徐偉，劉偉，馮釗，鐘凡，何林英

(廣州汽車集團(tuán)股份有限公司汽車工程研究院，廣東廣州 511434)

0 引言

座椅舒適性主觀評價(jià)在座椅開發(fā)過程中具有重要的意義，從前期競品車的對標(biāo)、性能目標(biāo)的制定、多輪次的驗(yàn)收及改進(jìn)，以及最終的驗(yàn)收通過，都需要使用主觀評價(jià)工具來完成。

目前，對于座椅舒適性主觀評價(jià)，學(xué)者們?yōu)榱耸怪饔^打分盡可能的準(zhǔn)確，在主觀評價(jià)的指標(biāo)上及權(quán)重、評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)等方面做出了不同探索。2003年，KOLICH等[1]在探索座椅最佳設(shè)計(jì)尺寸的研究中，讓測試者對坐墊厚度、脊柱部位、臀部舒適性和背部兩側(cè)舒適性等指標(biāo)進(jìn)行評分，其設(shè)計(jì)的主觀評價(jià)體系具有較強(qiáng)的實(shí)用性。2006年，SMITH等[2]采用視覺模擬評分方法，讓測試者對設(shè)計(jì)的舒適性問卷項(xiàng)目進(jìn)行評分，與KOLICH的評分結(jié)果相比較，證明該方法具有較好的可靠性。目前，國內(nèi)各大汽車研發(fā)企業(yè)，在借鑒國外成熟的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，基本形成了適合自家車型風(fēng)格的座椅舒適性評價(jià)體系，但受限于評價(jià)工程師的經(jīng)驗(yàn)和評價(jià)指標(biāo)的繁多，評價(jià)體系的運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)仍待提升。

層次分析法是把系統(tǒng)的復(fù)雜問題中各種因素，根據(jù)問題的性能和總的目的，及它們之間相互聯(lián)系和隸屬關(guān)系進(jìn)行不同層次的組合，構(gòu)成了一個(gè)多層次的系統(tǒng)分析結(jié)構(gòu)模型[3]。層次分析法在汽車主觀評價(jià)過程中得到廣泛應(yīng)用。王生昌等[4]運(yùn)用層次分析法進(jìn)行了汽車制動(dòng)性能主觀評價(jià)指標(biāo)權(quán)重的研究。陳濤等人[5]運(yùn)用層次分析法進(jìn)行了汽車動(dòng)力性主觀評價(jià)的研究，建立了動(dòng)力性能和制動(dòng)性能層次分析模型，計(jì)算得到指標(biāo)權(quán)重。

本文作者在各位學(xué)者對主觀評價(jià)指標(biāo)摸索的基礎(chǔ)上，首先建立了汽車座椅靜態(tài)舒適性評價(jià)指標(biāo)體系，然后基于層次分析法建立層級結(jié)構(gòu)模型和構(gòu)建判斷矩陣，計(jì)算得到各層級指標(biāo)權(quán)重系數(shù)，最后對某三款轎車的前排座椅舒適性主觀評價(jià)，并加權(quán)得分，提出當(dāng)前階段存在問題和改進(jìn)方向。

1 汽車座椅靜態(tài)舒適性主觀指標(biāo)

座椅舒適性是指座椅基本尺寸、材料特性、角度設(shè)計(jì)及坐姿變化等綜合因素能否使乘客在座椅上有良好的坐姿和體壓分布，能夠按照自己的意愿調(diào)整坐墊和靠背的角度，并在長時(shí)間的乘坐過程中感到輕松和舒適，沒有受壓迫部位和勞累感。文中在借鑒各位學(xué)者研究基礎(chǔ)上，使用層次分析法將各指標(biāo)逐層排列構(gòu)成綜合的評價(jià)體系，如表1所示。

表1 座椅靜態(tài)舒適性主觀指標(biāo)

座椅各指標(biāo)的好壞直接決定駕駛員乘坐的舒適與否，座椅各指標(biāo)對舒適性的影響主要表現(xiàn)如下：

(1)表面軟硬度

座椅最直接的功能是支撐駕駛員的身體，表面硬的座椅不僅容易使駕駛員疲勞，且存在與身體某些部位貼合度差，造成壓力集中，壓迫身體某一部位，從而引起駕乘人員的疲勞感增加，時(shí)間長還會(huì)造成肌肉損傷。

(2)包裹感、寬闊感

座椅坐墊、靠背、頭枕型面與人體臀部、大腿、背部及后頭骨的形狀相貼合，且大小適配，有利于增加接觸面積，降低單位面積的壓力，從而提高駕乘舒適性。

(3)腰部支撐感

汽車座椅靠背應(yīng)該提供形狀和位置適宜的兩點(diǎn)支撐，第一支撐位于人體第5和6胸椎之間的高度上，作為肩靠能減輕頸曲變形；第二支撐位置位于腰曲部位，作為腰靠能保證乘坐姿勢下近似于腰曲弧線，提高駕駛員的舒適性。

(4)側(cè)面支撐感

車輛在變道和轉(zhuǎn)彎等操作時(shí)，受車輛側(cè)向加速度的影響，人體隨著車體會(huì)左右側(cè)傾，此時(shí)需要坐墊和靠背側(cè)面有一定的支撐性，使駕乘人員的身體維持在一定空間內(nèi)左右側(cè)傾，從而提高駕乘人員的身體保持性。

(5)異物感

對于坐墊的支撐，需求是在自然坐下時(shí)，有一定下陷量，包裹身體，但下陷量過多容易造成觸底，引起壓力的局部集中，讓駕乘人員有如異物的感覺，此外，座椅不佳的縫線分塊也容易導(dǎo)致駕駛員有異物感，長時(shí)間造成局部勞累，影響舒適性。

2 層次分析法綜合評價(jià)方法

2.1 層次分析法及其使用步驟

層次分析法是一種層次權(quán)重決策分析方法，把一個(gè)復(fù)雜的決策性問題表示為有序的遞進(jìn)層次結(jié)構(gòu)，通過人們的判斷逐層比較各關(guān)聯(lián)因素的重要性來構(gòu)建判斷矩陣，并按照數(shù)學(xué)方法來計(jì)算各指標(biāo)的權(quán)重，為決策提供依據(jù)，從而將復(fù)雜的問題變得系統(tǒng)化，簡潔化[6]。文中運(yùn)用層次分析法(AHP)步驟如下：

(1)建立層次結(jié)構(gòu)模型。分析系統(tǒng)中各因素之間的關(guān)系，構(gòu)建座椅舒適性層次架構(gòu)模型，如表1所示。

(2)構(gòu)建判斷矩陣。在各層元素之間按照9分制標(biāo)度表進(jìn)行兩兩比較，計(jì)算兩元素之間的重要度，進(jìn)而排定各因素的優(yōu)劣順序，最終構(gòu)建判斷矩陣，判斷矩陣的標(biāo)度表及含義見表2。

表2 判斷矩陣標(biāo)度及含義

(3)層次單排序及一致性檢驗(yàn)

首先，確定判斷矩陣的特征向量，也是各因素相對權(quán)重。設(shè)判斷矩陣A：

(1)

(a)將判斷矩陣的每一列進(jìn)行歸一化：

(2)

(b)將歸一化后判斷矩陣的每一列相加：

(3)

(c)將上述b′向量各元素進(jìn)行歸一化處理：

(4)

則W=[W1W2......Wn]T即為所求的特征向量。

(d)計(jì)算判斷矩陣的最大特征值：

(5)

式中：λmax為矩陣A的最大特征根。

然后，進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，以保證判斷矩陣精確。為此引入CI(Consistent index)來判斷一致性，即

(6)

當(dāng)CI=0時(shí)，則說明判斷矩陣完全一致。為了能給出具體的度量指標(biāo)，使用平均一致性指標(biāo)RI來檢驗(yàn)。9分制判斷矩陣的RI值見表3。

表3 判斷矩陣的RI值

當(dāng)n>2時(shí)，引入相對一致性指標(biāo)，即為CI與RI的比值。

(7)

當(dāng)CR>0.10時(shí)，則認(rèn)為判斷矩陣的一致性差，需要重新調(diào)整判斷矩陣，直到CR<0.10，判斷矩陣才具有很好的一致性，此時(shí)層次單排序的權(quán)重值才有意義。

(4)層次總排序及一致性檢驗(yàn)

層次單排序只計(jì)算出了相對重要度，同時(shí)也需要計(jì)算同一層次的所有元素對目標(biāo)層相對重要性的權(quán)重值。

表4 B層各元素總排序權(quán)值

(8)

層次總排序仍需要一致性檢驗(yàn)。此時(shí)的一致性檢驗(yàn)是從第一層到最底層逐層進(jìn)行。假如A層中任何一個(gè)元素Aj對應(yīng)B層中判斷矩陣側(cè)一致性指標(biāo)為CIj，而平均隨機(jī)一致性指標(biāo)為RIj，則可以得到B層總排序隨機(jī)一致性比值CR為

(9)

當(dāng)CR≤0.1時(shí)，則可以判斷該層次的總排序具有滿意的一致性結(jié)果，如果一致性較差，則需要對本層次的判斷矩陣重新調(diào)整，直到滿足一致性。

2.2 建立層次結(jié)構(gòu)模型

依據(jù)層次分析法的分層規(guī)則，將座椅舒適性評價(jià)分為3層。第一層是待解決目標(biāo)的層次，文中的目標(biāo)層就是得到座椅舒適性的綜合評分；第二層是支撐目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的準(zhǔn)則層，文中將座椅舒適性主要分為坐墊舒適性、靠背舒適性和頭枕舒適性3個(gè)方面的評價(jià)準(zhǔn)則層；第三層即是表征各準(zhǔn)則層的多個(gè)指標(biāo)，形成指標(biāo)層。

2.3 判斷矩陣構(gòu)建、權(quán)重計(jì)算及一致性檢驗(yàn)

選取3位經(jīng)驗(yàn)豐富的座椅舒適性評價(jià)工程師，在了解層次模型、判斷矩陣的標(biāo)度和含義后，對各層次元素進(jìn)行兩兩比較評分并取三人的平均分，構(gòu)建判斷矩陣，然后按照第2.1節(jié)中層次分析法中的步驟進(jìn)行各指標(biāo)的權(quán)重計(jì)算和一致性檢驗(yàn)。各層次指標(biāo)的判斷矩陣及指標(biāo)權(quán)重，見表5—表8所示。

表5 坐墊舒適性指標(biāo)層判斷矩陣及指標(biāo)權(quán)重

表6 靠背舒適性指標(biāo)層判斷矩陣及指標(biāo)權(quán)重

表7 頭枕舒適性指標(biāo)層判斷矩陣及指標(biāo)權(quán)重

表8 座椅舒適性準(zhǔn)則層判斷矩陣及指標(biāo)權(quán)重

其中，坐墊舒適性指標(biāo)層CR=0.091 5<0.1，λmax=6.576 6；靠背舒適性指標(biāo)層CR=0.099 2<0.1，λmax=6.624 8；頭枕舒適性指標(biāo)層CR=0.090 4<0.1，λmax=3.094 0；座椅舒適性準(zhǔn)則層CR=0.000 0<0.1，λmax=3.000 0，經(jīng)過一致性檢驗(yàn)，符合要求。

將準(zhǔn)則層和指標(biāo)層的權(quán)重系數(shù)進(jìn)行匯總，以圖1、圖2表示。由圖1可知，坐墊舒適性和靠背舒適性相對于座椅舒適性而言權(quán)重較大。從圖2可知，異物感在坐墊和靠背舒適性中占有較大權(quán)重，且頭枕位置在頭枕舒適性中占有較大權(quán)重，在評價(jià)過程中需要著重關(guān)注。

圖1 座椅靜態(tài)舒適性準(zhǔn)則層權(quán)重系數(shù)

圖2 座椅舒適性指標(biāo)層權(quán)重系數(shù)

2.4 座椅靜態(tài)舒適性評價(jià)實(shí)車分析

經(jīng)過層次分析法，得出了座椅靜態(tài)舒適性準(zhǔn)則層權(quán)重系數(shù)W(Bi)和指標(biāo)層權(quán)重系數(shù)W(Bij)，結(jié)合指標(biāo)層各指標(biāo)駕駛員的主觀評分S(Bij)，先加權(quán)計(jì)算出準(zhǔn)則層評價(jià)得分C(Bij)加權(quán)計(jì)算出座椅靜態(tài)舒適性綜合評分S(A)，計(jì)算公式如下

C(Bij)=W(Bij)S(Bij)

(10)

(11)

表9為三臺(tái)車型座椅靜態(tài)舒適性的主觀得分。

表9 三臺(tái)車型座椅靜態(tài)舒適性的主觀得分

其中，C1和C2代表同一臺(tái)車的不同開發(fā)階段。

以3款C級乘用車前排座椅靜態(tài)舒適性評價(jià)為樣本進(jìn)行實(shí)車分析。首先，由3位專業(yè)評價(jià)工程師依據(jù)SAE十點(diǎn)評分方法對3臺(tái)車輛前排座椅舒適性評價(jià)體系中指標(biāo)層的每個(gè)指標(biāo)進(jìn)行主觀打分，對3位評價(jià)人員的分?jǐn)?shù)取平均得到每臺(tái)車指標(biāo)層指標(biāo)主觀分?jǐn)?shù)，如表9所示。

然后，依據(jù)公式(10)、(11)，計(jì)算出3款車型前排座椅靜態(tài)舒適性評價(jià)體系準(zhǔn)則層評分和目標(biāo)層評分，將3臺(tái)車的準(zhǔn)則層和目標(biāo)層得分匯總繪制雷達(dá)圖，如圖3所示。

圖3 座椅靜態(tài)舒適性主觀評價(jià)雷達(dá)圖

由圖可知，車型C得分最好，尤其是坐墊舒舒適性和靠背舒適性得分最高，雖然車型C的頭枕舒適性不及車型A和車型B，但頭枕舒適性占據(jù)目標(biāo)層權(quán)重較低，對總得分影響較小。通過以上數(shù)據(jù)的對比分析，得知各車型優(yōu)劣指標(biāo)特征，且在開發(fā)過程中，應(yīng)該優(yōu)先考慮權(quán)重系數(shù)較大的性能指標(biāo)的提升，從而快速提升總體得分，同時(shí)對于權(quán)重較低的性能指標(biāo)，應(yīng)給予重視，應(yīng)達(dá)到及格線，從而也能進(jìn)一步提升總體得分。

結(jié)合以往項(xiàng)目對綜合評價(jià)體系的應(yīng)用進(jìn)行闡述，從表9和圖3中可知，車型C1總得分已經(jīng)超過兩臺(tái)競品車型A和B，但在其準(zhǔn)則層研究中，發(fā)現(xiàn)C1靠背舒適性(7.11)與車型A的靠背舒適性幾乎相當(dāng)，且指標(biāo)層腰部支撐(6)剛剛及格，同時(shí)腰部支撐權(quán)重系數(shù)(0.154 6)相對較高，如果能夠提升腰部支撐評分，能促進(jìn)靠背總體分?jǐn)?shù)提升。所以，小組采取適當(dāng)優(yōu)化權(quán)重系數(shù)較高的腰部支撐(0.154 6)，同時(shí)適當(dāng)降低權(quán)重系數(shù)較低的肩部支撐(0.083 3)的方案，方案實(shí)施后再次評價(jià)，從車型C2評分中可見，靠背舒適性整體評分提升了0.24分。此外，在準(zhǔn)則層頭枕舒適性研究中，發(fā)現(xiàn)車型C1的頭枕舒適性(6.90)不及車型A(7.50)和車型B(7.40)，且指標(biāo)層表面硬度不及格(5.5)。經(jīng)過小組討論，認(rèn)為改善整體頭枕舒適性花費(fèi)代價(jià)較大，頭枕舒適性占比權(quán)重低(0.066 7)，且顧客實(shí)際駕駛過程中頭型面距離頭枕一般有一定間距，整體改善性價(jià)比低，故采用提升可能引起顧客抱怨的指標(biāo)層表面硬度的性能指標(biāo)方案，從C2評價(jià)結(jié)果可知，頭枕舒適性有些許提升。最終，兩種改善方案反映到前排座椅靜態(tài)舒適性總體得分上有較明顯提升。

3 結(jié)論

(1)在借鑒國內(nèi)外學(xué)者研究基礎(chǔ)上，依照層次分析法構(gòu)建了座椅靜態(tài)舒適性主觀評價(jià)體系，使得座椅靜態(tài)舒適性主觀評價(jià)工作更加便捷，總指標(biāo)得分更加科學(xué)。

(2)借助層次分析法，構(gòu)建了判斷矩陣并通過一致性檢驗(yàn)，得到了座椅靜態(tài)舒適性各層次指標(biāo)權(quán)重系數(shù)，有效地解決了主觀經(jīng)驗(yàn)少的工程師對總體性能難以把握的難題。

(3)結(jié)合對三款C級乘用車前排座椅舒適性主觀評價(jià)，運(yùn)用各層級指標(biāo)權(quán)重計(jì)算出座椅舒適性綜合得分，能夠直觀地比較各車輛座椅舒適性優(yōu)劣，同時(shí)能夠提出當(dāng)前階段座椅舒適性存在的問題及優(yōu)化方向。

然而，構(gòu)建的判斷矩陣定性成分較多，得到的權(quán)重系數(shù)也受主觀影響，需要結(jié)合不同專家意見進(jìn)行綜合性考慮，且要結(jié)合企業(yè)座椅舒適性開發(fā)方式，防止出現(xiàn)較大誤差。