基于人机工程学对预防疲劳驾驶的椅背设计研究

贾子萱

摘 要：从人机工程学原理出发，通过对疲劳驾驶产生因素进行分析。根据人、车、车内环境相互依存的关系。在此基础上，从驾驶的椅背设计出发，通过建立实验方案，对驾驶椅背的按摩方式、震动频率、重点按摩部位、舒适度等分析，进行相关数据记录。总结相对适宜的驾驶椅背按摩方式，达到缓解疲劳驾驶的作用。

关键词：人机工程；驾驶椅背；疲劳驾驶；按摩方式

通过驾驶安全报告统计，因交通事故死亡人数全国每年达10余万，高居世界第一[1]。因疲劳因素造成交通事故的死亡率高达非疲劳因素的3倍之高，疲劳驾驶事故更为严重。疲劳是一种复杂的生理状态，一般是指人体的身体与精神状态下降而导致人体工作效率和工作能力的衰退。驾驶员长时间保持静态坐姿，肌肉和血管受到压迫，血液循环减慢，引起疲劳的程度大大增加。

1疲劳驾驶的形成原因

视觉界面、听觉信息和肤觉感知在驾驶过程中同时工作，并传输到中枢神经，中枢神经系统不断接受信号，分析处理。在整个过程中，引起身体外部肌肉疲劳和内部器官疲劳，加重驾驶员生理和心理疲劳。产生的疲劳信息再次传达至中枢神经，视觉、听觉和肤觉敏感度和敏锐性降低，最终引起疲劳驾驶。

1.1驾驶中产生的疲劳表现

驾驶过程中，驾驶员与车辆的协调关系形成了系统输出，向外界发出信号。驾驶员通过对大脑传递信息，大脑对自身感知系统进行刺激，产生一系列的驾驶活动。当驾驶过程中产生疲劳，信息传递到感知系统变得迟钝，产生第一次的感知疲劳，感知疲劳反馈给身体，产生第二次的判断疲劳和一系列的动作疲劳。通过三次行为模式的循环，疲劳使大脑的刺激、判断和反应能力逐渐降低，潜移默化地进入疲劳驾驶。

1.2预防疲劳驾驶的重要性

对于驾驶疲劳状态的研究，有必要从人机工程学的理论出发，加以分析研究疲劳驾驶的产生，并且改善和预防疲劳驾驶。人机工程学的方法也将给问题的解答带来全新的思路和视角，补充传统的机械制造设计系统的不足之处。以求达到安全、舒服、高效生产和工作的目的。

2驾驶椅背设计的人机工程学分析

驾驶椅背的舒适度与驾驶健康息息相关，运用人机工程学的理论，研究改善驾驶座椅舒适度，降低驾驶疲劳提高健康驾驶。结合人机工程学原理，对驾驶椅背舒适度和产生疲劳的表现进行总结，提出现阶段驾驶椅背设计存在的问题，拟定解决方案进行深化研究。

2.1椅背舒适度分析

座椅应当满足下列的座椅静态舒适度基本要求：座椅的形状和尺寸需求与座椅的功能有关，座椅的尺寸设计必须符合人机工程学标准[2]；座椅应该可以随意进行调节，以满足乘员变换坐姿的需求；座椅的位置要与驾驶空间相协调，使驾驶员在驾驶的时候操作方便；坐垫的材料需要选择柔软透气，具有高舒适度；坐垫要有适度的摩擦力和柔软感，没有不合理的凹凸。

2.2座椅对驾驶员产生的疲劳表现

背部和颈部是座椅对驾驶员产生的最主要的两大疲劳表现，背部和颈部达到最佳的舒适状态，可以降低疲劳感与座位不舒适的情况，同时减少心理疲劳的发展。保持静态的驾驶人员，腰部和脊椎容易受到损伤，长时间会引起精神状态下降和工作效率差的状况。

3预防疲劳驾驶的椅背实验分析

通过对驾驶疲劳的分析与人机工程的运用。对于预防疲劳驾驶的设计，将重点放在驾驶座椅靠背的功能改善。通过建立实验方式，来解决座椅靠背的抗疲劳效果和舒适度问题，在深化功能设计中增加新的功能，达到对减少疲劳驾驶起到一定的效果。

3.1椅背设计思路分析

通过对驾驶椅背舒适度分析，在椅背上加入按摩功能，改善驾驶疲劳的问题。在按摩时间、方式、速度、气压、震动等方面进行设计和调整，以符合驾驶座椅的靠背按摩功能。

驾驶椅的哪种按摩方式最容易达到抗疲劳的效果，是按摩椅重点研究对象。按摩椅背的凹凸弧度与按摩方式，暂定：靠背的尺寸90-115度，人与靠背的角度15-35度。按摩方式的运用，哪些按摩方式对于减轻驾驶疲劳具有作用性，暂定：揉捏、指压、推拿三种方式相互交替。按摩时做附带的温度变化与湿度的控制，暂定：温度18-23，湿度40-60。

椅背的设计在按摩过程中对驾驶员的驾驶不产生影响：对于力度与按摩方式的把握，同时能达到缓解疲劳的作用。按摩时间的分配：在驾驶期间不必要一直进行按摩。对于按摩时间，通过实验证明，在什么时间段进行按摩是最合理的，最能达到对疲劳的改善。

3.2椅背按摩实验分析

选择三种受大众欢迎的按摩椅靠背，嵌套在驾驶室的座椅上，在条件不变的情况下进行试验，根據数据显示，汽车与人体产生的震动要在防止共振的情况下，震动在3-4HZ最佳，嵌入合理的震动频率，删除原有的震动频率，使静态的椅背在合理的情况下进行振动。

最终结合数据，进行按摩靠背模型模拟实验。从按摩功能、按摩分部、按摩的方式，每个按摩的滚动、揉捏、压力能形式进行舒适度实验。通过人机的模拟实验，一步一步达到吻合，对问题得到相应的解决。最后再次实验，确定是否有问题的存在，以及需要改进的方面，确保达到最终的预期效果。

3.3椅背按摩实验结果

揉捏按摩法，震动频率3.3。按摩方式主要以腰部揉捏为主，对于身体放松起到作用。按摩形式针对腰部，没有上下移动和变化。对于驾驶按摩具有实用性，可刺激腰部的僵硬现象，震动频率符合车内驾驶要求。

上下变化锤揉，震动频率3.0。按摩方式主要以腰背部为主，以腰部出发自下至上捶揉按摩，因为贴合度的原因，舒适度不高，按摩产生的幅度较大。对于驾驶按摩不具有实用性，会影响到驾驶人员的注意力，也不能对缓解疲劳起到一定的作用。

起伏指压揉捏，震动频率3.4。对整个背部进行起伏指压，模拟手部的力度，舒适度较高。以气囊的方式，硬度也较为适中。对于驾驶按摩具有较高的实用性，气囊的按摩手法，安全有效，不会造成疼痛感，综合考虑，对于防止驾驶疲劳的按摩具有实效性。

腰背部连续敲打，震动频率4.2。敲打对于消除疲劳的舒适度有一定的作用。但在进行中所产生的频率较高，产生的震动有影响到四肢，四肢也会产生小幅度震动。敲打的方式对于驾驶按摩有一定的可取性，但还需要进行改良，重点在于降低频率，看是否能改为气囊敲打法。

背部左右滚动，腰部揉捏，震动频率4.4。按摩方式兼顾到整个后背。同时将重点放在腰部。滚动类型的按摩方式较为疼痛。按摩自身加入了震动按摩，因此产生的频率较高，在驾驶按摩中不可以加入震动较为激烈的按摩，疼痛感较强也不可取，揉捏按摩较为舒适。

拍打顫动式按摩，震动频率4.2。按摩方式对整个背部肌肉的放松起到作用，因为舒适度较高，按摩方式较为青睐，可适当增加在驾驶环境中。拍打颤动的方式是通过皮囊的方式，相对敲打轻柔一些，对整个背部起到效果，缺点为震动频率较大。

针灸加热按摩，震动频率2.8。按摩方式最为平缓，按摩后的舒适度最高。对于驾驶环境来说，是一种比较适合的方式，属于按摩中较为静态的一种，穴位的按摩方式也多收到大众的喜爱。

扣击指压按摩，震动频率3.4。按摩法对身体的刺激较为明显，叩击主要产生在腰部两侧和颈部，指压则主要在整个背部。因为同样用滚轮的按摩仪器进行，舒适度较低，滚轮的硬度不适宜驾驶环境，同时按压背部时，按摩轮的凸起度对颈部的舒适度产生影响。

3.4椅背按摩方式设计

根据实验结果归纳总结，对于预防疲劳驾驶最适宜的椅背按摩方式为气囊按摩和针灸按摩。

气囊按摩的方式，相对安全性高。对于驾驶产生的颠簸或紧急刹车等情况，不会造成身体的伤害，同时当遇到紧急情况时，具备一定的保护措施，对于不同年龄段的驾驶人群完全受用。气囊的按摩方式舒适度高，不带有任何疼痛感，受90%人群的青睐，对于预防疲劳有高效的帮助。

针灸按摩的方式，初级使用者感觉有轻微的刺痛和不适，通过一定时间的适应后，使用舒适度增强。按摩过程中不产生震动，不影响驾驶状态。不仅对驾驶疲劳有预防作用，同时有效缓解腰背部在工作或生活中产生的损伤，具有一定的治疗作用。

3.5根据路况分析设计按摩方式

常用道路主要有城市道路，市区道路、环城高速等。有时还会以山区道路、乡村道路、海景公路为主。模拟驾驶，选择适宜的按摩方式，针对不同的路段。寻找最为搭配的按摩手法，达到预防疲劳驾驶的效果。

相对平稳高速的驾驶道路是高速公路和海景公路，路段宽敞，颠簸小。在模拟驾驶和按摩实验的配合下总结出：选择气囊式按摩。气囊按摩可以很好的缓解在高度紧张下产生的肌肉酸痛。以气囊的方式在腰部进行重点按摩，进行整个背部的放松，从下至上，进行气囊指压按摩手法，这种方式更为适宜。

山区道路和乡村道路相对坡度和曲折变化较多，颠簸相对厉害，驾驶环境产生震动较强。选择针灸按摩更适宜，缓解路况的变化对身体产生的损伤，山路和乡村道路的驾驶时间较长，加热式针灸穴位按摩，对于背部重要穴位进行按摩，相比气囊按摩更为安全有效于这两种路况。

市区道路，路况变化较少，城市道路相对平坦和安全。市区道路相对上班族较多，上班族生活压力大，在工作和驾驶过程中疲劳度都更为高，可以综合这两种按摩进行。在发动汽车的几分钟、红绿灯、堵车等情况进行气囊按摩，快速缓解身体肌肉的紧张。在开车过程中穴位按摩放松身体，缓解生活和工作带来的疲劳，预防驾驶过程中产生疲劳。

4结语

通过设定实验流程，分析数据，记录实验感受。对不同的八种按摩方式进行详细分析，包括心率，振频，体验者舒适度等测量和模拟驾驶过程的记录，以及不同年龄阶段的体验者数据分析和体验后的问卷调查。结合驾驶经验分析筛选相对更为合适的按摩方式嵌套入驾驶椅背中，进行长期使用测评和不同道路适宜度的分析，最终得出结论。气囊按摩方式与穴位针灸按摩方式是最佳的驾驶椅背按摩方式，同时适用于常用道路。对预防驾驶疲劳的椅背设计具有实效性。

参考文献

[1]刘敏基于视觉的自主车辆路况检测方法研究[D].湖南：湖南大学，2014.

[2]林凌云.汽车座椅静态舒适度的主客观评价方法研究[D].吉林：吉林大学，2013

[3]高美芹.高速公路智能车辆视觉导航系统研究[D].湖北：武汉理工大学，2007

[4]迟晓梅.疲劳驾驶状态脑血流动力学特性的研究[D].辽宁：东北大学，2015

[5]李敏.基于眼部和嘴部特征融合的驾驶员疲劳检测方法研究[D].浙江：浙江师范大学，2012