Simulation study of driver stress and performance to an unexpected event

Abstract In this paper, we study the effect of unexpected behaviour of a Driving Assistance System (DAS) on the driver, during a common task of driving in a virtual environment. The considered system is an electrical steering, which allows drivers to reduce efforts needed to handle the steering wheel during cornering manoeuvres. A failure of such system could produce a sudden and permanent loss of steering assistance and make the steering wheel more difficult to turn. The objective of this study is to determine how this event will affect the driver's performance, particularly in terms of stress and visual performance. At last, drivers are able to adapt to this kind of event if it occurs before entering a curve. Moreover, an increase of muscle stiffness has been observed during lane change manoeuvres, which provide a more robust control of the steering wheel to external perturbations. At last drivers are able to manage a sudden increase of stress. The experiment was conducted on the ULTIMATE dynamic driving simulator developed by the Technical Centre for Simulation of RENAULT. The simulator has been fitted with a new steering force feedback system improving dynamical performance. This simulator upgrade and assessment methodology will be presented in more details in this paper. The driver behaviour was studied through questionnaires to assess the stress produced by the different situations. Detection and/or recognition of objects in the virtual scene give cues on the DAS failure effects on the driver's visual attention. In order to quantify the drivers' performance, objective indicators such as steering reversal rate, steering entropy and time-to-lane-crossing were also used. In spite of the unexpected steering event, all drivers have achieved their driving task, without leaving the road. Results show an increase of stress for drivers when the unexpected event occurs. We also notice an alteration of the visual performance revealed by drivers' difficulties to recognize critical objects in the environment. This study suggests that high-performance driving simulators may be valuable to assess the effects of safety-critical events on driving performance. Résumé Dans cet article, nous étudions l'effet sur le conducteur d'un comportement inattendu d'un système d'aide à la conduite (DAS) et ceci lors d'une tâche de conduite ordinaire en environnement virtuel. Le système retenu est une direction assistée électrique qui permet au conducteur de réduire les efforts nécessaires à produire pour le maniement du volant en virage. Une défaillance d'un tel système peut produire une perte soudaine et permanente d'assistance et rendre ainsi le volant plus difficile à tourner. L'objectif de cette étude est de déterminer l'impact de ce type d'évènement sur les performances du conducteur. Seront considérés en particulier la performance visuelle et la production de stress. Il a été constaté que lorsque cet évènement apparaît avant l'entrée en virage, les conducteurs sont capables de s'y adapter. De plus, une augmentation de la raideur des muscles du bras a été observée lors de manoeuvres de changement de file, ce qui rend le contrôle du volant plus robuste à des perturbations extérieures. Enfin, il semble que les conducteurs sont capables de gérer un stress soudain et de courte durée. L'expérimentation a été réalisée sur le simulateur de conduite dynamique ULTIMATE développé au Centre Technique de Simulation de RENAULT. Le simulateur s'est vu doté d'un nouveau restituteur d'effort pour le volant, offrant des performances dynamiques supérieures au précédent restituteur. L'installation et la validation de ce nouveau matériel sera présentée dans de plus amples détails. Le comportement des conducteurs a été étudié au travers de questionnaires afin d'évaluer la production de stress lors des différentes situations. La détection et/ou la reconnaissance d'objets dans la scène virtuelle procure des indices quant aux effets sur l'attention visuelle du conducteur de la défaillance du système d'assistance. Dans le but de quantifier la performance de conduite, des indicateurs tels que le Steering Reversal Rate, le Steering Entropy et le Time-to-Line-Crossing ont été utilisés. Malgré que l'évènement soit inattendu, tous les conducteurs ont réussi à terminer leur tâche de conduite sans quitter la route. Les résultats montrent une augmentation du stress lorsque cet évènement apparaît. Remarquons aussi l'altération de l'attention visuelle des conducteurs de part leur difficulté à reconnaître les objets de l'environnement. Cette étude suggère que les simulateurs de conduite à hautes performances autorisent l'évaluation des effets sur la performance de conduite d'évènements critiques en termes de sécurité

Temporal Intervals Production During Passive Self-Motion in Darkness.

Des études précédentes (Israël, Chapuis, Glasauer, Charade, & Berthoz, 1993 ; Israël, Capelli, Sablé, Laurent, Lecoq, & Bredin, 2004) ont montré que le temps était utilisé lors de l’estimation de distances parcourues dans l’obscurité et que la distance était surestimée. La perception du temps est-elle modifiée lors de mouvement propre stimulant le système vestibulaire ? Des participants les yeux bandés ont réalisé une tâche de production d’intervalles temporels de une seconde tandis qu’ils étaient passivement déplacés linéairement ou angulairement avec vitesse constante, variable, ou immobiles. Les résultats ont montré que la régularité des intervalles était altérée lors du mouvement propre comparé à l'immobilité. De plus, la production d’intervalles ralentissait pendant la décélération du mouvement et augmentait pendant l'accélération. Cet effet a été principalement attribué au système vestibulaire (et somatosensoriel).Previous studies (Israël, Chapuis, Glasauer, Charade, & Berthoz, 1993 ; Israël, Capelli, Sablé, Laurent, Lecoq, & Bredin, 2004) showed that time was used in the estimation of a traveled distance in darkness and that the distance was overestimated. Is time estimation modified during self-motion? Blindfolded participants performed a temporal interval production task of one second while passively displaced linearly or angularly with constant or varying velocity, or immobile. The intervals regularity was impaired during self-motion compared to immobility. Furthermore the intervals rate was slowed during motion deceleration and increased during acceleration. This effect is mainly attributed to the vestibular (and somatosensory) system

Collision-free trajectory planning for overtaking on highways

International audienc

Lane centering assistance system design for large speed variation and curved roads

International audienc

On the impact of additive disturbances on Auto-Steering Systems

Several control techniques are available for the automotive systems and their design is often based on the available measurements of different parameters and the integration of the hard input and performance constraints. The objective of the present study is to revisit the closed loop dynamics of an auto-steering system to offer an evaluation of the impact of the curvature of the road. From a theoretical point of view, robust positive invariance theory is presented in order to perform the analysis of the effects that a bounded parameter-varying additive disturbance has on a linear parameter-varying controller used to ensure stability of a model predictive control strategy