專利名稱：具有兩自由度的智能型汽車腰靠按摩系統的制作方法
技術領域：
本發明屬于汽車設計技術領域，特別涉及一種緩解駕駛員駕駛疲勞的具有兩自由度的智能型汽車腰靠按摩系統的結構設計。
背景技術：
在駕駛員實際駕駛車輛的過程中，隨著駕駛時間的延長，駕駛員的疲勞感逐漸增加。而在身體各個部位中，腰背部是最容易疲勞且容易罹患職業病的部位。有關駕駛員尤其是職業駕駛員的身體狀態調查結果表明，從事駕駛12-15年后，患有各種腰椎病的占65%。 在北美，腰背疼痛被認為是導致社會衛生保健支出和殘疾率增加的一個主要原因。據估計， 有70-85%的成年人在他們一生中的某段時間會經歷一段比較顯著的腰背疼痛，職業駕駛員經歷腰背疼痛的比例更高。腰靠被認為是一種能夠有效避免腰背疼痛的輔助裝置。一項細致的臨床研究顯示，與無腰靠的座椅相比，有腰靠的座椅能夠有效減少腰背疼痛及坐骨神經痛的發生率。因此，腰靠的設計和研究吸引了諸多研究人員的關注。也有很多在腰靠設計上的實用新型專利，如奇瑞汽車股份有限公司設計了一種座椅腰靠的調整裝置[專利公開號CN 201895593U]，陳云設計了一種保健按摩腰靠[專利公開號CN 201814997U], 浙江豪中豪健康產品有限公司設計的按摩腰靠[專利公開號CN 301592161S]。上述專利主要針對腰靠的結構實現及外觀進行了創新，無法實現在駕駛過程中對腰靠的支撐位置進行調整，也不具備根據駕駛員的狀態變化進行智能調節的特性。有研究證實，在駕駛的不同階段，駕駛員會采用截然不同的駕駛姿勢。也即隨著駕駛時間的延長，駕駛員的駕駛姿勢會發生顯著的變化，這一現象也被本申請人的研究所證實。而導致駕駛員駕駛姿勢出現變化的原因就在于駕駛員的生理狀態出現了變化，如在駕駛初期，駕駛員精力旺盛，可以通過自身肌肉的發力來位置比較精神的姿勢，而隨著時間的延長，肌肉出現疲勞，駕駛員傾向于尋找更多的支撐而不是通過自身肌肉來維持自身的平衡。駕駛員的這種變化也導致對于腰靠的需求發生變化，因此腰靠系統需要具有某種智能， 能夠根據駕駛員的狀態來調整腰靠的狀態。在肌肉健康方面的眾多研究證實，為了保證肌肉健康，駕駛員的姿勢變動是必要的。姿勢的變動能夠減輕肌肉群上的壓力并使得它們得到放松。目前的各種腰靠，顯然無法達到這種要求。具有按摩功能的腰靠(以下稱之為普通按摩腰靠)在一定程度上能夠實現，但是普通按摩腰靠僅具有垂直于背部的振動，而駕駛員姿勢上的變化更多地體現在腰靠支撐點的改變，也即平行于背部的運動，也即目前的普通按摩腰靠與駕駛員本身的需求吻合度較差，因而對于肌肉疲勞的緩解作用也較小。
發明內容
本發明的目的是為克服已有技術的不足之處，提出一種具有兩自由度的智能型汽車腰靠按摩系統，該系統具有平行于背部及垂直于背部這兩個自由度，可緩解駕駛員駕駛疲勞，提高駕駛員長時間駕駛的舒適性，避免出現職業健康問題。
3
本發明提出的一種具有兩自由度的智能型汽車腰靠按摩系統，該系統包括普通按摩腰靠，用于實現垂直于駕駛員背部自由度上的振動按摩；其特征在于，還包括帶有串口通訊模塊的微處理器，與普通按摩腰靠相連；用于存儲控制兩自由度按摩的控制程序，與駕駛員的交互的指令接收和發送，并依據駕駛員的指令以及預先存儲在微處理器中的控制程序來控制普通按摩腰靠垂直振動按摩和平行移動；帶有按鈕的顯示及控制單元，與帶有串口通訊模塊的微處理器相連，用于與駕駛員的交互，在系統運行過程中給出運行提示信息，并在系統運行的過程中接受駕駛員的操作指令；腰靠移動機構，用于固定普通按摩腰靠并與微處理器相連，通過微處理器的控制實現普通按摩腰靠平行于駕駛員背部方向的運動；腰靠固定機構，固定在駕駛員座椅上，且與腰靠移動機構相連，實現腰靠移動機構固定的同時不妨礙底座的運動。本發明提出的具有兩自由度的智能型汽車腰靠按摩系統，其優點是1、本發明不但具有垂直于背部的自由度，同時還具有平行于駕駛員背部方向的自由度。腰靠系統可以在平行于駕駛員背部的方向上移動，可以根據駕駛員背部支撐點隨時間的變化情況，實時地調整腰靠系統的支撐位置，為駕駛員提供更好的支撐，以提高長時間駕駛的舒適性。本裝置較普通的腰靠系統，更加能夠滿足駕駛員在駕駛過程中的對腰靠的不同需求，因而也對緩解疲勞更為有效。2、具有智能特征。在駕駛過程中，駕駛員因為駕駛任務繁重，很少有精力和能力來對腰靠位置進行調節，且不同駕駛員隨著駕駛時間延長而出現的狀態變化存在共性的規律，因而能夠智能地根據需要來為駕駛員調整腰靠，則會為駕駛員提供更加舒適的駕乘體驗。3、本按摩系統結構簡單，適合安裝在各型汽車座椅上，以緩解長期駕駛過程中駕駛員出現的肌肉疲勞。
圖1是本發明系統的結構示意圖。圖1中，1是帶有按鈕的顯示及控制單元，2是軸承(21是長軸上的軸承，22為絲杠軸上的軸承)，3是長軸，4是具有一個螺紋孔41和一個通孔42的底座，5是普通按摩腰靠， 6是絲杠軸，7是減速器，8是電機，9是微處理器。圖2是本發明系統的微處理器程序控制流程圖。
具體實施例方式本發明提出的具有兩自由度的智能型汽車腰靠按摩系統，其結構示意圖如圖1所示，該系統包括普通按摩腰靠5，用于實現垂直于駕駛員背部自由度上的振動按摩；其特征在于，還包括帶有串口通訊模塊的微處理器9，與普通按摩腰靠5相連；用于存儲控制兩自由度按摩的控制程序，與駕駛員的交互指令接收和發送，并依據駕駛員的指令以及預先存儲在微處理器中的控制程序來控制普通按摩腰靠垂直振動按摩和平行移動；
帶有按鈕的顯示及控制單元1，與帶有串口通訊模塊的微處理器9相連，用于與駕駛員的交互，在系統運行過程中給出運行提示信息，并在系統運行的過程中接受駕駛員的操作指令；腰靠移動機構，用于固定普通按摩腰靠5并與微處理器9相連，通過微處理器9的控制實現普通按摩腰靠5平行于駕駛員背部方向的運動；腰靠固定機構，固定在駕駛員座椅上，且與腰靠移動機構相連，實現腰靠移動機構固定的同時不妨礙底座的運動。上述各部件的具體實施方式
及功能分別說明如下本發明中，帶有串口通訊模塊的微處理器9采用Freescale公司生產的 MC9S08DZ60型號的微處理器作為腰靠按摩系統的主控制芯片。預先存儲的程序流程見圖 2。帶有按鈕的顯示及控制單元1主要包括開啟和關閉系統的開關，系統的運行控制按鈕，采用深圳欣瑞達電子有限公司生產的3. 5寸智能串口顯示屏XRDT320M0035ST1B作為顯示單元，控制開關包括2個按鈕，分別對應開啟/停止功能、取消功能。普通按摩腰靠5采用的是駿龍車載電動按摩腰靠TO-OOl改裝而來，需要在現有的腰靠成品上安裝固定裝置，設計可以與微處理器相連的開關控制電路。腰靠的移動機構以及腰靠固定機構均采用常規的機械零件實現，但需要視座椅內部的空間來決定各組成零件的尺寸及安裝方式，其中，腰靠移動機構的實現結構主要由伺服電機8，一對齒輪減速器7，絲杠軸6，帶有一個螺紋孔41和一個通孔42的固定底座4所組成，該一對齒輪減速器7與伺服電機8的主動輪咬合；齒輪減速器7固定在絲杠軸6的下端；絲杠軸6插入固定底座4的螺紋孔41中并與其螺合帶動底座4上下移動。普通按摩腰靠5固定在固定底座4 一側面上，隨固定底座一同移動。該腰靠固定機構的實現結構主要包括長軸3，安裝在該長軸3上端的2個軸承21、安裝在絲杠軸上端的1個軸承22，3個軸承固定在駕駛員座椅骨架上，長軸3與底座的通孔42為間隙配合，以實現底座固定的同時不妨礙底座的運動。本發明系統除帶有按鈕的顯示及控制單元安裝在汽車儀表盤附近外，其它部件安裝在駕駛員座椅的內部，適宜在設計座椅時將本系統納入座椅的整體設計以獲得更好的外特性。本發明系統中，由安裝在儀表盤附近的顯示及控制單元1來實現與駕駛員的交互，接收到指令后，根據預先存儲在微處理器9中的程序來控制腰靠移動機構的運行，微處理器9分別與普通的按摩腰靠5及伺服電機8相連，以控制系統的運行。伺服電機8的正轉和反轉對應普通腰靠5在平行于駕駛員背部自由度上的兩個運動方向。伺服電機8與由一對齒輪組成的減速器7相連，減速器7同時與絲杠軸6相連，以實現減速傳動，絲杠軸6 穿過底座4上的螺紋孔，絲杠軸6的轉動將轉化為底座4沿著絲杠軸6軸向方向的移動，進而帶動普通按摩腰靠5沿平行于駕駛員背部方向移動。下面結合圖2詳細說明本發明系統的工作過程駕駛員開始駕車后，駕駛員打開顯示及控制單元1上的系統開啟開關，本系統開始運行，計時并等待30分鐘后，顯示及控制單元1上將顯示本系統將開始運行的圖案提示信息，并留出30秒等到駕駛員關閉程序，如果30秒內駕駛員沒有關閉，將啟動普通按摩腰靠5，實現垂直于駕駛員背部這一自由度上的振動按摩。隨后微處理器9將向伺服電機8 發出控制指令并驅動其工作，電機的轉動通過減速器7帶動絲杠軸6的轉動，絲杠軸6的轉動則將帶動固定普通按摩腰靠的底座4移動，使得普通按摩腰靠5在平行于駕駛員背部的自由度上實現移動，移動路徑為在初始位置的上下5cm范圍內，以lcm/min的速度做往復運動。上述工作過程為本領域人員采用常規技術編制，并預先存儲在微處理器中控制程序實現。在按摩系統運行的過程中，駕駛員都可以通過顯示及控制單元1上的取消按鈕來實現系統的中止。每次駕駛結束后，駕駛員關閉顯示及控制單元1上的系統開啟開關來實現系統的復位。
權利要求
1.一種具有兩自由度的智能型汽車腰靠按摩系統，該系統包括普通按摩腰靠，用于實現垂直于駕駛員背部自由度上的振動按摩；其特征在于，還包括帶有串口通訊模塊的微處理器，與普通按摩腰靠相連；用于存儲控制兩自由度按摩的控制程序，與駕駛員的交互的指令接收和發送，并依據駕駛員的指令以及預先存儲在微處理器中的控制程序來控制普通按摩腰靠垂直振動按摩和平行移動；帶有按鈕的顯示及控制單元，與帶有串口通訊模塊的微處理器相連，用于與駕駛員的交互，在系統運行過程中給出運行提示信息，并在系統運行的過程中接受駕駛員的操作指令；腰靠移動機構，用于固定普通按摩腰靠并與微處理器相連，通過微處理器的控制實現普通按摩腰靠平行于駕駛員背部方向的運動；腰靠固定機構，固定在駕駛員座椅上，且與腰靠移動機構相連，實現腰靠移動機構固定的同時不妨礙底座的運動。
2.如權利要求1所述系統，其特征在于，所述腰靠移動機構主要由伺服電機，一對齒輪減速器，絲杠軸，帶有一個螺紋孔和一個通孔的固定底座所組成，該齒輪減速器與伺服電機的主動輪咬合；齒輪減速器固定在絲杠軸的下端；絲杠軸插入固定底座的螺紋孔中并與其螺合帶動底座上下移動；普通按摩腰靠固定在固定底座一側面上，隨固定底座一同移動。
3.如權利要求2所述系統，其特征在于，所述該腰靠固定機構主要包括長軸，安裝在該長軸上端的2個軸承、安裝在絲杠軸上端的1個軸承，長軸及3個軸承固定在駕駛員座椅骨架上，長軸與底座的通孔為間隙配合，以實現底座固定的同時不妨礙底座的運動。
全文摘要
本發明涉及一種具有兩自由度的智能型汽車腰靠按摩系統，屬于汽車設計技術領域。該系統包括用于實現垂直于駕駛員背部自由度上的振動按摩的普通按摩腰靠，還包括用于控制按摩系統的帶有串口通訊模塊的微處理器，用于與駕駛員的交互帶有按鈕的顯示及控制單元，用于實現腰靠沿著駕駛員背部方向移動的腰靠移動機構，以及用于固定腰靠移動機構的腰靠固定機構。本發明系統具有平行于駕駛員背部方向的自由度，且具有智能特征，更加能夠滿足駕駛員在駕駛過程中的對腰靠的不同需求，且系統結構簡單，適合安裝在各型汽車座椅上，以緩解長期駕駛過程中駕駛員出現的肌肉疲勞。
文檔編號B60N2/66GK102416891SQ20111033086
公開日2012年4月18日 申請日期2011年10月27日 優先權日2011年10月27日
發明者張非若, 成波, 王波, 金曉萍, 陶鑫 申請人:清華大學