專利名稱：一種動(dòng)態(tài)乘駕環(huán)境人體生理特性及生物力學(xué)測(cè)試平臺(tái)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于人機(jī)工程學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種實(shí)驗(yàn)測(cè)試裝置，特別涉及一 種動(dòng)態(tài)乘駕環(huán)境人體生理特性及生物力學(xué)測(cè)試平臺(tái)。
背景技術(shù)：
汽車是20世紀(jì)最偉大的發(fā)明之一。自1886年卡爾*本茨研制成功世界 第一輛汽車至今，汽車已經(jīng)經(jīng)歷了 120多年的發(fā)展。在這百年發(fā)展期間，汽 車工業(yè)從無到有，以驚人的發(fā)展速度寫下了人類近代文明史的重要篇章。汽 車作為社會(huì)發(fā)展、人類文明和科學(xué)進(jìn)步的產(chǎn)物，已為人類文明進(jìn)步和社會(huì)經(jīng) 濟(jì)發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。目前，全世界汽車保有量已超過6億輛，平均每8人擁有一輛汽車(即 人均0.13輛)。汽車普及率最高的是美國(guó)，平均1.3人擁有一輛；西歐及日 本等發(fā)達(dá)國(guó)家，平均2 3人擁有一輛。在現(xiàn)代社會(huì)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展 和汽車的普及，汽車已不僅作為人們的交通工具，更是人們生活空間的延伸。 據(jù)英國(guó)科學(xué)家調(diào)查發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)時(shí)間坐在汽車?yán)锏娜顺Ｓ械募膊∈且驗(yàn)樽谓Y(jié)構(gòu) 的不合理、座椅到腳踏板的距離調(diào)節(jié)不正確、背部?jī)A斜的角度不合理和汽車 各操控元件布局欠合理。以上因素均可歸結(jié)為汽車乘駕環(huán)境設(shè)計(jì)(又稱人車 界面設(shè)計(jì))的不合理，汽車乘駕環(huán)境空間設(shè)計(jì)作為車型設(shè)計(jì)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，與乘駕的舒適性和駕駛的安全性具有直接的關(guān)系，因此也越來越受到人們的 關(guān)注和汽車制造商的重視。常規(guī)的人車界面設(shè)計(jì)方法主要以人體肢體運(yùn)動(dòng)學(xué)和幾何學(xué)為主，人機(jī)工 程學(xué)方面則主要以人的舒適和疲勞等綜合而主觀的定性結(jié)論、經(jīng)驗(yàn)規(guī)則、幾 何接觸約束為依據(jù)，少有考慮駕駛員人體生物力學(xué)特性和人體生理特性的科學(xué)規(guī)律。由于缺乏定量的計(jì)算與分析方法，使人車界面設(shè)計(jì)的結(jié)果很難在生 物學(xué)和生物力學(xué)的度測(cè)空間滿足人體乘駕舒適的需求，尤其難以滿足駕駛員 個(gè)性化(指單體個(gè)性或群體個(gè)性)的要求。從生物力學(xué)分析和人體生理特性 來看，如果人車接觸界面設(shè)計(jì)使得人體體壓分布不合理，則會(huì)造成人體皮膚層的局部受壓，長(zhǎng)時(shí)間則會(huì)引起人體酸麻等疲勞現(xiàn)象；如果人車接觸界面設(shè)計(jì)使人體脊柱形態(tài)不合理，則會(huì)造成人體背部不適與疼痛，進(jìn)而極易引起人體疲勞，誘發(fā)駕駛職業(yè)?。蝗绻塑嚥倏亟缑媸沟萌梭w肌肉施力方式、大小不合理，會(huì)使持續(xù)收縮的肌肉壓迫血管，進(jìn)而阻止血液進(jìn)入肌肉，當(dāng)人體肌肉無法通過血液得到充足的氧，則易引起人體肌肉疲勞，并造成人體肌肉酸痛。其次，目前的人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)缺乏人機(jī)個(gè)性化的考慮，而汽車產(chǎn)品的駕駛恰恰是面向個(gè)體的，雖然目前一般汽車設(shè)計(jì)有可調(diào)界面的功能，但只是解決了部分人機(jī)問題。再之，現(xiàn)有人機(jī)界面設(shè)計(jì)只是參考人機(jī)工程學(xué)中的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和通用規(guī)則，沒有從生物力學(xué)機(jī)理上形成人機(jī)界面的設(shè)計(jì)方法，并缺乏考慮動(dòng)態(tài)環(huán)境(振動(dòng)環(huán)境)對(duì)人機(jī)系統(tǒng)的重要影響。由于缺乏汽車乘駕體位 生物力學(xué)特性科學(xué)數(shù)據(jù)的指導(dǎo)，再加之缺乏動(dòng)態(tài)乘駕環(huán)境下的人體生理特性科學(xué)數(shù)據(jù)的指導(dǎo)，使人機(jī)車操控界面和人機(jī)接觸界面的問題就無法從機(jī)理上 得到解決。傳統(tǒng)的人機(jī)工程學(xué)主要依據(jù)人體測(cè)量學(xué)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的人-車接 觸界面設(shè)計(jì)，依據(jù)人體疲勞統(tǒng)計(jì)的一些經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的人-車操控界面 及操作方式的設(shè)計(jì)，并沒有真正從機(jī)理上解決汽車乘駕舒適性和乘駕的疲勞 問題。有關(guān)駕駛舒適性的人體生物力學(xué)問題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者己進(jìn)行了較多的探 討性研究工作，如1988年，Matsuoka和Hanai通過體壓分布研究，提出了 乘客舒適度姿勢(shì)的位置。20世紀(jì)90年代初期，Reed、 Lee和Thakurta等通 過對(duì)被試者的接觸壓力測(cè)量或EMG-肌電圖測(cè)量來評(píng)價(jià)座椅的舒適度。Tobias 等建立了人體腰椎的有限元模型，通過該模型分析了人體的腰椎在受壓時(shí)的生物力學(xué)特性，該模型也可用于腰椎的穩(wěn)定性分析。God通過有限元方法 對(duì)人體胸椎的受力和腰部韌帶的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了分析和模擬。Oxlang研究了人 體關(guān)節(jié)的生物力學(xué)問題。1995年，Reed等研究提出了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的汽車座椅 引起后背腰椎脊柱前癥和理想的坐姿脊柱外形的不相容性。加拿大M.Kolich 通過12項(xiàng)指標(biāo)對(duì)5種緊湊型汽車座椅的舒適性進(jìn)行了測(cè)試，研究指出汽車 接觸界面的舒適性是一個(gè)新的研究分支，現(xiàn)有的基于人體測(cè)量學(xué)的人機(jī)工程 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則并不能適用于汽車人-車接觸界面的設(shè)計(jì)。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)有關(guān)汽 車駕駛疲勞的問題也進(jìn)行了很多研究工作，如我國(guó)劉榮等人研究了關(guān)節(jié)功率 與人體各部分疲勞之間的關(guān)系。上海交通大學(xué)李增勇、王成燾從人機(jī)工程學(xué) 角度綜合分析了造成駕駛疲勞的環(huán)境因素，指出視覺界面、聽覺界面、人_ 座椅界面、人-操作界面是影響駕駛疲勞主要人機(jī)界面，并從汽車人機(jī)界面 設(shè)計(jì)角度提出了防止和緩解駕駛疲勞的有效措施。但是，以上研究并沒有將 人體生物力學(xué)特性分析融入設(shè)計(jì)方法和理論中，提出相應(yīng)的設(shè)計(jì)理論和方 法。近幾年來，西安交通大學(xué)張鄂、洪軍、梁建、韓英等人設(shè)計(jì)了汽車乘駕 體位生物力學(xué)特性測(cè)試平臺(tái)，進(jìn)行了人車接觸界面的靜態(tài)體壓分布研究和人 體靜態(tài)操作姿勢(shì)與肌肉硬度、血流特性等人體生物力學(xué)關(guān)系的研究，并提出 了人體疲勞及舒適性的一些生物力學(xué)準(zhǔn)則，但是他們的研究完全是基于人車 的靜態(tài)環(huán)境，沒有考慮人車動(dòng)態(tài)環(huán)境的影響。然而，動(dòng)態(tài)環(huán)境(振動(dòng)環(huán)境) 對(duì)人機(jī)系統(tǒng)以及乘駕環(huán)境下的人體生理特性、人體生物力學(xué)特性及人體疲勞 與人體舒適性有著極其重要的影響。日本開發(fā)的可變座椅，其特點(diǎn)是能模擬各種類型的座椅及測(cè)出被測(cè)人員 的坐姿和各部位受力情況。清華大學(xué)的汽車座椅體壓分布測(cè)試系統(tǒng)，用于測(cè) 試汽車座椅人-椅接觸界面上的壓力分布情況，其目的是為座椅乘坐舒適性 的全面評(píng)價(jià)提供一個(gè)客觀依據(jù)，同時(shí)測(cè)試結(jié)果也可以應(yīng)用于指導(dǎo)設(shè)計(jì)，以達(dá) 到更好的體壓分布性能或者在不影響乘坐舒適性的前提下，盡可能節(jié)省座椅墊材。上述研究中，還沒有一例將人機(jī)工程與生物力學(xué)融合，研究定量的人機(jī)工程方法。2005年，西安交通大學(xué)設(shè)計(jì)的汽車乘駕體位生物力學(xué)測(cè)試平 臺(tái)，雖然實(shí)現(xiàn)了人機(jī)工程與生物力學(xué)的部分融合，并為人機(jī)界面設(shè)計(jì)提供了 一些量化方法，但對(duì)動(dòng)態(tài)環(huán)境(振動(dòng)環(huán)境)對(duì)人機(jī)系統(tǒng)以及乘駕環(huán)境下的人 體生理特性和人體生物力學(xué)特性即人體疲勞與人體舒適性的重要影響尚未 考慮，而且提供的人體生理特性和人體生物力學(xué)特性測(cè)試方法較為有限。發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于提供一種動(dòng)態(tài) 乘駕環(huán)境人體生理特性測(cè)試平臺(tái)，它既能模擬汽車的動(dòng)態(tài)環(huán)境(振動(dòng)環(huán)境)， 即可以進(jìn)行無級(jí)變頻、變幅、變加速度的定頻、掃頻振動(dòng)；又能模擬汽車各 種乘駕環(huán)境的體位操作；并能測(cè)量駕員的人體肌電信號(hào)、人體動(dòng)脈血流量、 人體血壓響應(yīng)、人體心跳數(shù)等人體生理特性指標(biāo)和動(dòng)態(tài)乘駕環(huán)境的人體各部 振動(dòng)響應(yīng)、人椅界面的接觸應(yīng)力以及人體臀部、背部的體壓分布；并可對(duì)不 同人群乘駕體位的人體生物力學(xué)特性和人體生理特性進(jìn)行研究和綜合測(cè)試。為實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方案一種動(dòng)態(tài)乘駕環(huán)境人體生理特性及生物力學(xué)測(cè)試平臺(tái)，其特征在于，該 測(cè)試平臺(tái)主要由動(dòng)態(tài)激振系統(tǒng)、三維數(shù)字化可調(diào)座椅系統(tǒng)、三維可調(diào)乘駕機(jī) 構(gòu)和人體生理特性及生物力學(xué)測(cè)試系統(tǒng)四部分構(gòu)成；動(dòng)態(tài)激振系統(tǒng)，包括一個(gè)基板，基板由支承座支撐在地面上，支承座的 四角上設(shè)有支撐彈簧，用以緩解對(duì)地面的振動(dòng)?；逑路綄?duì)稱安裝有兩個(gè)激 振電機(jī)，兩個(gè)激振電機(jī)之間連接有可編程控制器，可編程控制器連接變頻器； 通過可編程控制器控制兩個(gè)激振電機(jī)產(chǎn)生同步反向振動(dòng)，并使產(chǎn)生的激振力 水平分量相互抵消，以保證試驗(yàn)平臺(tái)能產(chǎn)生動(dòng)態(tài)環(huán)境的垂直振動(dòng)；通過調(diào)節(jié) 激振電機(jī)內(nèi)部軸端偏心塊的角度，以實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)解激振力；在可編程控制器 上配置變頻器，用以實(shí)現(xiàn)振動(dòng)電機(jī)的無機(jī)調(diào)頻；該動(dòng)態(tài)激振系統(tǒng)可以產(chǎn)生變頻、變幅的垂直振動(dòng)，即產(chǎn)生試驗(yàn)所需的動(dòng)態(tài)環(huán)境。三維數(shù)字化可調(diào)座椅系統(tǒng)，包括設(shè)置在基板上的座椅，該座椅由座椅面、椅背、座椅靠墊和座椅墊構(gòu)成；座椅面下部安裝有座椅面的角度調(diào)節(jié)器，椅 背和座椅面的連接處裝有椅背角度調(diào)節(jié)器，以實(shí)現(xiàn)椅背和座椅面兩者間的角 度調(diào)節(jié)；在座椅面上均勻布置有陣列微型塊狀壓力傳感器，椅背上也均勻布 置有陣列微型塊狀壓力傳感器，用于測(cè)試各點(diǎn)的壓力分布；在微型塊狀壓力 傳感器上面安裝有可調(diào)螺釘，用于生成三維數(shù)字化可調(diào)座椅的所需三維形 面；在座椅面和椅背上置有由橡膠墊和軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料墊(海綿墊)構(gòu) 成的座墊和靠墊，以使形面更為平滑。座椅系統(tǒng)通過支架固定在試驗(yàn)平臺(tái)的 基板上。三維可調(diào)乘駕機(jī)構(gòu)，包括設(shè)置在基板上的三維可調(diào)操縱桿、三維可調(diào)方 向盤和可調(diào)腳踏板，用以實(shí)現(xiàn)不同乘駕環(huán)境試驗(yàn)各種體位操作的可調(diào)功能； 其中，三維可調(diào)操縱桿用于實(shí)現(xiàn)操縱桿在X、 Y、 Z方向上的位置調(diào)節(jié)；三 維可調(diào)方向盤用于實(shí)現(xiàn)方向盤在X、 Y、 Z方向上的位置調(diào)節(jié)、繞Y軸方向 轉(zhuǎn)動(dòng)的角度調(diào)節(jié)及軸向長(zhǎng)度的調(diào)節(jié)；三維可調(diào)腳踏板由制動(dòng)剎車腳踏板、離 合器腳踏板和油門腳踏板組成；用于實(shí)現(xiàn)各個(gè)腳踏板在X、 Y、 Z方向上的 位置調(diào)節(jié)和繞Y軸方向轉(zhuǎn)動(dòng)的角度調(diào)節(jié)；上述各可調(diào)機(jī)構(gòu)都可以實(shí)現(xiàn)其所需 位置和姿態(tài)的調(diào)整，以滿足不同體形人群在乘駕環(huán)境進(jìn)行各種體位操作的需 要。通過模擬乘駕環(huán)境和基于人體生物力學(xué)特性的乘坐舒適性評(píng)價(jià)系統(tǒng)，可 以得到不同體形人群的汽車人機(jī)界面設(shè)計(jì)所需的^f學(xué)數(shù)據(jù)。人體生理特性及生物力學(xué)測(cè)試系統(tǒng)，包括人體肌電信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)、分布 式體壓測(cè)量系統(tǒng)、多普勒超聲波血流速測(cè)量系統(tǒng)、人體血壓測(cè)量系統(tǒng)、人體 振動(dòng)響應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)和分析計(jì)算機(jī)；其中人體肌電信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)、多普勒超 聲波血流速測(cè)量系統(tǒng)和人體血壓測(cè)量系統(tǒng)通過表面電極或探頭與被試人員 的相關(guān)組織相連，用于測(cè)量和分析不同乘駕體位和振動(dòng)環(huán)境下各參量的響應(yīng)；人體振動(dòng)響應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)通過測(cè)量椅面和人體不同部位的加速度響應(yīng)，以 研究動(dòng)態(tài)乘駕環(huán)境下人體系統(tǒng)的振動(dòng)特性；分布式體壓測(cè)量系統(tǒng)和座椅面和 座椅背上均勻布置的陣列微型塊狀壓力傳感器連接，用于反映各點(diǎn)壓力的電 壓信號(hào)，微型塊狀壓力傳感器通過本身的信號(hào)線與多路信號(hào)放大器連接，而 多路信號(hào)放大器則通過數(shù)據(jù)線與A/D轉(zhuǎn)換器連接，A/D轉(zhuǎn)換器通過數(shù)據(jù)線將 測(cè)得的分析信號(hào)輸入分析計(jì)算機(jī)，分析計(jì)算機(jī)內(nèi)設(shè)置有測(cè)量分析軟件，用于 對(duì)體壓信號(hào)進(jìn)行存貯、分析處理和顯示。上述人體肌電信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)，主要由表面電極、肌電儀、微機(jī)接口器和 數(shù)據(jù)分析軟件組成。表面電極通過本身的信號(hào)線與肌電儀連接，肌電儀與數(shù) 據(jù)采集裝置連接，各個(gè)表面電極所測(cè)得的肌電信號(hào)傳入肌電儀，再經(jīng)肌電儀 傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集裝置，而數(shù)據(jù)采集裝置則通過微機(jī)接口器實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)連 接，進(jìn)而使采集到的肌電信號(hào)可在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理。上述多普勒超聲波血流速測(cè)量系統(tǒng)，主要由超聲波發(fā)射裝置、探頭和信 號(hào)接收裝置等組成。當(dāng)被測(cè)試者落座后，把探頭固定在人體測(cè)試的動(dòng)脈上， 超聲波發(fā)射裝置發(fā)射超聲波，通過探頭照射血管中的血細(xì)胞并利用多普勒效 應(yīng)，血細(xì)胞收到的聲波頻率將發(fā)生變化。然后利用超聲波的反射特性，照射 到血細(xì)胞的超聲波將發(fā)生反射，通過超聲接收裝置接收反射回波信號(hào)，再次 利用多普勒效應(yīng)便可測(cè)得回波頻率。最后把入射超聲波頻率和接收到的聲波 頻率差，即頻移信號(hào)經(jīng)過濾波、放大，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，即可得到人體的血流速響應(yīng)并進(jìn)行顯示。上述人體血壓測(cè)量系統(tǒng)，主要采用的是基于示波法電子血壓計(jì)，它主要 通過測(cè)量、分解和比較充氣袖帶中的壓力信號(hào)來獲得人體取壓值。袖帶中的 壓力信號(hào)是袖帶靜壓信號(hào)和脈搏波信號(hào)的疊加，經(jīng)過放大和濾波，該壓力信 號(hào)分為兩路 一路作為脈搏波信號(hào)，另一路作為袖帶靜壓信號(hào)。兩種信號(hào)經(jīng) A/D轉(zhuǎn)換后送入計(jì)算機(jī)處理，剔除干擾，檢測(cè)出人體真正脈搏波。然后根據(jù)充氣過程中脈搏波的振幅變化確定平均壓，再確定收縮壓和舒張壓，進(jìn)而分 析出的動(dòng)態(tài)乘駕環(huán)境下人體的血壓響應(yīng)。上述人體振動(dòng)響應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)，主要由加速度計(jì)、電荷放大器、數(shù)據(jù)記錄 裝置和頻譜儀組成。試驗(yàn)時(shí)，通過加速度計(jì)測(cè)量座椅面和人體各部位(如頭 部、肩部)的加速度響應(yīng)，然后把所得信號(hào)經(jīng)過電荷放大器放大后輸入頻譜 儀進(jìn)行頻譜分析，以研究人體的振動(dòng)響應(yīng)并進(jìn)行結(jié)果顯示。上述分布式體壓測(cè)量系統(tǒng)，包括微型塊狀壓力傳感器，，微型塊狀壓力 傳感器，通過本身的信號(hào)線與多路信號(hào)放大器，連接，多路信號(hào)放大器，則通過數(shù)據(jù)線與A/D轉(zhuǎn)換器，相連接，A/D轉(zhuǎn)換器，通過數(shù)據(jù)線將分析信號(hào) 輸入計(jì)算機(jī)。本發(fā)明的動(dòng)態(tài)乘駕環(huán)境人體生理特性及生物力學(xué)測(cè)試平臺(tái)，以動(dòng)態(tài)激振 系統(tǒng)、三維數(shù)字化可調(diào)座椅系統(tǒng)和三維可調(diào)乘駕機(jī)構(gòu)為基礎(chǔ)，通過人體生理 特性及生物力學(xué)測(cè)試系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同體形的個(gè)人或群體在各種動(dòng)態(tài)乘 駕環(huán)境下和不同坐姿體位操作姿態(tài)下的人體生理特性及人體生物力學(xué)指標(biāo) 的測(cè)量和分析，并能實(shí)時(shí)直觀地顯示測(cè)量結(jié)果。整個(gè)測(cè)量過程簡(jiǎn)單，易于操 作；且多種測(cè)量一次完成，測(cè)量與分析效率高，測(cè)量數(shù)據(jù)精確。本發(fā)明(測(cè) 試平臺(tái))的最大特點(diǎn)是能實(shí)時(shí)直觀地提供出不同動(dòng)態(tài)乘駕環(huán)境下駕員各種 位姿的人體肌電信號(hào)、血流速、血壓等人體生理特性、人椅接觸界面的體壓 分布以及這些狀態(tài)下的人體各部振動(dòng)響應(yīng)等多種科學(xué)測(cè)試數(shù)據(jù)。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)汽車座椅面、椅背形狀的數(shù)字化調(diào)節(jié)和座椅姿態(tài)的調(diào) 整。其中，椅面和椅背形狀的數(shù)字化調(diào)節(jié)是通過調(diào)節(jié)椅面和椅背上的多個(gè)螺. 釘高度來獲得椅面和椅背所需的表面形狀。座椅姿態(tài)的調(diào)整包括座椅面角度 的調(diào)節(jié)和座椅背角度的調(diào)節(jié)，其中座椅面角度的調(diào)節(jié)是通過調(diào)節(jié)座椅面角度 調(diào)節(jié)器(即旋轉(zhuǎn)塊)來實(shí)現(xiàn)，座椅背角度的調(diào)節(jié)是通過調(diào)節(jié)座椅背角度調(diào)節(jié) 器(旋轉(zhuǎn)片)來實(shí)現(xiàn)。通過這些調(diào)整可以滿足不同體形的人對(duì)座椅面和椅背表面形狀、椅背角度、座椅面角度和座椅高度的試驗(yàn)需要，以尋找不同體形 人群的人車界面設(shè)計(jì)的最佳匹配方案，獲得駕駛模擬試驗(yàn)所需的座椅的形 面、體位和姿態(tài)。本發(fā)明可以模擬汽車的動(dòng)態(tài)乘駕環(huán)境，同時(shí)具有實(shí)現(xiàn)各種體位操作的可 調(diào)功能。本發(fā)明對(duì)汽車動(dòng)態(tài)乘駕環(huán)境的模擬主要是通過動(dòng)態(tài)激振系統(tǒng)產(chǎn)生的 變頻、變幅的垂直振動(dòng)，來生成乘駕試驗(yàn)所需的動(dòng)態(tài)環(huán)境。各種體位操作的 可調(diào)功能是通過可調(diào)操縱桿機(jī)構(gòu)、可調(diào)方向盤機(jī)構(gòu)和可調(diào)腳踏板機(jī)構(gòu)來實(shí) 現(xiàn)。上述可調(diào)機(jī)構(gòu)都可以實(shí)現(xiàn)其所需位置和姿態(tài)的調(diào)整，以滿足不同體形人 群在動(dòng)態(tài)乘駕環(huán)境進(jìn)行各種體位操作的需要。通過模擬動(dòng)態(tài)乘駕環(huán)境和人體 生理特性及生物力學(xué)測(cè)試系統(tǒng)，可以得到不同體形人群的汽車人機(jī)界面設(shè)計(jì) 所需要的科學(xué)數(shù)據(jù)。本發(fā)明除了上述的基礎(chǔ)功能外，還可實(shí)現(xiàn)汽車動(dòng)態(tài)乘駕環(huán)境下乘員人體 生理特性及生物力學(xué)各項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)量和數(shù)據(jù)的處理，可為汽車動(dòng)態(tài)乘駕的人 車界面設(shè)計(jì)提供科學(xué)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)間的最佳配置。其中人體生理特性及生 物力學(xué)指標(biāo)的測(cè)量和數(shù)據(jù)的處理，主要包括汽車動(dòng)態(tài)乘駕環(huán)境下的人體肌電 信號(hào)響應(yīng)、血流速響應(yīng)、血壓響應(yīng)、人椅接觸界面的體壓分布以及這些狀態(tài) 下的人體各部振動(dòng)響應(yīng)。肌電信號(hào)的測(cè)量和數(shù)據(jù)處理主要是通過肌電信號(hào)測(cè) 量系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，其中人體肌電信號(hào)的來源是通過布置在人體上的表面電極來 獲得，人體肌電信號(hào)的處理、記錄和顯示由設(shè)置的計(jì)算機(jī)軟件來實(shí)現(xiàn)。體壓 分布的各項(xiàng)指標(biāo)主要通過分布式體壓測(cè)量系統(tǒng)來獲得，其中信號(hào)的來源是通 過人椅接觸界面間的壓力傳感器來獲取，其信號(hào)的處理主要由專用的計(jì)算機(jī) 軟件來完成。


圖l為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖的前視圖；圖3為本發(fā)明的人體肌電信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖； 圖4為本發(fā)明的多普勒超聲波人體血流速測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖； 圖5為本發(fā)明的人體動(dòng)態(tài)血壓測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖； 圖6為本發(fā)明的分布式體壓測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖； 圖7為本發(fā)明的人體振動(dòng)響應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖。 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步詳細(xì)說明具體實(shí)施方式
參照?qǐng)D1和圖2，本發(fā)明主要由動(dòng)態(tài)激振系統(tǒng)、三維數(shù)字化可調(diào)座椅系 統(tǒng)、三維可調(diào)乘駕機(jī)構(gòu)和人體生理特性(生物力學(xué))測(cè)試系統(tǒng)四部分構(gòu)成。動(dòng)態(tài)激振系統(tǒng)，主要由激振電機(jī)l、可編程控制器(PLC) 2、變頻器3 和支撐彈簧5組成。其中兩臺(tái)激振電機(jī)1通過螺釘剛性配置在試驗(yàn)平臺(tái)基板 6的下方，通過調(diào)節(jié)激振電機(jī)l內(nèi)部軸端偏心塊的角度，可以在其激振力范 圍內(nèi)無級(jí)調(diào)解激振力；采用變頻器3實(shí)現(xiàn)激振電機(jī)的無級(jí)調(diào)頻；通過可編程 控制器(PLC) 2實(shí)現(xiàn)兩個(gè)激振電機(jī)的同步反向轉(zhuǎn)動(dòng)，使產(chǎn)生的激振力水平 分量相互抵消，以保證試驗(yàn)平臺(tái)能產(chǎn)生動(dòng)態(tài)環(huán)境的垂直振動(dòng)；在試驗(yàn)平臺(tái)基 板6的四角安裝有支撐彈簧5，用以緩解對(duì)地面的振動(dòng)，支撐彈簧5通過其 支承座4支撐在地面上。該動(dòng)態(tài)激振系統(tǒng)可以產(chǎn)生變頻、變幅的垂直振動(dòng)， 來生成試驗(yàn)所需的動(dòng)態(tài)振動(dòng)環(huán)境。三維數(shù)字化可調(diào)座椅系統(tǒng)，主要包括座椅面8、椅背IO、可調(diào)螺釘12、 椅背角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)9、椅面角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)7、座椅靠墊13和座椅墊15，構(gòu) 成本發(fā)明的三維數(shù)字化可調(diào)座椅模型。在椅面和椅背上分別均布有數(shù)百個(gè)微 型塊狀壓力傳感器ll，其上裝配有可調(diào)螺釘12，用來生成所需的椅背和座 椅面的三維曲面形狀。然后，其上分別配置有靠墊13和座椅墊15。由于由 數(shù)百個(gè)數(shù)字化可調(diào)螺釘生成的椅背和座椅面的三維曲面是間斷、不連續(xù)的曲 面，因此通過鋪墊座椅靠墊13和座椅墊15能夠形成連續(xù)、光滑的三維椅背曲面和椅面曲面，并能均化人-椅接觸界面間的壓力分布。椅背10和座椅面 8間的角度調(diào)整是通過椅背角度調(diào)節(jié)器9來實(shí)現(xiàn)，以生成實(shí)驗(yàn)所需的最佳椅 背角度。座椅面8的下部設(shè)置有椅面角度調(diào)節(jié)器7，用以生成實(shí)驗(yàn)所需的最 佳椅面角度。在三維數(shù)字化可調(diào)座椅系統(tǒng)中，通過可調(diào)螺釘12可以生成所需的椅背 10和座椅面8的三維曲面形狀。為獲得所需的人椅接觸界面設(shè)計(jì)，通過椅 背角度調(diào)節(jié)器9可以實(shí)現(xiàn)椅背10和座椅面8之間夾角在90。至180°之間 的任意調(diào)節(jié)。通過椅面角度調(diào)節(jié)器7，可以實(shí)現(xiàn)座椅面水平角度方向的調(diào)節(jié)。 通過以上座椅功能的實(shí)現(xiàn)，生成乘駕環(huán)境試驗(yàn)所需的座椅形面和座椅姿態(tài)。三維可調(diào)操控機(jī)構(gòu)，主要由三維可調(diào)操縱桿14、三維可調(diào)方向盤16和 三維可調(diào)腳踏板17等組成。通過該三維可調(diào)操控機(jī)構(gòu)，可以模擬汽車乘駕 的各種體位操作。三維可調(diào)操縱桿14可以實(shí)現(xiàn)操縱桿在X、 Y、 Z方向上的位置調(diào)節(jié)。三維可調(diào)方向盤16可以實(shí)現(xiàn)方向盤在X、 Y、 Z方向上的位置調(diào)節(jié)、繞 Y軸方向轉(zhuǎn)動(dòng)的角度調(diào)節(jié)及軸向長(zhǎng)度的調(diào)節(jié)。三維可調(diào)腳踏板17由制動(dòng)剎車腳踏板、離合器腳踏板和油門腳踏板組 成。該機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)各個(gè)腳踏板在X、 Y、 Z方向上的位置調(diào)節(jié)和繞Y軸方 向轉(zhuǎn)動(dòng)的角度調(diào)節(jié)。上述三維數(shù)字化可調(diào)座椅和三維可調(diào)乘駕機(jī)構(gòu)安裝和固結(jié)在平臺(tái)基板 6上，以保證整個(gè)測(cè)試平臺(tái)的穩(wěn)定性和可靠性。參照?qǐng)D2所示，本發(fā)明的人體生理特性及生物力學(xué)測(cè)試系統(tǒng)，主要由分 布式體壓測(cè)量系統(tǒng)18、人體肌電信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)19、多普勒超聲波血流速測(cè) 量系統(tǒng)20、人體血壓測(cè)量系統(tǒng)21、人體振動(dòng)響應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)22和分析計(jì)算機(jī) 23組成。參照?qǐng)D3所示，人體肌電信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)19，包括表面電極24，表面電極24通過本身的信號(hào)線與肌電儀25相連接，肌電儀25又通過其數(shù)據(jù)線與 數(shù)據(jù)采集裝置26相連接，使各個(gè)表面電極24所測(cè)得的肌電信號(hào)傳入肌電儀 25，再經(jīng)肌電儀25傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集裝置26;而數(shù)據(jù)釆集裝置26則通過其 通用的插槽實(shí)現(xiàn)與分析計(jì)算機(jī)23的連接，進(jìn)而使采集到的肌電信號(hào)便可在 分析計(jì)算機(jī)23上進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)的處理和分析。在人體肌電信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)19中，首先將表面電極24按照臨床實(shí)踐確定 連接的常規(guī)位置，安放在人體的相應(yīng)位置，所測(cè)信號(hào)通過肌電儀25進(jìn)行信 號(hào)的調(diào)理放大和預(yù)處理，然后信號(hào)由肌電儀25上的接口引出，并接入多功 能數(shù)據(jù)采集裝置26，而多功能數(shù)據(jù)采集裝置26與分析計(jì)算機(jī)23連接，由 分析計(jì)算機(jī)23進(jìn)行有關(guān)信號(hào)的處理、分析、顯示與記錄。參照?qǐng)D4所示，多普勒超聲波血流速測(cè)量系統(tǒng)20主要由超聲波發(fā)射裝 置27、探頭28和信號(hào)接收裝置30組成。被測(cè)駕員落座后，將探頭28固定 在人體有關(guān)的動(dòng)脈上，超聲波發(fā)射裝置27發(fā)射超聲波，通過探頭28照射人 體血管中的血細(xì)胞29，利用多普勒效應(yīng)，人體血細(xì)胞29收到的超聲波頻率 將發(fā)生變化。利用超聲波的反射特性，照射到血細(xì)胞29的超聲波將發(fā)生反 射，超聲接收裝置30接收反射的回波信號(hào)，再次利用多普勒效應(yīng)可以測(cè)得 回波的頻率。入射超聲波頻率和接收到的聲波頻率差為頻移，然后將頻移信 號(hào)經(jīng)過濾波、放大，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器輸入分析計(jì)算機(jī)23進(jìn)行處理，即可得 到人體的血流速響應(yīng)并進(jìn)行顯示。如圖5所示，人體血壓測(cè)量系統(tǒng)21采用的是基于示波法電子血壓計(jì)， 它主要通過測(cè)量、分解和比較充氣袖帶中的壓力信號(hào)來獲得人體血壓值；包 括袖帶31、壓力傳感器32、自動(dòng)調(diào)零電路33、前置放大器34、低通濾波器 35;人體血壓測(cè)量系統(tǒng)21工作過程為測(cè)試時(shí)，將袖帶31纏繞在測(cè)試者手 臂上，由單片機(jī)控制的氣閥自動(dòng)對(duì)袖帶31充氣，再手動(dòng)放氣。袖帶31中的 壓力是袖帶靜壓和脈搏波信號(hào)的疊加，袖帶中的壓力傳感器32可把袖帶31中的壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)過自動(dòng)調(diào)零電路33處理后送入前置放大器 34進(jìn)行信號(hào)放大，然后經(jīng)低通濾波器35進(jìn)行濾波處理。處理后的信號(hào)分兩 路， 一路經(jīng)增益調(diào)整后作為脈搏波信號(hào)，另一路作為袖帶靜壓信號(hào)。兩種信 號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器36送入單片機(jī)進(jìn)行處理，剔除干擾，即檢測(cè)出人體真正脈 搏波。然后根據(jù)充氣過程中脈搏波的振幅變化確定平均壓，再確定收縮壓和 舒張壓，進(jìn)而分析出的動(dòng)態(tài)乘駕環(huán)境下測(cè)試者的血壓響應(yīng)并進(jìn)行顯示。參照?qǐng)D6所示，分布式體壓測(cè)量系統(tǒng)18包括微型塊狀壓力傳感器37， 微型塊狀壓力傳感器37通過本身的信號(hào)線與多路信號(hào)放大器38連接，多路 信號(hào)放大器38則通過數(shù)據(jù)線與A/D轉(zhuǎn)換器39相連接，A/D轉(zhuǎn)換器39通過 數(shù)據(jù)線將分析信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)23。該分布式體壓測(cè)量系統(tǒng)18與在座椅面8和椅背10上均勻布置的12x12 和12x17個(gè)微型塊狀壓力傳感器37連接，當(dāng)被測(cè)駕員落座后，微型塊狀壓 力傳感器37給出反映各點(diǎn)壓力的電壓信號(hào)。各點(diǎn)的電壓信號(hào)經(jīng)多路信號(hào)放 大器38和A/D轉(zhuǎn)換器39后傳輸至計(jì)算機(jī)23，進(jìn)行各信號(hào)的處理、分析、 顯示和記錄。參照?qǐng)D7所示，人體振動(dòng)響應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)22主要由加速度計(jì)40、電荷放 大器41、數(shù)據(jù)記錄裝置42和頻譜儀43組成。當(dāng)被測(cè)駕員落坐后，開啟測(cè) 試平臺(tái)的動(dòng)態(tài)激振系統(tǒng)，通過加速度計(jì)40測(cè)量座椅椅面和被測(cè)試者的有關(guān) 部位(如頭部、肩部)的加速度響應(yīng)，并將測(cè)得的加速度響應(yīng)信號(hào)經(jīng)過電荷 放大器41放大后，輸入數(shù)據(jù)記錄裝置42進(jìn)行保存，然后把該信號(hào)輸入到頻 譜儀43中進(jìn)行頻譜分析，研究被測(cè)試者的人體振動(dòng)響應(yīng)并進(jìn)行結(jié)果顯示。進(jìn)行動(dòng)態(tài)乘駕環(huán)境的人體生理特性及生物力學(xué)測(cè)試實(shí)驗(yàn)時(shí)，首先通過三 維數(shù)字化可調(diào)座椅系統(tǒng)生成實(shí)驗(yàn)所需的椅背、座椅面的三維曲面形狀、座椅 形面和座椅姿態(tài)；通過三維可調(diào)乘駕機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)汽車乘駕實(shí)驗(yàn)的各種體位操 作；通過動(dòng)態(tài)激振系統(tǒng)產(chǎn)生變頻、變幅的垂直振動(dòng)，生成乘駕實(shí)驗(yàn)所需的動(dòng)態(tài)振動(dòng)環(huán)境。在所有的乘駕環(huán)境參數(shù)調(diào)整好以后，被測(cè)乘員進(jìn)入該模擬乘駕 系統(tǒng)，進(jìn)行動(dòng)態(tài)乘駕環(huán)境下的各種體位操作，開啟人體生理特性及生物力學(xué) 測(cè)試系統(tǒng)，進(jìn)行被測(cè)乘員的人體肌電信號(hào)、動(dòng)脈血流量、血壓響應(yīng)、人體心 跳數(shù)等人體生理特性指標(biāo)測(cè)定和動(dòng)態(tài)乘駕環(huán)境下人體各部位的振動(dòng)響應(yīng)測(cè) 量以及人椅界面的接觸應(yīng)力、體壓分布測(cè)量與分析。在對(duì)多名駕員進(jìn)行動(dòng)態(tài)乘駕環(huán)境人體生理特性及生物力學(xué)測(cè)試時(shí)，將所 有測(cè)試結(jié)果要進(jìn)行整體分析和個(gè)體分析，從中提取出人體動(dòng)態(tài)乘駕時(shí)舒適、疲勞與人車界面設(shè)計(jì)以及振動(dòng)參數(shù)選擇的本構(gòu)關(guān)系；有關(guān)體壓分布、肌電特 性、血流特性，血壓特性與人車接觸界面形狀、材料以及汽車振動(dòng)參數(shù)的本構(gòu)關(guān)系；有關(guān)人體系統(tǒng)頻率特性、傳遞特性的分析。該試驗(yàn)結(jié)果也能對(duì)人體生物力學(xué)模型的仿真結(jié)果進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，并修正相應(yīng)的計(jì)算模型與設(shè)計(jì)規(guī) 則，從而為汽車動(dòng)態(tài)乘駕系統(tǒng)的人機(jī)工程設(shè)計(jì)及人車界面設(shè)計(jì)提供科學(xué)依 據(jù)，改善汽車內(nèi)部空間設(shè)計(jì)的宜人性，使汽車的乘駕系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)科學(xué)化、 合理化、人性化和最優(yōu)化。本發(fā)明在動(dòng)態(tài)激振系統(tǒng)設(shè)計(jì)、可調(diào)模擬乘駕環(huán)境設(shè)計(jì)和人體生理特性及 生物力學(xué)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)上具有獨(dú)創(chuàng)性，該測(cè)試平臺(tái)可以模擬汽車、拖拉機(jī)、 坦克裝甲車、機(jī)車等駕駛室、艦船及飛行器駕駛艙等大多數(shù)機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)態(tài) 環(huán)境人機(jī)界面，并可對(duì)各種動(dòng)態(tài)環(huán)境人機(jī)界面進(jìn)行相關(guān)的乘駕體位的人體生 理特性及生物力學(xué)特性實(shí)驗(yàn)和測(cè)量。
權(quán)利要求
1.一種動(dòng)態(tài)乘駕環(huán)境人體生理特性及生物力學(xué)測(cè)試平臺(tái)，其特征在于，該測(cè)試平臺(tái)主要由動(dòng)態(tài)激振系統(tǒng)、三維數(shù)字化可調(diào)座椅系統(tǒng)、三維可調(diào)乘駕機(jī)構(gòu)和人體生理特性及生物力學(xué)測(cè)試系統(tǒng)四部分構(gòu)成；動(dòng)態(tài)激振系統(tǒng)，包括一個(gè)基板(6)，基板(6)由支承座(4)支撐在地面上，支承座(4)上設(shè)有支撐彈簧(5)，基板(6)下方對(duì)稱安裝有兩個(gè)激振電機(jī)(1)，兩個(gè)激振電機(jī)(1)之間連接有可編程控制器(2)，可編程控制器(2)連接變頻器(3)；通過可編程控制器(2)控制兩個(gè)激振電機(jī)(1)產(chǎn)生同步反向振動(dòng)，并使產(chǎn)生的激振力水平分量相互抵消，以保證試驗(yàn)平臺(tái)能產(chǎn)生動(dòng)態(tài)環(huán)境的垂直振動(dòng)；通過調(diào)節(jié)激振電機(jī)(1)內(nèi)部軸端偏心塊的角度，以實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)解激振力；在可編程控制器(2)上配置變頻器(3)，用以實(shí)現(xiàn)振動(dòng)電機(jī)的無機(jī)調(diào)頻；三維數(shù)字化可調(diào)座椅系統(tǒng)，包括設(shè)置在基板(6)上的座椅，該座椅由座椅面(8)、椅背(10)、座椅靠墊(13)和座椅墊(15)構(gòu)成；座椅面(8)下部安裝有座椅面(8)的角度調(diào)節(jié)器(7)，椅背(10)和座椅面(8)的連接處裝有椅背角度調(diào)節(jié)器(9)，以實(shí)現(xiàn)椅背(10)和座椅面(8)兩者間的角度調(diào)節(jié)；在座椅面(8)上均勻布置有陣列微型塊狀壓力傳感器(37)，椅背(10)上也均勻布置有陣列微型塊狀壓力傳感器(37)，用于測(cè)試各點(diǎn)的壓力分布；在微型塊狀壓力傳感器(37)上面安裝有可調(diào)螺釘(12)，用于生成三維數(shù)字化可調(diào)座椅的所需三維形面；三維可調(diào)乘駕機(jī)構(gòu)，包括設(shè)置在基板(6)上的三維可調(diào)操縱桿(14)、三維可調(diào)方向盤(16)和可調(diào)腳踏板(17)，用以實(shí)現(xiàn)不同乘駕環(huán)境試驗(yàn)各種體位操作的可調(diào)功能；其中，三維可調(diào)操縱桿(14)用于實(shí)現(xiàn)操縱桿在X、Y、Z方向上的位置調(diào)節(jié)；三維可調(diào)方向盤(16)用于實(shí)現(xiàn)方向盤在X、Y、Z方向上的位置調(diào)節(jié)、繞Y軸方向轉(zhuǎn)動(dòng)的角度調(diào)節(jié)及軸向長(zhǎng)度的調(diào)節(jié)；三維可調(diào)腳踏板(17)由制動(dòng)剎車腳踏板、離合器腳踏板和油門腳踏板組成；用于實(shí)現(xiàn)各個(gè)腳踏板在X、Y、Z方向上的位置調(diào)節(jié)和繞Y軸方向轉(zhuǎn)動(dòng)的角度調(diào)節(jié)；人體生理特性及生物力學(xué)測(cè)試系統(tǒng)，包括人體肌電信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)(19)、分布式體壓測(cè)量系統(tǒng)(18)、多普勒超聲波血流速測(cè)量系統(tǒng)(20)、人體血壓測(cè)量系統(tǒng)(20)、人體振動(dòng)響應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)(22)和分析計(jì)算機(jī)(23)；其中人體肌電信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)(19)、多普勒超聲波血流速測(cè)量系統(tǒng)(20)和人體血壓測(cè)量系統(tǒng)(20)通過表面電極或探頭與被試人員的相關(guān)組織相連，用于測(cè)量和分析不同乘駕體位和振動(dòng)環(huán)境下各參量的響應(yīng)；人體振動(dòng)響應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)(22)通過測(cè)量椅面和人體不同部位的加速度響應(yīng)，以研究動(dòng)態(tài)乘駕環(huán)境下人體系統(tǒng)的振動(dòng)特性；分布式體壓測(cè)量系統(tǒng)(18)和座椅面(8)和座椅背(10)上均勻布置的陣列微型塊狀壓力傳感器(37)連接，用于反映各點(diǎn)壓力的電壓信號(hào)，微型塊狀壓力傳感器通過本身的信號(hào)線與多路信號(hào)放大器連接，而多路信號(hào)放大器則通過數(shù)據(jù)線與A/D轉(zhuǎn)換器連接，A/D轉(zhuǎn)換器通過數(shù)據(jù)線將測(cè)得的分析信號(hào)輸入分析計(jì)算機(jī)(23)，分析計(jì)算機(jī)(23)內(nèi)設(shè)置有測(cè)量分析軟件，用于對(duì)體壓信號(hào)進(jìn)行存貯、分析處理和顯示。
2. 如權(quán)利要求1所述的動(dòng)態(tài)乘駕環(huán)境人體生理特性及生物力學(xué)測(cè)試平 臺(tái)，其特征在于，所述的人體肌電信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)(19)主要由表面電極(24)、 肌電儀(25)、微機(jī)接口器和數(shù)據(jù)分析軟件組成；表面電極(24)通過本身 的信號(hào)線與肌電儀(25)連接，肌電儀(25)與數(shù)據(jù)采集裝置(26)連接， 各個(gè)表面電極所測(cè)得的肌電信號(hào)傳入肌電儀(25)，再經(jīng)肌電儀(25)傳輸 到數(shù)據(jù)采集裝置(26)，而數(shù)據(jù)采集裝置(26)則通過微機(jī)接口器實(shí)現(xiàn)與分 析計(jì)算機(jī)(23)連接，進(jìn)而使采集到的肌電信號(hào)在分析計(jì)算機(jī)(23)上進(jìn)行 數(shù)據(jù)分析和處理。
3. 如權(quán)利要求1所述的動(dòng)態(tài)乘駕環(huán)境人體生理特性及生物力學(xué)測(cè)試平臺(tái)，其特征在于，所述的多普勒超聲波血流速測(cè)量系統(tǒng)主要由超聲波發(fā)射裝置(27)、探頭(28)和超聲波接收裝置(30)組成，當(dāng)被測(cè)試者落座后， 把探頭(28)固定在人體測(cè)試的動(dòng)脈上，超聲波發(fā)射裝置(27)發(fā)射超聲波， 通過探頭(28)照射血管中的血細(xì)胞并利用多普勒效應(yīng)，血細(xì)胞收到的聲波 頻率將發(fā)生變化；然后利用超聲波的反射特性，照射到血細(xì)胞的超聲波將發(fā) 生反射，通過超聲接收裝置(30)接收反射回波信號(hào)，再次利用多普勒效應(yīng) 便可測(cè)得回波頻率；最后把入射超聲波頻率和接收到的聲波頻率差，即頻移 信號(hào)經(jīng)過濾波、放大，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器輸入分析計(jì)算機(jī)(23)進(jìn)行處理。
4. 如權(quán)利要求1所述的動(dòng)態(tài)乘駕環(huán)境人體生理特性及生物力學(xué)測(cè)試平 臺(tái)，其特征在于，所述的人體血壓測(cè)量系統(tǒng)(21)采用的是基于示波法電子 血壓計(jì)，它主要通過測(cè)量、分解和比較充氣袖帶中的壓力信號(hào)來獲得人體血 壓值；包括袖帶(31)、壓力傳感器(32)、自動(dòng)調(diào)零電路(33)、前置放大 器(34)、低通濾波器(35)，袖帶(31)中的壓力信號(hào)是袖帶靜壓信號(hào)和脈 搏波信號(hào)的疊加，經(jīng)過前置放大器(34)放大和低通濾波器(35)濾波后， 該壓力信號(hào)分為兩路 一路作為脈搏波信號(hào)，另一路作為袖帶靜壓信號(hào)；兩 種信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后送入單片機(jī)處理，剔除干擾，檢測(cè)出人體真正脈搏波； 然后根據(jù)充氣過程中脈搏波的振幅變化確定平均壓，再確定收縮壓和舒張 壓，進(jìn)而分析出的動(dòng)態(tài)乘駕環(huán)境下人體的血壓響應(yīng)。
5. 如權(quán)利要求1所述的動(dòng)態(tài)乘駕環(huán)境人體生理特性及生物力學(xué)測(cè)試平 臺(tái)，其特征在于，所述的人體振動(dòng)響應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)(22)主要由加速度計(jì)(40)、 電荷放大器(41)、數(shù)據(jù)記錄裝置(42)和頻譜儀(43)組成，通過加速度 計(jì)(40)測(cè)量座椅面和人體各部位的加速度響應(yīng)，然后把所得信號(hào)經(jīng)過電荷 放大器(41)放大后輸入頻譜儀(43)進(jìn)行頻譜分析，以研究人體的振動(dòng)響 應(yīng)并進(jìn)行結(jié)果顯示。
6. 如權(quán)利要求1所述的動(dòng)態(tài)乘駕環(huán)境人體生理特性及生物力學(xué)測(cè)試平臺(tái)，其特征在于，所述的分布式體壓測(cè)量系統(tǒng)(18)包括微型塊狀壓力傳感 器(37)，微型塊狀壓力傳感器(37)通過本身的信號(hào)線與多路信號(hào)放大器 (38)連接，多路信號(hào)放大器(38)則通過數(shù)據(jù)線與A/D轉(zhuǎn)換器(39)相 連接，A/D轉(zhuǎn)換器(39)通過數(shù)據(jù)線將分析信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)(23)。
7. 如權(quán)利要求1所述的動(dòng)態(tài)乘駕環(huán)境人體生理特性及生物力學(xué)測(cè)試平 臺(tái)，其特征在于，所述的座椅面(8)上的陣列微型塊狀壓力傳感器(37) 為12xl2個(gè)。
8. 如權(quán)利要求1所述的動(dòng)態(tài)乘駕環(huán)境人體生理特性及生物力學(xué)測(cè)試平 臺(tái)，其特征在于，所述的椅背(10)上均勻布置的陣列微型塊狀壓力傳感器(37)為12x17個(gè)。
9. 如權(quán)利要求1所述的動(dòng)態(tài)乘駕環(huán)境人體生理特性及生物力學(xué)測(cè)試平 臺(tái)，其特征在于，所述的背角度調(diào)節(jié)器(9)能夠?qū)崿F(xiàn)椅背(10)和座椅面(8)之間夾角在90。至180°之間的任意調(diào)節(jié)。
10. 如權(quán)利要求1所述的動(dòng)態(tài)乘駕環(huán)境人體生理特性及生物力學(xué)測(cè)試平 臺(tái)，其特征在于，所述的椅面角度調(diào)節(jié)器(7)，能夠?qū)崿F(xiàn)座椅面(8)水平 角度方向的調(diào)節(jié)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種動(dòng)態(tài)乘駕環(huán)境人體生理特性及生物力學(xué)測(cè)試平臺(tái)，該測(cè)試平臺(tái)主要由動(dòng)態(tài)激振系統(tǒng)、三維數(shù)字化可調(diào)座椅系統(tǒng)、三維可調(diào)乘駕機(jī)構(gòu)和人體生理特性及生物力學(xué)測(cè)試系統(tǒng)四部分構(gòu)成；它既能模擬汽車的動(dòng)態(tài)環(huán)境(振動(dòng)環(huán)境)，即可以進(jìn)行無級(jí)變頻、變幅、變加速度的定頻、掃頻振動(dòng)；又能模擬汽車各種乘駕環(huán)境的體位操作；并能測(cè)量駕員的人體肌電信號(hào)、人體動(dòng)脈血流量、人體血壓響應(yīng)、人體心跳數(shù)等人體生理特性指標(biāo)和動(dòng)態(tài)乘駕環(huán)境的人體各部振動(dòng)響應(yīng)、人椅界面的接觸應(yīng)力以及人體臀部、背部的體壓分布；并可對(duì)不同人群乘駕體位的人體生物力學(xué)特性和人體生理特性進(jìn)行研究和綜合測(cè)試。通過模擬動(dòng)態(tài)乘駕環(huán)境和人體生理特性及生物力學(xué)測(cè)試系統(tǒng)，可以得到不同體形人群的汽車人機(jī)界面設(shè)計(jì)所需要的科學(xué)數(shù)據(jù)。
文檔編號(hào)A61B5/00GK101214143SQ20071030770
公開日2008年7月9日 申請(qǐng)日期2007年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月26日
發(fā)明者劉中華, 鄂 張, 張進(jìn)華, 李曉玲, 許林安 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)