CN102961133B - 一种汽车驾驶员转向操纵效率评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种汽车驾驶员转向操纵效率评估方法，它通过在汽车的转向管柱上设置转向传感器测量驾驶员输出的转向力，在驾驶员的肩部肌肉贴附肌电极采集驾驶员肩部肌群的肌电信号，结合驾驶员肌电信号与肌肉收缩力之间的关系模型，通过回归分析法建立驾驶员转向操纵中有效转向力和转向力总量的估算方程式，进而实现对驾驶员转向操纵效率的评估，为驾驶员转向舒适性及转向系统性能评价提供理论依据。本发明适用于任意汽车的转向操纵，可广泛应用于驾驶舒适性和转向系统性能评价中。

Description

一种汽车驾驶员转向操纵效率评估方法

技术领域

本发明涉及一种驾驶员－车辆系统评估方法，特别是关于一种汽车驾驶员转向操纵效率评估方法。

背景技术

汽车的各种操纵动作通常是由驾驶员来完成。随着人们对汽车操控性能越来越多的要求，特别是对驾驶员转向舒适性的要求，对汽车转向操纵舒适性进行全面客观的评价变得越来越重要，因此如何对转向舒适性进行评价成为当前汽车转向技术领域研究的热点之一。迄今为止，利用驾驶员的生理特性对汽车转向舒适性等进行客观评价的方法因生理特性信号提取分析复杂以及驾驶员生理心理状态波动等一直受到限制。本发明拟提出一种方法，在汽车转向过程中通过测量驾驶员的肩部肌电信号对驾驶员的转向效率进行评估。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种汽车驾驶员转向操纵效率评估方法，该方法能够基于驾驶员肩部肌肉收缩力与肌电信号之间的关系模型，评估汽车转向过程中驾驶员的转向操纵效率。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种汽车驾驶员转向操纵效率评估方法，其包括以下步骤：1）在汽车转向管柱上安装带有转向传感器的转向盘，所述转向传感器测量转向操纵中驾驶员输出的转向力，并将测量到的转向力通过数据线传给信号采集装置，由信号采集装置输出相应的时域转向力信号；2）在驾驶员单侧肩部或双侧肩部贴附肌电极，所述肌电极测量转向操纵中驾驶员肩部肌群的肌电信号，并将测量到的肌电信号通过数据线传给信号采集装置，由信号采集装置输出相应的时域肌电信号；3）通过下式对步骤2）获取的时域肌电信号进行平均处理，转换为相应的REMG信号：

$\mathrm{RMS}\left\{m\left(t\right)\right\}={\left(\frac{1}{T}{\∫}_t^{t+T}{m}^2\left(t\right)\mathrm{dt}\right)}^{1/2},$

上式中，m(t)为信号采集装置输出的时域肌电信号，RMS{m(t)}为时域肌电信号的均方根值，T为计算窗口时间；4）对步骤1）获取的时域转向力信号进行数据同步筛选处理，使处理后的转向力信号与步骤3）获取的REMG信号物理意义上相互对应；5）将步骤3）获取的REMG信号和步骤4）经过数据同步筛选处理后的转向力信号代入下式进行回归分析，确定回归系数：

F＝a₁REMG₁+a₂REMG₂+…+a_iREMG_i，

上式中，F为测得的转向力信号经过数据同步筛选后与REMG信号在物理意义上关联的转向力值，REMG₁、REMG₂、…、REMG_i为驾驶员不同肌肉的肌电信号均方根值，a₁、a₂、…、a_i为回归系数；6）基于步骤5）回归分析过程中确定的回归系数，建立驾驶员输出转向力总量F_t的估算方程式：

F_t＝|a₁|REMG₁+|a₂|REMG₂+…+|a_i|REMG_i；

7）估算驾驶员转向操纵效率η：

$\mathrm{\η}=\frac{a_1{\mathrm{REMG}}_1+a_2{\mathrm{REMG}}_2+\·\·\·+a_i{\mathrm{REMG}}_i}{\left|a_1\right|{\mathrm{REMG}}_1+\left|a_2\right|{\mathrm{REMG}}_2+\·\·\·+\left|a_i\right|{\mathrm{REMG}}_i}\×100\%.$

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明通过在汽车转向管柱上设置测量驾驶员输出转向力的转向传感器，在驾驶员肩部肌肉贴附采集驾驶员肩部肌群的肌电信号的肌电极，结合驾驶员肌电信号与肌肉收缩力之间的关系模型，通过回归分析法建立驾驶员转向操纵中有效转向力和转向力总量的估算方程式，实现转向操纵效率的估算，从而提供了一种新的驾驶员转向操纵效率评估方法。2、本发明可以广泛用于汽车转向过程中评估驾驶员转向操纵效率，为驾驶员转向舒适性及转向系统性能评价提供理论依据。

附图说明

图1是本发明的转向力信号采集装置示意图；

图2是本发明的驾驶员肌电信号采集装置示意图；

图3是本发明的平均化处理后的时域肌电信号（REMG信号）示例图；

图4是本发明的对驾驶员转向操纵效率评估结果示例图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1、图2所示，本发明方法主要是通过在汽车转向管柱1和驾驶员肩部2设置相应的测量装置实现。如图1所示，在汽车的转向管柱1上安装带有转向传感器3的转向盘4，以测量转向操纵中驾驶员输出的转向力。转向传感器3的输出端通过数据线连接信号采集装置5，将测量到的转向管柱1三个空间方向上的力及其转矩信号传给信号采集装置5，信号采集装置5据此输出相应的时域转向力信号。如图2所示，在驾驶员的单侧或双侧肩部肌肉贴附肌电极（图中未示出），以采集转向操纵中驾驶员肩部肌群的肌电信号。肌电极的输出端通过数据线连接信号采集装置5，将采集到的肌电信号传输给信号采集装置5，信号采集装置5据此输出相应的时域肌电信号。其中，驾驶员肩部肌群可以包括胸大肌锁骨部、三角肌前部、三角肌后部、肱三头肌长头和大圆肌。

由现有技术可知，肌电信号与相应肌肉收缩力之间存在近似线性关系，为利用这种关系，需要先对采集到的时域肌电信号进行平均化处理，获取相应的均方根值，其处理方法如下：

$\mathrm{RMS}\left\{m\left(t\right)\right\}={\left(\frac{1}{T}{\∫}_t^{t+T}{m}^2\left(t\right)\mathrm{dt}\right)}^{1/2},$

上式中，m(t)为信号采集装置所输出的时域肌电信号，RMS{m(t)}为时域肌电信号的均方根值，T为计算窗口时间。图3所示即为经过平均化处理后的肌电信号，也称REMG信号。

对信号采集装置输出的时域转向力信号进行数据同步筛选处理，使处理后的驾驶员转向力信号与REMG信号在物理意义上相互对应。

将上述处理后的数据代入下式进行多重线性回归分析，确定回归系数：

F＝a₁REMG₁+a₂REMG₂+…+a_iREMG_i，

上式中，F为测得的转向力信号经过数据同步筛选后与REMG信号在物理意义上关联的转向力值，REMG₁、REMG₂、…、REMG_i为驾驶员不同肌肉的肌电信号均方根值，a₁、a₂、…、a_i为回归系数，其值在回归分析过程中确定。

基于回归分析过程中确定的回归系数，建立驾驶员输出转向力总量F_t的估算方程式：

F_t＝|a₁|REMG₁+a₂REMG₂+…+|a_i|REMG_i，

最终通过下式估算驾驶员转向操纵效率η：

$\mathrm{\η}=\frac{F}{F_t}\×100\%=\frac{a_1{\mathrm{REMG}}_1+a_2{\mathrm{REMG}}_2+\·\·\·+a_i{\mathrm{REMG}}_i}{\left|a_1\right|{\mathrm{REMG}}_1+\left|a_2\right|{\mathrm{REMG}}_2+\·\·\·+\left|a_i\right|{\mathrm{REMG}}_i}\×100\%.$

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (1)

1.一种汽车驾驶员转向操纵效率评估方法，其包括以下步骤：

1）在汽车转向管柱上安装带有转向传感器的转向盘，所述转向传感器测量转向操纵中驾驶员输出的转向力，并将测量到的转向力通过数据线传给信号采集装置，由信号采集装置输出相应的时域转向力信号；

2）在驾驶员单侧肩部或双侧肩部贴附肌电极，所述肌电极测量转向操纵中驾驶员肩部肌群的肌电信号，并将测量到的肌电信号通过数据线传给信号采集装置，由信号采集装置输出相应的时域肌电信号；

3）通过下式对步骤2）获取的时域肌电信号进行平均处理，转换为相应的REMG信号：

$\mathrm{RMS}\left\{m\left(t\right)\right\}={\left(\frac{1}{T}{\∫}_t^{t+T}{m}^2\left(t\right)\mathrm{dt}\right)}^{1/2},$

上式中，m(t)为信号采集装置输出的时域肌电信号，RMS{m(t)}为时域肌电信号的均方根值，T为计算窗口时间；

4）对步骤1）获取的时域转向力信号进行数据同步筛选处理，使处理后的转向力信号与步骤3）获取的REMG信号物理意义上相互对应；

5）将步骤3）获取的REMG信号和步骤4）经过数据同步筛选处理后的转向力信号代入下式进行回归分析，确定回归系数：

F＝a₁REMG₁+a₂REMG₂+…+a_iREMG_i，

上式中，F为测得的转向力信号经过数据同步筛选后与REMG信号在物理意义上关联的转向力值，REMG₁、REMG₂、…、REMG_i为驾驶员不同肌肉的肌电信号均方根值，a₁、a₂、…、a_i为回归系数；

6）基于步骤5）回归分析过程中确定的回归系数，建立驾驶员输出转向力总量F_t的估算方程式：

F_t＝|a₁|REMG₁+|a₂|REMG₂+…+|a_i|REMG_i；

7）估算驾驶员转向操纵效率η：

$\mathrm{\η}=\frac{a_1{\mathrm{REMG}}_1+a_2{\mathrm{REMG}}_2+\·\·\·+a_i{\mathrm{REMG}}_i}{\left|a_1\right|{\mathrm{REMG}}_1+\left|a_2\right|{\mathrm{REMG}}_2+\·\·\·+\left|a_i\right|{\mathrm{REMG}}_i}\×100\%.$