基于驾驶员神经肌肉力学特性的转向舒适性研究

转向系统性能评价是目前汽车转向技术领域的研究热点之一，对汽车转向系统(特别是转向助力装置)的设计具有重要的指导意义，其中转向舒适性等转向感觉评价是转向系统性能评价的重要组成部分。目前，关于汽车转向感觉的评价缺乏对驾驶员转向操纵生理特性的研究，因而无法对汽车转向舒适性进行驾驶员的生理学客观评价。本项目旨在揭示驾驶员转向操纵主观感觉背后的客观机理，运用人体运动机能学的相关手段，对驾驶员转向操纵的运动机能及神经肌肉动作规律进行分析研究，得到转向操纵的神经肌肉协调机理，建立驾驶员神经肌肉力学特性与转向操纵物理输出的映射关系，利用转向操纵的神经肌肉力学特性分析转向操纵的肌肉动作效率，研究转向舒适性的驾驶员神经肌肉力学特性表征方法，综合转向性能的主客观评价提出以转向操纵肌肉动作效率为主体的汽车转向舒适性的客观生理评价指标，完善转向感觉评价体系，为汽车转向系统特别是转向助力装置的分析设计提供参考依据。

汽车转向操纵是驾驶员的基本操纵之一，因而转向舒适性成为目前汽车转向技术领域的研究热点之一。项目申请时转向舒适性评价缺乏对驾驶员转向操纵生理特性的研究，本项目旨在揭示驾驶员转向操纵舒适性感觉的客观机理，完善转向感觉评价体系。在青年基金资助下，申请人围绕基金项目设定的目标，积极开展理论与实验研究，经过三年的努力，在转向舒适性客观生理机理及其评价方法研究上取得了积极的学术成果。在本领域高水平期刊上发表标注资助的SCI论文4篇（含录用待发表2篇），EI论文5篇（含SCI/EI双检4篇），申请了国家发明专利8项（含已授权2项）。. 首先，研究了与转向舒适性密切相关的转向路感以及转向系统助力特性。获得车辆固有路感的解析式，并提出基于目标车型固有路感的基本助力特性设计方法，为汽车转向系统可变助力特性的设计提供了可量化的准则。研究成果应用在电动助力转向系统的设计开发中，成为“经济型轿车电动助力转向系统关键技术及其产业化”中主要创新成果之一，该项目通过了教育部组织的专家鉴定并获得2011年北京市科学技术一等奖。. 其次，对驾驶员转向操纵涉及肌群的动作协调机理进行了研究。通过肌群电生理信号的深入研究分析，对驾驶员转向操纵动作中涉及的主要作用肌肉进行了筛选，通过驾驶模拟实验及实车实验，辨识了驾驶员转向操纵动作中其上肢及肩部肌肉的作用功能，初步揭示了转向过程中的肌肉协调机理。研究结果表明，驾驶员转向过程中，其上肢及肩部肌群构成转向动作的原动肌与稳定肌协调完成一定的转向操纵。. 最后，基于驾驶员转向操纵中神经肌肉力学特性对其转向效率进行了研究。经过深入分析驾驶员转向力（矩）与主要动作肌群电生理信号，获得了驾驶员转向操纵中主要肌群肌电信息与转向输出力（矩）之间的映射关系，提出了根据驾驶员神经肌肉力学特性表征研究驾驶员转向操纵效率的方法，部分揭示了驾驶员转向操纵舒适性的客观生理机理，创新了国际上对驾驶员转向操纵舒适性的研究手段。. 通过本项目研究，申请人团队学术能力得到了很好的提高，申请人成功申请了中国博士后科学基金特别资助以及青年-面上直通车连续资助（“基于驾驶员运动机能学特性的转向性能评价研究”），基于研究成果与国际上最大的转向系统设计生产企业之一的日本JTEKT株式会社开展了基于驾驶员肌电信号的转向负荷评价的基础研究项目2项。