龐世俊，王 金，支錦亦，魏 峰

(1.中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司 高速列車系統(tǒng)集成國(guó)家工程研究中心，山東 青島 266111； 2.西南交通大學(xué) 建筑與設(shè)計(jì)學(xué)院，四川 成都 610031；3.西南石油大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，四川 成都 610500)

高速列車座椅舒適性研究主要包括座椅舒適性影響因素、舒適性評(píng)估方法、舒適性提升方法等。座椅舒適度的評(píng)價(jià)方法主要有主觀評(píng)價(jià)和客觀評(píng)價(jià)2種。主觀評(píng)價(jià)主要包括問(wèn)卷法、量表評(píng)分法、訪談法[1-2]。舒適度主觀評(píng)價(jià)跟被調(diào)查者的生理、社會(huì)經(jīng)濟(jì)背景和經(jīng)歷相關(guān)，存在較大的主觀性?？陀^評(píng)價(jià)主要是通過(guò)儀器設(shè)備獲取被試者與乘坐狀態(tài)相關(guān)的生理數(shù)據(jù)，主要包括體壓分析[1]、肌電分析、行為觀察等?？陀^評(píng)價(jià)難以對(duì)座椅的美學(xué)、情感等屬性進(jìn)行獨(dú)立的評(píng)價(jià)。因此座椅的操作性能和在座椅上旅客活動(dòng)的舒適性等動(dòng)態(tài)行為難以通過(guò)單一的評(píng)估方法進(jìn)行舒適性評(píng)估。單一的評(píng)估方法只能從特定方面反映座椅某方面的舒適性特征，不能全面地反映座椅屬性。

本文采用量表評(píng)分法、體壓測(cè)試法、訪談法形成的多維評(píng)估方法挖掘影響高速列車座椅舒適體驗(yàn)的因素，以期為座椅的舒適度優(yōu)化提供參考。

1 座椅評(píng)價(jià)方法研究

1.1 主觀評(píng)價(jià)方法

1.1.1 量表評(píng)分法

量表評(píng)分法是針對(duì)評(píng)價(jià)目標(biāo)，以直覺判斷為主，按一定的打分標(biāo)準(zhǔn)作為衡量評(píng)定優(yōu)劣的尺度的一種定量評(píng)價(jià)方法。多指標(biāo)評(píng)價(jià)任務(wù)需要先對(duì)每個(gè)指標(biāo)進(jìn)行打分，然后再經(jīng)賦權(quán)求和獲得方案的整體評(píng)價(jià)，或者通過(guò)差異比較方法對(duì)某個(gè)指標(biāo)的舒適性評(píng)價(jià)進(jìn)行差異顯著性比較以獲得方案的舒適性優(yōu)劣。常用的量表評(píng)分法有李克特量表法。

1.1.2 訪談法

訪談法是了解用戶體驗(yàn)和感受最直接的方法之一，分為單人訪談和集體訪談(焦點(diǎn)小組)。在相關(guān)座椅舒適度評(píng)價(jià)研究中，訪談法搭配其他評(píng)價(jià)方法，作為量表評(píng)分法或者客觀評(píng)價(jià)方法的補(bǔ)充[1，3]，了解乘客在座椅使用過(guò)程中的整體舒適感受，獲取量表評(píng)分未涉及到的動(dòng)態(tài)操作和多個(gè)屬性的綜合舒適性，收集乘客對(duì)座椅設(shè)計(jì)的改進(jìn)建議。

1.2 客觀評(píng)價(jià)方法

體壓測(cè)試法是通過(guò)壓力傳感器獲取人體和座椅表面之間的壓力分布情況來(lái)判斷座椅的舒適性。最大壓力、壓力梯度、平均壓力及最大壓力的位置被用以描述座椅的壓力分布[4]。也有研究指出最大壓力梯度、平均壓力梯度的計(jì)算量較大且沒有太大的實(shí)際意義[5]。在坐姿情況下，人體的重量必須由座椅來(lái)承擔(dān)，大腿、臀部以及背部則是支撐人體重量的關(guān)鍵部位，文獻(xiàn)[6]研究了針對(duì)這些部位的壓力分布狀況來(lái)判斷座椅舒適性，指出合理的壓力分布并不是壓力平均分布，而是根據(jù)人體骨骼和肌肉受力特征存在一定梯度。圖1為理想體壓分布圖：(1)座面壓力在坐骨結(jié)節(jié)處最大，并由此向外逐漸減小，大腿下面的壓力最??；(2)靠背壓力在肩靠和腰靠處最大，并沿兩點(diǎn)向外逐漸減??；(3)座面和靠背的壓力分布應(yīng)左右兩邊對(duì)稱且均勻分布。

圖1 理想體壓分布圖

2 評(píng)價(jià)模型

構(gòu)建由量表評(píng)分法、體壓測(cè)試法、訪談法3種評(píng)價(jià)方法所組成的多維評(píng)價(jià)模型對(duì)座椅的舒適性進(jìn)行評(píng)價(jià)。3種評(píng)價(jià)方法從不同的角度反映座椅3個(gè)層面的舒適性。量表評(píng)分法評(píng)估座椅零部件及單個(gè)屬性的舒適性。體壓測(cè)試法評(píng)估座椅對(duì)于人體的支撐和壓力緩釋等整體體感舒適性，并結(jié)合訪談法獲取座椅操作或圍繞座椅的乘客行為的動(dòng)態(tài)舒適性以及量表評(píng)分法和體壓測(cè)試法未能涉及的舒適性問(wèn)題。模型結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 座椅多維舒適性評(píng)價(jià)模型

2.1 量表評(píng)估

2.1.1 指標(biāo)體系

座椅舒適性評(píng)價(jià)是一個(gè)多層次、多因素的綜合評(píng)價(jià)問(wèn)題。本文基于層次分析法構(gòu)建座椅舒適性評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系，包括：座椅整體舒適性為目標(biāo)層；物理尺度、功能與操作、安全性、心理需求、美學(xué)5個(gè)準(zhǔn)則層；對(duì)準(zhǔn)則層因素進(jìn)行指標(biāo)細(xì)化形成35個(gè)指標(biāo)的指標(biāo)層。

2.1.2 問(wèn)卷設(shè)計(jì)及問(wèn)卷調(diào)研

根據(jù)指標(biāo)體系構(gòu)建座椅舒適性調(diào)查問(wèn)卷，問(wèn)卷題項(xiàng)按照層次原則構(gòu)建。其中指標(biāo)層屬于測(cè)量題項(xiàng)，是問(wèn)卷中需要被試者評(píng)價(jià)的部分；準(zhǔn)則層屬于潛在題項(xiàng)，其舒適性評(píng)價(jià)需要通過(guò)指標(biāo)層題項(xiàng)賦權(quán)求和得到。問(wèn)卷采用百分制量表形式對(duì)座椅指標(biāo)層指標(biāo)的舒適性進(jìn)行打分。被調(diào)研者盡量按照5%～95%人體百分位尺寸的正態(tài)分布比例進(jìn)行選取。

2.1.3 權(quán)重計(jì)算

座椅指標(biāo)權(quán)重評(píng)價(jià)具有模糊性，因此采用模糊評(píng)價(jià)方法。將每個(gè)準(zhǔn)則層因素所含指標(biāo)看做一個(gè)集合U，U=(U1，U2，U3，…，Um)，將集合U中的指標(biāo)Ui對(duì)Uj的相對(duì)重要程度記為uij(i=1，2，…，m，j=1，2，…，m)，結(jié)合saaty的1～9級(jí)重要性標(biāo)度法將模糊子集U中的各因素相對(duì)于上一層中的重要程度進(jìn)行比較，從而構(gòu)建出判斷矩陣V如式(1)所示：

(1)

式中：m——集合U中指標(biāo)的個(gè)數(shù)。

計(jì)算矩陣V的特征向量的近似值W[7]，即集合U中各指標(biāo)的權(quán)重。特征向量W=(w1,w2,…，wm),同時(shí)利用特征向量W的理論最大特征值λmax與n之差檢驗(yàn)權(quán)重的一致性，一致性指標(biāo)包括CI、CR，計(jì)算公式見式(2)、式(3)。當(dāng)CI<0.1，CR<0.1時(shí)，判斷矩陣一致性是否可接受，否則重新調(diào)整判斷矩陣。

(2)

(3)

式中：CI——一致性指標(biāo);

RI——隨機(jī)一致性指標(biāo);

CR——一致性比率。

2.1.4 準(zhǔn)則層舒適性

準(zhǔn)則層指標(biāo)的舒適性評(píng)價(jià)作為潛在題項(xiàng)，不能通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查直接獲取，其舒適性評(píng)價(jià)需要通過(guò)指標(biāo)層指標(biāo)的舒適性評(píng)價(jià)賦權(quán)求和得到，座椅整體的舒適性則通過(guò)準(zhǔn)則層指標(biāo)的舒適性評(píng)價(jià)賦權(quán)求和得到。

2.2 體壓評(píng)估

在待測(cè)試座椅座面和靠背放置分體式的Tekscan壓力傳感器，分別測(cè)試座面和靠背的體壓分布。按照5%～95%的人體百分位選取數(shù)名被試者坐在待測(cè)試的座椅上并調(diào)整坐姿至舒適狀態(tài)，記錄被試者體壓分布圖、峰值壓力及平均壓力。

2.3 訪談反饋

調(diào)查者和被訪談?wù)卟捎靡粚?duì)一訪談形式就座椅的舒適性體驗(yàn)進(jìn)行交流。被訪談?wù)呓Y(jié)合高速列車乘坐經(jīng)歷，對(duì)座椅輔助功能模塊的可操作性以及圍繞座椅的動(dòng)態(tài)行為和其他不舒適的乘坐經(jīng)歷進(jìn)行體驗(yàn)反饋。

3 實(shí)例研究

3.1 評(píng)估對(duì)象

采用某型高速列車一等座座椅進(jìn)行座椅舒適性實(shí)體評(píng)估，該座椅的外觀尺寸如圖3所示。

圖3 某型高速列車一等座座椅外觀尺寸

3.2 主觀評(píng)估結(jié)果

3.2.1 座椅準(zhǔn)則層權(quán)重

通過(guò)專家評(píng)分對(duì)各準(zhǔn)則層指標(biāo)所含指標(biāo)層指標(biāo)的相對(duì)重要性以兩兩比較的方式作出判斷，根據(jù)公式(1)計(jì)算得到座椅指標(biāo)體系中指標(biāo)層指標(biāo)的權(quán)重，其中物理尺度、功能與操作、安全性、心理需求、美學(xué)指標(biāo)所含指標(biāo)層指標(biāo)的一致性檢驗(yàn)均達(dá)到要求。同樣通過(guò)專家評(píng)分獲得準(zhǔn)則層指標(biāo)物理尺度、功能與操作、安全性、心理需求、美學(xué)的相對(duì)重要性，并通過(guò)公式(1)計(jì)算得到座椅指標(biāo)體系中準(zhǔn)則層指標(biāo)的權(quán)重。通過(guò)式(2)、式(3)計(jì)算得到各指標(biāo)層權(quán)重和準(zhǔn)則層權(quán)重的λmax、CR值。

物理尺度：

W=[0.210 1, 0.210 1, 0.210 1, 0.095 3, 0.059 4, 0.059 4, 0.059 4, 0.036 2, 0.036 2, 0.024 0]

λmax=10.167 8

CR=0.0125

功能與操作：

W=[0.263 3, 0.263 3, 0.140 2, 0.097 7, 0.066 0, 0.042 3, 0.042 3, 0.042 3, 0.027 5, 0.015 1]

λmax=10.381 5

CR=0.028 5

安全性：

W=[0.484 5,0.296 7,0.109 4, 0.109 4]

λmax= 4.020 6

CR=0.0076

心理需求：

W=[0.379 8,0.222 8,0.222 8, 0.129 6, 0.044 9]

λmax=5.064 8

CR=0.0145

美學(xué)：

W=[0.433 9, 0.211 0, 0.130 6, 0.130 6, 0.055 9, 0.037 9]

λmax=6.149 5

CR=0.024 1

準(zhǔn)則層：

W=[0.419 0,0.266 6,0.164 3, 0.102 3,0.047 8]

λmax=5.098 6

CR=0.022 0

計(jì)算結(jié)果顯示，指標(biāo)層、準(zhǔn)則層均達(dá)到CR<0.1，可見座椅指標(biāo)層、準(zhǔn)則層權(quán)重通過(guò)一致性檢驗(yàn)。

3.2.2 座椅準(zhǔn)則層因素的舒適性評(píng)價(jià)

對(duì)指標(biāo)層指標(biāo)的舒適性評(píng)價(jià)進(jìn)行賦權(quán)求和得到準(zhǔn)則層因素的舒適性評(píng)價(jià)，然后對(duì)準(zhǔn)則層因素的舒適性評(píng)價(jià)進(jìn)行賦權(quán)求和得到座椅整體的舒適性主觀評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)結(jié)果見表1。

表1 座椅整體的舒適性主觀評(píng)價(jià)結(jié)果

3.3 體壓評(píng)估結(jié)果

3.3.1 體壓分布測(cè)試圖

選取6名被試者，其體壓分布圖見圖3。所有被試者的座面體壓分布圖均顯示：坐骨結(jié)節(jié)處的壓力最大，并向四周逐漸減小，大腿處的體壓最小，體壓分布圖大致呈左右對(duì)稱。座椅靠背的體壓分布顯示被試者2、3、5、6在腰靠部分、肩胛部分的體壓缺失，表明座椅對(duì)大部分人的腰靠支撐以及肩胛支撐存在不足。

圖4 體壓分布圖

3.3.2 體壓測(cè)試數(shù)據(jù)

6名被試者的坐面和靠背體壓數(shù)據(jù)詳情見表2。

表2 不同被試者的體壓數(shù)據(jù) kPa

通常情況下，峰值壓力和平均壓力越小，座椅的體感舒適性越好。表2的數(shù)據(jù)顯示，坐墊的峰值壓力均值和平均壓力均值均處于較低的水平，座椅的體感舒適性較好。

3.4 訪談評(píng)估結(jié)果

對(duì)被訪談?wù)叩某俗w驗(yàn)反饋進(jìn)行高頻意見總結(jié)，主要包括座椅前后間距、座椅靠背后小桌板操作、電源插座使用3個(gè)方面。

4 評(píng)估結(jié)果分析和改進(jìn)意見

4.1 量表評(píng)估分析

座椅的準(zhǔn)則層因素中物理尺度、功能與操作的舒適性評(píng)價(jià)值較低，原因是物理尺度、功能與操作指標(biāo)的權(quán)重相對(duì)較大，因此導(dǎo)致座椅整體舒適性評(píng)價(jià)值較低。量表評(píng)估結(jié)果一定程度上反映了體壓評(píng)估和訪談評(píng)估結(jié)果：座椅物理尺度評(píng)價(jià)值低反映了座椅在腰靠和肩胛上的支撐不足，功能與操作的評(píng)價(jià)值低反映在小桌板和電源插座的操作使用有待改進(jìn)。

4.2 體壓評(píng)估分析

腰靠支撐和肩胛支撐的缺失作為高速列車和民用飛機(jī)等出行交通工具座椅普遍存在的問(wèn)題被廣泛研究。腰部支撐和肩胛支撐可以降低靠背壓力水平，提升乘坐舒適性，30 mm是最佳的腰椎支撐量[8]。同時(shí)根據(jù)人體曲線輪廓開發(fā)座椅的靠背曲面也能夠提升乘坐舒適性[9]。

4.3 訪談評(píng)估分析

4.3.1 座椅前后間距

座椅前后間距主要涉及腿部空間和靠窗旅客進(jìn)出座位的通行空間兩方面。按照GB 10000—1988《中國(guó)成年人人體尺寸標(biāo)準(zhǔn)》提供的人體各統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，并結(jié)合近年來(lái)人體身高增長(zhǎng)的趨勢(shì)及歐美人群與亞洲人身體尺寸的差異性，構(gòu)建模擬人體對(duì)一等座座椅前后間距的人機(jī)尺寸進(jìn)行分析，尺寸如圖5所示。

圖5 座椅間距示意圖

經(jīng)分析，座椅前后間距滿足大部分旅客對(duì)于腿部活動(dòng)空間和外出通行的空間需要。

4.3.2 小桌板人機(jī)分析

小桌板的舒適性反饋主要集中在小桌板的高度、外形尺寸以及承重安全性。圖6為小桌板操作示意圖。

圖6 小桌板操作示意圖

為了滿足不同人體百分位乘客對(duì)小桌板的使用，在小桌板高度不可調(diào)狀態(tài)下，小桌板下空間要滿足第95男性百分位乘客大腿空間需求，因此小桌板底端高度應(yīng)高于第95百分位男性乘客坐姿狀態(tài)下的大腿面高度。同時(shí)考慮到不同乘客臂長(zhǎng)差異，小桌板設(shè)置為可抽拉式，有研究提出小桌板應(yīng)設(shè)置50 mm的抽拉數(shù)值才能滿足5%～95%的不同百分位乘客使用[10]。鑒于小桌板使用功能的多樣化，小桌板的最大受力程度需要增加，TB/T 3263—2011《動(dòng)車組乘客座椅》對(duì)于小桌板的向下載荷值要求達(dá)到750 N(約76.5 kg)。

4.3.3 插座使用

插座安裝在座椅底座上，距離地板面190 mm。插座布置如圖7所示。目前插座的布局位置有2個(gè)問(wèn)題：一是位于座椅前下端的插座處于視線盲區(qū)，部分乘客不知道座椅下方插座的存在，且不方便將電源插頭插入處于視線盲區(qū)的插孔；二是位于前方座椅底座后端的電源插座，如果在間距較小或者前方座椅靠背調(diào)至最大傾角時(shí)，身體向前彎曲將插頭插入插孔的過(guò)程中，頭部容易碰到座椅，也會(huì)形成視線盲區(qū)。

因此，插座布局在可見性和可靠性操作上需要優(yōu)化。當(dāng)前高速列車座椅需要利用標(biāo)志或者文字提示旅客座椅下方插座的存在及其具體位置，避免通過(guò)手部觸摸去發(fā)現(xiàn)插座位置的不安全行為。下一代高速列車座椅需要優(yōu)化插座的布局位置和插座類型，增加USB充電插座，提高插座距離地板面的高度，將插座布局在前方座椅靠背后部或者小桌板端部，使插座可見，插拔過(guò)程可靠且方便。

圖7 高速列車座椅插座布置及使用示意圖

5 結(jié)束語(yǔ)

為全面評(píng)價(jià)高速列車座椅的舒適性，發(fā)現(xiàn)座椅舒適性體驗(yàn)中存在的問(wèn)題，本文提出了包含主觀評(píng)價(jià)和客觀評(píng)價(jià)相結(jié)合的多維舒適性評(píng)估方法，3種評(píng)估方法相互補(bǔ)充用于評(píng)估座椅不同層面的不同屬性，既可定量評(píng)估座椅單個(gè)零部件和單個(gè)屬性的舒適性，也反映了座椅整體舒適性和圍繞座椅操作行為的動(dòng)態(tài)舒適性，并依據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果為高速列車座椅的舒適性優(yōu)化提出了改進(jìn)建議。多維舒適性研究方法和研究結(jié)論為高速列車的舒適性評(píng)價(jià)和提升提供了方法參考。