一种基于腿部表面肌电信号的三踏板调节机构的制作方法

本发明涉及汽车控制领域，具体涉及一种基于腿部肌电信号的多参数可调节三踏板机构。

背景技术：

作为驾驶员直接接触的部件，在长途行驶过程中，踏板的布局合理性以及操纵舒适性对提高行车安全、减轻人体疲劳有着十分重要的作用。而肌肉表面信号作为一种成熟可靠的技术手段，能够定量准确的分析肌肉的劳损状态，因此在踏板的参数设计中引入肌电信号的分析能更加有效的满足驾驶员的个性化需求，提高行车安全系数。以往的踏板结构设计主要具有以下问题：

1、踏板的空间位置是固定的，难以满足不同百分位驾驶员的需求，对于身材特别高大和矮小的驾驶员很容易产生驾驶疲劳感，更严重的情况会因为踏板之间的切换迟缓危害行车安全。

2、目前踏板角的设置尚无统一的国家和行业标准，各汽车企业均是依据企业经验数据进行设计，所以无法满足全部人的驾驶需求。对于以上特殊人群可能在操纵过程中挡脚，无法满足他们的使用需求。

3、不同的驾驶员会有驾驶习惯的差异，对踏板的操纵感会有不同的需求。现有的真空助力器以及电动助力装置对踏板感觉的调节范围较小，难以满足不同驾驶员的要求。

因此基于人体肌肉表面肌电信号的特征分析，更精准的设计一款满足不同百分位驾驶员对踏板空间位置、倾角以及操纵感要求的三踏板调节机构是可靠而必要的。

技术实现要素：

本发明的目的是为了设计一种基于表面腿部肌电信号的三踏板调节机构。可根据不同人的需求实时方便的调节三踏板的空间位置、操纵感觉以及踏板倾角，能够比较全面的符合驾驶员的驾驶需求。基于生物力学和人机工程的角度出发，为踏板的位置、倾角以及操纵感提供可靠的参考数据，满足不同人体对踏板配置的要求。

一种基于腿部表面肌电信号的三踏板调节机构，包括x向滑轨、y向滑轨以及垂直固定设置在y向滑轨滑块上的z向电动推杆、可发生相对转动的踏板上下臂、上下臂之间的齿轮组件、踏板倾角调节机构以及中央处理器，中央处理器可根据外部采集到的肌电数据进行处理分析，最终根据不同人体推荐最优的踏板配置方案。中央处理器可满足如下方案的使用：一：驾驶员输入身高、体重等身体参数，中央处理器可自动调节出最适合该驾驶员人体百分位的踏板位置、倾角以及踏板操纵感。二、将表面肌电传感器贴在驾驶员腿部肌肉肌腹处，采集驾驶员在驾驶车辆过程中腿部肌肉的电信号，将采集到的肌肉电信号发送到中央处理器进行分析，优选出肌肉舒适度最高的踏板参数，中央处理器控制电机进行调节。三、中央处理器内置调整按钮，驾驶员可自行调节踏板位置、倾角以及踏板操纵感，结构简单、操作方便。

x向滑轨包括有主动x向滑轨和从动x向滑轨；主动x向滑轨包括x向齿条、x向滑块、x向传动丝杆、x向步进电机以及两端挡板，x向步进电机固定在x向滑块上，x向滑块滑动连接在主动x向滑轨上，x向滑块包含有第一转轴、x向齿轮和滚动轴承，滚动轴承内圈与第一转轴转动连接外圈焊接在x向滑块上。

从动x向滑轨具有三条传动丝杆，丝杆上的滑块跟随主动x向滑轨上的x向滑块移动；x向步进电机在中央处理器的控制下驱动第一转轴转动使x向滑块沿x向传动丝杆移动，第一转轴两端设有滚动轴承，在第二转轴、第三转轴与踏板臂上臂以及第四转轴与踏板支撑板接触的部位同样设有滚动轴承，后文不再赘述。

y向滑轨固定在x向滑块上，具有一个中间主轴和两侧传动丝杆，y向步进电机固定在挡板上由中央处理器的控制，能够驱动主轴转动带动y向滑块沿丝杆移动。

y向滑块上固定设置推杆、推杆电机以及滑槽，推杆通过u型卡扣与第三转轴转动连接。推杆电机控制推杆的伸缩来调节踏板的z向位置，推杆的上下移动促使滑杆在滑槽内的移动。

踏板上下臂之间的齿轮组件包括主动齿轮、从动齿轮、第三转轴、第二双输出轴电机和电机卡箍；第二双输出轴电机固定在底座上与主动齿轮连接并通过主动齿轮将扭矩传递给从动齿轮。当驾驶员踩下踏板时，第二双输出轴电机输出扭矩会经过主动齿轮传动到从动齿轮进行减速增扭，这个力的大小可以设定，可以进行实时调节为驾驶员提供不同的踏板操纵感。

踏板下臂与第三转轴固定连接，第二转轴穿过踏板上臂与其转动连接，第三转轴也穿过踏板上臂与其转动连接。

所述的踏板倾角调节机构包括踏板、第四转轴、支撑板、连接杆、限位杆、u型轮、倾角调节齿轮、倾角调节齿条和第一双输出轴电机；支撑板与第四转轴通过内部轴承转动连接；第一双输出轴电机通过第四转轴控制倾角调节齿轮转动以调节踏板倾角；u型轮固定在限位杆之间保证与倾角调节齿轮同轴转动；第一双输出轴电机控制倾角调节齿轮在倾角调节齿条上转动可以准确实时的调节踏板的倾角，结构简单，易于实现，满足驾驶员的不同需求。

支撑板保证第四转轴的转动灵活性。

中央处理器外置安装在仪表盘上控制电机运作，所述中央处理器内置肌电信号分析算法和最优踏板配置推荐库，肌电信号分析算法可以将外部肌电信号传感器采集到的肌电信号进行特征提取，计算出驾驶员进行驾驶动作时的肌肉激活程度。肌肉激活程度的计算方法为：

式中，a0为肌肉激活程度，为无量纲值，f为驾驶员进行动作时肌肉产生的电信号，fmax为驾驶员肌肉处于最大发力状态时产生的电信号。当肌肉激活程度较低时表明驾驶员舒适度较高。中央处理器34能够通过驾驶员在不同踏板倾角、踏板感觉以及空间位置的肌肉激活程度的纵向对比分析出人体感觉最舒适的踏板布置方案。最优踏板配置推荐库内包含测得不同百分位人体舒适度最高的踏板参数，可以根据输入中央处理器的驾驶员身高、体重参数进行最优配置匹配。同时所述中央处理器34内置电机控制按钮，驾驶员可以坐在座椅上自行调节踏板倾角、感觉以及踏板的空间位置，可以充分满足驾驶员的多种驾驶需求。

离合踏板调节总成、制动踏板调节总成和加速踏板调节总成具有相同的调节方式。

本发明的有益效果为：

1、本发明根据表面肌电信号判断肌肉的劳损状态，跟据分析不同百分位人体在驾驶车辆时的的肌肉激活程度能够自动的将踏板的各个参数调整到人体感觉最舒适的位置，消除了不同个体之间的生物力学差异。

2、踏板的倾角和空间位置可以根据驾驶员自身需求灵活地调节，同时踏板的操纵力大小可以设定，可以为驾驶员提供不同的操纵感觉，在同一辆汽车内可以为驾驶员提供多样化的驾驶体验，满足不同人体对踏板配置的要求。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为x向滑轨的内部结构示意图。

图3为本发明结构的侧视图。

图4为本发明踏板倾角调节机构的内部结构示意图。

图5为本发明的支撑板内部结构示意图。

图6为本发明的中央处理器示意图。

图中：1—主动x向滑轨，2—从动x向滑轨，3—x向齿条，4—x向滑块，5—x向传动丝杆，6—y向滑块，7—踏板上臂，8—推杆电机，9—推杆，10—滑杆，11—主动齿轮，12—从动齿轮，13—u型卡扣，14—踏板下臂，15—第一双输出轴电机，16—连接杆，17—第一转轴，18—踏板，19—y向滑轨，20—x向步进电机，21—滚动轴承，22—y向步进电机，23—电机卡箍，24—第二双输出轴电机，25—支撑板，26—第二转轴，27—第三转轴，28—限位杆，29—u型轮，30—x向齿轮，31—倾角调节齿条，32—第四转轴，33—倾角调节齿轮，34—中央处理器。

具体实施方式

一种基于腿部表面肌电信号的三踏板调节机构，包括x向滑轨、y向滑轨以及垂直固定设置在y向滑轨滑块上的z向电动推杆、可发生相对转动的踏板上下臂、上下臂之间的齿轮组件、踏板倾角调节机构以及中央处理器34，中央处理器34可根据外部采集到的肌电数据进行处理分析，最终根据不同人体推荐最优的踏板配置方案。中央处理器34可满足如下方案的使用：一：驾驶员输入身高、体重等身体参数，中央处理器34可自动调节出最适合该驾驶员人体百分位的踏板位置、倾角以及踏板操纵感。二、将表面肌电传感器贴在驾驶员腿部肌肉肌腹处，采集驾驶员在驾驶车辆过程中腿部肌肉的电信号，将采集到的肌肉电信号发送到中央处理器34进行分析，优选出肌肉舒适度最高的踏板参数，中央处理器34控制电机进行调节。三、中央处理器内置调整按钮，驾驶员可自行调节踏板位置、倾角以及踏板操纵感，结构简单、操作方便。

如图1和图2所示，x向滑轨包括有主动x向滑轨1和从动x向滑轨2；主动x向滑轨1包括x向齿条3、x向滑块4、x向传动丝杆5、x向步进电机20以及两端挡板，x向步进电机20固定在x向滑块4上，x向滑块4滑动连接在主动x向滑轨1上，x向滑块4包含有第一转轴17、x向齿轮30和滚动轴承21，滚动轴承21内圈与第一转轴17转动连接外圈焊接在x向滑块4上。

从动x向滑轨2具有三条传动丝杆，丝杆上的滑块跟随主动x向滑轨1上的x向滑块4移动；如图3所示，x向步进电机20在中央处理器34的控制下驱动第一转轴17转动使x向滑块4沿x向传动丝杆5移动，第一转轴17两端设有滚动轴承，在第二转轴26、第三转轴27与踏板臂上臂7以及第四转轴32与踏板支撑板25接触的部位同样设有滚动轴承，后文不再赘述。

y向滑轨19固定在x向滑块4上，具有一个中间主轴和两侧传动丝杆，y向步进电机22固定在挡板上由中央处理器34的控制，能够驱动主轴转动带动y向滑块6沿丝杆移动。

y向滑块6上固定设置推杆9、推杆电机8以及滑槽，推杆9通过u型卡扣13与第三转轴27转动连接。推杆电机8控制推杆9的伸缩来调节踏板的z向位置，推杆9的上下移动促使滑杆10在滑槽内的移动。

如图1和图3所示，踏板上下臂之间的齿轮组件包括主动齿轮11、从动齿轮12、第三转轴27、第二双输出轴电机24和电机卡箍23；第二双输出轴电机24固定在底座上与主动齿轮11连接并通过主动齿轮11将扭矩传递给从动齿轮12。当驾驶员踩下踏板时，第二双输出轴电机24输出扭矩会经过主动齿轮11传动到从动齿轮12进行减速增扭，这个力的大小可以设定，可以进行实时调节为驾驶员提供不同的踏板操纵感。

踏板下臂14与第三转轴27固定连接，第二转轴26穿过踏板上臂7与其转动连接，第三转轴27也穿过踏板上臂7与其转动连接。

如图1和图4所示，所述的踏板倾角调节机构包括踏板18、第四转轴32、支撑板25、连接杆16、限位杆28、u型轮29、倾角调节齿轮33、倾角调节齿条31和第一双输出轴电机15；支撑板25与第四转轴32通过内部轴承转动连接；第一双输出轴电机15通过第四转轴32控制倾角调节齿轮33转动以调节踏板倾角；u型轮29固定在限位杆28之间保证与倾角调节齿轮33同轴转动；第一双输出轴电机15控制倾角调节齿轮33在倾角调节齿条31上转动可以准确实时的调节踏板的倾角，结构简单，易于实现，满足驾驶员的不同需求。

如图5所示，为支撑板25的内部结构示意图。保证第四转轴32的转动灵活性。

如图6所示，为中央处理器34示意图。中央处理器34外置安装在仪表盘上控制电机运作，所述中央处理器34内置肌电信号分析算法和最优踏板配置推荐库，肌电信号分析算法可以将外部肌电信号传感器采集到的肌电信号进行特征提取，计算出驾驶员进行驾驶动作时的肌肉激活程度。肌肉激活程度的计算方法为：

式中，a0为肌肉激活程度，为无量纲值，f为驾驶员进行动作时肌肉产生的电信号，fmax为驾驶员肌肉处于最大发力状态时产生的电信号。当肌肉激活程度较低时表明驾驶员舒适度较高。中央处理器34能够通过驾驶员在不同踏板倾角、踏板感觉以及空间位置的肌肉激活程度的纵向对比分析出人体感觉最舒适的踏板布置方案。最优踏板配置推荐库内包含测得不同百分位人体舒适度最高的踏板参数，可以根据输入中央处理器的驾驶员身高、体重参数进行最优配置匹配。同时所述中央处理器34内置电机控制按钮，驾驶员可以坐在座椅上自行调节踏板倾角、感觉以及踏板的空间位置，可以充分满足驾驶员的多种驾驶需求。

离合踏板调节总成、制动踏板调节总成和加速踏板调节总成具有相同的调节方式。