[發(fā)明專利]一種汽車駕駛員運動學和動力學參數(shù)測試系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310006848.0
• 申請日: 2013-01-09
• 公開（公告）號: CN103105302A
• 公開（公告）日: 2013-05-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉亞輝;王漫;楊義勇;王人成;季學武
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學
• 主分類號: G01M17/06
• 分類號: G01M17/06;A61B5/11;A61B5/0488
• 代理公司: 北京紀凱知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11245
• 代理人: 徐寧;關(guān)暢

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種汽車人機工程學實驗測量裝置，特別涉及一種汽車駕駛員運動學和動力學參數(shù)測試系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著現(xiàn)代社會的發(fā)展，人們對汽車舒適性的要求越來越高。如何改進和完善汽車人機界面設(shè)計，使駕駛員在駕駛過程中能夠獲得合理舒適的駕駛姿勢，從而實現(xiàn)最佳的操作效能，已成為當今汽車設(shè)計人性化發(fā)展的重要研究課題之一。

在汽車人機界面設(shè)計中，座椅與各種操縱裝置（如駕駛室的轉(zhuǎn)向盤、踏板等）的設(shè)計決定了駕駛員的姿勢舒適性，而不同的操作姿勢又直接關(guān)系到駕駛員的操作舒適性、操作效率和駕駛疲勞。目前，汽車人機界面設(shè)計只是參照傳統(tǒng)人機工程學中的經(jīng)驗數(shù)據(jù)和通用規(guī)則，少有考慮駕駛員人體生物力學特性的科學規(guī)律。

若汽車的人機界面匹配不合理，駕駛員由于不能獲得舒適坐姿，很容易感到不舒適和疲勞，在生理上造成腰椎的負荷過大、四肢酸痛，更嚴重的還會影響到駕駛員的控制性從而影響駕駛安全。若汽車的操縱裝置設(shè)計不合理，會導(dǎo)致人體肌肉施力方式、大小不合理。靜態(tài)施力時，肌肉供血受阻的程度與肌肉收縮產(chǎn)生的力成正比，當人體肌肉無法通過血液得到充足的氧，則容易引起肌肉疲勞，造成肌肉酸痛。雖然目前一般汽車設(shè)計有可調(diào)界面的功能，但是只解決了部分人機問題，由于缺乏生物力學特性科學數(shù)據(jù)的指導(dǎo)，并沒有真正從機理上解決駕駛舒適性問題。而在有的汽車乘駕舒適性研究中已實現(xiàn)了人機工程與生物力學的部分融合，并為人機界面設(shè)計提供了一些量化方法，但是所提供的人體生物力學特性測試方法較為有限，均沒有從人體運動學角度對駕駛舒適性進行分析研究；且沒有考慮真實駕駛轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤時，轉(zhuǎn)向盤產(chǎn)生的阻力矩對人機系統(tǒng)以及駕駛員的生物力學特性的影響。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述問題，本發(fā)明提供了一種汽車駕駛員運動學和動力學參數(shù)測試系統(tǒng)，它既可以模擬汽車駕駛室的乘駕環(huán)境，又可以模擬轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向盤阻力矩；既能測量轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)矩信號，又能測量駕駛員進行轉(zhuǎn)向操縱時的運動學數(shù)據(jù)和表面肌電信號，從而對不同人群駕駛轉(zhuǎn)向動作的人體生物力學特性進行測試和分析研究。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：一種汽車駕駛員運動學和動力學參數(shù)測試系統(tǒng)，其特征在于：它包括三維可調(diào)駕駛室模擬平臺系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向盤阻力矩模擬系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)矩測試系統(tǒng)、人體運動學測試系統(tǒng)和人體肌電信號測試系統(tǒng)；三維可調(diào)駕駛室模擬平臺系統(tǒng)是用于模擬汽車駕駛室人機界面的不同配置，以滿足不同人群的不同駕姿操作的裝置；轉(zhuǎn)向盤阻力矩模擬系統(tǒng)是用于模擬被測駕駛員進行轉(zhuǎn)向操縱時，轉(zhuǎn)向盤產(chǎn)生的阻力矩大小的裝置；轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)矩測試系統(tǒng)是用于標定被測駕駛員進行轉(zhuǎn)向操縱時的手力矩以及轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角大小的裝置；人體運動學測試系統(tǒng)是用于測量被測駕駛員的運動學參數(shù)的裝置；人體肌電信號測試系統(tǒng)是用于采集被測駕駛員運動時產(chǎn)生的人體肌電信號的裝置。

上述三維可調(diào)駕駛室模擬平臺系統(tǒng)包括位置和角度均可調(diào)的三維可調(diào)座椅機構(gòu)、三維可調(diào)轉(zhuǎn)向盤機構(gòu)和三維可調(diào)踏板機構(gòu)；三維可調(diào)轉(zhuǎn)向盤機構(gòu)包括轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向管柱、路感電機和轉(zhuǎn)向盤角度傳感器；轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向管柱上端相連，轉(zhuǎn)向管柱下端通過渦輪蝸桿結(jié)構(gòu)與路感電機相連，轉(zhuǎn)向管柱上安裝轉(zhuǎn)向盤角度傳感器；三維可調(diào)踏板機構(gòu)包括離合踏板、制動剎車踏板和油門踏板。

上述轉(zhuǎn)向盤阻力矩模擬系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向管柱、路感電機、控制盒、轉(zhuǎn)向盤角度傳感器和供電電源；轉(zhuǎn)向盤與轉(zhuǎn)向管柱上端相連，轉(zhuǎn)向管柱下端通過渦輪蝸桿結(jié)構(gòu)與路感電機相連，轉(zhuǎn)向管柱上安裝轉(zhuǎn)向盤角度傳感器，控制盒由供電電源供電，通過信號線與路感電機和轉(zhuǎn)向盤角度傳感器相連。

上述轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)矩測試系統(tǒng)包括測力方向盤、數(shù)據(jù)采集裝置和計算機設(shè)備；測力方向盤通過信號線與數(shù)據(jù)采集裝置相連，數(shù)據(jù)采集裝置通過其通用接口與計算機設(shè)備相連，從而將采集到的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)矩信號傳給計算機設(shè)備。

上述人體運動學測試系統(tǒng)包括反光標志點、攝像機、運動捕捉控制器和計算機設(shè)備；反光標志點安放在人體相應(yīng)位置，攝像機發(fā)出光線，并對反光標志點反光進行攝像，攝像機與運動捕捉控制器相連，運動捕捉控制器通過其通用接口與計算機設(shè)備相連，從而將反光標志點的空間位置信息傳給計算機設(shè)備。

上述人體肌電信號測試系統(tǒng)包括表面電極、肌電儀和計算機設(shè)備；表面電極安放在人體的相應(yīng)肌群位置以測量人體肌電信號，并通過電極電纜與肌電儀相連，肌電儀通過其微機接口與計算機設(shè)備相連，從而將采集到的肌電信號傳給計算機設(shè)備。

本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點：