1引言

随着我国汽车行业的迅速发展，消费者在关注汽车安全性、可靠性的同时，也越来越多的关注着汽车的驾驶舒适性[1-2]。由驾驶机动车所引起的腿部肌肉疲劳是影响舒适性的关键因素之一[3]。Naddeo A[4]等人认为长期的固定坐姿工作容易引起肌肉疲劳，因而固定坐姿操纵的机动车驾驶员易引发腿部肌肉疲劳。由驾驶引起的腿部肌肉疲劳不仅会对驾驶员的健康产生不利影响，甚至将影响到驾驶安全。研究证实[5]，长期从事运输行业的机动车驾驶员产生腿部酸痛的频率较高。同时，肌肉在疲劳状态下的反应及其对肢体运动的影响，都会影响驾驶员的注意力集中程度和操纵的准确度，因此，多年来驾驶疲劳一直成为道路交通安全的重要影响因素。

有关驾驶疲劳的研究，国内外学者取得的成果颇盛，不仅提出了诸多驾驶疲劳检测方法，而且还建立了判定驾驶疲劳的模型。王琳[6]等人通过驾驶员驾驶过程中股二头肌的生理信号检测，以表征疲劳状态的主成分为自变量建立了判定驾驶疲劳的数学模型，可以准确地判别驾驶员在驾驶过程中的疲劳状态；Grujicic[7]等人运用AMS软件对驾驶过程中的“人-座椅”建模，研究了操纵踏板与座椅之间距离的变化对腿部、背部及腰部等肌肉群活动程度的影响，仿真结果表明随着座椅与操纵踏板之间距离的增加,肩部、颈部及腿部肌肉活动水平也随之增加；[8]等人基于人体表面肌电信号对长途驾驶过程中的肌肉疲劳进行研究，当肌肉处于疲劳状态后，时域指标中的积分肌电值升高，频域指标中的平均功率频率降低；田强[9]等对30名中年出租车驾驶员连续八小时驾驶操纵过程中腰部竖脊肌和胫骨前肌的表面肌电信号进行分析，并选取中值频率(MF)、平均振幅(MA)和积分肌电(iEMG)三个指标进行处理，研究证实：在八小时驾驶操纵后，两侧的腰部竖脊肌发生明显不对称，肌肉疲劳反应显著，表明长期长时间机动车驾驶工作会引发腰腿部肌肉疲劳的慢性累积。

由此，国内外有关疲劳驾驶检测方法的研究以主观检测和客观检测为主[10]。然而，针对在不同踏板力的脚操纵装置上驾驶而引起腿部肌肉疲劳的研究非常之少。驾驶引起腿部局部肌肉疲劳的研究需充分考虑人体肌肉的生理特征，且驾驶过程中的驾驶员腿部肌肉的硬度值是腿部肌肉疲劳的重要指标[11]，而肌肉收缩程度和人体疲劳密切相关，即肌肉收缩强度越大，肌肉硬度越大，则人体越容易感到疲劳。另外，当人体处于工作状态时，在一段时期内肌肉硬度小则人体舒适度好，肌肉硬度大则人体舒适度差[12]。且表面肌电技术可以测量人体的局部肌肉疲劳[13]状况，因此，同时结合腿部肌肉硬度值的变化，可有效评估机动车驾驶人员使用不同脚操纵力驾驶时对腿部的疲劳影响。

本文基于肌肉硬度值测量和表面肌电技术，结合主观疲劳调查，在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，对被试人员腿部肌肉疲劳进行研究，并比较不同任务组的各项指标，探索驾驶过程中改变踏板力对驾驶员腿部肌肉疲劳的影响，实验结果可为设计脚操纵装置时应充分考虑肌肉疲劳因素提供依据。

2研究方法

2.1 被试

选择10名具有驾驶经验的男性驾驶员作为样本进行试验，这10位测试人员的年龄在22-26岁之间，平均身高为174. cm，平均体重为74. kg。测试人员身体健康，1年内没有任何肌肉强烈损伤，并且实验之前的24 h之内没有进行过任何剧烈性的运动。

2.2 测试肌肉的选择

对于长时间的驾驶车辆，操纵踏板的腿部骨骼肌是疲劳累积较高区域，在完成脚操纵踏板过程中小腿部疲劳较大腿部严重，且小腿部的腓肠肌活动程度较高[14]，在本次试验用中，驾驶模拟器采用自动档模式，因此，肌肉疲劳的测试对象为右腿部腓肠肌肌肉群。

2.3 试验设备

(1)多模式驾驶模拟器：提供一个模拟驾驶平台，被试人员能够通过脚操纵装置模拟驾驶过程中踩油门和踩刹车时的动作，并且通过调换模拟器的踏板弹簧来控制踏板力。

(2)踏板力传感器：选用的型号为CHM踏板力传感器，来测量模拟驾驶器踏板力。

(3)数显邵氏硬度计：主要是用来测量各状况下完成驾驶任务后的腓肠肌处硬度值。

(4)表面肌电测量系统：表面肌电技术(Surface Electromyo-graphy，sEMG) 是通过测量、分析肌肉收缩时所释放的肌电信号来评估肌肉的活动状态。本次实验信号采集和处理的核心模块选用的是深圳市矽普特科技有限公司所研发生产的一种XPT2046型四线制电阻触摸屏控制芯片。原始的sEMG数据仅仅是随时间连续变化的波形[15]，而且肌电信号本身是一种很微弱的电信号，直观地看无法得出太多有价值的结论。而肌电信号经过前置放大电路放大之后仍然较微弱，因此在经过滤波和陷波去除干扰之后，还需将信号进行二级放大，以便更好的进行观察、分析。