Heart rate variability (HRV) and muscular system activity (EMG) in cases of crash threat during simulated driving of a passenger car

Objectives: The aim of the study was to verify whether simultaneous responses from the muscular and circulatory system occur in the driver's body under simulated conditions of a crash threat. Materials and Methods: The study was carried out in a passenger car driving simulator. The crash was included in the driving test scenario developed in an urban setting. In the group of 22 young male subjects, two physiological signals - ECG and EMG were continuously recorded. The length of the RR interval in the ECG signal was assessed. A HRV analysis was performed in the time and frequency domains for 1-minute record segments at rest (seated position), during undisturbed driving as well as during and several minutes after the crash. For the left and right side muscles: m. trapezius (TR) and m. flexor digitorum superficialis (FDS), the EMG signal amplitude was determined. The percentage of maximal voluntary contraction (MVC) was compared during driving and during the crash. Results: As for the ECG signal, it was found that in most of the drivers changes occurred in the parameter values reflecting HRV in the time domain. Significant changes were noted in the mean length of RR intervals (mRR). As for the EMG signal, the changes in the amplitude concerned the signal recorded from the FDS muscle. The changes in ECG and EMG were simultaneous in half of the cases. Conclusion: Such parameters as mRR (ECG signal) and FDS-L amplitude (EMG signal) were the responses to accident risk. Under simulated conditions, responses from the circulatory and musculoskeletal systems are not always simultaneous. The results indicate that a more complete driver's response to a crash in road traffic is obtained based on parallel recording of two physiological signals (ECG and EMG)

Czy opis stanów nieustalonych ogumienia w symulacji ruchu pojazdów ma znaczenie praktyczne?

There are quite few publications where the representation of transient states of tyres is taken into account in the examination of the motion of a vehicle as a whole by computer simulation. Most of the researchers who build models of motor vehicle dynamics leave this issue out of account, believing that it is related to the phenomena of little importance in both qualitative and quantitative terms, especially when self-excited vibration of wheels with pneumatic tyres is ignored. The objective of this publication is to present simulations of motor vehicle motion in the situation encountered during the training of drivers at Driver Improvement Centres. The author proves that the taking into account of the representation of transient states of the lateral force and aligning moment on vehicle tyres will strongly affect the calculation results. This is because of the excitation form, the time constants of which are comparable with the relaxation time of the tyres of the vehicle under test. The analysis results have been presented in both quantitative and qualitative form, i.e. in a table and as time histories of selected quantities, respectively. The data shown indicate considerable differences in the calculated effects of disturbance to rectilinear motion of a passenger car, when determined with ignoring the transient states of tyres, in comparison with the corresponding calculation results obtained with the transient states of tyres having been taken into account. The biggest differences in the absolute values recorded during the first second from the beginning of the disturbance to the motion of rear vehicle wheels were observed in yaw (heading) angle, lateral displacement of the centre of vehicle mass, and moment of forces on the steering wheel. The differences were so big (from 19 % to 26 %) that they changed the qualitative and quantitative assessment of vehicle behaviour. Thus, they highlighted the great impact that the representation of transient states of the lateral forces and aligning moments on vehicle tyres exerts on the results of the test being simulated.Niewiele jest prac, w których uwzględnia się opis stanów nieustalonych ogumienia w badaniach symulacyjnych ruchu całego pojazdu. Większość osób budujących modele dynamiki samochodów pomija ten opis, uznając, że dotyczy zjawisk mało istotnych z jakościowego i ilościowego punktu widzenia, zwłaszcza wtedy, gdy pomijane są drgania samowzbudne kół ogumionych. Celem niniejszej publikacji jest przedstawienie symulacji ruchu samochodu w sytuacji, która jest spotykana w trakcie treningów kierowców w Ośrodku Doskonalenia Techniki Jazdy. Autor udowadnia, że uwzględnienie opisu stanów nieustalonych siły bocznej i momentu stabilizującego ogumienia w bardzo istotny sposób wpływa na wyniki przeprowadzonych obliczeń. Wynika to z postaci wymuszenia, którego stałe czasowe są porównywalne z czasem nabiegania ogumienia badanego pojazdu. Autor przedstawia wyniki ilościowo w formie tabeli oraz jakościowo w postaci przebiegów czasowych wybranych wielkości. Wskazują one na istotne różnice między efektami zaburzenia ruchu prostoliniowego samochodu osobowego, dla przypadku nieuwzględniania stanów nieustalonych ogumienia, odniesionymi do wyników otrzymanych dla przypadku uwzględniania stanów nieustalonych ogumienia. Największe różnice modułów w trakcie pierwszej sekundy od wystąpienia zaburzenia ruchu kół osi tylnej, dotyczą kąta odchylenia (kąta kierunkowego), przemieszczenia poprzecznego środka masy pojazdu oraz momentu na kole kierownicy. Są one na tyle istotne (od 19 do 26%), że zmieniają jakościowo i ilościowo ocenę zachowania pojazdu. Wskazują, zatem, na duży wpływ opisu stanów nieustalonych sił bocznych i momentów stabilizujących kół jezdnych na wyniki symulowanego testu

Simulation of vehicle motion during tests performed in driving improvement centers

Jednym z zadań ośrodka doskonalenia techniki jazdy (ODTJ) jest nauka poprawnego zachowania się kierowcy po zaburzeniu ruchu pojazdu przed wjazdem na tzw. „płytę poślizgową”. Zaburzenia tego dokonuje się z wykorzystaniem „płyty dynamicznej”. „Płyta poślizgowa” i „płyta dynamiczna” stanowią obowiązkowe wyposażenie ODTJ. Artykuł przedstawia model pojazdu oraz podłoża z wydzieloną, okresowo ruchomą, „płyta dynamiczną” o wysokie przyczepności powierzchni kontaktu z kołami samochodu. Zaprezentowano przykładowe wyniki symulacji, obrazujące skalę zaburzenia ruchu pojazdu, na które musi zareagować szkolony kierowca. Ze względu na ograniczona objętość artykułu autor odsyła czytelnika do obszerniejszych, bardziej szczegółowych własnych publikacji przedstawiających różne aspekty zastosowań zaprezentowanego w pracy modelu.One of the tasks of the driving technique improvement center (ODTJ) is learning the correct behavior of the driver after disturbing the movement of the vehicle before entering the so called "sliding plate". This disorder is made using the "dynamic plate". "Sliding plate" and "dynamic plate" are mandatory equipment of ODTJ. The article presents the model of the vehicle and the ground with a separate, periodically moving, "dynamic plate" with high adhesion of the contact surface with the wheels of the car. Examples of simulation results showing the scale of motion disorder of the vehicle to which the trained driver has to react are presented. Due to the limited volume of the article, the author refers the reader to more comprehensive, more detailed own publications presenting various aspects of the application of the model presented in the work

Zastosowanie liniowego modelu „ćwiartki samochodu” do optymalizacji tłumienia w pasywnym zawieszeniu samochodu – wykorzystanie prac wielu autorów z okresu ostatnich 40 lat

In this study, over 40-year achievements of many foreign and Polish authors in the field of methods of optimizing the characteristics of automotive suspension systems have been used. A method of conducting the optimizing calculations, further developed by the author, has been presented and exemplified by calculations of viscous damping in the passive suspension system of a vehicle moving on an uneven road surface with a random profile. To determine the discomfort and safety hazard measures, a linear quarter-car model of the suspension system and the spectral transmittance analysis method were employed. The results have been shown in the form of a dimensionless objective function, which was taken as a criterion of optimization in respect of ride comfort and safety. The limitation of deflections of the suspension system has been taken into account, too. The graphic form of this function, whose argument is the dimensionless suspension damping coefficient, resembles the pictorial qualitative relationships, shown in many publications by other authors and facilitating the interpretation of final results of the optimization.W pracy wykorzystano ponad 40-letnie osiągnięcia wielu autorów zagranicznych i polskich w zakresie metod optymalizacji parametrów zawieszenia samochodu. Zaprezentowano, rozwiniętą przez autora, metodykę obliczeń optymalizacyjnych na przykładzie tłumienia wiskotycznego pasywnego zawieszenia pojazdu poruszającego się po nierównej, losowej nawierzchni drogi. Wykorzystano liniowy model zawieszenia ćwiartki samochodu oraz analizę transmitancji widmowych w wyznaczaniu wskaźników dyskomfortu i niebezpieczeństwa. Wyniki zaprezentowano w postaci bezwymiarowej funkcji celu, która stanowiła kryterium optymalizacji ze względu na komfort jazdy i bezpieczeństwo. Uwzględniono także ograniczenie ugięć zawieszenia. Graficzna postać tej funkcji, gdzie zmienną niezależną jest bezwymiarowy współczynnik tłumienia zawieszenia, przypomina poglądowe, jakościowe zależności przytaczane w wielu pracach innych autorów, co ułatwia interpretację wyników końcowych optymalizacji

Modelowanie i symulacja zakłócenia ruchu samochodu w trakcie wjazdu na płytę poślizgową stosowaną w ośrodkach doskonalenia techniki jazdy

The paper concerns the modelling of a disturbance caused to vehicle motion on a skid pad during tests carried out at Driver Improvement Centres (DIC). The disturbance is induced with the use of a dynamic “kick plate”, which is a mandatory element of the equipment of driver improvement centres of the basic and higher degree, pursuant to the Regulation of the Polish Minister of Transport, Construction and Maritime Economy of 16 January 2013 on the improving of driving techniques. The disturbance caused by a lateral displacement of the kick plate (relative to the vehicle path) forces the driver to undertake defensive manoeuvres such as turning the steering wheel, braking, or accelerating, separately or in combinations. The paper presents a model of motion and dynamics of a motor vehicle as well as a method of practical implementation of such a disturbance. The simulation results, showing the scale of the disturbance to vehicle motion to which the driver being trained must respond, have also been included. The methodology and results of choosing the speed with which the vehicle is to be driven during the test have been presented as well.Artykuł dotyczy modelowania zaburzenia ruchu pojazdu w trakcie testów z wykorzystaniem płyty poślizgowej stosowanej w ośrodkach doskonalenia techniki jazdy (ODTJ). Zaburzenie to jest wywoływane z użyciem „płyty dynamicznej”, która stanowi obowiązkowe wyposażenie ośrodków doskonalenia techniki jazdy stopnia podstawowego i wyższego, co określono w Rozporządzeniu Ministra Transportu, Budownictwa i Gospodarki Morskiej z dnia 16 stycznia 2013 r. w sprawie doskonalenia techniki jazdy. Zaburzenie wywołane ruchem poprzecznym płyty (w stosunku do toru ruchu pojazdu) zmusza kierowcę do wykonania manewrów obronnych w postaci obrotu kołem kierownicy, hamowania lub przyspieszania, bądź kombinacji tych manewrów. Artykuł przedstawia model ruchu i dynamiki samochodu oraz sposób wprowadzenia opisanego zaburzenia. Zaprezentowano wyniki symulacji obrazujące skalę zaburzenia ruchu pojazdu, na które pojazdu w trakcie testu

Assessment of vehicle accident risk in the form of the rollover

Artykuł dotyczy zagrożenia bezpieczeństwa ruchu drogowego w postaci wypadku kończącego się przewróceniem pojazdu na bok. Obok szeroko znanej metody stosowanej w teorii ruchu samochodu, wykorzystującej pojęcie wskaźnika SSF (Static Stability Factor), autor dokonuje przykładowych obliczeń z zastosowaniem modelu typu MBS (Multi Body System). Rozważany jest przypadek przewrócenia pojazdu spowodowanego manewrem, wykonywanym przez kierowcę na drodze poziomej, idealnie równej, o wysokim współczynniku przyczepności. Oceniano maksymalne możliwe do uzyskania przyspieszenie poprzeczne pojazdu, nie wywołujące jego przewrócenia na bok. Wyniki otrzymano dla dwóch pojazdów dwuosiowych: samochodu ciężarowego i samochodu patrolowo-interwencyjnego. Wskazuję one na istotne znaczenie stopnia skomplikowania struktury wykorzystywanego modelu na wyniki obliczeń.This article applies to safety threat in the form of traffic accident of rollover type. Next to the widely known method used in the theory of vehicle dynamics, using the concept of index SSF (Static Stability Factor), the author makes sample calculations using the model of the MBS (Multi Body System) type. The author considered a rollover accident caused as result of manoeuvre performed by the driver on a flat horizontal road, with a high coefficient of adhesion. Obtained results show the maximum possible lateral acceleration values of the vehicle without rollover. The results were obtained for the two biaxial vehicles: truck and light tactical vehicle. They are pointing to the importance of the complexity of the structure of the model used for the calculation

Driving simulators in training of drivers

Artykuł omawia aktualny stan możliwości zastosowań symulatorów jazdy samochodem w szkoleniu kierowców. Jest to ujęcie jakościowe a nie ilościowe. Przedstawiono uwarunkowania prawne związane ze stosowaniem symulatorów jazdy samochodem oraz przykłady wybranych konstrukcji. Szczególną uwagę zwrócono na produkty, które powstają w naszym kraju – są efektem prac polskich konstruktorów lub wdrażaniem licencji konstrukcji zagranicznych. Tekst artykułu wzbogacono materiałem ilustracyjnym.The paper presents up to date state of driving simulators applications in drivers training. It is rather qualitative then quantitative description. Formal recommendations were presented for driving simulator applications as well as brief overview of selected concepts of its designs. Special attention was paid for Polish products. The presented material was illustrated by exemplary products

Practical aspects of driving simulator applications

Referat przedstawia aktualny stan rozwoju konstrukcji i możliwości praktycznych zastosowań symulatorów jazdy samochodem. Jest to ujęcie jakościowe a nie ilościowe. Opisano uwarunkowania prawne związane ze stosowaniem symulatorów jazdy samochodem oraz przykłady wybranych konstrukcji. Szczególną uwagę zwrócono na produkty, które powstają w naszym kraju - są efektem prac polskich konstruktorów lub wdrażaniem licencji konstrukcji zagranicznych.The article presents the current state of development of structures and opportunities for practical applications of driving simulators. Describes the legal considerations associated with the driving simulator and examples of selected structures. In addition to testing the driver and its working environment, equipment and technical condition of the vehicle, current simulators are extensively used in the training of drivers. This is allowed by appropriate regulation of European Parliament and the Council of Europe (Directive 2003/59/EC). Particular attention is given to products that are created in our country - are the result of work of Polish engineers design or implementation of the foreign license

Assesment of diagnostic tests basing on vehicle dynamics and motion models

Referat przedstawia przykład zastosowania modeli symulacyjnych dynamiki i ruchu pojazdów w pracach prowadzących do oceny i optymalizacji testów diagnostycznych.The paper presents exemplary application of vehicle dynamics and motion models. The purpose of mentioned application is to assess and to optimize diagnostic tests of wheeled road vehicle