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里卡多专家研究晕车原因，协助缓解新型车辆晕车问题
2019-06-18 00:23:40· 来源：里卡多上海
在互联汽车和无人驾驶汽车（CAV）的开发过程中，安全问题吸引了大部分投资。不过在保证安全的同时，汽车用户还期望在行驶过程中享受自家客厅般的舒适乘车环境。
在互联汽车和无人驾驶汽车（CAV）的开发过程中，安全问题吸引了大部分投资。不过在保证安全的同时，汽车用户还期望在行驶过程中享受自家客厅般的舒适乘车环境。里卡多工程师正在研究如何解决无人驾驶汽车的晕车问题，其解决方案也同样适用于常规驾驶车辆。Farah Alkhalisi与里卡多工程师探讨了这个问题。
晕车，也称晕动病，对于我们并不陌生。不过随着新型汽车使用场景的出现，如何解决或缓解晕车问题、防止乘车时的恶心感，正在日益引起人们的关注。自动驾驶汽车和无人驾驶汽车的出现带来了一些特殊问题。乘客希望能够在乘车过程中自如地开展工作、观看屏幕或与他人交谈—无论是转过身、侧过身还是背面而坐，而这些行为都可能导致晕车。因此，能否解决晕车问题，在某种程度上就成为消费者能否接受无人驾驶汽车的关键所在。
里卡多创新部总工程师Jonathan Wheals的小女儿很容易晕车，为了帮助女儿，他决意攻克这个难题。Wheals意识到，大多数人并不了解汽车运动对儿童、青少年及后座乘客的影响。而且，对比汽车行业对安全的关注，他认为到目前为止，CAV的相关研发始终对晕车问题不够重视。
他说：“我们大约在一年半以前开始认真考虑这个问题。自动驾驶汽车当然必须保证安全性，否则就无法上市销售；然而现在的问题是，无人驾驶汽车的乘客还能开展哪些新的活动？例如在乘车过程中阅读、使用平板电脑，或者做其他事。不过，如果无人驾驶汽车不再有照顾乘客感受的司机，也没有控制车辆的算法，它就不知道乘客是谁，也不知道他们的运动敏感性。”
Wheals还认为，将里卡多研发的技术应用于非CAV汽车，也能够客户带来利益。他解释说，汽车往往以40-60岁的男性为服务对象，这个人群具有特定的体重和体型，对事物有特定的反应，通常作为驾驶者或乘客坐在前排。而第二排和第三排的乘客具有截然不同的乘坐质量，但汽车设计标准通常没有将他们考虑在内。因此，里卡多开发的技术不仅适用于未来的CAV，也适用于今天的常规汽车。
试验与测试
里卡多团队首先构建出一部模块化车辆动力学模型，包括已知会导致或据信会导致晕车的各种参数。这些参数包括车辆悬挂设置、驾驶员输入、人体因素（如体重、身高、性别、年龄、健康）、心理因素（个人的运动敏感性、以往经验、饮酒量）以及坐姿、座椅类型和车厢空气质量等。研究者进行了经过简化的“假人碰撞试验”模拟，揭示了汽车运动对乘客的相对影响，研究者使用加速度计在试验场景下测量这些影响，并在测量过程中考虑到了不同参数。
在位于英国莱明顿温泉附近的里卡多米德兰技术中心，研究者进行了小型道路试验，并根据这次试验收集到的实际数据对这种生物机械模型进行了关联和改进。为此，试验参加者连接上加速度计，绕三条不同路线行驶，研究者通过车内摄像头观察他们的表现。
创新工程师Michael Wheeldon解释说：“我们有两个人，每个人都佩戴一部头部摄像头、一部头部加速度计，座椅上也安装了一部加速度计。我们拿着手机，有时看，有时不看，分别坐在前排和后排测试。”Wheeldon和合作者，一位体型娇小的女士，都在后排乘坐时记录到了更高的加速度，特别是在超速颠簸的情况下。正如预期的那样，二人对不同运动的反应也存在差异，这一结果表明，我们有必要了解运动对不同体型和身高的影响。
Wheeldon指出：“坐在后排时，我们俩的所有加速度都更高，这一点与我们对汽车设计的理解一致，因为汽车的设计主要以两位前排乘客的感受为重点。”这次测试将被用作重要的实验证据。他说：“通过录制的视频可以看出，在不同的驾驶模式下，乘客将很快出现不同的反应，这些反应涉及到很多不同因素。”
Wheals认为，主机厂可以在车辆属性定义阶段使用本次试验产生的晕车预测模型：“在模拟整车的过程中－－也许在投产前四年，此时仍可对汽车进行重大改变－－主机厂可以使用此模型：它可以代表一位八岁的欧洲乘客，可能是男孩，也可能是女孩，帮助我们了解这样的乘客对被动弹簧减震器设置、行驶高度、侧倾刚度以及所有其他参数的反应。
“我们可以模拟患有晕车病的乘客在车内的不同坐姿，还可以尝试诸如快速驶过两个环形交叉路口，或在鹅卵石路上行驶，这些情况都会出于各种原因而令儿童感到不适。”
Wheals还补充说：“我们的软件模块可以内置于现有的车辆模拟系统。不过与其努力打破纽博格林赛道纪录，不如思考如何优化或改变乘坐体验。我们还可以将研究结果运用于不同乘客，以评估速度或运动性对于确保儿童乘客舒适和安全乘坐体验的重要性。”主机厂还可以利用该模型来确定和校准座椅位置、座椅设计，以及座舱包装、布局与人体工程学设计等问题。
此外，该软件还可进一步用于行驶过程中的持续动态监控，提供一系列干预措施，以提高乘坐舒适度、预防晕车病，令汽车的最终用户直接受益。Wheals说：“同样的算法也可用于避免传统的设计缺陷”。
实时分析与干预
对于CAV，该软件可以通过一系列操作或转弯来累积数据，以协助优化行驶路径；也可以根据晕车指数调整或确定行驶轨迹或转弯路线。Wheeldon解释说：“我们制定了一组个性化因素，包括自主驾驶或其他类型的车辆，并与汽车运动相结合，构成名为‘痛苦因数’晕车指数。这是人们第一次建立这样的汽车模型：将汽车设计决策转化为人们在汽车内的真实感受，而不是仅仅收集加速数据。
晕车的原因
一般认为晕动病源于感觉不协调，即内耳所经历的运动与眼睛所感知的运动之间不一致导致。著名的特雷斯曼（Treisman）假说认为，感觉分离与严重食物中毒的幻觉效应相似，因此会使晕车者呕吐。儿童和青少年的中枢神经系统发育往往滞后于身体发育，使得前庭视觉不匹配的程度更高，因此儿童和青少年往往深受晕车之苦。里卡多创新总工程师Jonathan Wheals介绍说：“晕车感受在约十一至十二岁时达到顶峰；一般在接近二十岁时才会稳定下来。
运动频率是影响晕车程度的重要因素。Wheals说：“我们需要关注俯仰、起伏、摇摆和侧倾的频率。对于长途汽车、火车、渡船和船舶，这些运动完全不同。对于班轮等船只，侧倾频率很低，但在公路上行驶的汽车更像一艘充气快艇，在波浪上颠簸。”
他还补充说，座位的朝向也是导致晕车的主要因素，旅行中的风景或背景也是一样：“在乘客的周边视野中，有许多不同的物体掠过，例如街道设施、树木、高墙、树篱、云、迎面而来的车辆的灯光等等；这些景象都有很大的不同。”这种“外围闪烁”也是造成晕车的重要因素，特别是在只使用一只眼睛导致视野不对称的情况下。
SUV座椅
底盘较高的SUV和越野车很受家庭欢迎，然而不那么时尚的低底盘旅行车可能更适合晕车儿童。这是由于后排座椅的高度和位置：SUV的后排座椅通常朝向后轴，甚至位于后轴之后、滚轴正上方，这个位置非常关键，使头部和上半身的旅行方向感受与下半身相反，从而产生有违直觉的非自然体验。有些大型SUV（和MPV）采取“剧院式”座椅布局，进一步强化了这种效果，其最后一排，即第三排座椅的设置高于中央和前排座椅，因此放大了摇摆幅度，恶化乘坐体验。
对于CAV，该软件可以通过一系列操作或转弯来累积数据，以协助优化行驶路径，避免乘客晕车。
“我们对超车进行分析，对贝塞尔曲线运行粒子群优化算法，以定义目标行驶路径。优化算法可以对不同的行驶方法建模，获得给定路径的晕车指数峰值。尽管未经训练或指导，该流程仍得出了平滑曲线：说明这种体验符合人体直觉。可以将这种技术用于主动控制，以及调整驾驶员预览距离等车辆控制参数，用户可以利用这种技术确定最佳位置，以最大限度地减少晕车感受。”
新型软件不仅可以优化汽车行驶路线，还可以通过调整底盘刚度和自动驾驶参数来改善特定路线上的乘坐体验，从而提高乘客舒适度。Wheals说：“我们可以将晕车模型集成于汽车模拟应用，对特定的拐弯或超车操作进行评估。只要停留在安全的操纵区间内，即可确保乘坐体验稳定在最易晕车的乘客也能接受的水平。”根据眼睛和身体运动、呼吸、出汗甚至面部表情等生物特征，传感器可以识别出乘客的不适感受。Wheals说：“我们的算法不会说‘我知道你快要晕车了！’因为它很聪明：它可以提供适量的冷空气，或者调整座位、降低百叶窗，或者调整汽车的行驶路线以防止晕车。”
时间、地点与个人情绪
Wheeldon指出，不同个体具有不同的晕车倾向，这给他们带来了难题，而且“根据动力学，处于不同位置或方向的同一个人，处于不同日期或者同一天内的不同时间的同一个人，也会具有不同的体验。”这个问题非常复杂，因为人类是非常多变的。这就要求我们建立个人倾向指数，比如说，‘好吧，只要不俯仰，我可以接受侧倾’，还需要调整不同因素，比如在深夜时分，乘客很累，所有的灯都已熄灭。’
系统可以提示驾驶者采取相关措施，以避免乘客产生不适感，就像现在我们使用换档指示器来提示更经济的驾驶模式一样。不过预测技术仍在CAV中扮演着更重要的角色。Wheeldon说：“预测是避免晕车的重要部分。也许汽车会说：‘前方有环形交叉路口，我要减速，让那辆汽车通过’。也可能采取更微妙的提示方法：汽车即将左转时，车内左侧的环境灯将亮度提高20%，你将下意识地了解汽车接下来的行为——提亮灯光自然能够吸引人们的目光和注意力，使他们意识到汽车即将左转。也可以通过音乐来做到这一点，以特殊的方式平稳行驶。”
此外，里卡多创新部的工程师们正在开发特定的生物动态阅读模型，这种模型与CAV的使用场景息息相关。乘车期间的观看行为，无论是读书还是观看屏幕，都产生了与身体运动相冲突的运动参考点，从而加剧了视觉前庭失调。书籍、平板电脑或电话相对于乘客头部的位置，以及头部的倾斜位置或角度也非常重要，还要注意由于长期集中注意力而产生的疲劳感。Wheeldon介绍说：“改变头部角度对于复合角度和内耳的加速度具有很大影响。”
最重要的是，研究者采用了“外围闪烁”这个指标。该指标可用于测量外围区域内的每秒特征变化，例如进入视野的物体，并考虑到左右眼的不同感知、车辆立柱对视野的遮蔽，以及车厢内外的照明或屏幕照明等因素。Wheeldon在介绍这一领域的研究进展进说：“我们使用虚拟现实（VR）模拟车内的情景，以及不同的闪烁刺激，包括经过的物体，或亮度的增加或减少。利用虚拟现实，我们得以完全控制视野，有助于分离变量。”
未来机遇
一家大型主机厂商推出了自主移动服务，这家公司已与里卡多进行了讨论，认为可以将里卡多的模型及其算法用于共享出租车和按需出租车运营模式，还可将其中部分技术用作订阅模式的消费者应用。
里卡多的晕车预测软件技术可以与其他车内系统和服务开展长期合作。包括将晕车预测与“电子鼻”电子设备相结合，以探测和控制驾驶室中的气味－－气味是导致晕车的另外一种重要因素。还可以将该软件与数据相连接，如智能手表或其他可穿戴设备提供的健康数据，以及其他互联汽车提供的群数据。如果大量汽车配备这项技术，可能会对汽车的停止/启动模式产生巨大影响，确保车辆以较低速度连续行驶—汽车的停止/启动操作也是导致大量乘客晕车的主要原因之一。
另一方面，根据适用的道德与安全标准，里卡多创新工程师正在开展由本地学生参与的大型研究项目，以扩展现有数据集，校准晕车算法。该项目与科学课程挂钩，受到了老师的热烈欢迎。该项目系与里卡多的英国大学合作伙伴共同开展，并用到了这些大学的试验设施。预计该项目将于今年晚些时候完成，届时将提供重要数据，帮助人们了解晕动病对4至18岁年龄段用户的影响。
因此，无论是今天的高级汽车还是明天的无人驾驶汽车，里卡多开发的软件技术都将使痛苦的晕车体验成为人们的集体回忆。从提供理想行驶和操纵特性的悬架规范设计，到多种感官体验对座舱环境和车辆运动的实时适应，这项很有前景的里卡多技术将为所有乘客提供更舒适的旅行体验。正因为如此，这项技术吸引了多家汽车制造商、市场新秀、CAV从业者以及“移动即服务”创新企业的广泛关注。毫无疑问，在不久的将来，饱受晕车之苦的孩子的父母，以及出租车司机，都将充分体验到新型里卡多技术带来的利益。
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