Механизмы обратной связи. Рис. 10.7. Лабораторная установка, состоящая из компьютера, работающего в режиме реального времени, видеомагинтофона

Рис. 10.7. Лабораторная установка, состоящая из компьютера, работающего в режиме реального времени, видеомагинтофона, замкнутой телевизионной системы н оптико-механического устройства, для создания задержек зрительной обратной связи от рулевых движений и перцептивных задержек при имитации рулевого управления транспортными средствами [174].

ние горизонтальным положением изображения дороги осуществлялось путем подравнивания его относительно указателя, расположенного в центре у нижнего края телевизионного экрана. По программе компьютера на изображении дороги происходили изменения, имитирующие изменения, которые могут

504 Глава 16

произойти при движении автомобиля по реальной дороге. Компьютер также измерял ошибку вождения при совмещении указателя с центральной линией на меняющемся изображений дороги.

Компьютерная система могла также создавать задержки обратной связи между приспособительными рулевыми движе* ииями Водителя и изменениями изображения дороги, вызван» ными этими движениями. Используемые задержки были экёи--валентны задержкам обратной связи, которые происходят при реальном Вождении легковых И Грузовых автомобилей из-за Инерции в результате высоких скоростей, буксования и неисправности механизмов рулевого управления и сервоусиления. В реальных условиях практически невозможно оценить влияние таких задержек на точность вождения, но применение компьютеризованного экспериментального стенда позволяет сделать такую оценку.

В первом эксперименте опенивалось влияние трех задержек [174]. Девять водителей-мужчин, имеющих права, были разделены на три группы; каждая группа обучалась выполнению задач по вождению в течение 4 сут, причем задержка обратной связи составляла ОД 0,2 или 0,4 с. На пятый день проводился контрольный эксперимент, состоявший из 10 испытаний. Количество ошибок в группе, которая обучалась с нулевой задержкой обратной связи, сократилось на 50%. Влияние обучения в группах, тренировавшихся с задержками обратной связи, было меньшим или вообще отсутствовало. Ошибки вождения увеличиваются по мере роста задержки, и количество ошибок в группе с задержкой 0,4 с было приблизительно в два раза большим, чем в группе с нулевой задержкой. С другой стороны, было меньше нарушений рулевого управления, чем нарушений слежения за дорогой при сравнимых задержках обратной связи.

Компьютеризованный экспериментальный стенд использовался для изучения координации рулевых движений рук и движений глаз при различных задержках обратной связи [117— 119, 152]. Движения глаз водителя регистрировались с помощью фотоэлектрических датчиков и не мешали восприятию изображения дороги. Компьютерная система обрабатывала сигналы от движений и рук, и глаз и отображала их на осциллографе. В одном исследовании было обнаружено, что управляющие движения рук часто упреждали движение изображения дороги, тогда как следящие движения глаз соотносились Во времени с Движениями изображения дороги. При задержках обратной связи способность управляющих движений рук к упреждению утрачивалась, и движения рук отставали от движений изображения дороги и соответствующих следящих

Механизмы обратной связи

движений глаз. Этот факт подтвердил мнение о том, что упреждающее рулевое управление отличается от слежения за непредсказуемыми событиями по экрану монитора. Два типа поведения отчетливо различаются по характеристикам интеграции движения и регуляции с помощью обратных связей.

10.2.5. Упреждающее управление

Для изучения различий между упреждающим рулевым управлением и рулевым управлением при слежении по монитору была разработана модификация имитатора вождения, которая позволяла варьировать протяженность предъявляемого участка изображения дороги. Нижняя часть экрана монитора закрывалась, что создавало перцептивную задержку, которая отличалась от задержки обратной связи при рулевом управлении, когда задержка вводится между действием выруливания н зрительной обратной связью от результата этого действия. В условиях перцептивной задержки водитель не мог видеть участок дороги непосредственно перед машиной и должен был осматривать ее более удаленную часть. Таким образом, обратная связь, определяемая точностью рулевых движений, задерживалась, поскольку положение машины всегда отставало от видимого участка дороги [152].

В эксперименте сравнивались влияния перцептивных задержек и таких же по величине задержек при управлении машиной по монитору. В условиях управления по монитору испытуемые водители наблюдали только за небольшим участком дороги непосредственно перед указателем. Варьирование перцептивных задержек при упреждающем рулевом управлении достигалось путем закрывания большего или меньшего участка дороги непосредственно перед водителем. В условиях управления по монитору задержки создавались путем изменения временных интервалов между движениями рук водителя и отображением на дисплее изменений, происходящих в результате этих движений. В ситуациях упреждающего рулевого управления и управления по монитору задержки обратной связи составляли 0,0, 0,2, 0,4, 0,6, 0,8 и 1,0 с. Результаты показали, что при небольших перцептивных задержках (0,2 и 0,4 с) деятельность нарушается в два раза реже, чем при задержках рулевого управления той же величины. При увеличении задержек степень нарушения упреждающего рулевого управления и управления по монитору была одинаковой. В тех случаях, когда перцептивные задержки превышали 0,2 с, наблюдалось значительное увеличение быстрых коррекционных движе-

506 Глава 10

ний глаз, которые бывали лишь изредка при нулевой задержке.

Полученные данные ясно показали, что модель сервомеханизма, объясняющая слежение по монитору, неприменима к упреждающему рулевому управлению. Механизмы интеграции движений и управления ими различаются в случае движения транспортного средства по экспериментальной или реальной трассе и в случае рулевого управления при слежении по монитору, для которого элемент упреждения ограничен. Наиболее существенен для проблем проектирования человеческих факторов при обучении вождению и управлению машинами результат состоит в том, что координация ручного управления и движений глаз зависит от типов наблюдения и от разных для каждого типа наблюдения задержек обратной связи.

Многие более простые виды инструментального поведения регулируются с помощью предвосхищения. Например, письмо объясняется лучше как управление с упреждением, включающее интеграцию позных, переместительных и манипуляционных движений.

Интеграция сложных паттернов движения включает упреждающее регулирование, основанное на взаимодействиях обратных связей от движений, участвующих в отслеживании движений тела. Как показано на рис. 10.8, в результате первого движения происходят сенсорные (зрительные, слуховые, тактильные, кинестетические и проприоцептивные) изменения, которые используются как обратная связь для второго движения; в свою очередь второе движение генерирует сенсорный вход, который является обратной связью для первого и т. д. Временные отношения между такими междумышечными следящими движениями основаны на двойном расщеплении сигналов [182, 188—191].

Для изучения системных взаимоотношений между следящими движениями тела были проведены эксперименты с использованием лабораторной компьютерной системы [160]. В одном эксперименте, где изучались имитационные плавательные движения квалифицированных пловцов, было обнаружено, что дыхательные движения отслеживают и предвосхищают движения рук [167]. В исследованиях слежения и рулевого управления было показано, что координация движений глаз и рук происходит благодаря движениям глаз, отслеживающих предметы и изображение дороги, причем изменения последнего регулировались движениями рук [117—119, 152]. При изучении бинокулярных следящих движений глаз было обнаружено, что недоминаитный глаз отслеживает движения доминантного; ответ одного глаза отстает от ответа другого на сотые доли секунды [131, 175, 176].