillnaden i spridning i lateral acceleration signifikant, där joystickförarnas spridning var större, i enlighet med hypotesen.
I inbromsning i kurva (test 2) förelåg också en signifi-kant skillnad i spridningen i sidoacceleration mellan kontrollgrupp och joystickförare, därjoystickförarnas sprid-ning var större. Spridsprid-ningen kan förklaras av att joystick-förarnas ingångshastigheter kan ha varierat mycket. Som försöksledare noterade jag emellertid vid flera tillfällen att joystickförare inte alltid kom in rätt i kurvan, utan gjorde en lateral korrektion strax innan eller i kurvan. Detta påver-kade de laterala krafterna på bilen.
I undanmanövem (test 3) uppstod problem för alla joystickförare att klara av den konade banan utan att riva koner. Orsaken var att tillräckligt hjulutslag inte erhölls för att följa banan. Förarna försökte klara manövern genom att tänja på bamnarginalerna så mycket som möj-ligt, men i de flesta fall fortfarande med fällda koner som resultat. Kontrollgruppen erhöll på grund av snabbare styrmanövrar mer än 40% högre maximal sidoaccelera-tion än joystickförama, och klarade i samtliga fall manö-vern vid nästan alla försök utan att riva några koner. Anledningar att joystickförarna utförde otillräckligt snabba styrmanövrar kan vara två:
I. Joystickförarna kunde inte eller vågade inte utnyttja joystickens hela laterala arbetsområde.
2. Joysticksystemens förmåga att ställa ut tillräckligt stora hjulutslag tillräckligt snabbt var för dålig. Enjoy-stickförare sade att han svängde så mycket det gick utan att för den skull klara test 3 utan att riva koner, vilket styrker detta påstående.
Förmodligen var det en kombination av de båda anled-ningarna ovan som bidrog till svårigheterna att klara test 3. För övrigt skiljde sig de enskilda kurvorna för undan-manövrarna mer för joystickförama än för kontroll-gruppen (se Diagram 7 till 12 i bilaga 5), vilket kan tyda på allmänna styrsvårigheter under krävande manövrar. Dessa svårigheter samt punkt (1) ovan kan ha haft sitt ursprung i tidsfördröjningar i styrsystemet och avsakna-den av återkoppling i joysticken. Avsaknaavsakna-den av direkt överensstämmelse mellanjoystickutslag och bilens reak-tion kan ha gjort uppgiften att styra svår och mentalt krä-vande i de kräkrä-vande situationer som förarna utsattes för. Situationer som kontrollgruppen i det här manöverprovet inte hade några observerbara svårigheter med.
4.3 Hypotes 3
Det antogs att styrning skulle interferera med gas/broms för joystickförama, vilket också skedde. Men förutom orsaken till interferens som påtalades i hypotesen, upp-stod interferens på grund av en annan faktor. De två inter-ferensfenomen som uppstod var:
1. Joystickrörelser för gas och broms interfererade med joystickrörelser för styrning till följd av att joystick-reglagen var utformade som en spak med en vrid-ningspunkt, enligt hypotesen.
2. Rörelser i bilen fortplantades till förarens arm och vidare tilljoysticken, varvid en oavsiktlig manöver utfördes.
Genom att betrakta alla utskrifter för laterala och
longitudinella krafter var det möjligt det identifiera många fall av interferens för joystickförama (30% av manöv-rama som bedömdes användbara), eftersom interferensen yttrade sig som simultana stora kraftförändringar i lateralt och longitudinellt led. Dessutom uppstod liknande feno-men inte för kontrollgruppen. Det är emellertid svårt att avgöra om interferensen kan relateras till (1) eller (2) ovan. Några fall enligt (2) är emellertid uppenbara, och dök främst upp i test 3 när förarna utförde kraftiga svängar. När de svängde flyttades de framåt i rullstolen vilket ledde till att stor bromskraft applicerades. Se för exempel Figur 10.
Ett distinkt mönster i gas-/bromskurvan (test 3), sär-skilt synligt för kontrollgruppen (se Diagram 13 till 18 bilaga 5), ska inte sammanblandas med interferens. Detta mönster har att göra med att när en bil svänger skapas krafter i bilen som är riktade snett mot föraren. Alltså erhölls kraftkomponenter i kurvorna för longitudinell kontroll som är härrörde från laterala manövrar.
Variationen i lateral acceleration i test 1 kan till viss del ha berott på interferensfenomen, men detta är svårt att skilja från svårigheter att hantera den laterala kontrol-len. Samma problem dök upp i test 2, även om det i detta fall var enklare att identifiera simultana förändringar i lateral och longitudinell acceleration.
I test 3 påverkade joystickförama gas/broms signifikant mer än kontrollgruppen. Denna skillnad kan med stor sanno-likhet kopplas till attjoystickförama hade svårt att inte på-verka gas eller broms under undanmanövem i test 3. Ett eventuellt resultat av detta är den extra halva sekund som joystickförama i regel behövde för att utföra test 3 i respek-tive hastighet.
Ett fenomen som uppstod vid tre tillfällen för enjoy-stickförare var att på grund av sidoaccelerationen i kurvan orkade föraren inte hålla armen i sådan position att han kunde styra åt höger. Han kunde inte följa kurvan och var då tvungen att snabbt stanna bilen.
Undanmanöver i 45 km/h 0,4 0) 0,3 6 0,2 m FF ha..
2 0,
03f t
n ,i.r 1-5..
0 I "' _ _ - - 1 'L' . (3:55). 2 -0,1 ' +Broms/Gas g-OZ U -a-Vänster/Höger F: -O,38 O 4 w< ' ' V JKraftig broms p.g.a '05 o <0 01 v 0 co N 00 :r o co m att föraren
0* O* T: Y: N* m* 05 v* v" ._o* (0* CD* ,q flyttades framåt. Tid från ingång ' banan [5]
Figur 10 Exempel på interferens som uppstodför enförare med muskeldystroj?
I' en undanmanövem
4.4 Övriga resultat
Joystickförama angav att de sj älva stod för större delen av sitt transportbehov, även om de hade möjlighet att åka med färdtjänst eller som medpassagerare i sina egna bilar. Detta visar sannolikt att de litar på sina bilar och känner trygghet inför sina möjligheter att hantera dem. Detta trots att alla joystickförare vid minst två tillfällen hade råkat ut för att joysticksystemet har slutat fungera som det ska. Under försöket noterades ifall försökspersonerna var särskilt nöjda med sina prestationer, eller ifall de blev skakade av någon händelse. Vid två tillfällen för test 1 hände det attjoystickförare blev mycket nöjda med sina inbromsningar. Det kan indikera att de normalt sällan gör jämna välkontrollerade inbromsningar. Den förare som panikbromsade i kurvan till följd av att han inte kunde styra åt höger, ville inte fortsätta med det testet. Men samtidigt tycktes han inte vara förvånad eller särskilt skakad över händelsen.
Under frågestunderna i samband med manöverprovet fördes det fram attjoystickförarna kunde köra sina bilar även om inte elrullstolen var fastlåst i bilens golv. Med tanke på en förares och elrullstols tyngd skulle konsekvenserna av en kollision kunna bli mycket ödes-digra ifall rullstolen inte var fastlåst. Och vad skulle hända om rullstolen försköts endast några cm bakåt när bilen accelererar? Det borde vara oacceptabelt att det över huvud taget går att starta dessa bilar utan att förarna sitter ordentligt fast. De nyare bilarna hade emellertid en varningssummer som ljöd ifall rullstolen inte satt fast när bilen startades.
Ett intressant resultat från manöverprovet var attjoy-stickförarna hade svårt att hålla tillräckligt hög hastighet vid ingången i kurvan i test 2. Det stred enligt dem själva mot deras instinkt att köra 70 krn/h i kurvan, något som allajoystickförare kommenterade. I några fall var det inte möjligt att handla mot den instinkten, vilket kan visa att joystickförare i större utsträckning än icke funktions-hindrade undviker risker eller okomfortabla situationer. Svårigheter att hålla korrekt hastighet i kurvan uppträdde inte för kontrollgruppen, även om de förarna i vissa fall kommenterade kurvan på samma sätt som joystick-förarna.
Det intryckjoystickförarna gav utifrån färden mellan VTI och Mantorp Park, var att de kör mindre irnpulsivt, försiktigare och generellt tar det lugnare i trafiken. De körde för den skull inte utan självförtroende, utan upp-trädde säkert och utan rädsla i trafiken.
Att joystickförare anpassar sitt körsätt mer än icke funktionshindrade förare kan bero på att de är mycket beroende av sina bilar, och även om risken skulle vara liten att de försatte sig i en kritisk eller svårhanterad situation är de inte villiga att ta den risken. En annan vinkling är att joystickförare inte tar större risker än motsvarande icke ñinktionshindrade förare, dvs. deras
26
egen fysik och bilarnas anpassningar gör att risknivån är densamma för dem som för icke funktionshindrade, trots att körbeteendet för joystickförare är präglat av lugn och avsaknad av impulsiva handlingar. Det kan vara så att joystickförare är tvungna att anpassa sig mycket för att kunna köra lika säkert som övriga bilförare. Vidare studier bör utföras för att vidare utvärdera joystickförares (och andra funktionshindrades) möjligheter att köra bil på ett trañksäkert sätt utan diskomfort.
Det finns ingen statistik som visar att funktionshind-rade förare med anpassade bilar råkar ut för fler olyckor än icke funktionshindrade förare! Forskning pågår dock för att kartlägga situationen.
4.5 Experimentgrupp
I och med att de joystickförare som anmälde sig till manöverprovet var så få till antalet, var det svårt att få relevanta resultat. Men med tanke på att det totala antalet joystickförare i Sverige vid försökstillfället var tolv stycken, var uppslutningen kring manöverprovet ändå bra. För att mobilisera fler joystickförare till ytterligare manöverprov i framtiden skulle även norska joystick-förare kunna kontaktas. Det finns ca 80 joystickjoystick-förare i Norge, vilket är fler än i Sverige. Förmodligen var det endast de förare som ansåg sig mycket skickliga på att hantera sinajoystickkontrollerade bilar som anmälde sig till manöverprovet. Detta kan ha bidragit till att bilden av joystickförares möjligheter att hantera sina bilar blev för positiv.
Joystickförarnas funktionshinder var orsakade av tre olika åkommor; muskeldystrofi, ryggmärgsskada och fibrodysplasia. Dessa individuella skillnader gav förarna olika möjligheter att hantera sina bilar, vilket förmodligen bidrog till olika resultat förarna emellan. I denna pilot-studie är dessa skillnader givetvis intressanta, men små förargrupper gjorde det omöjligt att med ett enkelt manöverprov avgöra förarnas individuella skillnader och möjligheter. Detta var heller inte syftet med manöver-provet, utan syftet var att utvärdera joysticksystemet för alla förare som kör med en elektronisk 4-vägs joystick. 4.6 Banor
Manöverprovet utfördes under ljusa timmar i december månad, och väder och vind gjorde stora ansträngningar för att variera körförhållandena för alla förare. Väglaget hölls dock på en konstant isfri nivå, men snöröjningen och snösmältningen kan ha påverkat körvägens bredd något innan kurvan. Vägens friktion bedömdes konstant för alla förare.
Banorna markerades med koner, och inga förare hade några svårigheter att följa körvägen i respektive test. Konerna motsvarade naturliga hinder som tvingade in förarna i banorna. Ett fenomen som emellertid uppstod för ett par förare var att när de körde på en kon med
