本書(shū)針對(duì)電動(dòng)汽車(chē)乘客的暈車(chē)問(wèn)題,提出了一種基于主客觀融合的暈車(chē)程度量化方法,并在不同道路乘車(chē)測(cè)試中得到了驗(yàn)證。全書(shū)共分為9章。相關(guān)研究確定了位于右前額的暈車(chē)關(guān)聯(lián)腦區(qū),并提取了用于暈車(chē)狀態(tài)識(shí)別的腦電信號(hào)與腦血氧信號(hào)特征;通過(guò)對(duì)音樂(lè)效價(jià)、喚醒度、喜愛(ài)度的評(píng)價(jià),量化了音樂(lè)庫(kù)的防暈車(chē)舒緩效果;分析了多種香氛對(duì)電動(dòng)汽車(chē)暈動(dòng)癥的干預(yù)效果;并在上汽集團(tuán)的飛凡F7系列電動(dòng)汽車(chē)一鍵舒享功能模塊中進(jìn)行了應(yīng)用驗(yàn)證。
1.研究具創(chuàng)新性、前沿性,同類(lèi)書(shū)無(wú)。針對(duì)電動(dòng)汽車(chē)乘客的暈車(chē)問(wèn)題,提出了一種基于主客觀融合的暈車(chē)程度量化方法,并在不同道路乘車(chē)測(cè)試中得到了驗(yàn)證。
2.融入人因工程理念。本書(shū)是作者在腦機(jī)接口、人機(jī)交互、多模態(tài)融合的基礎(chǔ)上,對(duì)人因工程領(lǐng)域的深入探討。以人為中心不再僅僅是設(shè)計(jì)理念的口號(hào),而是成為衡量技術(shù)價(jià)值的終極標(biāo)尺。
3.著作實(shí)用性較強(qiáng)。本書(shū)獨(dú)創(chuàng)提出的暈車(chē)程度評(píng)價(jià)體系,已應(yīng)用于上汽集團(tuán)飛凡F7系列電動(dòng)汽車(chē)防暈車(chē)功能開(kāi)發(fā)實(shí)踐。
4.裝幀精良。本書(shū)精裝印制,并于書(shū)后附多面彩色插頁(yè),集中精美展示作者科研過(guò)程中第一手珍貴資料成果,提升讀者的閱讀體驗(yàn)度。
5.著作納入智能機(jī)電技術(shù)叢書(shū),叢書(shū)其他分冊(cè)《可穿戴下肢外骨骼人機(jī)協(xié)同設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究》《仿生外骨骼的運(yùn)動(dòng)協(xié)同與自適應(yīng)控制理論》等業(yè)已出版。叢書(shū)致力于智能機(jī)電技術(shù)領(lǐng)域前沿問(wèn)題研究及未來(lái)應(yīng)用探究,融入大量的實(shí)驗(yàn)或仿真工作,有較高的學(xué)術(shù)參考價(jià)值。
伴隨著電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展,乘客的暈車(chē)問(wèn)題也隨之加劇。電動(dòng)汽車(chē)的加速、剎車(chē)、轉(zhuǎn)向以及能量回收模式會(huì)導(dǎo)致乘車(chē)過(guò)程中的暈動(dòng)癥,使得乘客出現(xiàn)精神狀態(tài)不佳、出冷汗、惡心甚至嘔吐等癥狀。因此,本書(shū)從人因工程學(xué)的角度出發(fā),根據(jù)乘客的心理學(xué)、生理學(xué)以及車(chē)輛動(dòng)力學(xué)參數(shù),提出了一套完整的暈車(chē)程度評(píng)價(jià)體系,以此對(duì)乘客暈車(chē)的變化過(guò)程進(jìn)行量化評(píng)定,最后將該評(píng)價(jià)體系應(yīng)用于上海汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司(簡(jiǎn)稱(chēng)上汽集團(tuán))飛凡F7系列電動(dòng)汽車(chē)防暈車(chē)功能開(kāi)發(fā)實(shí)踐中。
上汽集團(tuán)飛凡F7系列電動(dòng)汽車(chē)的舒享模式,優(yōu)化了包括動(dòng)力響應(yīng)、能量回收在內(nèi)的相關(guān)設(shè)置,標(biāo)定了一種最舒適的駕駛模式,能夠有效降低乘客出現(xiàn)暈車(chē)反應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)。為了驗(yàn)證舒享模式的防暈車(chē)功能,上汽集團(tuán)聯(lián)合上海大學(xué)共同開(kāi)展了相關(guān)主客觀融合暈車(chē)評(píng)價(jià)方法研究以及防暈車(chē)設(shè)計(jì)。主客觀融合的評(píng)價(jià)方法從主觀心理和客觀生理兩方面反映了乘車(chē)人員的暈車(chē)感受。其中,在主觀評(píng)價(jià)方面,提出了一種暈動(dòng)評(píng)價(jià)量表,實(shí)現(xiàn)乘車(chē)前的暈車(chē)敏感性分類(lèi)、乘車(chē)過(guò)程中的暈車(chē)程度動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè),以及乘車(chē)結(jié)束后的身體癥狀評(píng)估。在客觀評(píng)價(jià)方面,采用了包括心、腦、肺在內(nèi)的多生理信號(hào)協(xié)同表征暈車(chē)程度的方法。
本書(shū)即為上述相關(guān)研究的總結(jié),具體內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面:
(1)提出了一種用于量化特定場(chǎng)景的暈車(chē)程度評(píng)價(jià)量表。從而確定了與暈車(chē)關(guān)聯(lián)的腦區(qū),并且提取了用于暈車(chē)識(shí)別的腦電信號(hào)與腦血氧信號(hào)的新特征。
(2)提出了一種主客觀融合的暈車(chē)程度評(píng)價(jià)方法。該方法采用FMS得分作為主觀指標(biāo),采用腦電信號(hào)特征PSD以及腦血氧信號(hào)特征rSO?作為客觀指標(biāo)。對(duì)主觀結(jié)果和客觀結(jié)果歸一化后計(jì)算相關(guān)系數(shù)矩陣以及權(quán)重矩陣,最終量化得到綜合暈車(chē)程度得分。
(3)探討了車(chē)輛動(dòng)力學(xué)參數(shù)對(duì)乘客暈車(chē)反應(yīng)的影響,并提出了一種使用車(chē)輛動(dòng)力學(xué)參數(shù)預(yù)測(cè)暈車(chē)反應(yīng)的深度學(xué)習(xí)算法。同時(shí),討論了一個(gè)城市道路上的人機(jī)環(huán)系統(tǒng),解釋了駕駛表現(xiàn)與乘客暈車(chē)之間的因果關(guān)系。
(4)構(gòu)建了一種防暈車(chē)音樂(lè)庫(kù)。首先提出了用于構(gòu)建防暈車(chē)音樂(lè)庫(kù)的VAP量表,通過(guò)對(duì)音樂(lè)效價(jià)、喚醒度、喜愛(ài)度的評(píng)價(jià),量化了VAP得分。
(5)分析了多種香氛對(duì)電動(dòng)汽車(chē)暈動(dòng)癥的干預(yù)效果。在真實(shí)乘坐環(huán)境中對(duì)比研究了五種香氛(玫瑰、薄荷、薰衣草、柑橘、檸檬)的防暈車(chē)效果。研究結(jié)果表明,薰衣草的防暈車(chē)效果最佳。通過(guò)腦網(wǎng)絡(luò)分析,進(jìn)一步揭示了不同香氛的神經(jīng)調(diào)節(jié)機(jī)制差異。
本書(shū)的編寫(xiě)參考了國(guó)內(nèi)外相關(guān)著作,是作者在腦機(jī)接口、人機(jī)交互、多模態(tài)融合的基礎(chǔ)上,對(duì)人因工程領(lǐng)域的深入探討。本書(shū)的研究工作得到了多方支持,包括國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(51775325)、上海東方學(xué)者計(jì)劃(QD2016033)、香港香江學(xué)者計(jì)劃(XJ2013015),以及上汽集團(tuán)的電動(dòng)轎車(chē)防暈車(chē)功能開(kāi)發(fā)和基于智艙關(guān)聯(lián)與大數(shù)據(jù)識(shí)別的智慧舒享功能開(kāi)發(fā)與驗(yàn)證項(xiàng)目。在此,衷心感謝上海大學(xué)機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院,感謝參與本書(shū)研究的管萬(wàn)里、周沁宇、李奇兵、任鵬宇、汪肖宇辰、耿永峰、史迪威、仵夢(mèng)晗、王運(yùn)祥、潘韞杰、王琳、張志強(qiáng)、張銳誠(chéng)等同學(xué)。特別感謝上汽集團(tuán)乘用車(chē)分公司的王斌、王雙、張騰龍、羅文發(fā)、黑遠(yuǎn)飛、殷想、邱鵬等技術(shù)專(zhuān)家。
任彬,工學(xué)博士,上海大學(xué)副教授、博士生導(dǎo)師。兼任上海市人工智能學(xué)會(huì)副秘書(shū)長(zhǎng),香港學(xué)者協(xié)會(huì)會(huì)員。2013年入選香江學(xué)者,2016年入選上海市青年?yáng)|方學(xué)者。主要研究領(lǐng)域?yàn)槿藱C(jī)協(xié)同、腦機(jī)交互、可穿戴外骨骼、大語(yǔ)言模型。作為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人,主持國(guó)家自然科學(xué)基金-面上項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金-青年基金等6項(xiàng);作為主要研究人員,參加并完成香港特區(qū)政府資助項(xiàng)目、國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃)、國(guó)家863計(jì)劃、國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)、國(guó)家科技支撐計(jì)劃等多項(xiàng)。代表性成果包括:在Computer-Aided Civil and Infrastructure Engineering、Journal of Computing and Information Science in Engineering等國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊發(fā)表SCI/EI論文30余篇,獲授權(quán)發(fā)明專(zhuān)利12項(xiàng),出版專(zhuān)著3部(《機(jī)械動(dòng)力學(xué)》《可穿戴下肢外骨骼人機(jī)協(xié)同設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究》《仿生外骨骼的運(yùn)動(dòng)協(xié)同與自適應(yīng)控制理論》)。
縮略詞中英文對(duì)照表I
第1章
新能源電動(dòng)汽車(chē)的人因工程 1
1.1 新能源汽車(chē)行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)1
1.2 駕駛艙人因設(shè)計(jì)3
1.3 自動(dòng)駕駛?cè)藱C(jī)協(xié)作3
1.4 人因工程測(cè)試41.4.1 駕駛模擬器41.4.2 實(shí)車(chē)測(cè)試 51.4.3 新興技術(shù) 61.4.4 創(chuàng)新體系 71.5 暈車(chē)與舒享功能測(cè)試8
第2章
暈車(chē)問(wèn)題的國(guó)內(nèi)外研究概況112.1 研究的背景和意義112.2 國(guó)內(nèi)外研究概況122.2.1 暈動(dòng)癥的醫(yī)學(xué)機(jī)制122.2.2 暈動(dòng)癥的主觀評(píng)價(jià)法142.2.3 暈動(dòng)癥監(jiān)測(cè)的生理評(píng)價(jià)法262.2.4 暈動(dòng)癥研究的不足之處312.2.5 防暈車(chē)設(shè)計(jì)方法31
第3章 暈車(chē)程度評(píng)價(jià)量表的適用性分析38
3.1 量表適用性評(píng)價(jià)模型383.2 乘車(chē)模擬器暈動(dòng)誘發(fā)實(shí)驗(yàn)423.3 三種暈車(chē)量表適用性評(píng)價(jià)443.4 討論 483.5 本章小結(jié) 49
第4章 基于腦電-腦血氧的暈車(chē)識(shí)別特征50
4.1 暈車(chē)誘發(fā)雙模式乘車(chē)實(shí)驗(yàn)504.1.1 受試者504.1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備514.1.3 實(shí)驗(yàn)流程514.2 腦電與腦血氧信號(hào)預(yù)處理524.2.1 腦血氧信號(hào)監(jiān)測(cè)機(jī)制及預(yù)處理524.2.2 腦電信號(hào)偽影分析與抑制方法554.3 暈車(chē)關(guān)聯(lián)腦區(qū)及特征提取564.4 暈車(chē)識(shí)別特征有效性驗(yàn)證634.5 討論 674.6 本章小結(jié)68
第5章 主客觀融合的暈車(chē)程度評(píng)價(jià)體系69
5.1 實(shí)際道路的暈車(chē)誘發(fā)實(shí)驗(yàn)695.1.1 受試者695.1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備695.1.3 實(shí)驗(yàn)流程705.2 主客觀融合評(píng)價(jià)模型構(gòu)建715.3 主客觀融合模型驗(yàn)證分析755.4 討論 765.5 本章小結(jié)77
第6章 基于車(chē)輛動(dòng)力學(xué)參數(shù)的暈車(chē)程度分類(lèi)模型78
6.1 城市道路人機(jī)環(huán)系統(tǒng)786.1.1 路況特點(diǎn)786.1.2 人機(jī)環(huán)系統(tǒng)796.2 城市道路路況的乘車(chē)實(shí)驗(yàn)806.2.1 實(shí)驗(yàn)被試招募806.2.2 實(shí)驗(yàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備816.2.3 主觀評(píng)價(jià)方案816.2.4 實(shí)驗(yàn)流程介紹826.3 深度學(xué)習(xí)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)826.3.1 BP-ANN模型826.3.2 LSTM模型846.3.3 Bi-LSTM模型866.4 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練與評(píng)價(jià)方法876.5 暈車(chē)程度三分類(lèi)量化結(jié)果906.6 討論 936.7 本章小結(jié)94
第7章 基于多頻段特征的暈車(chē)程度分類(lèi)模型95
7.1 暈動(dòng)癥分類(lèi)模型957.2 fNIRS信號(hào)預(yù)處理與主通道提取967.2.1 fNIRS信號(hào)預(yù)處理967.2.2 基于主成分分析的通道降維987.3 多頻段功率譜熵的特征提取 1007.4 乘客暈動(dòng)實(shí)車(chē)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)1037.5 暈車(chē)程度分類(lèi)模型驗(yàn)證1057.6 本章小結(jié)107
第8章 防暈車(chē)音樂(lè)庫(kù)的構(gòu)建及其舒緩性驗(yàn)證108
8.1 防暈車(chē)音樂(lè)庫(kù)的構(gòu)建方法1088.1.1 防暈車(chē)音樂(lè)VAP量表108
8.1.2 音樂(lè)數(shù)據(jù)的評(píng)分過(guò)程 1108.2 音樂(lè)庫(kù)靜態(tài)舒緩效果驗(yàn)證1118.3 動(dòng)態(tài)過(guò)程的音樂(lè)干預(yù)實(shí)驗(yàn)1138.4 音樂(lè)庫(kù)動(dòng)態(tài)舒緩效果驗(yàn)證1148.5 討論1168.6 本章小結(jié)118
第9章 香氛對(duì)電動(dòng)汽車(chē)暈動(dòng)癥的干預(yù)效果119
9.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)1199.2 數(shù)據(jù)分析方法1219.2.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理 1219.2.2 EEG通道信號(hào)特征1219.2.3 fNIRS通道信號(hào)特征 1219.2.4 功能性腦網(wǎng)絡(luò)1229.2.5 腦網(wǎng)絡(luò)參數(shù)計(jì)算 1229.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果1239.3.1 主觀分?jǐn)?shù)結(jié)果1239.3.2 腦電圖功率譜密度1249.3.3 局部血氧飽和度1269.3.4 EEG腦網(wǎng)絡(luò)分析結(jié)果1279.3.5 fNIRS腦網(wǎng)絡(luò)分析結(jié)果1299.4 討論1329.5 本章小結(jié)133
參考文獻(xiàn)135
《新能源電動(dòng)汽車(chē)的人因工程測(cè)試與暈車(chē)程度評(píng)價(jià)》彩色插圖