Medfött beteende avgör hur du styr bilen

Forskare vid Chalmers har hittat lösningen på ett 70 år gammalt mysterium inom trafikforskningen: en hittills oförklarlig ryckighet när vi styr ett fordon. Upptäckten kan leda till säkerhetssystem i bilar som kan korrigera farliga styrrörelser redan innan de har inträffat.

Att kunna förutsäga vad föraren kommer att göra i framtiden och kunna förbereda bilens system på detta låter nästan som science fiction, och är förstås en dröm för biltillverkarnas säkerhetsavdelningar. En dröm som nu har kommit ett steg närmare verkligheten.

– Med den förarmodell jag har utvecklat kan man förutsäga vad förare kommer göra med ratten innan de har gjort det. Direkt när föraren påbörjar en rattrörelse så kan man förutsäga hur långt personen kommer att vrida ratten. Det är som att se in i framtiden, säger chalmersforskaren Ola Benderius.

Genom den nyligen publicerade upptäckten kan en rad tillämpningar och applikationer för bilarnas stödsystem utformas som gör våra bilar säkrare. Smartare anti-sladdsystem och system för trötta förare är två exempel på möjliga användningsområden.

– Tänk dig en trött förare som håller på att köra av vägen. Han eller hon vaknar plötsligt till och gör en reflexmässig jättemanöver, en felbedömning som riskerar att leda till något väldigt farligt. Eftersom vi nu kan förutsäga hur mycket föraren kommer vrida på ratten kan bilens stödsystem identifiera den här felbedömningen och lägga på ett motriktat moment på ratten, som resulterar i att vi kan undvika en svår olycka där bilen annars kanske hade åkt över i filen för mötande trafik, säger Ola Benderius.

Vad är det då för mysterium som Ola Benderius har löst? Redan 1947 gjorde den kände brittiske forskaren Arnold Tustin (1899-1994) den allra första modellen för hur en människa styr mot ett mål, där han identifierade ett kontinuerligt och linjärt styrbeteende. I bilkörning motsvarar detta att föraren mjukt och kontinuerligt följer vägen med ratten. Inom reglerteknik kallas detta beteende för tracking, och det har varit den rådande teorin för bilkörning sedan dess. När man jämfört denna linjära modell mot faktiska uppmätta styrsignaler så ser man dock avvikelser, några ryckigheter i styrsignalen.

Dessa lokala avvikelser från en kontinuerlig signal var något som redan Tustin såg, men först nu har mysteriet fått sin förklaring. Idén fick Ola Benderius och hans kollega Gustav Markkula när de lyssnade på en föreläsning i neurokognition på Sahlgrenska Universitetssjukhuset. Där behandlades beteendeteorin reaching, som avser det grundläggande mänskliga beteendet som beskriver hur vi sträcker oss mot ett mål.

Om man studerar hur vi människor rör handen, från punkt A för att plocka upp något från punkt B, så beror rörelsens hastighet direkt på avståndet – ju längre avstånd, desto snabbare rörelse. Den intressanta effekten av detta är att tiden för förflyttningen förblir densamma oberoende av avståndet.

– Vi kände direkt igen det här mönstret från våra styrsignaler, säger Ola Benderius. Det var lite av ett heureka-ögonblick. Kunde det vara så att det här grundläggande mänskliga beteendet också ligger bakom hur vi styr vår bil?

Med idén i bakhuvudet plockade Ola Benderius ut mer än 1000 timmars bil- och lastbilskörning från verkliga kördata, vilket gav 1,3 miljoner styrkorrektioner. Det visade sig att runt 95 procent av dessa stämde överens med reaching-teorin. Det Ola Benderius och Gustav Markkula hade upptäckt var alltså att styrning inte uppträder linjärt när föraren följer vägen, utan föraren vrider ratten enligt det speciella reaching-mönstret.

– Genom att använda den här teorin så kunde vi förklara det som forskare sedan länge försökt lösa. Detta var svaret på de tidigare oförklarliga ryckigheterna i styrsignalen. Istället för att se på styrning som att man kontinuerligt följer vägen så gör man istället styrkorrigeringar på ett väldigt förutbestämt sätt, säger Ola Benderius. Styrbeteendet har dessutom visat sig vara mycket naturligt då jag till och med sett det i en tidigare studie där jag undersökte körbeteendet hos 12-åringar och deras föräldrar.

Med denna nya kunskap kunde han utveckla en matematisk modell som kan förklara mängder av olika körbeteenden, vilket gör det möjligt att förutsäga hur föraren kommer att agera i olika situationer innan det faktiskt har hänt. Upptäckten är något som Ola Benderius tror kommer påverka ett helt forskningsfält.

– Det här kan helt förändra hur man ser på mänsklig styrning, när det gäller alla fordon och farkoster. Jag tror och hoppas att många forskare kommer ta till sig detta och börja tänka i andra banor. Traditionellt har styrbeteende studerats utifrån reglerteknik och tekniska system. Om man istället utgår från neurovetenskap och sätter människan i fokus så öppnas en helt ny värld av möjligheter. Detta kan driva forskningsfältet i en helt annan riktning, säger Ola Benderius.

Fakta om forskningen
Forskningen har utförts i forskargruppen Adaptiva system på Chalmers institution för tillämpad mekanik. Den har finansierats av trafiksäkerhetscentrumet Safer på Chalmers och forskningsprogrammet FFI.

Upptäckten om den medfödda styrrörelsen publicerades nyligen i den vetenskapliga artikeln Evidence for a fundamental property of steering

Studien och den matematiska modellen ingår i Ola Benderius doktorsavhandling som han nyligen publicerade:
Modelling driver steering and neuromuscular behaviour

För mer information, kontakta:
Ola Benderius, 031-772 20 86, mobil 073-635 15 92, ola.benderius@chalmers.se

Taggar: