CN108742610A - 一种实现肌电和主观相关联的转向舒适度评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实现肌电和主观相关联的转向舒适度评价方法，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和驾驶员转动方向盘时肩部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，测量各受试者进行转向动作时每块肌肉的肌电信息；其次，受试驾驶员进行主观评价表的打分；而后，对采集到的肌电信号进行均方根处理并设置权重，对受试驾驶员的主观评分进行归一化处理；最终，构建生理信息与主观评价对应关系模型，综合确定驾驶员转向过程中的舒适度评价体系。

Description

一种实现肌电和主观相关联的转向舒适度评价方法

技术领域

本发明属于汽车人机工程学领域，具体涉及一种实现肌电信号和主观评分相关联的驾驶员转向舒适度评价方法。

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。在日常的转向工况下，驾驶员生理指标可以肌电信息体现。然而目前对驾驶员舒适性的评价多为成员打分的方式，还不存在基于生理肌电信号和主观评分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主观评价的驾驶员转向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，本发明提供一种,实现肌电和主观相关联的转向舒适度评价方法，针对转向工况下，对驾驶员的肌电信号参数提取，并对驾驶员进行主观问卷考量，从而形成基于肌电信号和主观评分的驾驶员转向舒适度评价方法。本发明简单可行，具有较强的实用性，对转向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：

一种实现肌电和主观相关联的转向舒适度评价方法，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以及操纵方向盘时肩部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，测量代表各受试者进行转向动作时每块肌肉的激活程度的肌电信号；

步骤二、在受试驾驶员完成转向工况试验后，要求其填写主观评分表；

步骤三、根据步骤一得到的受试驾驶员肌电信号，对各肌电信号进行均方根距离，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、根据步骤二得到的受试驾驶员主观评分，对其进行统计学处理，得到主观评分的综合量化指标；

步骤五、根据通过步骤三的生理指标函数计算出的生理指标，以及根据步骤四计算出的主观评分，进行生理信息与主观评价对应关系模型的构建，用于评价转向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，选取左右侧胸锁乳突肌、上斜方肌作为颈部待测肌肉群，选取左右侧三角肌、肱二头肌作为肩部待测肌肉群。

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采集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受试肌肉上，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；调整信号接收模块通道，使信号接收模块与通讯模块匹配，用于接受测量到的受试驾驶员肌电信号。

进一步，所述步骤二中，所述主观评分表采用5分制评价方式，非常舒适为5分，极不舒适为0分。

进一步，所述步骤二中，主观评分表的设置形式应包括以下几个角度：驾驶员在转向过程中的紧张程度；转向过程的横向舒适感；转向过程的纵向舒适感；驾驶员在测试过程总体舒适感；主观评分表的形式与各问题权重可以如表1所示：

表1主观评分问卷

进一步，所述步骤三中，对各肌电信号进行均方根距离，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，包括以下过程：将采集的各受试驾驶员的肌电信号以每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，将不同受试驾驶员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；左侧三角肌RMS₅、左侧肱二头肌RMS₆和右侧三角肌RMS₇、右侧肱二头肌RMS₈；则各肌肉肌电信息所占的权重可记为

表征舒适度的总肌电信号可记为其中Ei为各肌肉肌电信号测量值的RMS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，对受试驾驶员的主观评分统计分析，得到主观评分的综合量化指标，参照如下公式：

其中，m_i为受试驾驶员对各项问题的评分，w_i为该问题所占权重；

根据各项主观评分与问题所占权重计算最终舒适度评分，仍为5分制。

进一步，所述步骤五中，用于评价转向过程驾驶员整体舒适度的生理信息与主观评价对应关系模型的构建，其设置方式如下：

对根据所述步骤三的生理指标函数计算出的各受试驾驶员的生理指标，进行归一化处理，公式如下：

把处理后的受试驾驶员的肌电信号结果Q与根据所述步骤三计算出的主观评分M进行多项式拟合，可以得到受试驾驶员转向过程中肌电信号与主观评分之间的多项式函数关系，即为评价模型；根据评价模型，在得到驾驶员的生理指标后，便可直接对驾驶员转向过程的舒适度进行评价。

附图说明

图1为一种实现肌电和主观相关联的转向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。

一种实现肌电和主观相关联的转向舒适度评价方法，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以及操纵方向盘时肩部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，测量代表各受试者进行转向动作时每块肌肉的激活程度的肌电信号。

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，选取左右侧胸锁乳突肌、上斜方肌作为颈部待测肌肉群，选取左右侧三角肌、肱二头肌作为肩部待测肌肉群。驾驶员进行向左转向操作时，左侧肩部肌肉和右侧胸锁乳突肌、右侧上斜方肌发力收缩；向右转向时，右侧肩部肌肉和左侧胸锁乳突肌、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，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受试肌肉上，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；调整信号接收模块通道，使信号接收模块与通讯模块匹配，用于接受测量到的受试驾驶员肌电信号。让受试驾驶员进行环视和转动方向盘的动作，试验在颈部、上背部和肩部肌肉激活时肌电信号接受状态。

步骤二、在受试驾驶员完成转向工况试验后，要求其填写主观评分表。主观评分表采用5分制评价方式，非常舒适为5分，极不舒适为0分。主观评分表的设置形式应包括以下几个角度：驾驶员在转向过程中的紧张程度；转向过程的横向舒适感；转向过程的纵向舒适感；驾驶员在测试过程总体舒适感。其形式与各问题权重可以如表1所示：

表1主观评分问卷

步骤三、根据生理记录仪测量得到的肌电信号，对各肌电信号进行均方根距离，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，因此肌电信号的处理是将采集的各受试驾驶员的肌电信号以每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均方根值求取平均值。计算得到各数值可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；左侧三角肌RMS₅、左侧肱二头肌RMS₆和右侧三角肌RMS₇、右侧肱二头肌RMS₈。则各肌肉肌电信息所占的权重可记为则表征舒适度的总肌电信号可记为其中Ei为各肌肉肌电信号测量值的RMS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。

步骤四、根据步骤二得到的受试驾驶员主观评分，对其进行统计学处理，得到主观评分的综合量化指标。参照如下公式：

其中m_i为受试驾驶员对各项问题的评分，w_i为该问题所占权重。根据各项主观评分与问题所占权重计算最终舒适度评分，仍为5分制。

步骤五、根据通过步骤三的生理指标函数计算出的生理指标，以及根据步骤四计算出的主观评分，进行生理信息与主观评价对应关系模型的构建，用于评价转向过程驾驶员的整体舒适度。

用于评价转向过程驾驶员整体舒适度的生理信息与主观评价对应关系模型的构建，其设置方式如下：

根据归一化理论，对根据所述步骤三的生理指标函数计算出的各受试驾驶员的生理指标(总肌电信号F)进行归一化处理，公式如下：

把处理后的受试驾驶员的肌电信号结果Q与根据所述步骤三计算出的主观评分M进行多项式拟合，得到受试驾驶员转向过程中肌电信号与主观评分之间的多项式函数关系，即为评价模型；根据评价模型，在得到驾驶员的生理指标后，便可直接对驾驶员转向过程的舒适度进行评价。

Claims (8)

1.一种实现肌电和主观相关联的转向舒适度评价方法，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以及操纵方向盘时肩部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，测量代表各受试者进行转向动作时每块肌肉的激活程度的肌电信号；

步骤二、在受试驾驶员完成转向工况试验后，要求其填写主观评分表；

步骤三、根据步骤一得到的受试驾驶员肌电信号，对各肌电信号进行均方根距离，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、根据步骤二得到的受试驾驶员主观评分，对其进行统计学处理，得到主观评分的综合量化指标；

步骤五、根据通过步骤三的生理指标函数计算出的生理指标，以及根据步骤四计算出的主观评分，进行生理信息与主观评价对应关系模型的构建，用于评价转向过程驾驶员的整体舒适度。

2.如权利要求1所述的一种实现肌电和主观相关联的转向舒适度评价方法，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，选取左右侧胸锁乳突肌、上斜方肌作为颈部待测肌肉群，选取左右侧三角肌、肱二头肌作为肩部待测肌肉群。

3.如权利要求1所述的一种实现肌电和主观相关联的转向舒适度评价方法，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采集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受试肌肉上，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；调整信号接收模块通道，使信号接收模块与通讯模块匹配，用于接受测量到的受试驾驶员肌电信号。

4.如权利要求1所述的一种实现肌电和主观相关联的转向舒适度评价方法，其特征在于，所述步骤二中，所述主观评分表采用5分制评价方式，非常舒适为5分，极不舒适为0分。

5.如权利要求4所述的一种实现肌电和主观相关联的转向舒适度评价方法，其特征在于，所述主观评分表的设置形式应包括以下几个角度：驾驶员在转向过程中的紧张程度；转向过程的横向舒适感；转向过程的纵向舒适感；驾驶员在测试过程总体舒适感；主观评分表的形式与各问题权重可以如下表所示：

6.如权利要求1所述的一种实现肌电和主观相关联的转向舒适度评价方法，其特征在于，所述步骤三中，对各肌电信号进行均方根距离，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，包括以下过程：将采集的各受试驾驶员的肌电信号以每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，将不同受试驾驶员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；左侧三角肌RMS₅、左侧肱二头肌RMS₆和右侧三角肌RMS₇、右侧肱二头肌RMS₈；则各肌肉肌电信息所占的权重可记为

表征舒适度的总肌电信号可记为其中Ei为各肌肉肌电信号测量值的RMS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。

7.如权利要求1所述的一种实现肌电和主观相关联的转向舒适度评价方法，其特征在于，所述步骤四中，对受试驾驶员的主观评分统计分析，得到主观评分的综合量化指标，参照如下公式：

其中，m_i为受试驾驶员对各项问题的评分，w_i为该问题所占权重；

根据各项主观评分与问题所占权重计算最终舒适度评分，仍为5分制。

8.如权利要求1所述的一种实现肌电和主观相关联的转向舒适度评价方法，其特征在于，所述步骤五中，用于评价转向过程驾驶员整体舒适度的生理信息与主观评价对应关系模型的构建，其设置方式如下：

对根据所述步骤三的生理指标函数计算出的各受试驾驶员的生理指标，进行归一化处理，公式如下：

把处理后的受试驾驶员的肌电信号结果Q与根据所述步骤三计算出的主观评分M进行多项式拟合，可以得到受试驾驶员转向过程中肌电信号与主观评分之间的多项式函数关系，即为评价模型；根据评价模型，在得到驾驶员的生理指标后，便可直接对驾驶员转向过程的舒适度进行评价。