The behavioural validation of driving simulators as research tools: a case study based on the Leeds Driving Simulator

Abstract

The objectives of this thesis was to provide researchers with a scientitically-based guide for interpreting driver behavior results obtained on a fixed-base driving simulator and to provide guidance on how the Leeds Advanced Driving Simulator (LADS) could be modified to overcome any deficiencies that were detected. However, objectives of any simulator validation study are directly related to the specific driving task under investigation, our ability to perform a similar task in the field (for the comparison of the results between the two environments) and the existing configuration capabilities of the simulator. To achieve the objectives of this study, driver behavior was investigated at the control level under different road geometry and oncoming traffic conditions using the LADS. Speed and lateral displacement in terms of mean and standard deviation were chosen to represent driver behavior. They were measured under free-flowing conditions on a rural A road. The objectives of the study were fulfilled by comparing observational uncontrolled real road data with experimental simulator data and by evaluating the differences between the two environments using the absolute and relative validity criteria. It was found that LADS is relatively valid in terms of speed and lateral position. It was also found that higher speeds are developed in the simulator where speed in not confined by the road geometry and simulator subjects drive significantly closer to the edge of the road compared to their real road counterparts irrespective of the road geometry and the oncoming traffic conditions. The face validity of the simulator was examined using subjective data obtained from questionnaires relative to the realism and ease of controlling the simulator. Subjects commented that the least realistic features of the simulator were the braking and steering systems. Subjects were classified to "good" and "poor" according to their responses regarding the simulator face validity. It was found that "good" subjects behave slightly better compared to "poor" subjects when driving the simulator.

Στόχος της παρούσας διδακτορικής διατριβής ήταν να παράσχει στους ερευνητές έναν επιστημονικά-βασισμένο οδηγό για την ερμηνεία των αποτελεσμάτων της συμπεριφοράς του οδηγού που λαμβάνονται από έναν προσομοιωτή οδήγησης σταθερής βάσης και να παράσχει καθοδήγηση σχετικά με τον τρόπο με τον οποίο θα μπορούσε να τροποποιηθεί ο προσομοιωτής οδήγησης του Πανεπιστημίου του Λίντς στην Αγγλία βάσει των τυχόν ελλείψεων που εντοπίστηκαν. Ωστόσο, οι στόχοι οποιασδήποτε μελέτης αξιολόγησης ενός προσομοιωτή σχετίζονται άμεσα με τη συγκεκριμένη εργασία οδήγησης υπό διερεύνηση, την αποτελεσμάτων μεταξύ των δύο περιβαλλόντων) και τις υπάρχουσες δυνατότητες διαμόρφωσης του προσομοιωτή.Για την επίτευξη των στόχων αυτής της μελέτης, η συμπεριφορά του οδηγού διερευνήθηκε στο επίπεδο ελέγχου, σύμφωνα με το συμπεριφοριστικό μοντέλο οδήγησης, κάτω από διαφορετική γεωμετρία οδού και συνθήκες επερχόμενης κυκλοφορίας, χρησιμοποιώντας τον προσομοιωτή. Η μέση τιμή και τυπική απόκλιση της ταχύτητας και της πλευρικής μετατόπισης επιλέχθηκαν για να αντιπροσωπεύουν τη συμπεριφορά του οδηγού. Οι μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν υπό συνθήκες ελεύθερης ροής σε υπεραστική οδό κατηγορίας Α. Οι στόχοι της μελέτης εκπληρώθηκαν με τη σύγκριση μη ελεγχόμενων δεδομένων παρατήρησης στις πραγματικές οδικές συνθήκες με δεδομένα από τον προσομοιωτή οδήγησης και στην συνέχεια με την αξιολόγηση των διαφορών μεταξύ των δύο περιβαλλόντων, χρησιμοποιώντας τα κριτήρια αξιολόγησης σε απόλυτες και σχετικές τιμές. Διαπιστώθηκε ότι ο προσομοιωτής είναι σχετικά έγκυρος όσον αφορά στην ταχύτητα και στην πλευρική μετατόπιση. Ειδικότερα, διαπιστώθηκε ότι αναπτύσσονται υψηλότερες ταχύτητες στον προσομοιωτή σε σχέση με την οδό, και οι οδηγοί στον προσομοιωτή οδηγούν σημαντικά πιο κοντά στο άκρο της οδού σε σύγκριση με την οδήγηση στην πραγματικό οδό, ανεξάρτητα από τη γεωμετρία αυτής και τις επερχόμενες συνθήκες κυκλοφορίας.Η φαινομενική αξιολόγηση του προσομοιωτή εξετάστηκε χρησιμοποιώντας υποκειμενικά δεδομένα που ελήφθησαν από ερωτηματολόγια σχετικά με τον ρεαλισμό και την ευκολία ελέγχου του προσομοιωτή. Οι συμμετέχοντες σχολίασαν ότι τα λιγότερο ρεαλιστικά χαρακτηριστικά του προσομοιωτή ήταν τα συστήματα πέδησης και διεύθυνσης. Οι συμμετέχοντες ταξινομήθηκαν σε «καλούς» και «κακούς» σύμφωνα με τις απαντήσεις τους σχετικά με την φαινομενική αξιολόγηση του προσομοιωτή. Διαπιστώθηκε ότι οι «καλοί» συμμετέχοντες συμπεριφέρονται ελαφρώς καλύτερα σε σύγκριση με «κακούς» συμμετέχοντες κατά την οδήγηση του προσομοιωτή.