基于人機工程學對預防疲勞駕駛的椅背設計研究

賈子萱

摘 要：從人機工程學原理出發，通過對疲勞駕駛產生因素進行分析。根據人、車、車內環境相互依存的關系。在此基礎上，從駕駛的椅背設計出發，通過建立實驗方案，對駕駛椅背的按摩方式、震動頻率、重點按摩部位、舒適度等分析，進行相關數據記錄。總結相對適宜的駕駛椅背按摩方式，達到緩解疲勞駕駛的作用。

關鍵詞：人機工程；駕駛椅背；疲勞駕駛；按摩方式

通過駕駛安全報告統計，因交通事故死亡人數全國每年達10余萬，高居世界第一[1]。因疲勞因素造成交通事故的死亡率高達非疲勞因素的3倍之高，疲勞駕駛事故更為嚴重。疲勞是一種復雜的生理狀態，一般是指人體的身體與精神狀態下降而導致人體工作效率和工作能力的衰退。駕駛員長時間保持靜態坐姿，肌肉和血管受到壓迫，血液循環減慢，引起疲勞的程度大大增加。

1疲勞駕駛的形成原因

視覺界面、聽覺信息和膚覺感知在駕駛過程中同時工作，并傳輸到中樞神經，中樞神經系統不斷接受信號，分析處理。在整個過程中，引起身體外部肌肉疲勞和內部器官疲勞，加重駕駛員生理和心理疲勞。產生的疲勞信息再次傳達至中樞神經，視覺、聽覺和膚覺敏感度和敏銳性降低，最終引起疲勞駕駛。

1.1駕駛中產生的疲勞表現

駕駛過程中，駕駛員與車輛的協調關系形成了系統輸出，向外界發出信號。駕駛員通過對大腦傳遞信息，大腦對自身感知系統進行刺激，產生一系列的駕駛活動。當駕駛過程中產生疲勞，信息傳遞到感知系統變得遲鈍，產生第一次的感知疲勞，感知疲勞反饋給身體，產生第二次的判斷疲勞和一系列的動作疲勞。通過三次行為模式的循環，疲勞使大腦的刺激、判斷和反應能力逐漸降低，潛移默化地進入疲勞駕駛。

1.2預防疲勞駕駛的重要性

對于駕駛疲勞狀態的研究，有必要從人機工程學的理論出發，加以分析研究疲勞駕駛的產生，并且改善和預防疲勞駕駛。人機工程學的方法也將給問題的解答帶來全新的思路和視角，補充傳統的機械制造設計系統的不足之處。以求達到安全、舒服、高效生產和工作的目的。

2駕駛椅背設計的人機工程學分析

駕駛椅背的舒適度與駕駛健康息息相關，運用人機工程學的理論，研究改善駕駛座椅舒適度，降低駕駛疲勞提高健康駕駛。結合人機工程學原理，對駕駛椅背舒適度和產生疲勞的表現進行總結，提出現階段駕駛椅背設計存在的問題，擬定解決方案進行深化研究。

2.1椅背舒適度分析

座椅應當滿足下列的座椅靜態舒適度基本要求：座椅的形狀和尺寸需求與座椅的功能有關，座椅的尺寸設計必須符合人機工程學標準[2]；座椅應該可以隨意進行調節，以滿足乘員變換坐姿的需求；座椅的位置要與駕駛空間相協調，使駕駛員在駕駛的時候操作方便；坐墊的材料需要選擇柔軟透氣，具有高舒適度；坐墊要有適度的摩擦力和柔軟感，沒有不合理的凹凸。

2.2座椅對駕駛員產生的疲勞表現

背部和頸部是座椅對駕駛員產生的最主要的兩大疲勞表現，背部和頸部達到最佳的舒適狀態，可以降低疲勞感與座位不舒適的情況，同時減少心理疲勞的發展。保持靜態的駕駛人員，腰部和脊椎容易受到損傷，長時間會引起精神狀態下降和工作效率差的狀況。

3預防疲勞駕駛的椅背實驗分析

通過對駕駛疲勞的分析與人機工程的運用。對于預防疲勞駕駛的設計，將重點放在駕駛座椅靠背的功能改善。通過建立實驗方式，來解決座椅靠背的抗疲勞效果和舒適度問題，在深化功能設計中增加新的功能，達到對減少疲勞駕駛起到一定的效果。

3.1椅背設計思路分析

通過對駕駛椅背舒適度分析，在椅背上加入按摩功能，改善駕駛疲勞的問題。在按摩時間、方式、速度、氣壓、震動等方面進行設計和調整，以符合駕駛座椅的靠背按摩功能。

駕駛椅的哪種按摩方式最容易達到抗疲勞的效果，是按摩椅重點研究對象。按摩椅背的凹凸弧度與按摩方式，暫定：靠背的尺寸90-115度，人與靠背的角度15-35度。按摩方式的運用，哪些按摩方式對于減輕駕駛疲勞具有作用性，暫定：揉捏、指壓、推拿三種方式相互交替。按摩時做附帶的溫度變化與濕度的控制，暫定：溫度18-23，濕度40-60。

椅背的設計在按摩過程中對駕駛員的駕駛不產生影響：對于力度與按摩方式的把握，同時能達到緩解疲勞的作用。按摩時間的分配：在駕駛期間不必要一直進行按摩。對于按摩時間，通過實驗證明，在什么時間段進行按摩是最合理的，最能達到對疲勞的改善。

3.2椅背按摩實驗分析

選擇三種受大眾歡迎的按摩椅靠背，嵌套在駕駛室的座椅上，在條件不變的情況下進行試驗，根據數據顯示，汽車與人體產生的震動要在防止共振的情況下，震動在3-4HZ最佳，嵌入合理的震動頻率，刪除原有的震動頻率，使靜態的椅背在合理的情況下進行振動。

最終結合數據，進行按摩靠背模型模擬實驗。從按摩功能、按摩分部、按摩的方式，每個按摩的滾動、揉捏、壓力能形式進行舒適度實驗。通過人機的模擬實驗，一步一步達到吻合，對問題得到相應的解決。最后再次實驗，確定是否有問題的存在，以及需要改進的方面，確保達到最終的預期效果。

3.3椅背按摩實驗結果

揉捏按摩法，震動頻率3.3。按摩方式主要以腰部揉捏為主，對于身體放松起到作用。按摩形式針對腰部，沒有上下移動和變化。對于駕駛按摩具有實用性，可刺激腰部的僵硬現象，震動頻率符合車內駕駛要求。

上下變化錘揉，震動頻率3.0。按摩方式主要以腰背部為主，以腰部出發自下至上捶揉按摩，因為貼合度的原因，舒適度不高，按摩產生的幅度較大。對于駕駛按摩不具有實用性，會影響到駕駛人員的注意力，也不能對緩解疲勞起到一定的作用。

起伏指壓揉捏，震動頻率3.4。對整個背部進行起伏指壓，模擬手部的力度，舒適度較高。以氣囊的方式，硬度也較為適中。對于駕駛按摩具有較高的實用性，氣囊的按摩手法，安全有效，不會造成疼痛感，綜合考慮，對于防止駕駛疲勞的按摩具有實效性。

腰背部連續敲打，震動頻率4.2。敲打對于消除疲勞的舒適度有一定的作用。但在進行中所產生的頻率較高，產生的震動有影響到四肢，四肢也會產生小幅度震動。敲打的方式對于駕駛按摩有一定的可取性，但還需要進行改良，重點在于降低頻率，看是否能改為氣囊敲打法。

背部左右滾動，腰部揉捏，震動頻率4.4。按摩方式兼顧到整個后背。同時將重點放在腰部。滾動類型的按摩方式較為疼痛。按摩自身加入了震動按摩，因此產生的頻率較高，在駕駛按摩中不可以加入震動較為激烈的按摩，疼痛感較強也不可取，揉捏按摩較為舒適。

拍打顫動式按摩，震動頻率4.2。按摩方式對整個背部肌肉的放松起到作用，因為舒適度較高，按摩方式較為青睞，可適當增加在駕駛環境中。拍打顫動的方式是通過皮囊的方式，相對敲打輕柔一些，對整個背部起到效果，缺點為震動頻率較大。

針灸加熱按摩，震動頻率2.8。按摩方式最為平緩，按摩后的舒適度最高。對于駕駛環境來說，是一種比較適合的方式，屬于按摩中較為靜態的一種，穴位的按摩方式也多收到大眾的喜愛。

扣擊指壓按摩，震動頻率3.4。按摩法對身體的刺激較為明顯，叩擊主要產生在腰部兩側和頸部，指壓則主要在整個背部。因為同樣用滾輪的按摩儀器進行，舒適度較低，滾輪的硬度不適宜駕駛環境，同時按壓背部時，按摩輪的凸起度對頸部的舒適度產生影響。

3.4椅背按摩方式設計

根據實驗結果歸納總結，對于預防疲勞駕駛最適宜的椅背按摩方式為氣囊按摩和針灸按摩。

氣囊按摩的方式，相對安全性高。對于駕駛產生的顛簸或緊急剎車等情況，不會造成身體的傷害，同時當遇到緊急情況時，具備一定的保護措施，對于不同年齡段的駕駛人群完全受用。氣囊的按摩方式舒適度高，不帶有任何疼痛感，受90%人群的青睞，對于預防疲勞有高效的幫助。

針灸按摩的方式，初級使用者感覺有輕微的刺痛和不適，通過一定時間的適應后，使用舒適度增強。按摩過程中不產生震動，不影響駕駛狀態。不僅對駕駛疲勞有預防作用，同時有效緩解腰背部在工作或生活中產生的損傷，具有一定的治療作用。

3.5根據路況分析設計按摩方式

常用道路主要有城市道路，市區道路、環城高速等。有時還會以山區道路、鄉村道路、海景公路為主。模擬駕駛，選擇適宜的按摩方式，針對不同的路段。尋找最為搭配的按摩手法，達到預防疲勞駕駛的效果。

相對平穩高速的駕駛道路是高速公路和海景公路，路段寬敞，顛簸小。在模擬駕駛和按摩實驗的配合下總結出：選擇氣囊式按摩。氣囊按摩可以很好的緩解在高度緊張下產生的肌肉酸痛。以氣囊的方式在腰部進行重點按摩，進行整個背部的放松，從下至上，進行氣囊指壓按摩手法，這種方式更為適宜。

山區道路和鄉村道路相對坡度和曲折變化較多，顛簸相對厲害，駕駛環境產生震動較強。選擇針灸按摩更適宜，緩解路況的變化對身體產生的損傷，山路和鄉村道路的駕駛時間較長，加熱式針灸穴位按摩，對于背部重要穴位進行按摩，相比氣囊按摩更為安全有效于這兩種路況。

市區道路，路況變化較少，城市道路相對平坦和安全。市區道路相對上班族較多，上班族生活壓力大，在工作和駕駛過程中疲勞度都更為高，可以綜合這兩種按摩進行。在發動汽車的幾分鐘、紅綠燈、堵車等情況進行氣囊按摩，快速緩解身體肌肉的緊張。在開車過程中穴位按摩放松身體，緩解生活和工作帶來的疲勞，預防駕駛過程中產生疲勞。

4結語

通過設定實驗流程，分析數據，記錄實驗感受。對不同的八種按摩方式進行詳細分析，包括心率，振頻，體驗者舒適度等測量和模擬駕駛過程的記錄，以及不同年齡階段的體驗者數據分析和體驗后的問卷調查。結合駕駛經驗分析篩選相對更為合適的按摩方式嵌套入駕駛椅背中，進行長期使用測評和不同道路適宜度的分析，最終得出結論。氣囊按摩方式與穴位針灸按摩方式是最佳的駕駛椅背按摩方式，同時適用于常用道路。對預防駕駛疲勞的椅背設計具有實效性。

參考文獻

[1]劉敏基于視覺的自主車輛路況檢測方法研究[D].湖南：湖南大學，2014.

[2]林凌云.汽車座椅靜態舒適度的主客觀評價方法研究[D].吉林：吉林大學，2013

[3]高美芹.高速公路智能車輛視覺導航系統研究[D].湖北：武漢理工大學，2007

[4]遲曉梅.疲勞駕駛狀態腦血流動力學特性的研究[D].遼寧：東北大學，2015

[5]李敏.基于眼部和嘴部特征融合的駕駛員疲勞檢測方法研究[D].浙江：浙江師范大學，2012