不同踏板力对驾驶员腿部肌肉疲劳的分析研究(2)
【作者】网站采编
【关键词】
【摘要】(5)主观疲劳评价表:采用Borg的RPE自觉疲劳等级量表[15],该表采用简单的询问方式,直观且不会影响实验状态。该表把主观疲劳程度分为九个等级:根本不
(5)主观疲劳评价表:采用Borg的RPE自觉疲劳等级量表[15],该表采用简单的询问方式,直观且不会影响实验状态。该表把主观疲劳程度分为九个等级:根本不费力(6分);极其轻松(8分);很轻松(9分);轻松(12分);稍累(14分);累(18分);很累(19分);精疲力竭(20分)。得分越高表示人体越感觉疲劳。
2.4 试验任务与过程
驾驶员制动踏板力的范围一般为80~400 N[16],所以本试验将制动踏板力分别设为80~159 N、160~239 N、240~319 N、320~400 N,而油门踏板需长时间保持踩下状态,故而操纵力设为10 N。每名被试人员需分别完成六次试验(时限均为40 min):第一次为静坐于模拟器座椅上,无需采取任何动作;第二次为在试验时限内被试人员只需踩踏油门踏板,模拟驾驶时速保持在60 KM/h;第三、四、五、六次试验制动踏板力分别设置为80~159 N、160~239 N、240~319 N、320~400 N这四种区间范围,油门踏板力不变,这四次试验被试人员都需将模拟驾驶车速达到60 KM/h并保持10 s后踩踏制动踏板进行刹车,待车速为零时继续踩油门加速到60 KM/h,重复上述操作直至试验结束。被试人员每天只能完成一项实验,且在进行下一次试验任务前必须得到充分的休息。
试验开始前,适配好踏板力,在采集好各被试人员的基本信息后,再以75%酒精擦拭被试人员待测肌肉部位的皮肤表面。待皮肤彻底干燥后,将红色电极贴在右腿腓肠肌隆起处,绿色电极贴在红色电极的下方,黄色电极贴在胫前肌上方,具体如图1所示。而后将肌肉传感器与Arduino控制器连接,并将Arduino控制器通过串口通讯以实现肌电信号于上位机上的实时显示,同时保存数据,以便及时获得的各项表面肌电信号波形。
在实验过程中,需安排工作人员询问被试人员主观疲劳感受(每10 m一次),并及时记录。当任务完成后,用数显邵氏硬度计对被人员右腿腓肠肌的硬度进行测量并记录。
图1表面肌电信号采集测试
2.5 统计学方法
所有数据通过SPSS 21.0统计处理,肌电信号各数值以均值±标准差表示,其他数值以均值形式表示,并且以配对t检验分析各任务组间肌电信号指标变化,显著性水平为P<0.05。
3结果
3.1 肌肉硬度指标
通过测试肌肉硬度,可鉴别被试人员自身无法感觉到的肌肉轻度酸痛状态,有助于实际中驾驶员调整驾驶时长,以防止肌肉疲劳积累及损伤,并合理安排驾驶强度。经过测量得到被试人员完成试验任务后的腓肠肌处肌肉硬度均值,如表1所示。与静坐相比,完成其他试验后肌肉硬度明显增加,而制动踏板力设置为80~159 N与制动踏板力设置为160~239 N时肌肉硬度变化不明显,见表1。
表1肌肉硬度值(HC)静坐不踩制动踏板80~159N制动踏板力160~239N制动踏板力 240~319N制动踏板力320~400N制动踏板力平均值
3.2 表面肌电评价指标
本实验所测的肌电信号主要通过时域指标和频域指标分析,以此来获取肌肉疲劳信息。
(1)时域指标
本次实验分析时域特征选择比较常用指标为积分肌电(Intergrated Electromyogram,iEMG)和均方根值(Root Mean Square,RMS)。iEMG和RMS能够有效反应肌肉在一定时间内运动单位的放电总量和单位时间内的收缩特性[17]。
积分肌电值(iEMG)的数学计算公式为:
其中,x(t)表示肌电信号;t1表示起始时间;t2表示终止时间;dt表示实验中采样时间间隔。
均方根值(RMS)的数学计算公式为:
其中,N是实验采样点数;Xi为采样中的每一点的EMG幅值。
(2)频域指标
本次实验分析频域特征所选用指标为平均功率频率(MeanPower Frequency,MPF)和中值频率(Median Frequency,MF)。MPF和MF能够有效地衡量肌肉的生物力学特性和功能状态[18],计算方法分别为:
其中P(f)为功率谱密度,MF为中值频率,f为肌电信号的频率,f0为频率上限,即采样频率的一半(500 Hz)。
完成各任务组后,右腿腓肠肌的iEMG、RMS、MPF及MF的计算结果及对照见表2~4。
从表2中易知,与静坐相比,完成其他四种状况下的驾驶任务时,sEMG各项指标(iEMG、RMS、MPF及MF)均有显著性差异(P<0.05),其中iEMG和RMS随着制动踏板力增加呈增大趋势,MPF及MF呈减小趋势。
表2不同状况下sEMG比较(与静坐比较)状况iEMG(μV·s)RMS(μV/s)MPF(HZ)MF(HZ)静坐47.不踩制动踏板54.*57.*84.~159N制动踏板力58.*61.*80.*70.*160~239N制动踏板力62.*65.*78.*65.*240~319N制动踏板力73.*78.*55.*53.*320~400N制动踏板力82.*81.*52.*49.*
文章来源:《机械工程材料》 网址: http://www.jxgcclzz.cn/qikandaodu/2021/0428/431.html
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