不同踏板力对驾驶员腿部肌肉疲劳的分析研究(3)
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【关键词】
【摘要】表3采用不同制动踏板力与不踩制动踏板sEMG比较状况iEMG(μV·s)RMS(μV/s)MPF(HZ)MF(HZ)不踩制动踏板54.~159N制动踏板力58.~239N制动踏板力62.*65.*78.*65.*240~319N制动
表3采用不同制动踏板力与不踩制动踏板sEMG比较状况iEMG(μV·s)RMS(μV/s)MPF(HZ)MF(HZ)不踩制动踏板54.~159N制动踏板力58.~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.*
从表3可知,驾驶过程中频繁采取制动且制动踏板力达到240 N以上时,sEMG各项指标(iEMG、RMS、MPF及MF)均有显著性差异(P<0.05);当驾驶过程中制动踏板力为80~159 N制动踏板力,与持续踩油门保持60 KM/h行驶而不采取制动相比,iEMG、RMS、MPF及MF差异均无显著性(P>0.05)。
从表4可知,与制动踏板力为80~159 N相比较,制动踏板力在160~239 N内时,完成驾驶任务后的iEMG、RMS、MPF及MF差异均无显著性(P>0.05),而制动踏板力为240~400 N时,iEMG、RMS、MPF及MF均有显著性差异(P<0.05);制动踏板力在240~319 N范围内与制动踏板力为320~400 N 相比较,除iEMG有显著性差异(P<0.05)外,其余sEMG指标均无显著性差异(P>0.05)。
表4采用不同制动踏板力后sEMG比较状况iEMG(μV/s)RMS(μV/s)MPF(HZ)MF(HZ)80~159N制动踏板力58.~239N制动踏板力62.~319N制动踏板力73.~400N制动踏板力82.
3.3 疲劳主观评价指标
综合了10名被试人员在不同状况下完成试验任务后的疲劳感受,依据主观疲劳感受分值进行汇总。从表5可知,被试人员在静坐状态下感觉很轻松;保持匀速及80~239 N的制动踏板力状况下,感觉稍累;当踏板力在240 N以上时,明显感觉疲累。
表5疲劳感受分值汇总静坐不踩制动踏板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
4讨论
从试验的结果可以看出,静坐状态下肌肉处于放松状态,在驾驶状态时肌肉硬度显著增加。制动踏板力在240 N以上时,驾驶过程中的频繁制动与加速,加剧了腓肠肌收缩导致硬度增大。从肌肉硬度的变化结合主观疲劳感受来看,随着腓肠肌硬度增大,被试人员越感疲劳且肌肉酸痛感不断增强。Niitsu[19]等人研究表明,人体肌肉处于疲劳状态下,其硬度显著增加,本研究的结果与此一致。
通过表面肌电数据分析可知,与静坐准状况下相比,其他状况下完成驾驶任务后iEMG与RMS均上升。iEMG增加表明腓肠肌运动单位参与肌纤维放电总量增大,疲劳程度加重。RMS变化幅度明显表明腓肠肌收缩程度增大,疲劳感增强。与静坐准状况下相比,其他状况下完成驾驶任务后MPF和MF均下降且下降率较高,表明腓肠肌产生的电信号中低频成分增多,疲劳程度加深。
本研究结果中,不踩制动踏板保持匀速行驶与制动踏板力为80~159 N时的频繁制动、加速状况下相比较,肌肉硬度值、sEMG指标和主观疲劳感差异不明显,其原因主要考虑是60KM/h匀速驾驶时操纵脚需长时间维持悬空状态致腿部也有一定的疲劳感,与文献[20]研究结果相符。另外,虽然有频繁制动操作,但制动踏板力为80~239 N时踏板给人脚的阻力有限,且制动结束后脚可以轻松的移开而无须维持制动踏板恢复过程,加之操纵脚从制动踏板移到油门踏板过程中得到短暂的休息,减缓了疲劳加剧,与文献[14]研究结果一致。显然,制动踏板力在240 N以上时,驾驶员需较大的力操纵,踏板恢复过程也需施加一定的力去维持稳定,频繁此操纵导致腿部疲劳更易累积严重。本研究结果中,制动踏板力为240~319 N时与制动踏板力在320~400 N状况相比较各疲劳指标差异并不明显,主要原因考虑是肌肉疲劳程度有一定的阈值,肌肉疲劳达到上限易导致肌肉损伤,严重影响驾驶舒适性,威甚至胁到驾驶安全。
5结论
本研究运用肌肉硬度值测量、表面肌电测试技术、主观疲劳感受调查等三种方法,对被试人员处于静坐状态以及在不同制动踏板力状况下完成模拟驾驶任务后的各项疲劳指标进行测量。得到的被试人员右腿部腓肠肌硬度值、表面肌电信号、主观疲劳感受等指标水平,用于评价静坐等六种状况下的腿部局部肌肉疲劳。结果表明:各指标的评价基本一致,能够有效的表明驾驶操纵腿局部肌肉疲劳,踏板力的大小直接影响腿部局部肌肉疲劳程度,并且制动踏板力的大小在240 N以下为宜。
研究成果可为汽车操纵踏板参数设计优化提供参考,也可为智能驾驶操纵装置设计提供了理论基础。后续研究将结合踏板力和踏板行程变化对腿部肌肉疲劳阈值的影响,进一步完善踏板的物理特性对腿部肌肉疲劳影响的研究,提高研究的可靠性。
[1] Yang Y,Liu Y,Man W,et Evaluation Method of Steering Comfort Based on Movement Quality Evaluation of Driver Steering Maneuver[J].Chinese Journal of Mechanical Engineering,2014,27(5):1027-1037.
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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