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正文

汽车座椅舒适性区间评价方法

摘要:本文介绍了一种汽车座椅舒适性的区间评价方法。通过大量汽车座椅舒适性主观评价试验和相对应的人体压力数据建立起了关于汽车座椅舒适性的主观评价分数与客观数据之间的区间关系。并用这种数学模型研究了汽车座椅舒适性区间评价方法。座椅设计工程师使用这种方法可以比复杂的人工座椅评价过程得到更为可靠的座椅舒适性评价结果,并为座椅改进性设计提供了理论指导。
 
关键词:汽车座椅舒适性;归一化;数据库;曲线拟合期刊论文发表
1. 前言
在一百多年的汽车工业发展过程中,汽车的性能虽然取得了不断突破,但由于汽车本质上是以人为服务对象的,无论如何发展,人对汽车的评价依然是主观的,比如汽车座椅舒适性评价。尽管我国汽车座椅厂一直非常注重引进国外先进的座椅制造工艺、生产材料和加工设备,甚至完全对其进行仿制,但对汽车座椅设计理念及其相关研究仍然是比较欠缺的。
 
国外比较注重汽车座椅舒适性等主观性能与汽车客观性能的同步研究。比如Lee研究了靠背与坐盆的最大和平均压力、压力梯度与整体局部舒适性之间的相关性。Thakurta通过用压力测试装置对不同的汽车座椅进行测试得出的体压分布数据,证明了体压分布与舒适性之间的显著相关。A.Milivojevich分别探究了坐骨、大腿、腰部的平均压力,坐垫、背部的接触面积与主观舒适性之间的相关性。Salvatore Demontis计算了坐姿、坐垫厚度与包裹度对靠背和坐垫的舒适性影响,统计分析了座椅的压力分布对舒适度产生的影响。韩国的Park Se Jin等人通过被试人员的主客观评价对比了不同轿车和紧凑型汽车座椅的舒适性。
 
在汽车行业激烈竞争的情况下,汽车座椅厂一般都是按照汽车制造厂的设计要求和主观评价来设计生产座椅的,无法实现按照自己理念自主设计生产 的座椅产品,一旦汽车改型或者推出新车型,座椅厂都要根据客户的要求重新进行改型和生产,并重新进行主观评价,这主要是因为座椅厂不了解汽车制造厂的主观评价理念。由于厂家并不知道评价结果的具体加分和扣分规则,而培养主观评价师的过程以及打分过程都是保密的,所以他们不能完全理解汽车制造厂的主观评价师的感受,更无法将其数学化和工程化。由于目前我国汽车座椅的设计和生产主要是用于匹配国内汽车产品,以往长期以外国座椅评价师的打分为标准是不科学的,不适应我国国情,而应根据国人的感受来打分并做出相应改进。于是,建立符合我国国人身体特点和舒适感受的座椅打分体系,并形成数据库实现软件化,就成为了我国汽车座椅厂的最终要求。
 
根据上述要求,本文提出了一种符合国人身体特点的汽车座椅舒适性区间评价方法。它包含以下几个步骤:第一,按照中国人的座椅舒适性主观评价进行试验,在此基础上取得大量的主观评价数据以及座椅压力数据;第二,将所得数据进行筛选和分类,从而形成具有实际代表性的主观评价数据库;第三,用数学方法对这些主观评价数据进行数值分析,使之客观化,形成座椅舒适性函数;最后,按照关联函数关系将数据库中的人体压力数据、座椅样本数据和评价打分数据整合成一个座椅舒适性评价方法,并最终形成软件。座椅生产企业可以通过这个软件快速获得座椅舒适性得分,这样既可以保证按照中国人身体特点和驾驶习惯打分,又节省了聘请外国评价师打分所产生的时间和费用。
 
 
2. 座椅舒适性实验方法及主观评价打分
汽车座椅舒适性区间评价方法 
图1 实验者坐姿要求示意图
 
如图1所示,评价者左右手分别握住方向盘左右侧位置,左右脚分别踏在油门和离合器踏板上。座椅舒适性试验台架包含一台驾驶模拟器,主要的测试设备是x-sensor压力分布测试系统,它的主要作用是测试人体与座椅界面的压力分布情况和压力数据。
汽车座椅舒适性区间评价方法 
图2 x-sensor压力分布测试系统
 
试验评价表的主要内容包括被测试者对座椅的主观评价以及被试人员信息。如图3所示,背部打分分为1-9#区域,臀部打分分为10-15#区域。被试人员主要感受这几个区域的舒适性并进行主观综合评价打分。
汽车座椅舒适性区间评价方法 
图3 打分规则示意图
3. 体压分布评价指标
坐垫和靠背的压力云图提供了座椅舒适性评价的客观数据,通过对这些云图共同特点的总结可以发现坐垫的最大压力大,即使是同一材质的座椅,因为表面形状的差异以及受力面积的差异(受力压传感器的个数不同)而导致平均压力的不同。这反映出了人体压力与座椅形状之间的复杂关系,并且得到了座椅设计工程师的普遍认同。
通过图4看的很清楚,即使是同一个实验者,他的背部与臀部的压力也不是完全对称的。实验中会随机产生一个峰值,但是从整个实验过程来看,被测座椅打分数据和评价人员的压力数据之间的关联性基本能够保持一致。利用这种一致性,在实验中我们尽量让被试人员坐下后再稳定一段时间才开始,一般要求被试人员乘坐5分钟以上。实验证明这种方法能够保证不同被试者之间主观评价的一致性,从而保证数据的准确性。
汽车座椅舒适性区间评价方法 
图4 臀部压力分布图
 
实验发现,实验者压力变化(体型变化)与打分结果变化之间具有较为密切的关系,所以在设计评价尺度时要根据不同的体型指标来设计。我们根据国际上通用的BMI算法,将实验者分为瘦(BMI<18.5)、正常(BMI=[18.5-24.99])和胖(BMI>25)三类。
 
4. 数据库建立
我们在综合所有的压力云图数据和打分结果的基础上筛除那些评价结果差异大的数据,由此建立数据库,再根据不同体型的实验者和座椅打分的高低顺序对数据进行整理。
这些实验数据不仅可以为座椅开发者开发座椅提供参考数据,更重要的是我们可以从中发现座椅舒适性评价的规律,从而形成座椅舒适性评价方法。
 
5. 座椅舒适性区间评价方法
第一步,归一化处理;
x-sensor测到的数据是各个点的压力传感器测得的压力数据。设:压力不为零的压力点个数mmax。这些数据Pi,0 比值从0.1-1分成10等分段,统计十个分段 [0.0-0.1,0.1-0.2,…,0.9-1]内的压力点个数mk,k=1,2,3,…,10。再把这些数值除以所有有压力值的传感器个数,从而转化为对总压力个数的比值。mmk=mk/mmax (2)
 
第二步,形成基础评价指标曲线;
上述各个压力区间内的点占总点数的比例值mmk依次对应0.1,0.2,0.3…1形成一条二维折线。采用样条曲线拟合方法拟合成一条近似这条折线的二维函数曲线,即基础评价指标曲线函数。
 
第三步,建立评价标准曲线库;
设座椅评价分数范围为1-10分,将按照传统方法做过舒适性评价的参考座椅按照1-10分依次排序。再根据人体BMI算法的人体的3个分类选择实验人员坐座椅,并测的压力云图。最后,通过上述第一步和第二步建立基本评价指标曲线从而形成不同分数下的评价标准曲线库。
 
第四步,基础打分;
被测座椅要根据BMI选择三类人进行乘坐。计算机根据第一步和第二步形成测试曲线,其然后与10个分值基础评价指标曲线对比一致性,曲线与哪个分数基础评价指标曲线一致性好,该座椅的基础打分就是该分值。
 
第五步,区间修正;
由于参考座椅评分就是1-10的整数分,被测座椅的评价曲线与标准曲线是有差异的。这种差异是座椅舒适性分值修正的依据。以基础评价标准曲线为中心线,以0.25为区间半径带,建立区间函数。考察测试曲线整体是否这个曲线带内,评价分数要在基础打分上修正。修正原则:区间半径每增加0.025,减0.1分,下限为0.5。区间半径每减少0.025加0.1分,上限为-0.5。修正后的分数是被测座椅的初步舒适性得分。
 
第六步,平均分数。
按照上述人体BMI标准选择方法。三种体型各选一人,按照上述第4和5步打分,再取平均分。这个分数就是被测座椅最终舒适性评分。
 
6. 座椅舒适性评价软件
本文运用上述方法建立的座椅评价软件如图5所示,它不仅拥有评价功能,还可以记录实验时间、实验数据、实验人信息以及座椅厂家和型号等数据。建议在评价时使用以下表述:非常舒服(10-8分);一般舒服(6-7.9分);正常(4-5.9分);不舒服(2-3.9分);很不舒服(0-1.9分)。
汽车座椅舒适性区间评价方法 
图5 座椅舒适性软件主界面
 
7. 总结
本文介绍了一种座椅舒适性区间评价方法,通过归一化方法解决了不同人体(BMI)类型在不同评分座椅的压力数据变化大的问题,并据此开发出了相关软件。软件能在实际应用过程中记录重要数据,进一步证明了座椅舒适性区间评价方法的良好工程应用价值。
 
 
 
参考文献:
[1]陆飞.汽车感知质量评价的方法与应用[J].汽车工程师,2017(5):48-51.
[2]盛洁.基于体压分布的人椅系统舒适性预测[D].重庆:重庆大学,2017.
[3]袁辉,刘君,喻镇涛,石见白,王金亮.基于台架试验的座椅动态舒适性研究[J].工程与试验,2019,59(03):98-101,115.
[4]董明,戴善其.基于发泡硬度分布的汽车座椅舒适性分析[J].汽车工程师,2019(07):30-33.
[5]徐勇,靳建龙,牛宝忠,傅春宏.汽车座椅舒适性及评价方法分析[J].机械研究与应用,2018,31(02):51-54.
[6]黄飞海.基于动态舒适性的汽车海绵座椅系统研究[J].南方农机,2019,50(08):205.
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汽车座椅舒适性区间评价方法
摘要:本文介绍了一种汽车座椅舒适性的区间评价方法。通过大量汽车座椅舒适性主观评价试验和相对应的人体压力数据建立起了关于汽车座椅舒适性的主观评价分数与客观数据之间的区间关系。并用这种数学模型研究了汽车座椅舒适性区间评价方法。座椅设计工程师使用这种方法可以比复杂的人工座椅评价过程得到更为可靠的座椅舒适性评价结果,并为座椅改进性设计提供了理论指导。
 
关键词:汽车座椅舒适性;归一化;数据库;曲线拟合期刊论文发表
1. 前言
在一百多年的汽车工业发展过程中,汽车的性能虽然取得了不断突破,但由于汽车本质上是以人为服务对象的,无论如何发展,人对汽车的评价依然是主观的,比如汽车座椅舒适性评价。尽管我国汽车座椅厂一直非常注重引进国外先进的座椅制造工艺、生产材料和加工设备,甚至完全对其进行仿制,但对汽车座椅设计理念及其相关研究仍然是比较欠缺的。
 
国外比较注重汽车座椅舒适性等主观性能与汽车客观性能的同步研究。比如Lee研究了靠背与坐盆的最大和平均压力、压力梯度与整体局部舒适性之间的相关性。Thakurta通过用压力测试装置对不同的汽车座椅进行测试得出的体压分布数据,证明了体压分布与舒适性之间的显著相关。A.Milivojevich分别探究了坐骨、大腿、腰部的平均压力,坐垫、背部的接触面积与主观舒适性之间的相关性。Salvatore Demontis计算了坐姿、坐垫厚度与包裹度对靠背和坐垫的舒适性影响,统计分析了座椅的压力分布对舒适度产生的影响。韩国的Park Se Jin等人通过被试人员的主客观评价对比了不同轿车和紧凑型汽车座椅的舒适性。
 
在汽车行业激烈竞争的情况下,汽车座椅厂一般都是按照汽车制造厂的设计要求和主观评价来设计生产座椅的,无法实现按照自己理念自主设计生产 的座椅产品,一旦汽车改型或者推出新车型,座椅厂都要根据客户的要求重新进行改型和生产,并重新进行主观评价,这主要是因为座椅厂不了解汽车制造厂的主观评价理念。由于厂家并不知道评价结果的具体加分和扣分规则,而培养主观评价师的过程以及打分过程都是保密的,所以他们不能完全理解汽车制造厂的主观评价师的感受,更无法将其数学化和工程化。由于目前我国汽车座椅的设计和生产主要是用于匹配国内汽车产品,以往长期以外国座椅评价师的打分为标准是不科学的,不适应我国国情,而应根据国人的感受来打分并做出相应改进。于是,建立符合我国国人身体特点和舒适感受的座椅打分体系,并形成数据库实现软件化,就成为了我国汽车座椅厂的最终要求。
 
根据上述要求,本文提出了一种符合国人身体特点的汽车座椅舒适性区间评价方法。它包含以下几个步骤:第一,按照中国人的座椅舒适性主观评价进行试验,在此基础上取得大量的主观评价数据以及座椅压力数据;第二,将所得数据进行筛选和分类,从而形成具有实际代表性的主观评价数据库;第三,用数学方法对这些主观评价数据进行数值分析,使之客观化,形成座椅舒适性函数;最后,按照关联函数关系将数据库中的人体压力数据、座椅样本数据和评价打分数据整合成一个座椅舒适性评价方法,并最终形成软件。座椅生产企业可以通过这个软件快速获得座椅舒适性得分,这样既可以保证按照中国人身体特点和驾驶习惯打分,又节省了聘请外国评价师打分所产生的时间和费用。
 
 
2. 座椅舒适性实验方法及主观评价打分
汽车座椅舒适性区间评价方法 
图1 实验者坐姿要求示意图
 
如图1所示,评价者左右手分别握住方向盘左右侧位置,左右脚分别踏在油门和离合器踏板上。座椅舒适性试验台架包含一台驾驶模拟器,主要的测试设备是x-sensor压力分布测试系统,它的主要作用是测试人体与座椅界面的压力分布情况和压力数据。
汽车座椅舒适性区间评价方法 
图2 x-sensor压力分布测试系统
 
试验评价表的主要内容包括被测试者对座椅的主观评价以及被试人员信息。如图3所示,背部打分分为1-9#区域,臀部打分分为10-15#区域。被试人员主要感受这几个区域的舒适性并进行主观综合评价打分。
汽车座椅舒适性区间评价方法 
图3 打分规则示意图
3. 体压分布评价指标
坐垫和靠背的压力云图提供了座椅舒适性评价的客观数据,通过对这些云图共同特点的总结可以发现坐垫的最大压力大,即使是同一材质的座椅,因为表面形状的差异以及受力面积的差异(受力压传感器的个数不同)而导致平均压力的不同。这反映出了人体压力与座椅形状之间的复杂关系,并且得到了座椅设计工程师的普遍认同。
通过图4看的很清楚,即使是同一个实验者,他的背部与臀部的压力也不是完全对称的。实验中会随机产生一个峰值,但是从整个实验过程来看,被测座椅打分数据和评价人员的压力数据之间的关联性基本能够保持一致。利用这种一致性,在实验中我们尽量让被试人员坐下后再稳定一段时间才开始,一般要求被试人员乘坐5分钟以上。实验证明这种方法能够保证不同被试者之间主观评价的一致性,从而保证数据的准确性。
汽车座椅舒适性区间评价方法 
图4 臀部压力分布图
 
实验发现,实验者压力变化(体型变化)与打分结果变化之间具有较为密切的关系,所以在设计评价尺度时要根据不同的体型指标来设计。我们根据国际上通用的BMI算法,将实验者分为瘦(BMI<18.5)、正常(BMI=[18.5-24.99])和胖(BMI>25)三类。
 
4. 数据库建立
我们在综合所有的压力云图数据和打分结果的基础上筛除那些评价结果差异大的数据,由此建立数据库,再根据不同体型的实验者和座椅打分的高低顺序对数据进行整理。
这些实验数据不仅可以为座椅开发者开发座椅提供参考数据,更重要的是我们可以从中发现座椅舒适性评价的规律,从而形成座椅舒适性评价方法。
 
5. 座椅舒适性区间评价方法
第一步,归一化处理;
x-sensor测到的数据是各个点的压力传感器测得的压力数据。设:压力不为零的压力点个数mmax。这些数据Pi,0 比值从0.1-1分成10等分段,统计十个分段 [0.0-0.1,0.1-0.2,…,0.9-1]内的压力点个数mk,k=1,2,3,…,10。再把这些数值除以所有有压力值的传感器个数,从而转化为对总压力个数的比值。mmk=mk/mmax (2)
 
第二步,形成基础评价指标曲线;
上述各个压力区间内的点占总点数的比例值mmk依次对应0.1,0.2,0.3…1形成一条二维折线。采用样条曲线拟合方法拟合成一条近似这条折线的二维函数曲线,即基础评价指标曲线函数。
 
第三步,建立评价标准曲线库;
设座椅评价分数范围为1-10分,将按照传统方法做过舒适性评价的参考座椅按照1-10分依次排序。再根据人体BMI算法的人体的3个分类选择实验人员坐座椅,并测的压力云图。最后,通过上述第一步和第二步建立基本评价指标曲线从而形成不同分数下的评价标准曲线库。
 
第四步,基础打分;
被测座椅要根据BMI选择三类人进行乘坐。计算机根据第一步和第二步形成测试曲线,其然后与10个分值基础评价指标曲线对比一致性,曲线与哪个分数基础评价指标曲线一致性好,该座椅的基础打分就是该分值。
 
第五步,区间修正;
由于参考座椅评分就是1-10的整数分,被测座椅的评价曲线与标准曲线是有差异的。这种差异是座椅舒适性分值修正的依据。以基础评价标准曲线为中心线,以0.25为区间半径带,建立区间函数。考察测试曲线整体是否这个曲线带内,评价分数要在基础打分上修正。修正原则:区间半径每增加0.025,减0.1分,下限为0.5。区间半径每减少0.025加0.1分,上限为-0.5。修正后的分数是被测座椅的初步舒适性得分。
 
第六步,平均分数。
按照上述人体BMI标准选择方法。三种体型各选一人,按照上述第4和5步打分,再取平均分。这个分数就是被测座椅最终舒适性评分。
 
6. 座椅舒适性评价软件
本文运用上述方法建立的座椅评价软件如图5所示,它不仅拥有评价功能,还可以记录实验时间、实验数据、实验人信息以及座椅厂家和型号等数据。建议在评价时使用以下表述:非常舒服(10-8分);一般舒服(6-7.9分);正常(4-5.9分);不舒服(2-3.9分);很不舒服(0-1.9分)。
汽车座椅舒适性区间评价方法 
图5 座椅舒适性软件主界面
 
7. 总结
本文介绍了一种座椅舒适性区间评价方法,通过归一化方法解决了不同人体(BMI)类型在不同评分座椅的压力数据变化大的问题,并据此开发出了相关软件。软件能在实际应用过程中记录重要数据,进一步证明了座椅舒适性区间评价方法的良好工程应用价值。
 
 
 
参考文献:
[1]陆飞.汽车感知质量评价的方法与应用[J].汽车工程师,2017(5):48-51.
[2]盛洁.基于体压分布的人椅系统舒适性预测[D].重庆:重庆大学,2017.
[3]袁辉,刘君,喻镇涛,石见白,王金亮.基于台架试验的座椅动态舒适性研究[J].工程与试验,2019,59(03):98-101,115.
[4]董明,戴善其.基于发泡硬度分布的汽车座椅舒适性分析[J].汽车工程师,2019(07):30-33.
[5]徐勇,靳建龙,牛宝忠,傅春宏.汽车座椅舒适性及评价方法分析[J].机械研究与应用,2018,31(02):51-54.
[6]黄飞海.基于动态舒适性的汽车海绵座椅系统研究[J].南方农机,2019,50(08):205.