位于车辆后座区的笔记本电脑

表1。电子测角传感器名称和规范

传感器联合测量输出范围精度重复性串扰

SG150髋关节屈曲/伸展，外展/内收（图4.a）±150°±2°±1°<±5%

SG150膝关节屈曲/伸展（图4.b）±150°±2°±1°<±5%

SG110/A踝关节背伸/跖屈、外翻/内翻（图4.c）±150°±2°±1°<±5%

图4。电测角测量输出

肌电图-肌电图（EMG）子系统提供驾驶员右腿下部相关肌肉活动的信息。它包括由Biometrics Ltd制造的非侵入式SX230传感器/放大器，以及提供所需接地基准的接地带。传感器与主体单元放大器相连。

根据初步研究[Freeman，2006]选择了两种肌肉在驾驶过程中进行监控：胫骨前肌和比目鱼肌（图7），它们位于小腿，负责踝关节的背伸/跖屈。胫前肌在足背屈时收缩，在足跖屈时伸展。比目鱼肌收缩是为了踝关节跖屈，并随着踝关节背屈而伸展。腓肠肌是一种较大的肌肉，在背屈和跖屈中起主要控制作用；然而，比目鱼肌优于腓肠肌，因为它在踝关节跖屈时信号更清晰[Freeman，2006]。

胫骨肌位于小腿（胫骨）前部，沿着胫骨外侧向下延伸。比目鱼肌最接近小腿下部的皮肤表面，跟腱的两侧。这些传感器用双面胶带贴在驾驶员皮肤上，定位在肌肉腹部上方，并与肌肉纤维对齐。

音频/视频-该音频视频子系统包括两个带内置麦克风的USB网络摄像头，以及一个额外的独立麦克风，以确保在视频故障时，音频数据得以恢复。音频/视频数据在理解驾驶测试条件方面起着重要的后处理作用；音频设备记录驾驶员对通过测试和结束测试问卷的回答，而视频数据用于验证在对其他子系统记录的数字数据进行后处理时识别的驾驶操作。

安装在乘客座椅头枕上的一个摄像头通过车辆正前方的挡风玻璃监控视野，提供交通信息（图8）。带相关光源的第二个摄像头位于转向柱下方，面向踏板和驾驶员脚（图9）。图9所示的事件标记红色LED在激活联合事件标记时亮起，允许音频视频数据与其他子系统收集的数字数据对齐。挡风玻璃视频的LED标记器放置在车辆仪表板上。

表2。压力垫名称和规格

传感器名称单元尺寸（mm）单元阵列传感面积（mm x mm）校准压力（KPa）分辨率（KPa）

座椅垫24 16 x 16 429 x 429 26.7 0.1

轿厢地板6 15 x 20 149 x 199 206.8 0.81

油门踏板6 15 x 6 138 x 49 206.8 0.81

制动踏板6 12 x 8 108.5 x 69 206.8 0.81

鞋垫6 16 x 8鞋垫206.8 0.81

图5驾驶员座椅软垫原位

图6原位加速器、刹车和地板垫

图8头枕安装摄像头的视图

图9安装在转向柱上的摄像头视图

图7。胫骨前肌和比目鱼肌

车载诊断系统（OBD）在车载诊断板（OBD-ASSIGN）上提供了有关车载诊断系统（OBD）的诊断数据和诊断结果的通用信息。监测油门踏板的位置、制动管路压力，并提供踏板激活标志，以识别每个踏板何时使用，此子系统提供的数据可对驾驶员-踏板交互作用进行详细分析。

全球定位系统（GPS）-商用GPS（MicroSat，Datron技术）已集成到测量系统中，以记录车辆位置、速度和方向数据。MicroSat设备的数据采集速率为20Hz，可以将实时数据直接记录到笔记本电脑或内存中，以便以后下载。

此子系统对于确定发生数字数据中确定的事件的驾驶情况非常有用，尤其是在控制不良的环境（如公共道路）中进行驾驶测试时。

数据收集练习计划并进行了一次试驾期间以数据收集练习形式进行的验证活动，以演示和评估系统的性能和能力。

就绩效而言，本次验证活动的具体目标是：

验证所有设备都能集成到测量系统中；

验证所有数据通道均能同步，并能可靠地在长时间内就地记录数据；

制定和验证为驾驶员安装所有设备的程序，并确认系统/设备没有干扰性，即不会影响驾驶员完成驾驶任务的能力，也不会影响驾驶员的舒适感。

从能力的角度来看，测试的目的是验证使用测量系统收集的客观人体工程学数据能够显示驾驶员在车内的位置、驾驶过程中小腿的运动和活动方面的具体差异。

为了实现这一目标，计划了一个驾驶测试计划，其中包括控制驾驶条件（即在试车跑道上和预先设定的时间表中，包括控制速度坡道和停车）和在公共道路上的非受控驾驶，包括公路、城市行驶和乡村道路。试驾以另一个受控的圈结束。总的来说，每个司机的驾驶考试大约需要一个小时才能完成。

三名受试者涵盖了一系列人体测量学（见表3）以进行试驾。所有测试都是在同一辆SUV车辆上进行的，以减少因移动车载设备（压力垫、OBD、音频/视频和GPS）而引起的变化。为了进一步降低基于车辆的设置中试验之间的可变性，对座椅的高度调节进行了限制，即受试者只能调整前后座椅位置和座椅倾角。

制定并遵循了一个程序，用电子测角仪和肌电设备对受试者进行仪器测试，其中还包括一个“静态”测试，旨在评估受试者的活动范围，并在驾驶员将自己定位到车辆中之前对设备进行“调零”。

表3。试驾受试者的人体测量特征（括号内以男性人口的百分位数[12]表示）

人体测量数据[m]/（%）

驾驶员高度：大腿-小腿-总腿-脚

1 1.57（1%）0.42（30%）0.36（1%）0.78 0.24（3%）

2 1.78（61%）0.47（99%）0.43（67%）0.90 0.26（42%）

3 1.86（94%）0.49（99%）0.45（92%）0.94 0.27（74%）

为了评估试驾过程中的主观舒适性，开发了一份基本问卷，并在整个驾驶过程中收集了驾驶员的逐字反馈。

两天内进行了驾驶测试，结果表明所有设备的性能都很可靠。在整个事件中，所有子系统都完全运行，数据同步按计划工作。

受试者对基于驾驶员的仪器（测角仪和肌电图）的反馈是，这不会影响他们的驾驶能力或他们的舒适感。

初步结果和分析

为了分析测试过程中记录的大量数据，开发了几个Matlab®例程来协助数据处理、同步和分析。

图10至图12显示了压力垫子系统的输出分析，即座椅、油门踏板和汽车地板上的压力分布模式。

图10.a、11.a和12.a中的压力图清楚地表明了这三名驾驶员在车内的位置在前后座椅位置、座椅倾斜和驾驶员在座椅中的向后位置方面的显著差异。

来自压力垫子系统的数据被进一步处理，以调查在整个测试过程中驾驶员与汽车互动方式的变化。图10.b 11.b和12.b中的二维箱形和触须图显示了整个试验过程中脚底踏板接触点的分布，计算为相应压力图的重心。这些图表显示了驾驶位置的重新调整程度，这可能与不适程度有关。

电子测角子系统提供的另一组重要数据已被处理，以显示驾驶员右脚在油门踏板上的位置。图13.a-c中的图表显示了踝关节背屈/跖屈运动在初始和最终受控轨道驾驶过程中的运动历史。外边界是驾驶员在背伸和足底屈曲时的最大自主收缩（MVC），而内边界代表每个驾驶员的舒适范围；接近零的线是MVC范围的中点。计划并进行了一次试驾期间以数据收集练习形式进行的验证活动，以演示和评估系统的性能和能力。

就绩效而言，本次验证活动的具体目标是：

验证所有设备都能集成到测量系统中；

验证所有数据通道均能同步，并能可靠地在长时间内就地记录数据；

制定并验证向驾驶员提供所有设备的程序，并确认系统/设备没有干扰性，即不会影响驾驶员完成任务的能力

背屈/跖屈历史曲线清楚地表明，前两名驾驶员主要在跖屈状态下操作油门踏板，在MVC范围的中点附近。然而，第三名驾驶员（身材较高，采用紧凑的驾驶位置）在背伸范围的中间操作油门踏板，这可以解释报告的不适程度较高。

a、 座椅、地板和踏板压力图

a、 座椅、地板和踏板压力图

a、 座椅、地板和踏板压力图

图13。踝关节背屈/跖屈病史

结论

本文介绍了一种驾驶员-踏板交互作用的客观工效测量系统的开发。

对该系统进行的验证性驾驶试验表明，该系统性能良好，即所有子系统都得到了适当的集成和同步，并且能够在较长时间内记录真实驾驶事件中的所有建议参数。该设备对驾驶员的干扰最小，不会影响他们完成驾驶任务的能力或驾驶舒适度。检测驱动程序和设置每个测试的程序都是健壮的，能够记录大量的数据。

通过对验证试驾收集的数据进行初步分析，可以指出驾驶员在位置/姿势、腿部运动和关节角度方面的差异。进一步的工作正在开发后处理能力，以分析在试驾过程中收集的数据，以获得完整的人体工程学特征，包括与肌电图输出的相关性，以便深入了解不同组腿部肌肉的负荷水平。

综上所述，开发的集成测量系统展示了一个用于收集客观人体工程学数据的可靠平台，该平台可以增强对驾驶员小腿舒适度因素与加速和制动踏板驱动的关系的理解。