CN111685736A - 一种列车司乘人员应激反应测试系统及其测试方法 - Google Patents

一种列车司乘人员应激反应测试系统及其测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种列车司乘人员应激反应测试系统及其测试方法，测试系统包括列车运行模拟仓、列车运行模拟控制器、多自由度列车运动座椅、用于监测人体应激反应的信号采集器和用于监测人体动作的动作监测器，多自由度列车运动座椅和动作监测器设置在车内，列车运行模拟仓、多自由度列车运动座椅、动作监测器和信号采集器均与列车运行模拟控制器连接。本发明在保证志愿者安全的前提下，测试志愿者在列车碰撞或脱轨瞬间的真实应激反应，获取的应激反应数据真实有效，可直接用于列车内饰被动安全保护设计和列车安全性能开发。

Description

一种列车司乘人员应激反应测试系统及其测试方法
技术领域
本发明属于轨道车辆试验技术领域,尤其涉及一种用于列车临界碰撞或者脱轨时的司乘人员应激反应测试系统及其测试方法。
背景技术
随着轨道交通的快速发展，列车脱轨、碰撞等事故仍然时有发生。在列车碰撞事故中，当列车驾驶员瞭望到前方的危险障碍物后，会采取列车紧急制动措施；同样，在列车脱轨事故中，同样会采取紧急报警或者制动措施，并且列车会产生非稳定的横向、垂向运动。高速运行的列车紧急制动时以加速度脉冲载荷施加于司乘人员身上，导致司乘人员产生应激反应，影响司乘人员的碰撞损伤风险。应激反应包括心理、生理、行为反应。良性的应激反应有利于个体逃避或抵抗外界的刺激物，而劣性的应激反应会导致人体的病理变化甚至死亡。列车司乘人员的应激反应研究，对列车内饰的被动安全保护设计及列车安全性能开发具有重要的意义。
目前传统的人体应激反应测试方法一般是心理学和神经科学领域的单一视觉或触觉刺激方法，刺激源单一，无法在列车临界碰撞或者脱轨时复杂工况的瞬间获取司乘人员的真实应激反应数据。
发明内容
本发明目的在于提供一种用于列车临界碰撞或者脱轨时的司乘人员应激反应测试系统及其测试方法，从而解决上述问题。
为实现上述目的，本发明首先公开了一种用于列车临界碰撞或者脱轨时的司乘人员应激反应测试系统，包括列车运行模拟仓、列车运行模拟控制器、多自由度列车运动座椅、用于监测人体应激反应的信号采集器和用于监测人体动作的动作监测器，所述多自由度列车运动座椅和动作监测器设置在所述列车运行模拟仓内，所述列车运行模拟仓、多自由度列车运动座椅、动作监测器和信号采集器均与所述列车运行模拟控制器连接。
进一步的，所述列车运行模拟仓还包括有用于模拟车内外噪音的噪声模拟器和用于模拟车外景色的视景模拟器，所述噪声模拟器和视景模拟器与所述列车运行模拟控制器连接。
进一步的，所述信号采集器包括脑电信号采集器、皮电信号采集器、肌电信号采集器、心电信号采集器、体压分布采集器、足底压力采集器和眼部信息采集器，所述脑电信号采集器、皮电信号采集器、肌电信号采集器、心电信号采集器、体压分布采集器、足底压力采集器和眼部信息采集器均与所述列车运行模拟控制器连接。
进一步的，所述动作监测器包括与所述列车运行模拟控制器连接的运动记录摄像头和光学动作捕捉器，所述运动记录摄像头和光学动作捕捉器朝向所述多自由度列车运动座椅设置。进一步的，所述多自由度列车运动座椅包括用于乘员应激反应测试的乘员多自由度列车运动座椅和用于司机应激反应测试的司机多自由度列车运动座椅，所述司机多自由度列车运动座椅安装在所述列车运行模拟仓的头部，所述乘员多自由度列车运动座椅安装在所述司机多自由度列车运动座椅的后方。
然后，本发明公开了一种用于列车临界碰撞或者脱轨时的司乘人员应激反应测试方法，包括上述方案所述的用于列车临界碰撞或者脱轨时的司乘人员应激反应测试系统，包括如下步骤：
1)为志愿者穿戴好相关应激反应测试设备，引导志愿者进入列车运行模拟仓，并以正常姿态坐在布置好的多自由度列车运动座椅上；
2)通过列车运行模拟控制器向列车运行模拟仓发送列车正常运行模拟请求，并同时开始采集所述志愿者的应激反应数据；
3)到达列车正常运行模拟设定时间后，终止列车正常运行模拟，并向所述列车运行模拟仓发送列车临界碰撞时紧急制动运行模拟请求或者发送列车脱轨时运行模拟请求；
4)到达列车紧急制动模拟设定时间或者列车脱轨拟设定时间，终止列车运行模拟和所述应激数据的采集。
进一步的，在步骤1)中，在所述多自由度列车运动座椅的周边按照实际列车车厢环境布置相关的普通列车座椅。
进一步的，在步骤2)中，还包括：噪声模拟器产生列车正常运行时的车厢内外噪声，视景模拟器产生列车正常运行时车窗外物体运动的景色，多自由度列车运动座椅模拟列车正常运行时的多自由度运动情况。
进一步的，在步骤3)中，包括：噪声模拟器产生列车紧急制动或脱轨运行时的车厢内外噪声，视景模拟器产生列车紧急制动或脱轨运行时车窗外物体减速运动的景色以及多自由度列车运动座椅模拟列车紧急制动或脱轨运行时的多自由度运动情况。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明通过列车运行模拟系统建立真实的列车临界碰撞和脱轨环境，通过视觉、听觉、体感等多感官刺激使志愿者有身临其境的真实感。引导志愿者以正常姿态坐在多自由度列车运动座椅上，在保证志愿者安全的前提下，刺激志愿者产生应激反应。通过实时获取志愿者在面对列车临界碰撞或脱轨险态瞬间的应激反应数据，实现了司乘人员在真实的列车碰撞或脱轨事故瞬间的应激反应数据的记录与监控。本发明在保证志愿者安全的前提下，测试志愿者在列车碰撞或脱轨瞬间的真实应激反应，获取的应激反应数据真实有效，可直接用于列车内饰被动安全保护设计和列车安全性能开发。
下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明优选实施例公开的用于列车临界碰撞或者脱轨时的司乘人员应激反应测试系统现场布置示意图；
图2是本发明优选实施例公开的用于列车临界碰撞或者脱轨时的司乘人员应激反应测试系统的结构示意图；
图3是本发明优选实施例公开的用于列车临界碰撞或者脱轨时的司乘人员应激反应测试系统中部分应激反应信号采集器的布设示意图；
图4是本发明优选实施例公开的用于列车临界碰撞或者脱轨时的司乘人员应激反应测试试验流程图。
图例说明：
1、脑电信号采集器；2、皮电信号采集器；3、肌电信号采集器；4、心电信号采集器；5、光学动作捕捉器；6、体压分布采集器；7、足底压力采集器；8、列车运行模拟控制器；9、列车运行模拟仓；10、多自由度列车运动座椅；110、乘员多自由度列车运动座椅；120、司机多自由度列车运动座椅；11、运动记录摄像头；12、噪声模拟器；13、视景模拟器；14、普通列车座椅；15、眼部信息采集器。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
如图1-4所示，本发明首先公开了一种用于列车临界碰撞或者脱轨时的司乘人员应激反应测试系统，用于列车临界碰撞或者脱轨时的司乘人员应激反应测试系统包括列车运行模拟仓9、运动记录摄像头11、光学动作捕捉器5、脑电信号采集器1、皮电信号采集器2、肌电信号采集器3、心电信号采集器4、体压分布采集器6、足底压力采集器7和眼部信息采集器15。其中，
1)列车运行模拟仓9：用于模拟列车的运行，包括列车运行模拟控制器8、噪声模拟器12、视景模拟器13和多自由度列车运动座椅10，多自由度列车运动座椅10包括用于乘员应激测试的乘员多自由度列车运动座椅110和用于司机应激测试的司机多自由度列车运动座椅120。噪声模拟器12和多自由度列车运动座椅10设置在列车运行模拟仓9内。其中，列车运行模拟控制器8是包括人机交互界面的用于列车临界碰撞或者脱轨时的司乘人员应激反应测试系统总控制器，通过人机交互界面控制列车运行模拟系统建立列车临界碰撞或脱轨事件，以对志愿者施加刺激使其产生应激反应，同时存储记录应激反应数据。噪声模拟器12用于模拟列车运行时车厢内外噪声。视景模拟器13可以为VR眼镜或者显示屏，本实施例为显示屏，可以安装在车外、车内以及车窗上，比如司机前方的视景模拟器13可以是安装在列车前挡风罩上或者放置于列车前挡风罩的前面的显示屏，乘员侧方的视景模拟器13可以是安装在列车车窗上的显示屏，模拟列车运行时车窗外建筑、山林等物体运动的景色。其中，多自由度列车运动座椅10包括用于乘员应激反应测试的乘员多自由度列车运动座椅110和用于司机应激反应测试的司机多自由度列车运动座椅120，司机多自由度列车运动座椅120安装在列车运行模拟仓9的头部，乘员多自由度列车运动座椅110安装在司机多自由度列车运动座椅120的后方。多自由度列车运动座椅10为安装在多自由度运动平台上的列车座椅，其可根据列车多工况数值仿真或实车试验获得的列车姿态、加速度、角加速度等数据，模拟实际工况的座椅运动特征，同时座椅可更换，方便测试不同列车座椅型号的乘坐舒适性评价数据。通过列车运行模拟系统的视觉、听觉、体感等多感官刺激，建立真实的列车正常临界碰撞或脱轨环境，刺激志愿者产生应激反应。
2)运动记录摄像头11：与列车运行模拟控制器8相连，布置在志愿者的正侧方和正上方，记录列车临界碰撞或者脱轨时志愿者的运动过程。
3)光学动作捕捉器5：与列车运行模拟控制器8相连，在志愿者的周边布置多个光学动作捕捉器5，与贴于志愿者四肢/躯干主要关节部位的标记点配合使用，在志愿者产生应激反应的过程中，采集志愿者的运动行为数据并发送至列车运行模拟控制器8。标记点为表面覆盖有特殊反光材料的标记物(marker点)，可以高于50HZ的频率捕捉志愿者应激反应瞬间的三维运动轨迹等运动特征数据。
4)脑电信号采集器1：与列车运行模拟控制器8相连，将脑电信号传感器布置在志愿者大脑表皮上，采集志愿者在应激感知与决策过程中的脑电信号并发送至列车运行模拟控制器8。
5)皮电信号采集器2：与列车运行模拟控制器8相连，将皮电信号传感器布置在志愿者手掌和手指上，在志愿者产生应激反应的过程中，采集志愿者的皮电信号并发送至列车运行模拟控制器8。
6)肌电信号采集器3：与列车运行模拟控制器8相连，将肌电信号传感器布置在志愿者的颈部和四肢的主要肌肉表皮上，在志愿者产生应激反应的过程中，采集志愿者的肌电信号并发送至列车运行模拟控制器8。通过肌电信号可分析在志愿者应激反应过程中的肌肉激活水平。
7)心电信号采集器4：与列车运行模拟控制器8相连，将心电信号传感器布置在志愿者的相应胸部表皮上，在志愿者产生应激反应的过程中，采集志愿者的心电信号并发送至列车运行模拟控制器8。
8)体压分布采集器6：与列车运行模拟控制器8相连，将体压分布传感器布置在多自由度列车运动座椅10上，在志愿者产生应激反应的过程中，采集志愿者的体压分布信号并发送至列车运行模拟控制器8。
9)足底压力采集器7：与列车运行模拟控制器8相连，将足底压力传感器布置在志愿者的脚底下，在志愿者产生应激反应的过程中，采集志愿者的脚部对车厢地面的压力分布信号并发送至列车运行模拟控制器8。
然后本发明公开了一种用于列车临界碰撞或者脱轨时的司乘人员应激反应测试方法，具体步骤如下：
1)为志愿者穿戴好相关应激反应测试设备，引导志愿者进入列车运行模拟仓9，并以正常姿态坐在布置好的多自由度列车运动座椅10上。为了增加列车运行模拟仓9的真实感，可在志愿者所在的多自由度列车运动座椅10的周边按照实际列车车厢环境布置相关的普通列车座椅14。
2)通过列车运行模拟控制器8向列车运行模拟系统发送列车正常运行模拟请求，并同时开始采集所述志愿者的应激反应数据。列车正常运行模拟时，噪声模拟器12产生列车正常运行时的车厢内外噪声。视景模拟器13产生列车正常运行时车窗外建筑、山林等物体匀速运动的景色。多自由度列车运动座椅10模拟列车正常运行时的多自由度运动情况。
3)到达列车正常运行模拟设定时间后，终止列车正常运行模拟，并向所述列车运行模拟系统发送列车临界碰撞时紧急制动运行模拟请求或者脱轨时运行模拟请求，噪声模拟器12产生列车紧急制动运行时的车厢内外噪声或者脱轨列车与底面的剧烈摩擦碰撞的噪音。视景模拟器13产生列车紧急制动或脱轨运行时车窗外建筑、山林等物体减速运动的景色。多自由度列车运动座椅10模拟列车紧急制动或脱轨运行时的多自由度运动情况。
4)到达列车紧急制动模拟设定时间或者列车脱轨拟设定时间，终止列车运行模拟和所述应激数据的采集。
在测试过程中，列车正常运行模拟、紧急制动模拟和列车脱轨的设定时间均由试验人员设定，达到列车紧急制动模拟的设定时间后，列车运行模拟控制器8向列车运行模拟系统发送停止模拟的指令，向脑电信号采集器1、皮电信号采集器2、肌电信号采集器3、心电信号采集器4、体压分布采集器6、足底压力采集器7和眼部信息采集器15发送停止数据采集的指令。通过列车的正常运行模拟和紧急制动或脱轨模拟，使得测得的志愿者应激反应数据中，既包含志愿者受到刺激时的应激反应，又包含志愿者正常状态时的反应，使得应激反应数据不仅可以用于列车内饰的被动安全保护设计，也可用于列车座椅舒适性设计；而两种类型的数据产生对比，也便于应激反应数据的深入挖掘与分析。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化，比如用于司乘人员乘坐舒适性测试。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于列车临界碰撞或者脱轨时的司乘人员应激反应测试系统，其特征在于，包括列车运行模拟仓(9)、列车运行模拟控制器(8)、多自由度列车运动座椅(10)、用于监测人体应激反应的信号采集器和用于监测人体动作的动作监测器，所述多自由度列车运动座椅(10)和动作监测器设置在所述列车运行模拟仓(9)内，所述列车运行模拟仓(9)、多自由度列车运动座椅(10)、动作监测器和信号采集器均与所述列车运行模拟控制器(8)连接。
2.根据权利要求1所述的用于列车临界碰撞或者脱轨时的司乘人员应激反应测试系统，其特征在于，所述列车运行模拟仓(9)还包括有用于模拟车内外噪音的噪声模拟器(12)和用于模拟车外景色的视景模拟器(13)，所述噪声模拟器(12)和视景模拟器(13)与所述列车运行模拟控制器(8)连接。
3.根据权利要求1所述的用于列车临界碰撞或者脱轨时的司乘人员应激反应测试系统，其特征在于，所述信号采集器包括脑电信号采集器(1)、皮电信号采集器(2)、肌电信号采集器(3)、心电信号采集器(4)、体压分布采集器(6)、足底压力采集器(7)和眼部信息采集器(15)，所述脑电信号采集器(1)、皮电信号采集器(2)、肌电信号采集器(3)、心电信号采集器(4)、体压分布采集器(6)、足底压力采集器(7)和眼部信息采集器(15)均与所述列车运行模拟控制器(8)连接。
4.根据权利要求1所述的用于列车临界碰撞或者脱轨时的司乘人员应激反应测试系统，其特征在于，所述动作监测器包括与所述列车运行模拟控制器(8)连接的运动记录摄像头(11)和光学动作捕捉器(5)，所述运动记录摄像头(11)和光学动作捕捉器(5)朝向所述多自由度列车运动座椅(10)设置。
5.根据权利要求1-4任一所述的用于列车临界碰撞或者脱轨时的司乘人员应激反应测试系统，其特征在于，所述多自由度列车运动座椅(10)包括用于乘员应激反应测试的乘员多自由度列车运动座椅(110)和用于司机应激反应测试的司机多自由度列车运动座椅(120)，所述司机多自由度列车运动座椅(120)安装在所述列车运行模拟仓(9)的头部，所述乘员多自由度列车运动座椅(110)安装在所述司机多自由度列车运动座椅(120)的后方。
6.一种用于列车临界碰撞或者脱轨时的司乘人员应激反应测试方法，其特征在，包括上述权利要求1-5任一所述的用于列车临界碰撞或者脱轨时的司乘人员应激反应测试系统，包括如下步骤：
1)为志愿者穿戴好相关应激反应测试设备，引导志愿者进入列车运行模拟仓(9)，并以正常姿态坐在布置好的多自由度列车运动座椅(10)上；
2)通过列车运行模拟控制器(8)向列车运行模拟仓(9)发送列车正常运行模拟请求，并同时开始采集所述志愿者的应激反应数据；
3)到达列车正常运行模拟设定时间后，终止列车正常运行模拟，并向所述列车运行模拟仓(9)发送列车临界碰撞时紧急制动运行模拟请求或者发送列车脱轨时运行模拟请求；
4)到达列车紧急制动模拟设定时间或者列车脱轨拟设定时间，终止列车运行模拟和所述应激数据的采集。
7.根据权利要求6所述的用于列车临界碰撞或者脱轨时的司乘人员应激反应测试方法，其特征在于，在步骤1)中，在所述多自由度列车运动座椅(10)的周边按照实际列车车厢环境布置相关的普通列车座椅(14)。
8.根据权利要求6所述的用于列车临界碰撞或者脱轨时的司乘人员应激反应测试方法，其特征在于，在步骤2)中，还包括：噪声模拟器(12)产生列车正常运行时的车厢内外噪声，视景模拟器(13)产生列车正常运行时车窗外物体运动的景色，多自由度列车运动座椅(10)模拟列车正常运行时的多自由度运动情况。
9.根据权利要求6所述的用于列车临界碰撞或者脱轨时的司乘人员应激反应测试方法，其特征在于，在步骤3)中，包括：噪声模拟器(12)产生列车紧急制动或脱轨运行时的车厢内外噪声，视景模拟器(13)产生列车紧急制动或脱轨运行时车窗外物体减速运动的景色，多自由度列车运动座椅(10)模拟列车紧急制动或脱轨运行时的多自由度运动情况。
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