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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(wèn)題

2019-06-18 00:23:40·  來(lái)源：里卡多上海  
　
在互聯(lián)汽車和無(wú)人駕駛汽車（CAV）的開發(fā)過(guò)程中，安全問(wèn)題吸引了大部分投資。不過(guò)在保證安全的同時(shí)，汽車用戶還期望在行駛過(guò)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(wú)人駕駛汽車（CAV）的開發(fā)過(guò)程中，安全問(wèn)題吸引了大部分投資。不過(guò)在保證安全的同時(shí)，汽車用戶還期望在行駛過(guò)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(wú)人駕駛汽車的暈車問(wèn)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(gè)問(wèn)題。

暈車，也稱暈動(dòng)病，對(duì)于我們并不陌生。不過(guò)隨著新型汽車使用場(chǎng)景的出現(xiàn)，如何解決或緩解暈車問(wèn)題、防止乘車時(shí)的惡心感，正在日益引起人們的關(guān)注。自動(dòng)駕駛汽車和無(wú)人駕駛汽車的出現(xiàn)帶來(lái)了一些特殊問(wèn)題。乘客希望能夠在乘車過(guò)程中自如地開展工作、觀看屏幕或與他人交談—無(wú)論是轉(zhuǎn)過(guò)身、側(cè)過(guò)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(wèn)題，在某種程度上就成為消費(fèi)者能否接受無(wú)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(gè)難題。Wheals意識(shí)到，大多數(shù)人并不了解汽車運(yùn)動(dòng)對(duì)兒童、青少年及后座乘客的影響。而且，對(duì)比汽車行業(yè)對(duì)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(duì)暈車問(wèn)題不夠重視。

他說(shuō)：“我們大約在一年半以前開始認(rèn)真考慮這個(gè)問(wèn)題。自動(dòng)駕駛汽車當(dāng)然必須保證安全性，否則就無(wú)法上市銷售；然而現(xiàn)在的問(wèn)題是，無(wú)人駕駛汽車的乘客還能開展哪些新的活動(dòng)？例如在乘車過(guò)程中閱讀、使用平板電腦，或者做其他事。不過(guò)，如果無(wú)人駕駛汽車不再有照顧乘客感受的司機(jī)，也沒(méi)有控制車輛的算法，它就不知道乘客是誰(shuí)，也不知道他們的運(yùn)動(dòng)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(lái)利益。他解釋說(shuō)，汽車往往以40-60歲的男性為服務(wù)對(duì)象，這個(gè)人群具有特定的體重和體型，對(duì)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(jì)標(biāo)準(zhǔn)通常沒(méi)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(lái)的CAV，也適用于今天的常規(guī)汽車。

試驗(yàn)與測(cè)試

里卡多團(tuán)隊(duì)首先構(gòu)建出一部模塊化車輛動(dòng)力學(xué)模型，包括已知會(huì)導(dǎo)致或據(jù)信會(huì)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(gè)人的運(yùn)動(dòng)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(guò)簡(jiǎn)化的“假人碰撞試驗(yàn)”模擬，揭示了汽車運(yùn)動(dòng)對(duì)乘客的相對(duì)影響，研究者使用加速度計(jì)在試驗(yàn)場(chǎng)景下測(cè)量這些影響，并在測(cè)量過(guò)程中考慮到了不同參數(shù)。

在位于英國(guó)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(duì)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(jì)，繞三條不同路線行駛，研究者通過(guò)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(shuō)：“我們有兩個(gè)人，每個(gè)人都佩戴一部頭部攝像頭、一部頭部加速度計(jì)，座椅上也安裝了一部加速度計(jì)。我們拿著手機(jī)，有時(shí)看，有時(shí)不看，分別坐在前排和后排測(cè)試。”Wheeldon和合作者，一位體型嬌小的女士，都在后排乘坐時(shí)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(duì)不同運(yùn)動(dòng)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(dòng)對(duì)不同體型和身高的影響。

Wheeldon指出：“坐在后排時(shí)，我們倆的所有加速度都更高，這一點(diǎn)與我們對(duì)汽車設(shè)計(jì)的理解一致，因?yàn)槠嚨脑O(shè)計(jì)主要以兩位前排乘客的感受為重點(diǎn)。”這次測(cè)試將被用作重要的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。他說(shuō)：“通過(guò)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(cè)模型：“在模擬整車的過(guò)程中－－也許在投產(chǎn)前四年，此時(shí)仍可對(duì)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(duì)被動(dòng)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(guò)兩個(gè)環(huán)形交叉路口，或在鵝卵石路上行駛，這些情況都會(huì)出于各種原因而令兒童感到不適。”

Wheals還補(bǔ)充說(shuō)：“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(guò)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(píng)估速度或運(yùn)動(dòng)性對(duì)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(lái)確定和校準(zhǔn)座椅位置、座椅設(shè)計(jì)，以及座艙包裝、布局與人體工程學(xué)設(shè)計(jì)等問(wèn)題。

此外，該軟件還可進(jìn)一步用于行駛過(guò)程中的持續(xù)動(dòng)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(shuō)：“同樣的算法也可用于避免傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)缺陷”。

實(shí)時(shí)分析與干預(yù)

對(duì)于CAV，該軟件可以通過(guò)一系列操作或轉(zhuǎn)彎來(lái)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(shuō)：“我們制定了一組個(gè)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(dòng)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(jì)決策轉(zhuǎn)化為人們?cè)谄噧?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(dòng)病源于感覺(jué)不協(xié)調(diào)，即內(nèi)耳所經(jīng)歷的運(yùn)動(dòng)與眼睛所感知的運(yùn)動(dòng)之間不一致導(dǎo)致。著名的特雷斯曼（Treisman）假說(shuō)認(rèn)為，感覺(jué)分離與嚴(yán)重食物中毒的幻覺(jué)效應(yīng)相似，因此會(huì)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(jué)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(shuō)：“暈車感受在約十一至十二歲時(shí)達(dá)到頂峰；一般在接近二十歲時(shí)才會(huì)穩(wěn)定下來(lái)。

運(yùn)動(dòng)頻率是影響暈車程度的重要因素。Wheals說(shuō)：“我們需要關(guān)注俯仰、起伏、搖擺和側(cè)傾的頻率。對(duì)于長(zhǎng)途汽車、火車、渡船和船舶，這些運(yùn)動(dòng)完全不同。對(duì)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(shuō)，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(guò)，例如街道設(shè)施、樹木、高墻、樹籬、云、迎面而來(lái)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(duì)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(shí)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(gè)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(jué)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(duì)于CAV，該軟件可以通過(guò)一系列操作或轉(zhuǎn)彎來(lái)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(duì)超車進(jìn)行分析，對(duì)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(duì)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(shuō)明這種體驗(yàn)符合人體直覺(jué)?？梢詫⑦@種技術(shù)用于主動(dòng)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(guò)調(diào)整底盤剛度和自動(dòng)駕駛參數(shù)來(lái)改善特定路線上的乘坐體驗(yàn)，從而提高乘客舒適度。Wheals說(shuō)：“我們可以將暈車模型集成于汽車模擬應(yīng)用，對(duì)特定的拐彎或超車操作進(jìn)行評(píng)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(dòng)、呼吸、出汗甚至面部表情等生物特征，傳感器可以識(shí)別出乘客的不適感受。Wheals說(shuō)：“我們的算法不會(huì)說(shuō)‘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(shí)間、地點(diǎn)與個(gè)人情緒

Wheeldon指出，不同個(gè)體具有不同的暈車傾向，這給他們帶來(lái)了難題，而且“根據(jù)動(dòng)力學(xué)，處于不同位置或方向的同一個(gè)人，處于不同日期或者同一天內(nèi)的不同時(shí)間的同一個(gè)人，也會(huì)具有不同的體驗(yàn)。”這個(gè)問(wèn)題非常復(fù)雜，因?yàn)槿祟愂欠浅６嘧兊?。這就要求我們建立個(gè)人傾向指數(shù)，比如說(shuō)，‘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(shí)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(lái)提示更經(jīng)濟(jì)的駕駛模式一樣。不過(guò)預(yù)測(cè)技術(shù)仍在CAV中扮演著更重要的角色。Wheeldon說(shuō)：“預(yù)測(cè)是避免暈車的重要部分。也許汽車會(huì)說(shuō)：‘前方有環(huán)形交叉路口，我要減速，讓那輛汽車通過(guò)’。也可能采取更微妙的提示方法：汽車即將左轉(zhuǎn)時(shí)，車內(nèi)左側(cè)的環(huán)境燈將亮度提高20%，你將下意識(shí)地了解汽車接下來(lái)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(shí)到汽車即將左轉(zhuǎn)。也可以通過(guò)音樂(lè)來(lái)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(dòng)態(tài)閱讀模型，這種模型與CAV的使用場(chǎng)景息息相關(guān)。乘車期間的觀看行為，無(wú)論是讀書還是觀看屏幕，都產(chǎn)生了與身體運(yùn)動(dòng)相沖突的運(yùn)動(dòng)參考點(diǎn)，從而加劇了視覺(jué)前庭失調(diào)。書籍、平板電腦或電話相對(duì)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(zhǎng)期集中注意力而產(chǎn)生的疲勞感。Wheeldon介紹說(shuō)：“改變頭部角度對(duì)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(gè)指標(biāo)。該指標(biāo)可用于測(cè)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(duì)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(shuō)：“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(guò)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(lái)機(jī)遇

一家大型主機(jī)廠商推出了自主移動(dòng)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(yíng)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(cè)軟件技術(shù)可以與其他車內(nèi)系統(tǒng)和服務(wù)開展長(zhǎng)期合作。包括將暈車預(yù)測(cè)與“電子鼻”電子設(shè)備相結(jié)合，以探測(cè)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(huì)對(duì)汽車的停止/啟動(dòng)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(dòng)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(guó)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(jì)該項(xiàng)目將于今年晚些時(shí)候完成，屆時(shí)將提供重要數(shù)據(jù)，幫助人們了解暈動(dòng)病對(duì)4至18歲年齡段用戶的影響。

因此，無(wú)論是今天的高級(jí)汽車還是明天的無(wú)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(jì)，到多種感官體驗(yàn)對(duì)座艙環(huán)境和車輛運(yùn)動(dòng)的實(shí)時(shí)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)槿绱耍@項(xiàng)技術(shù)吸引了多家汽車制造商、市場(chǎng)新秀、CAV從業(yè)者以及“移動(dòng)即服務(wù)”創(chuàng)新企業(yè)的廣泛關(guān)注。毫無(wú)疑問(wèn)，在不久的將來(lái)，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(lái)的利益。
 
 
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