CN108742609A - 一种基于肌电和操控信息的驾驶员换道舒适度评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于肌电和操控信息的驾驶员换道舒适度评价方法，首先选择受试驾驶员在转头时颈部及上背部主要发力肌肉作为待测肌肉，采用多通道肌电信号生理测试记录仪为信号采集设施，测量各受试者进行换道动作时每块肌肉的肌电信息；其次，使用车辆信息采集设备从汽车CAN网络里读取受试驾驶员完成换道工况时的操控数据；而后，对采集到的肌电信号进行均方根处理，对采集到的操控数据进行方差处理，并设置权重；最终，按照权重综合确定驾驶员换道过程中的舒适度评价方法。

Description

一种基于肌电和操控信息的驾驶员换道舒适度评价方法

技术领域

本发明属于汽车人机工程学领域，具体设计一种基于肌电和操控信息的驾驶员换道舒适度评价方法。

背景技术

随着我国汽车保有量逐步上升，除了安全性以外，人们关注的落脚点越来越集中在汽车舒适性上。在静态层面，良好的汽车舒适性不仅与汽车座椅的材料和结构有关，更与车内空间大小、人机交互界面的设计有密不可分的联系。而在动态层面，汽车的平顺性与操纵稳定性直接决定了车内人员的乘坐体验。在日常的换道工况下，驾驶员舒适度可以由车辆参数信息和驾驶员肌电信息共同体现。然而目前对驾驶员舒适性的评价多为主观评价的方式，还不存在基于生理肌电信号和驾驶员操控信息相结合的舒适度评价体系，因而无法将驾驶员的舒适感通过客观量化指标的形式表现。因此，形成基于肌电信号和操控数据的驾驶员换道舒适度评价方法便显得有重要意义。

发明内容

为了改善现有驾驶员舒适度评价体系的不足，本发明提供了一种基于肌电和操控信息的驾驶员换道舒适度评价方法，针对换道工况下，对驾驶员的肌电信号和车辆行驶信息参数提取，从而形成基于肌电信号和操控数据的驾驶员换道舒适度评价方法。这种评价方法简单可行，具有较强的实用性，对换道工况下评价驾驶员的舒适度评价提供了较好的依据，有助于车企改善车辆的性能以提高乘坐舒适性。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于肌电和操控信息的驾驶员换道舒适度评价方法，包括以下步骤：

步骤一、选取若干受试驾驶员，选取受试驾驶员在转头时颈部主要发力肌肉作为待测肌肉群，采用多通道肌电信号生理测试记录仪为信号采集设施，测量各受试者进行换道动作时每块肌肉的激活程度信息；

步骤二、在采集受试驾驶员肌电信号的同时，通过车辆信息采集设备，读取受试驾驶员在换道动作同时段内对应的行车操控数据；

步骤三、根据步骤一得到的肌电信号，对受试驾驶员各肌电信号进行均方根处理，并对处理结果设置权重，得到用肌电信号表征舒适度的生理指标函数；

步骤四、根据步骤二得到的车辆操控数据，对其进行统计学处理并对处理结果设置权重，得到用操控数据表征舒适度的操控指标函数；

步骤五、根据所述步骤三得到的生理指标函数计算出的生理指标，以及所述步骤四得到操控指标函数计算出的操控指标，设定综合评价函数，用于评价换道过程驾驶员的整体舒适度。

进一步，所述步骤一中，选取受试驾驶员在转头时颈部主要发力肌肉作为待测肌肉群时，选取受试驾驶员左侧胸锁乳突肌、左侧上斜方肌和右侧胸锁乳突肌、右侧上斜方肌作为待测肌肉群；驾驶员进行向左转向操作时，右侧胸锁乳突肌、右侧上斜方肌发力收缩；向右转向时，左侧胸锁乳突肌、左侧上斜方肌发力收缩。

进一步，所述步骤一中，采用多通道肌电信号生理测试记录仪测量各受试驾驶员的肌电信号时，具体操作过程为：将用于采集肌电信号的电极片分别贴于受试驾驶员的4块肌肉上，并将两片对照电极片贴于左右锁骨上，然后将生理测试记录仪肌电测试通讯模块与电极片相连；此后，调整信号接收模块通道，使信号接收模块与通讯模块匹配，用于接收测量到的受试驾驶员肌电信号。

进一步，所述步骤二中，通过车辆信息采集设备，读取受试驾驶员在换道动作同时段内对应的行车操控数据，其操作过程为：将试验车辆obd接口与车辆信息采集设备连接，所述车辆信息设备用于读取车辆CAN通讯网络的信息，而后将车辆信息采集设备通过USB与上位机连接，从而实现受试驾驶员换道操作时，实时读取车辆操控数据。

进一步，所述步骤三中，对受试驾驶员各肌电信号进行均方根处理，并对处理结果设置权重，得到用肌电信号表征舒适度的函数，具体过程包括：将所述多通道肌电信号生理测试记录仪采集的肌电信号以每0.05s为周期求出每个周期的均方根值，公式如下：

其中，e(t)是每个周期内实时采集的EMG信号，T取0.025s，τ为采样步长；

在得到各周期肌电信号均方根值后，进行归一化处理，公式如下：

其中，RMS(t)_max是各个周期均方根值的最大值，RMS(t)_mean是全部周期均方根值的平均值；

根据得出的受试驾驶员各肌电信号的均方根值，将不同受试者同一位置肌肉的肌电信号均方根值求取平均值，计算得到的各平均值数值可分别记为左侧胸锁乳突肌RMS1、左侧上斜方肌RMS2和右侧胸锁乳突肌RMS3、右侧上斜方肌RMS4，则各位置肌肉肌电信息所占的权重可记为Ri＝RMSi/(RMS1+RMS2+RMS3+RMS4)；

则表征舒适度的总肌电信号可记为其中Mi为各肌肉肌电信号测量值的均方根值；

F的值越小，表明受试驾驶员的肌电信号越小，肌肉激活程度越低，体现的驾驶舒适度越好。

进一步，所述步骤四中，对测量到的车辆操控数据进行统计学处理并对结果设置权重，得到用操控数据表征舒适度的函数，具体方法为：所述步骤二得到的车辆操控数据包括车辆横向加速度和车辆纵向加速度，对整个过程中车辆横向加速度和车辆纵向加速度分别求取方差值，公式如下：

其中，X为变量值，μ为总体均值，N为总体个数；

将不同受试驾驶员驾驶情况下的车辆横向加速度、车辆纵向加速度的方差值再分别求取平均值，其平均值数值可分别记为c1、c2，则车辆横、纵向加速度所占权重可记为di＝ci/(c1+c2)；

因此，表征舒适度的驾驶员操控数据值可记为其中Ni分别为车辆横、纵向加速度的方差值；

H的值越小，表明受试驾驶员在换道过程中的横、纵向加速度的总波动越小，体现的驾驶舒适度越好。

进一步地，所述步骤五中，用于评价换道过程驾驶员的整体舒适度的综合评价函数，其设置过程包括：对根据所述步骤三得到的生理指标函数计算出的生理指标，以及所述步骤四得到操控指标函数计算出的操控指标，分别进行归一化处理，公式如下：

即，将受试驾驶员的生理指标F和操控指标H分别带入上式，可以得到两个归一化处理后的数据，可以分别记为Q1和Q2：

则最终表征驾驶员舒适度的函数可以表示为：

驾驶员舒适度函数G的值越小，说明驾驶员在换道过程中肌肉绷紧程度越低，车辆操控状态越平稳，表明受试驾驶员的总体驾驶舒适度越好。

附图说明

图1为一种基于肌电和操控信息的驾驶员换道舒适度评价方法流程图。

具体实施方式

以下结合流程图对本发明作进一步说明。

一种基于肌电和操控信息的驾驶员换道舒适度评价方法，具体包括如下几个步骤：

步骤一、选取若干受试驾驶员，选取受试驾驶员在转头时颈部主要发力肌肉作为待测肌肉群，采用多通道肌电信号生理测试记录仪为信号采集设施，测量各受试者进行换道动作时每块肌肉的激活程度信息。

选取受试驾驶员在转头时颈部主要发力肌肉作为待测肌肉群时，选取左侧胸锁乳突肌、左侧上斜方肌和右侧胸锁乳突肌、右侧上斜方肌作为待测肌肉群。驾驶员进行向左转向操作时，右侧胸锁乳突肌、右侧上斜方肌发力收缩；向右转向时，左侧胸锁乳突肌、左侧上斜方肌发力收缩。

采用多通道肌电信号生理测试记录仪采集受试驾驶员的肌电信号时，将用于采集肌电信号的电极片分别贴于受试驾驶员的4块肌肉上，并将两片对照电极片贴于左右锁骨上，然后将生理测试记录仪肌电测试通讯模块与电极片相连；此后，调整信号接收模块通道，使信号接收模块与通讯模块匹配，用于接收测量到的受试驾驶员肌电信号。让受试驾驶员进行转头动作，试验在颈部及上背部肌肉激活时肌电信号接受状态。

步骤二、在采集受试驾驶员肌电信号的同时，通过车辆信息采集设备，读取受试驾驶员在换道动作同时段内对应的行车操控数据。

将试验车辆obd接口与车辆信息采集设备通过连接器相连，该车辆信息设备主要功能是用于读取车辆CAN通讯网络的信息，而后将该采集设备通过USB与上位机相连，从而实现受试驾驶员换道操作时，实时读取车辆操控数据。

根据《SY-WD-11-2006双移线试验方法及评价标准》，设置用于进行换道试验的道路工况，保证驾驶员是在无干扰情形下进行实验。

步骤三、根据步骤一生理记录仪测量得到的肌电信号，对受试驾驶员各肌电信号进行均方根处理，并对处理结果设置权重，得到用肌电信号表征舒适度的生理指标函数。

在肌电信号上，均方根值有较大意义，因此肌电的处理是将采集的电信号以每0.05s为周期求出每个周期的均方根值，公式如下：

其中，e(t)是每个周期内实时采集的EMG信号，T取0.025s，τ为采样步长。

在得到各周期肌电信号均方根值后，进行归一化处理，公式如下：

其中，RMS(t)_max是各个周期均方根值的最大值，RMS(t)_mean是全部周期均方根值的平均值。

根据得出的受试驾驶员各肌电信号的均方根值，将不同受试者同一位置肌肉的均方根值求取平均值。计算得到的各平均值数值可分别记为左侧胸锁乳突肌RMS1、左侧上斜方肌RMS2和右侧胸锁乳突肌RMS3、右侧上斜方肌RMS4，则各位置肌肉肌电信息所占的权重可记为Ri＝RMSi/(RMS1+RMS2+RMS3+RMS4)。

F的值越小，表明受试驾驶员的肌电信号越小，肌肉激活程度越低，体现的驾驶舒适度越好。

步骤四、根据步骤二车辆信息采集设备得到的车辆操控数据，对其进行统计学处理并对处理结果设置权重，得到用操控数据表征舒适度的操控指标函数。

在换道工况下，车辆横向加速度的大小及稳定性反映汽车的横摆特性，表现为驾驶员所受横向力的大小和横向摇晃程度；车辆纵向加速度的大小及稳定性反映汽车的俯仰特性，表现为驾驶员所受纵向力的大小和前后晃动程度。

根据得到的车辆横、纵向加速度值，利用统计学方法，对整个过程中车辆横向加速度和纵向加速度分别求取方差值。公式如下：

其中，X为变量值，μ为总体均值，N为总体个数。

将不同受试驾驶员驾驶情况下的车辆横向加速度、纵向加速度的方差值再分别求取平均值，其平均值数值可分别记为c1、c2。则横、纵向加速度所占权重可记为di＝ci/(c1+c2)。

因此，表征舒适度的驾驶员操控数据值可记为其中Ni分别为车辆横、纵向加速度的方差值。

H的值越小，表明受试驾驶员在换道过程中的横、纵向加速度的总波动越小，体现的驾驶舒适度越好。

步骤五、根据所述步骤三得到的生理指标函数计算出的生理指标，以及所述步骤四得到操控指标函数计算出的操控指标，设定综合评价函数，用于评价换道过程驾驶员的整体舒适度。

用于评价换道过程驾驶员的整体舒适度的综合评价函数，其设置方式主要利用数据归一化的思想，对各受试驾驶员的对根据所述步骤三得到的生理指标函数计算出的生理指标(总肌电信号)，以及所述步骤四得到操控指标函数计算出的操控指标(操控数据)，分别进行归一化处理，公式如下：

把受试驾驶员的肌电信号F和操控数据H分别带入上式，可以得到两个归一化处理后的数据，可以记为Q1和Q2。则最终表征驾驶员舒适度的函数可以表示为：

其中

驾驶员舒适度函数G的值越小，说明驾驶员在换道过程中肌肉绷紧程度越低，车辆操控状态越平稳，表明受试驾驶员的总体驾驶舒适度越好。

Claims (7)

1.一种基于肌电和操控信息的驾驶员换道舒适度评价方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、选取若干受试驾驶员，选取受试驾驶员在转头时颈部主要发力肌肉作为待测肌肉群，采用多通道肌电信号生理测试记录仪为信号采集设施，测量各受试者进行换道动作时每块肌肉的激活程度信息；

步骤二、在采集受试驾驶员肌电信号的同时，通过车辆信息采集设备，读取受试驾驶员在换道动作同时段内对应的行车操控数据；

步骤三、根据步骤一得到的肌电信号，对受试驾驶员各肌电信号进行均方根处理，并对处理结果设置权重，得到用肌电信号表征舒适度的生理指标函数；

步骤四、根据步骤二得到的车辆操控数据，对其进行统计学处理并对处理结果设置权重，得到用操控数据表征舒适度的操控指标函数；

步骤五、根据所述步骤三得到的生理指标函数计算出的生理指标，以及所述步骤四得到操控指标函数计算出的操控指标，设定综合评价函数，用于评价换道过程驾驶员的整体舒适度。

2.如权利要求1所述的一种基于肌电和操控信息的驾驶员换道舒适度评价方法，其特征在于，所述步骤一中，选取受试驾驶员在转头时颈部主要发力肌肉作为待测肌肉群时，选取受试驾驶员左侧胸锁乳突肌、左侧上斜方肌和右侧胸锁乳突肌、右侧上斜方肌作为待测肌肉群。

3.如权利要求1所述的一种基于肌电和操控信息的驾驶员换道舒适度评价方法，其特征在于，所述步骤一中，采用多通道肌电信号生理测试记录仪测量各受试驾驶员的肌电信号时，具体操作过程为：将用于采集肌电信号的电极片分别贴于受试驾驶员的4块肌肉上，并将两片对照电极片贴于左右锁骨上，然后将生理测试记录仪肌电测试通讯模块与电极片相连；此后，调整信号接收模块通道，使信号接收模块与通讯模块匹配，用于接收测量到的受试驾驶员肌电信号。

4.如权利要求1所述的一种基于肌电和操控信息的驾驶员换道舒适度评价方法，其特征在于，所述步骤二中，通过车辆信息采集设备，读取受试驾驶员在换道动作同时段内对应的行车操控数据，其操作过程为：将试验车辆obd接口与车辆信息采集设备连接，所述车辆信息设备用于读取车辆CAN通讯网络的信息，而后将车辆信息采集设备通过USB与上位机连接，从而实现受试驾驶员换道操作时，实时读取车辆操控数据。

5.如权利要求1所述的一种基于肌电和操控信息的驾驶员换道舒适度评价方法，其特征在于，所述步骤三中，对受试驾驶员各肌电信号进行均方根处理，并对处理结果设置权重，得到用肌电信号表征舒适度的函数，具体过程包括：将所述多通道肌电信号生理测试记录仪采集的肌电信号以每0.05s为周期求出每个周期的均方根值，公式如下：

其中，e(t)是每个周期内实时采集的EMG信号，T取0.025s，τ为采样步长；

在得到各周期肌电信号均方根值后，进行归一化处理，公式如下：

其中，RMS(t)_max是各个周期均方根值的最大值，RMS(t)_mean是全部周期均方根值的平均值；

根据得出的受试驾驶员各肌电信号的均方根值，将不同受试者同一位置肌肉的肌电信号均方根值求取平均值，计算得到的各平均值数值可分别记为左侧胸锁乳突肌RMS1、左侧上斜方肌RMS2和右侧胸锁乳突肌RMS3、右侧上斜方肌RMS4，则各位置肌肉肌电信息所占的权重可记为Ri＝RMSi/(RMS1+RMS2+RMS3+RMS4)；

则表征舒适度的总肌电信号可记为其中Mi为各肌肉肌电信号测量值的均方根值；

F的值越小，表明受试驾驶员的肌电信号越小，肌肉激活程度越低，体现的驾驶舒适度越好。

6.如权利要求1所述的一种基于肌电和操控信息的驾驶员换道舒适度评价方法，其特征在于，所述步骤四中，对测量到的车辆操控数据进行统计学处理并对结果设置权重，得到用操控数据表征舒适度的函数，具体方法为：所述步骤二得到的车辆操控数据包括车辆横向加速度和车辆纵向加速度，对整个过程中车辆横向加速度和车辆纵向加速度分别求取方差值，公式如下：

其中，X为变量值，μ为总体均值，N为总体个数；

将不同受试驾驶员驾驶情况下的车辆横向加速度、车辆纵向加速度的方差值再分别求取平均值，其平均值数值可分别记为c1、c2，则车辆横、纵向加速度所占权重可记为di＝ci/(c1+c2)；

因此，表征舒适度的驾驶员操控数据值可记为其中Ni分别为车辆横、纵向加速度的方差值；

H的值越小，表明受试驾驶员在换道过程中的横、纵向加速度的总波动越小，体现的驾驶舒适度越好。

7.如权利要求1所述的一种基于肌电和操控信息的驾驶员换道舒适度评价方法，其特征在于，所述步骤五中，用于评价换道过程驾驶员的整体舒适度的综合评价函数，其设置过程包括：对根据所述步骤三得到的生理指标函数计算出的生理指标，以及所述步骤四得到操控指标函数计算出的操控指标，分别进行归一化处理，公式如下：

即，将受试驾驶员的生理指标F和操控指标H分别带入上式，可以得到两个归一化处理后的数据，可以分别记为Q1和Q2：

则最终表征驾驶员舒适度的函数可以表示为：

驾驶员舒适度函数G的值越小，说明驾驶员在换道过程中肌肉绷紧程度越低，车辆操控状态越平稳，表明受试驾驶员的总体驾驶舒适度越好。