王昊

摘 要：本文主要介紹一種汽車座椅舒適性的區(qū)間評價方法。本文結(jié)合大量汽車座椅舒適性主觀評價試驗結(jié)果中的評價打分和相對應人體壓力數(shù)據(jù)，建立汽車座椅舒適性客觀數(shù)據(jù)與主觀評價分數(shù)間的不確定數(shù)學關系——區(qū)間關系。在本文中，將大量舒適性試驗結(jié)果建立座椅評價的數(shù)據(jù)庫，并使用該數(shù)學模型研究了汽車座椅舒適性區(qū)間評價方法。運用這個方法，座椅設計工程師可以用其取代復雜的人工座椅評價過程得到更加可靠的座椅舒適性評價結(jié)果，同時這個舒適性分數(shù)也為座椅改進性設計提供理論指導。

關鍵詞：汽車座椅舒適性;歸一化方法;數(shù)據(jù)庫;樣條曲線擬合

1 前言

汽車工業(yè)發(fā)展了一百多年，汽車性能不斷突破自身極限。但無論汽車如何發(fā)展，汽車始終是為人服務的，而人對汽車的評價本質(zhì)上是主觀的。汽車座椅舒適性評價就其中的典型代表。我國汽車座椅廠十分注重引進國外先進座椅制作的制造工藝、加工設備和生產(chǎn)材料，甚至完全仿制其造型，但對能汽車座椅設計理念研究不足，相關的研究也很有限。

國外汽車客觀性能研究和座椅舒適性等主觀性能的研究是同步的進行的。比如Lee[1]等人針對分析了座盆和靠背的最大和平均壓力、壓力梯度與整體和局部舒適性的相關性。Thakurta[2]等利用壓力測試裝置針對不同的汽車座椅測試體壓分布數(shù)據(jù)，指出體壓分布與舒適性相關性顯著。A.Milivojevich[3]研究了坐骨平均壓力、大腿平均壓力、坐墊接觸面積、腰部平均壓力和背部接觸面積與主觀舒適性的相關性。Salvatore Demontis[4]對座椅的壓力分布對舒適度影響做了統(tǒng)計分析，分別計算了坐姿、坐墊厚度和包裹度對靠背和坐墊的舒適性的影響權(quán)重。韓國的Park Se Jin[5]等通過對照被試人員的主觀評價與客觀評價不同的轎車和緊湊型汽車座椅的舒適性。

如今汽車行業(yè)競爭激烈，汽車座椅廠習慣按照汽車制造廠提出設計要求和主觀評價設計和生產(chǎn)座椅。一旦汽車改型或新車型推出，原來的設計要求和主觀評價要重新進行。這樣每次座椅廠都需要重新根據(jù)客戶要求進行改型和生產(chǎn)，沒有實現(xiàn)自主推出按照自己理念設計的座椅廠品。其主要原因是座椅廠不了解汽車制造廠的主觀評價的理念。又由于主觀評價師的培養(yǎng)過程和打分過程一定是保密的，評價結(jié)果也只是一個分值而廠家不知道具體加分和扣分規(guī)則。因此，他們無法完全理解汽車制造廠的主觀評價師感受并將其數(shù)學化和工程化。我國汽車座椅目前主要為國內(nèi)汽車產(chǎn)品匹配，理應根據(jù)國人的感受打分并改進座椅，長期根據(jù)外國的座椅評價師打分是不客觀的。[6-10]因此，制定符合我國國人身體特點和舒適感受的座椅評價打分體系、形成數(shù)據(jù)樣本庫，并最終實現(xiàn)軟件化是我國汽車座椅廠的最終要求。

本文基于上述要求，提出了一種符合國人身體特點的汽車座椅舒適性區(qū)間評價方法。首先，根據(jù)中國人座椅舒適性主觀評價試驗獲得大量主觀評價數(shù)據(jù)和座椅壓力數(shù)據(jù);再通過分類和篩選形成具有實際代表性的主觀評價數(shù)據(jù)庫;然后，對這些主觀評價的數(shù)據(jù)進行數(shù)值分析，通過數(shù)學方法客觀化，即形成座椅舒適性函數(shù);最后，將數(shù)據(jù)庫中的人體壓力數(shù)據(jù)、座椅樣本數(shù)據(jù)和評價打分數(shù)據(jù)按照其關聯(lián)函數(shù)關系整合成一個座椅舒適性評價方法，進而形成軟件。通過這個軟件，座椅生產(chǎn)企業(yè)可以快速獲得座椅舒適性得分，從而節(jié)省了外國聘請評價師打分的時間和費用，保證其打分是按照中國人身體特點和駕駛習慣的綜合得出的。

2 座椅舒適性實驗方法及主觀評價打分

座椅舒適性試驗臺架包含一臺駕駛模擬器。其中，主要測試設備是x-sensor壓力分布測試系統(tǒng)，如圖2。它可以測試人體與座椅界面的壓力分布情況和壓力數(shù)據(jù)。評價者左手輕握方向盤圖示左側(cè)位置，右手握方向盤右側(cè)位置，左右腳分別踏在油門踏板和離合器踏板。

試驗評價表主要由被試人員口述并由實驗員填寫，包括被試人員信息，主要內(nèi)容是被測試者對座椅的主觀評價。背部打分：分為1-9#區(qū)域，如圖3所示。實驗者主要感受這幾個區(qū)域的舒適性，并給出綜合評價打分。臀部打分：分為10-15#區(qū)域。實驗者被感受這幾個區(qū)域的舒適性，并給出其主觀評分。

3 體壓分布評價指標

座椅舒適性評價的客觀數(shù)據(jù)主要是坐墊和靠背的壓力云圖?？偨Y(jié)云圖的共同特點可以發(fā)現(xiàn)，座墊最大壓力大，但是對于同一材質(zhì)的座椅，由于表面形狀的差異，使得受力壓傳感器的個數(shù)不同（受力面積有差異），平均壓力也不同。這也反映出座椅形狀與人體壓力間的復雜關系。這一點座椅設計工程師也普遍認可[11-15]。

另外，從圖4.可以看出即使同一個人臀部或背部壓力也不是完全對稱的。實驗過程中會隨機產(chǎn)生一個峰值。但是縱觀整個實驗，一個被測座椅打分和一個評價人員的壓力數(shù)據(jù)關聯(lián)性基本能保持一致。利用這種一致性，我們在實驗中盡量讓座椅評價者坐下后，再穩(wěn)定一段時間后才開始實驗。實驗表明這種方法能夠地保證了不同實驗者主觀評價一致性。所以，座椅舒適性試驗時間要求實驗者乘坐5分鐘以上，以保證數(shù)據(jù)準確性。背部數(shù)據(jù)同理。

個人的身形和體重都有差別。座椅舒適性實驗發(fā)現(xiàn)，人體的體型和體重直接關系很大。實驗后的數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)分析，這種差異性也應體現(xiàn)出來。通過實驗發(fā)現(xiàn)，實驗者壓力變化（體型變化）和打分結(jié)果變化相關性較為密切。所以，應該按照不同的體形指標設計不同的評價尺度。根據(jù)國際上通用的BMI算法，我們把實驗者分為3類：瘦：低于BMI<18.5;正常：BMI=[18.5-24.99];胖：BMI>25。

4 數(shù)據(jù)庫建立

我們把所有座椅評價者的壓力云圖數(shù)據(jù)和主觀打分結(jié)果匯總，并形成數(shù)據(jù)庫。根據(jù)座椅權(quán)威評價師以往針對這些座椅的評價打分，我們篩除掉所有評價結(jié)果差異大的云圖和打分。這樣，剩下的數(shù)據(jù)是比較可靠的打分和壓力對應的統(tǒng)計結(jié)果。再按照體形指標不同分類實驗者，并按照座椅打分高低順序整理數(shù)據(jù)。

這個數(shù)據(jù)庫主要用來給座椅開發(fā)者提供座椅開發(fā)的參考數(shù)據(jù)。更為重要的，我們可以通過這些實驗數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)座椅舒適性評價的重要規(guī)律，并據(jù)此形成座椅舒適型評價方法。

5 座椅舒適性區(qū)間評價方法

按照人體BMI標準不同分成3個人群，分別建立評價方法。要強調(diào)的是，雖然三個人群BMI指標數(shù)據(jù)不同但評價方法是相同。

另外，同一類人群中所有人的壓力云圖無論是壓力點個數(shù)還是壓力值都有差異。所以還要在評價中采用歸一化方法統(tǒng)一數(shù)據(jù)分布區(qū)間。

在評價中，還要使用區(qū)間方法將評價數(shù)據(jù)區(qū)間化，即考慮試驗過程的不確定性，進而修正評價結(jié)果。數(shù)據(jù)處理過程如下：

第一步：歸一化處理

x-sensor測到的數(shù)據(jù)是各個點的壓力傳感器測得的壓力數(shù)據(jù)。設：壓力不為零的壓力點個數(shù)mmax。這些數(shù)據(jù)Pi，0

比值從0.1-1分成10等分段，統(tǒng)計十個分段 [0.0-0.1，0.1-0.2，…，0.9-1]內(nèi)的壓力點個數(shù)mk，k=1，2，3，…，10。再把這些數(shù)值除以所有有壓力值的傳感器個數(shù)，從而轉(zhuǎn)化為對總壓力個數(shù)的比值

第二步：形成基礎評價指標曲線。

上述各個壓力區(qū)間內(nèi)的點占總點數(shù)的比例值mmk依次對應0.1，0.2，0.3…1形成一條二維折線。采用樣條曲線擬合方法擬合成一條近似這條折線的二維函數(shù)曲線，即基礎評價指標曲線函數(shù)。

第三步：建立評價標準曲線庫

設座椅評價分數(shù)范圍為1-10分，將按照傳統(tǒng)方法做過舒適性評價的參考座椅按照1-10分依次排序。再根據(jù)人體BMI算法的人體的3個分類選擇實驗人員坐座椅，并測的壓力云圖。最后，通過上述第一步和第二步建立基本評價指標曲線從而形成不同分數(shù)下的評價標準曲線庫。

第四步：基礎打分

被測座椅要根據(jù)BMI選擇三類人進行乘坐。計算機根據(jù)第一步和第二步形成測試曲線，其然后與10個分值基礎評價指標曲線對比一致性，

其中，Cov為兩個函數(shù)的協(xié)方差，Var為兩個函數(shù)的方差。r值越小說明一致性越好。所以，曲線與哪個分數(shù)基礎評價指標曲線一致性好，該座椅的基礎打分就是該分值。

第五步：區(qū)間修正

由于參考座椅評分就是1-10的整數(shù)分，被測座椅的評價曲線與標準曲線是有差異的。這種差異是座椅舒適性分值修正的依據(jù)。以基礎評價標準曲線為中心線，以0.25為區(qū)間半徑帶，建立區(qū)間函數(shù)?？疾鞙y試曲線整體是否這個曲線帶內(nèi)，評價分數(shù)要在基礎打分上修正。修正原則：區(qū)間半徑每增加0.025，減0.1分，下限為0.5。區(qū)間半徑每減少0.025加0.1分，上限為-0.5。修正后的分數(shù)是被測座椅的初步舒適性得分。

第六步：平均分數(shù)

按照上述人體BMI標準選擇方法。三種體型各選一人，按照上述第4和5步打分，再取平均分。這個分數(shù)就是被測座椅最終舒適性評分。

6 座椅舒適性評價軟件

本文利用上述方法建立了座椅評價軟件，如圖5。其除了具備評價功，還記錄實驗時間、座椅廠家、座椅型號、實驗數(shù)據(jù)和實驗人信息等重要數(shù)據(jù)，這樣每次評價數(shù)據(jù)才能完整，并可在今后形成數(shù)據(jù)庫。而且評價時建議使用如下更加評價表述：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）。

7 總結(jié)

本文介紹了一種座椅舒適性區(qū)間評價方法，其通過歸一化方法解決了不同人體（BMI）類型的在不同評價分數(shù)座椅的壓力數(shù)據(jù)變化大的問題，而且在傳統(tǒng)打分的同時，引入了區(qū)間參數(shù)修正功能，使得打分更加科學。根據(jù)該方法開發(fā)了對應軟件，實際應用發(fā)現(xiàn)用漢字表述舒適性更直觀。軟件還能記錄實際應用過程和重要數(shù)據(jù)，如圖5。通過軟件的實際使用進一步證明了座椅舒適性區(qū)間評價方法具有良好的工程應用價值。

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