[发明专利]一种汽车驾驶员运动学和动力学参数测试系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种汽车人机工程学实验测量装置，特别涉及一种汽车驾驶员运动学和动力学参数测试系统。

背景技术

随着现代社会的发展，人们对汽车舒适性的要求越来越高。如何改进和完善汽车人机界面设计，使驾驶员在驾驶过程中能够获得合理舒适的驾驶姿势，从而实现最佳的操作效能，已成为当今汽车设计人性化发展的重要研究课题之一。

在汽车人机界面设计中，座椅与各种操纵装置（如驾驶室的转向盘、踏板等）的设计决定了驾驶员的姿势舒适性，而不同的操作姿势又直接关系到驾驶员的操作舒适性、操作效率和驾驶疲劳。目前，汽车人机界面设计只是参照传统人机工程学中的经验数据和通用规则，少有考虑驾驶员人体生物力学特性的科学规律。

若汽车的人机界面匹配不合理，驾驶员由于不能获得舒适坐姿，很容易感到不舒适和疲劳，在生理上造成腰椎的负荷过大、四肢酸痛，更严重的还会影响到驾驶员的控制性从而影响驾驶安全。若汽车的操纵装置设计不合理，会导致人体肌肉施力方式、大小不合理。静态施力时，肌肉供血受阻的程度与肌肉收缩产生的力成正比，当人体肌肉无法通过血液得到充足的氧，则容易引起肌肉疲劳，造成肌肉酸痛。虽然目前一般汽车设计有可调界面的功能，但是只解决了部分人机问题，由于缺乏生物力学特性科学数据的指导，并没有真正从机理上解决驾驶舒适性问题。而在有的汽车乘驾舒适性研究中已实现了人机工程与生物力学的部分融合，并为人机界面设计提供了一些量化方法，但是所提供的人体生物力学特性测试方法较为有限，均没有从人体运动学角度对驾驶舒适性进行分析研究；且没有考虑真实驾驶转动转向盘时，转向盘产生的阻力矩对人机系统以及驾驶员的生物力学特性的影响。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种汽车驾驶员运动学和动力学参数测试系统，它既可以模拟汽车驾驶室的乘驾环境，又可以模拟转向系统的转向盘阻力矩；既能测量转向盘的转角和转矩信号，又能测量驾驶员进行转向操纵时的运动学数据和表面肌电信号，从而对不同人群驾驶转向动作的人体生物力学特性进行测试和分析研究。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种汽车驾驶员运动学和动力学参数测试系统，其特征在于：它包括三维可调驾驶室模拟平台系统、转向盘阻力矩模拟系统、转向盘转角和转矩测试系统、人体运动学测试系统和人体肌电信号测试系统；三维可调驾驶室模拟平台系统是用于模拟汽车驾驶室人机界面的不同配置，以满足不同人群的不同驾姿操作的装置；转向盘阻力矩模拟系统是用于模拟被测驾驶员进行转向操纵时，转向盘产生的阻力矩大小的装置；转向盘转角和转矩测试系统是用于标定被测驾驶员进行转向操纵时的手力矩以及转向盘转角大小的装置；人体运动学测试系统是用于测量被测驾驶员的运动学参数的装置；人体肌电信号测试系统是用于采集被测驾驶员运动时产生的人体肌电信号的装置。

上述三维可调驾驶室模拟平台系统包括位置和角度均可调的三维可调座椅机构、三维可调转向盘机构和三维可调踏板机构；三维可调转向盘机构包括转向盘、转向管柱、路感电机和转向盘角度传感器；转向盘与转向管柱上端相连，转向管柱下端通过涡轮蜗杆结构与路感电机相连，转向管柱上安装转向盘角度传感器；三维可调踏板机构包括离合踏板、制动刹车踏板和油门踏板。

上述转向盘阻力矩模拟系统包括转向盘、转向管柱、路感电机、控制盒、转向盘角度传感器和供电电源；转向盘与转向管柱上端相连，转向管柱下端通过涡轮蜗杆结构与路感电机相连，转向管柱上安装转向盘角度传感器，控制盒由供电电源供电，通过信号线与路感电机和转向盘角度传感器相连。

上述转向盘转角和转矩测试系统包括测力方向盘、数据采集装置和计算机设备；测力方向盘通过信号线与数据采集装置相连，数据采集装置通过其通用接口与计算机设备相连，从而将采集到的转向盘转角和转矩信号传给计算机设备。

上述人体运动学测试系统包括反光标志点、摄像机、运动捕捉控制器和计算机设备；反光标志点安放在人体相应位置，摄像机发出光线，并对反光标志点反光进行摄像，摄像机与运动捕捉控制器相连，运动捕捉控制器通过其通用接口与计算机设备相连，从而将反光标志点的空间位置信息传给计算机设备。

上述人体肌电信号测试系统包括表面电极、肌电仪和计算机设备；表面电极安放在人体的相应肌群位置以测量人体肌电信号，并通过电极电缆与肌电仪相连，肌电仪通过其微机接口与计算机设备相连，从而将采集到的肌电信号传给计算机设备。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：