С помощью имитаций условий поведения решают три задачи: оценку способности к вождению, обучение управлению, анализ особенностей поведения (две первые задачи встречаются чаще). Имитация должна повышать эффективность использования критериев оценки. Имитация на определенных фазах обучения управлению позволяет прежде всего осуществлять целенаправленный и точно контролируемый процесс приобретения стереотипных навыков моторных движений и зрительной ориентации, сократить сроки обучения. В обеих этих областях метод имитации начал использоваться раньше, чем в научных исследованиях дорожного поведения, хотя именно научный анализ поведения с использованием имитации мог бы стать логической основой и послужить предпосылкой использования имитации при оценке способностей и в обучении именно безопасному вождению.

Имитация имеет следующие виды: почти «полная» и «частичная»; программированная и непрограммирован-ная; в зависимости от разных технических решений (эти виды могут совмещаться) .

«Почти полная имитация» была длительное время воплощением идеальной формы физического моделирования условий дорожного поведения водителя. Это представление не в последнюю очередь подкреплялось также успехами более раннего метода наземного обучения пилотированию. Однако именно в общем понимании имитация условий поведения на дороге сталкивается еще с оольшими трудностями, чем имитация условий поведения пилотов, так как опасные условия дорожного движения на порядок разнообразнее и более независимые, чем условия полета. Одним из примеров «почти полной имитации» является лабораторный автотренажер UCLA Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, в котором, кроме предъявления картин текущей «дорожной обстановки», имитируются поперечные ускорения, а также воздействия погодных условий (дождя, ветра и тумана).

Чем естественнее форма и содержание имитации, тем сложнее их техническая реализация и больше затраты (рис. 18). Правдоподобие имитации, начиная с определенного уровня, не оправдано значительными резко возрастающими затратами. Чем выше уровень имитации, тем чаще применяют полиэффекторный анализ психофизиологических реакций испытуемого. Благодаря этому можно проверить корреляционную зависимость внешних и внутренних показателей деятельности в каждый отдельный момент времени.

Если физическая достоверность имитации ограничена уровнем условности, то психологическая достоверность еще в большей мере ограничена сложностью имитации мотивационных факторов: условность обстановки на тренажере невозможно скрыть от испытуемого. Связанные с этим мотивации неизбежно искажаются, установка на соблюдение безопасности или чувство опасности значительно влияет на поведение в среде и не оказывает такого же влияния в условиях имитации. Например, на тренажере можно отдельно изучать процессы, симптомы и проявление чувства утомления (усталости) и совсем невозможно исследовать со всей полнотой мотивационную зависимость утомляемости, т. е. когда и при каких психологических условиях наступит усталость от постоянного чувства опасности и т. п.

Рис. 18. Зависимость между степенью освоения навыков и затратами на достижение реальных условий (приближение к ним) на автотренажерах

Исходя из таких ограниченных возможностей даже полной имитации и в общем-то неоправданности цели средствами считают, что для определенных задач вполне пригодна частичная имитация. При этом с самого начала не выдвигается требование о воспроизведении всей транспортной обстановки, а выделяют и имитируют лишь ограниченную подобласть дорожного поведения и лишь в некоторых важных условиях, присущих реальной обстановке. При этом иногда достаточно даже образного представления транспортной обстановки, но с физическим воспроизведением ускорений и замедлений.

Рис. 19. Пример многоканальной регистрации условий и действий на тренажере UCLA

Частичная так же, как и общая имитация, не воспроизводит мотивационных условий, но для нее не требуются большие затраты (примеры устройств частичной имитации: тренажер движения в колонне, тренажер обгона, разработанный Техническим университетом Западного Берлина).

Для программированной имитации заранее устанавливается фрагмент реальности главным образом в форме изображений на пленке. Преимущество этого обстоятельства заключается в систематической варьируемости различных фрагментов (фильмов) подбором соответствующего сюжета в довольно большом количестве и в соответствии с интересующими факторами. Ее недостатком следует считать разомкнутость «контура регулирования» (окружающая среда — водитель — транспортное средство — окружающая среда) в завершающей фазе, а именно: воздействие режима движения транспортного средства на изменение окружающей обстановки. Например, соответствующий сюжет — «въезд в вырытую на дороге канаву» имеет с визуальным отображением (на экране дисплея) лишь такую обратную связь, которая предусмотрена по программе этого тренажера. В качестве примера можно назвать автотренажеры «драйвотренер» или тренажеры UCLA.

При непрограммированной имитации обеспечивается полная ответная картина (обратная связь), визуально отображаются более разнообразные сюжеты, хотя их число все-таки ограничено по сравнению со всем многообразием возможных реальных транспортных ситуаций. Такая имитация применяется на тренажере «Brons-Drive-Educator».

Таким образом, основное назначение программированной или непрограммированной имитации заключается прежде всего в имитации окружающей обстановки. Здесь может быть представлен лишь весьма ограниченный выбор отображения картин окружающей среды. Отличия в наборе сюжетов между имитацией и генеральной совокупностью значительно меньше при моделировании слуховой или кинестезической информации.

Основные технические решения имитации различаются способом предъявления визуальной картины на экране.

Автотренажеры

Технические тренажеры с бегущей лентой. Примером может служить тренажер Американской автомобильной ассоциации, созданный в 1938 г. и являющийся одним из самых первых автотренажеров, а также тренажер Автомобильной исследовательской лаборатории в г. Провиденсе в штате Род-Айленд (США). Причем их основными конструктивными элементами являются одна или несколько бегущих лент, которые имитируют «набегающую дорогу» перед водителем (слушателем), находящимся в кабине тренажера. Воспроизводится или обстановка на полосе движения при обгоне, или движение задним ходом. Например, на ленте тренажера Американской автомобильной ассоциации находятся смоделированные траектории дороги с различными элементами регулирования дорожного движения (обозначенные пешеходные переходы, дорожные знаки), тогда как видимый на ленте макет автомобиля изменяет свое положение в зависимости от воздействий на рулевое управление, выполняемых водителем (слушателем). В другом варианте использованы 4 бегущие ленты в двух направлениях движения. Скорость двух наружных лент, представляющих обочины дороги, регулируется водителем (слушателем) педалью управления дроссельной заслонкой. Внутренние ленты с жестко закрепленными макетами автомобилей, имитирующих встречное движение и движение при обгоне, управляются экспериментатором. Управление проецируемым на соответствующую полосу движения положением своего транспортного средства осуществляется поворотами рулевого колеса.

Тренажеры с кинопроектором. Примерами могут служить тренажеры «Aetna Drivotrainer» или его модификация «All State Driver Trainer» и тренажер Калифорнийского университета UCLA-I. Существенной составной частью тренажеров этого типа является кинолента, которая чаще всего воспроизводится для группы водителей (слушателей). Каждый из них, находясь в своей кабине, должен реагировать на различные заснятые заранее сюжеты, действуя органами управления. Все действия регистрируются на ЭВМ и обрабатываются. Однако эти действия не вносят соответствующих изменений в наблюдаемые и чередующиеся картины дорожной обстановки. Это значит, что результаты действий могут быть использованы для оценки лишь после демонстрации всего фильма. Некоторые тренажеры, используемые для проверки водительских способностей (например, «драйвотрон»), имеют заснятую на пленку переднюю часть управляемого условного автомобиля, проецируемую в кадре на экране, с некоторым количеством ответной информации, отражающей управляющие воздействия как сигналы обратной связи. В тренажере UCLA-I на пленке сняты сюжеты как возникающие перед автомобилем, так и сзади него, просматриваемые в зеркале заднего вида. Скорость демонстрации фильма и набегающих сюжетов может изменяться при действиях педалью управления дроссельной заслонкой и рулевым колесом, но в ограниченных пределах.

На рис. 20 и 21 представлены принципы действия тренажеров.

Рис. 20. Схема тренажерного комплекса UCLA-I [266]:
1 — экраны; 2— проекторы; 3— обратная связь по скорости; 4 — обратная связь с рулевым управлением; 5 — динамометр; б — запись скорости; 7 — опорный диск, поворачиваемый передними колесами; 8 — управление курсом; 9 — ввод компенсационных сигналов для рулевого управления; а — тахометр; в — изменение скорости движения; с — синхронизация; d — ЭВМ, управляющая направлением луча проектора в зависимости от угла поворота передних колес

Рис. 21. Схема регистрации параметров на тренажере UCLA-I
1 — экраны; 2 — скорость; 3 —дыхание; 4—КГР; 5 — от педали тормоза: в — от педали управления дроссельной заслонкой; 7 — от рулевого управления: К—компенсационные сигналы; 9 — сигналы с учетом дорожной обстановки (на кинопленке); 10— 7-канальный самописец; 11— блок частотной модуля ции и записи; 12 — к ЭВМ-анализатору.

Теневые тренажеры. Примерами могут служить тренажеры «Miles Motor Driving Trainer» или его новая версия «Sim-L-Саг». Главным его элементом является макет дорожной среды на вогнутом прозрачном диске, который в зависимости от действий водителя (курсанта), находящегося в условной кабине, изменяет свое положение относительно неподвижного точечного источника света и в виде теневого изображения проецируется на расположенный перед испытуемым экран. Очертания условной передней части автомобиля проецируются в свою очередь на это изображение.

Телевизионные тренажеры. Примером могут служить тренажеры UCLA-II и «Brons-Drive-Educator». Их существенными составными частями являются макет автомобиля с закрепленной телекамерой и макет местности (того же масштаба, что и макет автомобиля), по которой происходит передвижение этого макета автомобиля.

Телевизионное изображение демонстрируется перед находящимся на рабочем месте водителем, причем он видит те фрагменты, на которые направлен объектив телекамеры при положениях макета автомобиля, соответствующих управляемым воздействиям.

Рис. 23. Фрагмент макета передвижной телекамеры на тренажере фирмы «Броне»

Рис. 24. Схема тренажерного комплекса UCLA-II [266]: 1 – экран; 2 — телепроектор; 3 — опорный поворотный диск; 4 — канал записи угла рыскания колес; 5 — динамометр; 6 — запись скорости; 7 — ЭВМ; 8 — макет обстановки; 9 — телекамера

В усовершенствованном тренажере UCLA-II управление телекамерой синхронизировано уже не с макетом автомобиля, а задается из ЭВМ. На рис. 22 и 23 показан макет автомобиля на условной местности, применяемый в тренажере «Brons-Drive-Educator», на рис. 24 схематически представлен принцип действия усовершенствованного тренажера UCLA-II.

Имитация с помощью кодированных сигналов. Имитация условий дорожного движения не ограничивается конкретным изображением определенной обстановки. Она может быть также и в виде сигналов. При этом соответствующие возмущения от окружающей обстановки переводятся в символическую форму и сообщаются водителю (курсанту). В приборе типа «V» сведения о состоянии поверхности проезжей части и соответствующий «ответ» автомобиля (занос, непроизвольный разворот на кривой) предъявляются в виде оптических или звуковых сигналов соответствующей интенсивности. С помощью устанавливаемого в любом транспортном средстве прибора (рис. 25) регистрируется величина ускорения и замедления во всех направлениях в каждый отдельный момент времени, а после обработки результат предъявляется в трех видах загоранием зеленой, желтой или красной лампочки или соответствующими тонами звуковых сигналов. Чувствительность регистрации может изменяться в таком диапазоне, который обеспечивает имитацию коэффициента сцепления от 0,1 (заснеженная дорога) до 0,6 (сухая бетонная дорога). Водитель, перед которым поставлена задача передвигаться как будто по заснеженной дороге и т. д., непрерывно получает сведения о том, каков запас сцепления по отношению к предельному критическому значению. Его действия при движении по сухому дорожному покрытию (и при этом с почти полной безопасностью) могут изучаться как движение по укатанному снегу. Аналогичный метод был разработан и описан в работе.

Рис. 25. Прибор типа «V»

Имитация на стендах-тренажерах, управляемых из ЭВМ. На основе новейших технических достижений имитация картин меняющейся дорожной обстановки моделируется на экране дисплея с помощью компьютера по программе (Computer generated images CGI). При этом признаки окружающей обстановки запрограммированы в цифровой форме в декартовой системе координат в каждый момент времени. Демонстрация сюжетов на экране выполняется по этой программе. Последовательность действий водителя регистрируется также с помощью ЭВМ и сравнивается с программой. Этим обеспечивается полная обратная связь. Вводятся почти любые произвольно взятые сюжеты окружающей обстановки. Эффективность этого метода ограничивается лишь возможностями компьютера.

Главным элементом таких установок, как, например стенд-тренажер фирмы «Фольксваген», является чаще всего аналоговая ЭВМ, которая по программе обеспечивает отображение всех характеристик «транспортного средства», в котором водитель действует обычными органами управления. Датчики от систем управления транспортным средством выдают сигналы на вход ЭВМ, сразу прогнозируя изменение в движении транспортного средства с учетом обозреваемого направления перспективы, которое в виде коэффициентов кривизны записано на ленте. Другие сигналы имитируют шумы двигателя, колес, ветра, а также и шум при аварии. Имитируется соответствующая сила возврата в исходное положение рулевого колеса в зависимости от сложности поворота, показаний приборов и углов поворотов макета кабины (рис. 26—28).

Возможности автотренажеров. Автотренажеры могут применяться для сравнения имитированного дорожного поведения с реальным, а также для косвенной оценки успешности водительских действий по определенным показателям.

Проверки корреляционной связи проводятся лишь в отдельных случаях (ввиду особенно больших затрат). Примером могут служить опыты, когда сначала наблюдатели оценивали дорожное поведение 304 водителей такси (без уведомления), а после поездки эти водители приглашались для вождения на тренажерах «All State Driver Trainer» и «Aetna Drivotrainer». Отказались от участия около 34% из тех, за которыми наблюдали в первой части опытов.

Рис. 26. Стенд-тренажер фирмы Фольксваген»

Рис. 27. Блок-схема элементов имитации в системе «водитель-автотренажер»

При наблюдении в среде за водительским поведением учитывались: точность выдерживания курса, обгон, поведение в скоростном режиме, смена полос движения, дистанция до лидирующего транспортного средства, подача сигналов, соблюдение требований регулирования дорожного движения, повороты и развороты, остановки, невнимательность.

На тренажере учитывали поведение в скоростном режиме, при торможении, режим работы рулевым управлением и подачу сигналов. Не было обнаружено сколько-нибудь заметной корреляционной связи между оценками поведения в реальных и тренажерных условиях. Но и между результатами на обоих тренажерах, несмотря на стремление зарегистрировать аналогичные функции (например, поведение в скоростном режиме), не удалось установить каких-либо взаимосвязей, так что даже трудно сказать, какие различия и какие признаки обусловливают особенности. На обоих тренажерах результат чаще всего зависел от характеристик торможения и скоростного режима, тогда как на общий результат в реальных условиях влияли различия в оценках таких показателей, как «смена полос движения без подачи сигналов» и «превышение скорости». Тренажер «Aetna Drivotrainer», имеющий большую наглядность (приближенность к реальным условиям), не отличался от менее наглядного «Олл стейт гуд драйвер тренер» возможностью лучше прогнозировать стиль поведения в реальной обстановке.

Рис. 28. Условное моделирование картины дороги на экране стенда тренажера (с препятствием на пра ной половине проезжей части)

Этот результат отражает проблему псевдоэффективности тренажеров. Очевидно, что в реальных и тренажерных условиях можно наблюдать формы дорожного поведения неограниченно, но очень проблематично сравнивать результаты оценок. Даже при очень схожих условиях дорожного поведения результат сравнения будет все же зависеть от того, о каких формах поведения идет речь в этих двух случаях. Параметры реального поведения в основном понимаются как соблюдения различных Правил дорожного движения, т. е. такие действия, которые в реальной обстановке весьма зависят от мотива и могут резко отличаться от действий в условиях имитации. Поэтому трудно однозначно объяснить несоответствия в результатах и невозможность сравнительно и дифференцированно оценить эффективность автотренажеров. В этой связи важно заменить общее понятие эффективности понятием возможности имитации для решения отдельных задач. И тогда тренажер может быть эффективным в зависимости от своего назначения.

Наряду с этим проведены многочисленные исследования для проверки успешности освоения водительских навыков при тренировках на тренажерах и без них. В основном преобладают положительные результаты там, где на тренажерах совершенствуются основные более или менее стереотипные навыки управления автомобилем. Это можно продемонстрировать на примере исследований. Две группы (экспериментальная и контрольная) по 10 водителей-профессионалов в каждой прошли дополнительное обучение по отработке задания «безопасное движение в плотном транспортном потоке». Причем в экспериментальной группе при вождении был использован индикаторный имитатор Клинтера (типа «V»), а в контрольной группе он не был использован. Обе выборки были однородны по возрасту, образованию и стажу вождения.

После тренировки группы провели регистрируемый заезд. Экспериментальная группа имела по сравнению с контрольной группой значительно лучшие оценки плавности движения (замеры производились с помощью прибора типа «V», но на этот раз без обратной связи с водителем).

Примером полезности имитации на автотренажере может служить проверка успешности усвоения специфических форм поведения, когда тренировались восприятие, реакция на признаки опасности в реальных условиях и в условиях имитации. Успешность оценивалась у двух групп 19-летних курсантов автошкол по 15 чел. в каждой. В реальной обстановке после 10-минутной поездки перед автомобилем неожиданно выбрасывался манекен пешехода, а в имитированной — перед водителем возникал пешеход, неожиданно появляющийся на пленке в заснятом сюжете дорожного движения. Из 15 водителей, которые накануне в ходе пяти попыток на тренажере отрабатывали поведение в подобных обстоятельствах, трое переехали манекен в реальной обстановке, тогда как из того же числа не тренировавшихся на тренажере выброшенный манекен переехали девять.

Однако частота пульса в движении была выше в реальной обстановке у всех водителей (мотив ответственности), особенно у нетренированных водителей. Но остается сомнение, надолго ли закрепляется навык (обнаруженный эффект тренировки), поскольку разрыв между экспериментом и тренировкой был равен суткам.

Важно оценить устойчивость навыка после длительного периода «непопадания» в сложную (опасную) обстановку.

Необходимо различать эффективность и степень приближения имитации к реальности. У современных автотренажеров особое значение придается имитации зрительной информации и условий восприятия. В этом отношении уже были реализованы такие решения, которые обеспечивали значительную достоверность воздействия имитированной обстановки, т. е. общее впечатление приближалось к впечатлению в реальных условиях движения. Опыты по имитации кинестезических ощущений пока находятся на стадии становления.

Отмечается появление «страсти к тренажеру», которое аналогично увлечению кинопутешествиями с достоверностью зрительных впечатлений, но все-таки без достаточной достоверности двигательных и других ощущений и чувств. Известен и такой факт как появление страсти к автомобильным поездкам преимущественно v пассажиров и значительно реже у водителей, постоянно пребывающих в условиях опасности. На тренажере увлеченность ездой может возникать и у водителя. Общее объяснение появлению увлеченности в этих двух различных обстоятельствах можно дать прежде всего исходя из того, что при имитации отсутствует зрительное и кинестезическое чувства напряженности.

В реальной обстановке пассажир воспринимает такие же кинестезические ощущения, что и водитель (так как они оба подвержены воздействию одних и тех же физических сил, действующих на автомобиль), однако его зрительное восприятие отличается от зрительного восприятия водителем тем, что оно меньше или совершенно не предвосхищается кинестезическими ощущениями (в общем пассажир мысленно не участвует в вождении, воспринимает повороты кинестезически, любуясь ландшафтом), но не в режиме оперативного слежения. На тренажере такой же эффект возникает из-за того, что «поворот» воспринимается зрительно, но не кинестезически. Несовершенство или полное отсутствие имитации кинестезических ощущений может ухудшить субъективную оценку достоверности картины движения (в частности, в общей имитации).

Решающее значение в обеспечении правдивости имитации, пожалуй, имеет полная обратная связь. Это становится возможным лишь на тех тренажерах, которые выполнены по принципу системы с замкнутым контуром, т. е. в которых обеспечивается соответствующее реальности управляющее воздействие на транспортное средство с визуальным отображение^ следующих за этим изменений на экране дисплея (как, например, в тренажере «Brons-Drive-Educator»). Это в полной мере относится к тренажерам, предназначенным для научно-исследовательских целей. Тренажеры по «системе с разомкнутым контуром» (open — loop system) в этом смысле иногда вообще не дают полезного эффекта, тогда как тренажеры, работающие по принципу «системы с замкнутым контуром» (closed — loop system), все-таки дают хоть и небольшой, но полезный эффект.

Обобщение

Итак, в зависимости от цели исследований анализ общего дорожного поведения может отличаться от анализа некоторых его ограниченных областей. В первом случае речь идет об определении некоторых психологических структур поведения, например, при вождении легковых автомобилей или при пешеходном движении, во втором случае — о дифференциации определенных подобластей этих форм поведения.

Наиболее часто встречающейся формой анализа дорожного поведения в среде является направленное внешнее наблюдение, которое реализуется с помощью аппаратуры, внешнее наблюдение рядом сидящим или из сопровождающего автомобиля.

С помощью аппаратуры могут регистрироваться показатели движения транспортного средства и показатели водительского поведения. Среди методов регистрации водительского поведения особое значение придается регистрации режима обзора, когда могут быть выявлены специфические особенности зрительной деятельности, формирующие признаки поведения, и влияние элементов дорожной обстановки.

В последнее время переходят от общей к частичной имитации, но даже при этом представляется невозможной имитация эмоциональных факторов, мотивирующих поведение.

В техническом отношении следует выделить прежде всего тренажеры с программированным и тренажеры с непрограммированным управлением отображений исследуемых условий поведения.