基于踏板交互的人機(jī)工程數(shù)據(jù)的測(cè)量系統(tǒng)及測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及汽車參數(shù)的測(cè)量系統(tǒng)及測(cè)量方法，具體涉及一種基于踏板交互的人機(jī) 工程數(shù)據(jù)的測(cè)量系統(tǒng)以及測(cè)量方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 汽車駕駛姿勢(shì)的研究大致經(jīng)歷了從二維到三維的發(fā)展階段?，F(xiàn)今，汽車總布置設(shè) 計(jì)采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)，二維靜態(tài)和三維動(dòng)態(tài)的姿勢(shì)預(yù)測(cè)模型已經(jīng)廣泛應(yīng)用于車輛前 期研究開發(fā)，而且簡(jiǎn)單的上肢或者下肢運(yùn)動(dòng)和仿真以及全身的生物力學(xué)仿真也在一些先進(jìn) 的設(shè)計(jì)公司和整車廠應(yīng)用。這些CAE技術(shù)固然能在前期總布置階段提供很好的設(shè)計(jì)依據(jù)， 但是在真正的汽車駕駛過程中，駕駛員的舒適感和路面狀況、車輛狀態(tài)、駕駛室的環(huán)境以及 外部環(huán)境這些是密不可分的，而這些因素在現(xiàn)階段很難在汽車人機(jī)工程設(shè)計(jì)軟件體現(xiàn)出 來。因此，針對(duì)汽車駕駛室布置的人機(jī)主觀實(shí)驗(yàn)平臺(tái)（Seating Buck)被廣泛開發(fā)出來，這 種實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的座椅、方向盤、三踏板等人機(jī)交互界面都是可調(diào)的，可以根據(jù)不同車型進(jìn)行調(diào) 節(jié)，滿足不同體型的的人群在乘駕環(huán)境進(jìn)行各種體位操作的需要。此外，人機(jī)主觀測(cè)試平臺(tái) 在生物力學(xué)指標(biāo)和數(shù)據(jù)處理有了進(jìn)一步完善，在座椅靠背、座椅面墊分別配備有壓力傳感 器，以測(cè)量體壓分布；在測(cè)駕員的臀部、腿部、和背部的表面皮膚貼有表面電極以測(cè)量肌電 信號(hào)。然而，這種方法對(duì)于驗(yàn)證駕駛室的布置是有效的，但是對(duì)于考察駕駛員在車輛駕駛室 環(huán)境以及外部駕駛環(huán)境共同作用下實(shí)時(shí)踏踏交互的舒適度仍然有缺陷。因此亟需提供一種 能夠?qū)μぐ褰换サ娜藱C(jī)工程數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量的系統(tǒng)和方法

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有的駕駛員踩踏交互過程中由于不合理的設(shè)計(jì)導(dǎo)致駕駛員不 舒適的問題。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)方案是提供了一種基于踏板交互的人機(jī)工程數(shù)據(jù)的測(cè)量系統(tǒng)，包括 關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)姿態(tài)測(cè)量裝置、表面肌電測(cè)量裝置、壓力測(cè)量裝置、GPS裝置和OBD裝置，其中：
[0005] 關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)姿態(tài)測(cè)量裝置用于監(jiān)測(cè)駕駛員右腿的動(dòng)作，其包括關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)姿態(tài)測(cè)量傳 感器，運(yùn)算放大器，樣本處理單元以及一臺(tái)裝有數(shù)據(jù)采集和前處理軟件的電腦；其中，關(guān)節(jié) 運(yùn)動(dòng)姿態(tài)測(cè)量傳感器與一個(gè)8模擬通道和5數(shù)字通道的放大器連接，該放大器通過RS422 接口與樣本處理單元連接，樣本處理單元將處理后的信號(hào)通過USB串口與電腦連接；
[0006] 表面肌電測(cè)量裝置監(jiān)測(cè)踩踏交互過程中右腿的相關(guān)肌肉的生理學(xué)數(shù)據(jù)，它包含表 面肌電采集器、生物電信號(hào)運(yùn)算放大器、肌電信號(hào)調(diào)理電路、裝有數(shù)據(jù)采集分析軟件的電 腦；
[0007] 表面肌電采集器配有8個(gè)EMG通道，采樣頻率為1000Hz，每個(gè)通道配有截止頻率為 IOHz的一階高通濾波器和截止頻率為3000Hz的二階ButterWorth低通濾波器。表面肌電 采集器通過無線接口器，經(jīng)由無線鏈路與同步觸發(fā)器通信，表面肌電采集器通過USB串口 與裝有數(shù)據(jù)采集分析軟件的電腦連接；
[0008] 壓力測(cè)量裝置根據(jù)加速踏板壓力測(cè)量板，坐墊壓力測(cè)量板，地板壓力測(cè)量板上的 壓力傳感器測(cè)得的壓力的分布情況，判斷駕駛員坐姿改變的位置信息；
[0009] GPS裝置和OBD裝置分別用來采集車輛行駛信息以及制動(dòng)踏板和加速踏板的使用 情況；
[0010] OBD裝置與同步觸發(fā)器以及電腦連接，OBD裝置的通用記錄模塊與車輛OBD插件連 接，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娔X；
[0011] GPS接收機(jī)的接收頻率為20Hz，接收到數(shù)據(jù)后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，將解析后車輛的位 置信息傳輸?shù)诫娔X。
[0012] 本發(fā)明的有益效果：
[0013] 1、該測(cè)量方法建立起了車輛設(shè)計(jì)的客觀數(shù)據(jù)與主觀駕駛員的動(dòng)作反應(yīng)（駕駛員 位置，姿勢(shì)調(diào)整，完成駕駛?cè)蝿?wù)的動(dòng)作形式和幅度）、駕駛員的舒適感的聯(lián)系，真正地實(shí)現(xiàn)人 (駕駛員）與機(jī)（車輛）的交互。
[0014] 2、根據(jù)所測(cè)量的人機(jī)工程數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理、同步化、歸一化，得出駕駛員坐姿的 位置變化與關(guān)節(jié)角度變化的關(guān)系、關(guān)節(jié)角度變化與肌肉疲勞的關(guān)系、駕駛員坐姿位置變化 與肌肉疲勞的位置關(guān)系。因此，可以通過踏板設(shè)計(jì)、座椅設(shè)計(jì)、踏板力等相關(guān)工程設(shè)計(jì)輸入， 得知駕駛員感知的反饋，實(shí)現(xiàn)更好的用戶體驗(yàn)。
[0015] 3、采用基于基于實(shí)車測(cè)量人機(jī)工程數(shù)據(jù)，并依靠 GPS和OBD對(duì)駕駛狀況和駕駛外 部環(huán)境，實(shí)現(xiàn)在真實(shí)地駕駛條件下對(duì)踩踏交互人機(jī)工程數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)測(cè)量。
[0016] 4、踩踏交互時(shí)對(duì)駕駛員坐姿的變化以及右腿關(guān)節(jié)角度的變化實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并對(duì)駕駛 員右腿肌肉生理學(xué)反應(yīng)的客觀測(cè)量，獲取踏板設(shè)計(jì)、座椅設(shè)計(jì)、踏板力等相關(guān)工程設(shè)計(jì)與駕 駛員舒適感之間的聯(lián)系。
【附圖說明】
[0017] 圖1是本發(fā)明所述的人機(jī)工程數(shù)據(jù)測(cè)量系統(tǒng)示意圖；
[0018] 圖2是人機(jī)工程數(shù)據(jù)測(cè)量系統(tǒng)構(gòu)成圖；
[0019] 圖3是關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)姿態(tài)測(cè)量傳感器所測(cè)關(guān)節(jié)角度的示意圖；
[0020] 圖4(a)是多種壓力分布測(cè)量傳感器的位置示意圖；
[0021] 圖4(b)是坐墊壓力測(cè)量板壓力分布測(cè)量傳感器的位置示意圖。
[0022] 其中：1_駕駛員，2-關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)姿態(tài)測(cè)量裝置，3-EMG表面電極，4-制動(dòng)踏板壓力測(cè) 量板，5-加速踏板壓力測(cè)量板，6-坐墊壓力測(cè)量板，7-地板壓力測(cè)量板，8-GPS和OBD裝置；
【具體實(shí)施方式】
[0023] 下面結(jié)合附圖1-5對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容做進(jìn)一步詳細(xì)說明：
[0024] 如圖1所示，圖中是本發(fā)明提供的一種人機(jī)工程數(shù)據(jù)測(cè)量系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：關(guān)節(jié) 運(yùn)動(dòng)姿態(tài)測(cè)量裝置2、表面肌電測(cè)量裝置（EMG)、壓力測(cè)量裝置、GPS和OBD裝置8。
[0025] 關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)姿態(tài)測(cè)量裝置2主要監(jiān)測(cè)駕駛員右腿的動(dòng)作，它包括關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)姿態(tài)測(cè)量 傳感器，運(yùn)算放大器，樣本處理單元，一臺(tái)裝有數(shù)據(jù)采集和前處理軟件的電腦。
[0026] 關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)姿態(tài)測(cè)量傳感器是孿生軸的，分別用雙面膠貼附在髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和踝 關(guān)節(jié)兩側(cè)的表面皮膚上，可以在兩個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)通道上測(cè)兩個(gè)不同平面形成的夾角，監(jiān)測(cè) 三個(gè)關(guān)節(jié)角度的變化。樣本處理單元主要是模擬的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，輸入給微機(jī) 進(jìn)行顯示、存儲(chǔ)及后續(xù)處理。
[0027] 樣本處理單元包括微處理器、串口驅(qū)動(dòng)芯片RS422、USB驅(qū)動(dòng)芯片、集線器以及調(diào) 理電路，測(cè)量后的信號(hào)通過串口驅(qū)動(dòng)芯片，經(jīng)微處理器轉(zhuǎn)換格式后成為可識(shí)別的信號(hào)格式， 再通過USB驅(qū)動(dòng)芯片輸入給計(jì)算機(jī)。
[0028] 具體的連接方式如圖2所示，首先關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)姿態(tài)測(cè)量傳感器與一個(gè)8模擬通道和 5數(shù)字通道的放大器連接，該放大器通過RS422接口與樣本處理單元連接，樣本處理單元將 處理后的信號(hào)通過USB串口與電腦連接。
[0029] 表面肌電測(cè)量裝置監(jiān)測(cè)踩踏交互過程中右腿的相關(guān)肌肉的生理學(xué)數(shù)據(jù)。它包含 表面肌電采集器、生物電信號(hào)運(yùn)算放大器、肌電信號(hào)調(diào)理電路、裝有數(shù)據(jù)采集分析軟件的電 腦。
[0030] 表面肌電采集器配有8個(gè)EMG通道，采樣頻率為1000Hz，每個(gè)通道配有截止頻率為 IOHz的一階高通濾波器和截止頻率為3000Hz的二階ButterWorth低通濾波器。表面肌電 采集器通過無線接口器，經(jīng)由無線鏈路與同步觸發(fā)器通信，表面肌電采集器通過USB串口 與裝有數(shù)據(jù)采集分析的電腦連接。生物電信號(hào)運(yùn)算放大器完成對(duì)微弱肌電信號(hào)進(jìn)行干擾抑 制、信號(hào)放大等預(yù)處理，肌電信號(hào)調(diào)理電路主要是對(duì)預(yù)處理后的肌電信號(hào)進(jìn)行采樣、量化， 并負(fù)責(zé)將采集到的數(shù)字信號(hào)實(shí)時(shí)傳送到微機(jī)進(jìn)行顯示、存儲(chǔ)及后