汽車座椅舒適性區間評價方法

王昊

摘 要：本文主要介紹一種汽車座椅舒適性的區間評價方法。本文結合大量汽車座椅舒適性主觀評價試驗結果中的評價打分和相對應人體壓力數據，建立汽車座椅舒適性客觀數據與主觀評價分數間的不確定數學關系——區間關系。在本文中，將大量舒適性試驗結果建立座椅評價的數據庫，并使用該數學模型研究了汽車座椅舒適性區間評價方法。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果，同時這個舒適性分數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;數據庫;樣條曲線擬合

1 前言

汽車工業發展了一百多年，汽車性能不斷突破自身極限。但無論汽車如何發展，汽車始終是為人服務的，而人對汽車的評價本質上是主觀的。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據，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客戶要求進行改型和生產，沒有實現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過程和打分過程一定是保密的，評價結果也只是一個分值而廠家不知道具體加分和扣分規則。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學化和工程化。我國汽車座椅目前主要為國內汽車產品匹配，理應根據國人的感受打分并改進座椅，長期根據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、形成數據樣本庫，并最終實現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間評價方法。首先，根據中國人座椅舒適性主觀評價試驗獲得大量主觀評價數據和座椅壓力數據;再通過分類和篩選形成具有實際代表性的主觀評價數據庫;然后，對這些主觀評價的數據進行數值分析，通過數學方法客觀化，即形成座椅舒適性函數;最后，將數據庫中的人體壓力數據、座椅樣本數據和評價打分數據按照其關聯函數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，座椅生產企業可以快速獲得座椅舒適性得分，從而節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，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據。評價者左手輕握方向盤圖示左側位置，右手握方向盤右側位置，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，主要內容是被測試者對座椅的主觀評價。背部打分：分為1-9#區域，如圖3所示。實驗者主要感受這幾個區域的舒適性，并給出綜合評價打分。臀部打分：分為10-15#區域。實驗者被感受這幾個區域的舒適性，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據主要是坐墊和靠背的壓力云圖?？偨Y云圖的共同特點可以發現，座墊最大壓力大，但是對于同一材質的座椅，由于表面形狀的差異，使得受力壓傳感器的個數不同（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據關聯性基本能保持一致。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，以保證數據準確性。背部數據同理。

個人的身形和體重都有差別。座椅舒適性實驗發現，人體的體型和體重直接關系很大。實驗后的數據處理和數據分析，這種差異性也應體現出來。通過實驗發現，實驗者壓力變化（體型變化）和打分結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 數據庫建立

我們把所有座椅評價者的壓力云圖數據和主觀打分結果匯總，并形成數據庫。根據座椅權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果差異大的云圖和打分。這樣，剩下的數據是比較可靠的打分和壓力對應的統計結果。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據。

這個數據庫主要用來給座椅開發者提供座椅開發的參考數據。更為重要的，我們可以通過這些實驗數據發現座椅舒適性評價的重要規律，并據此形成座椅舒適型評價方法。

5 座椅舒適性區間評價方法

按照人體BMI標準不同分成3個人群，分別建立評價方法。要強調的是，雖然三個人群BMI指標數據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一數據分布區間。

在評價中，還要使用區間方法將評價數據區間化，即考慮試驗過程的不確定性，進而修正評價結果。數據處理過程如下：

第一步：歸一化處理

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

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

第二步：形成基礎評價指標曲線。

上述各個壓力區間內的點占總點數的比例值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曲線，即基礎評價指標曲線函數。

第三步：建立評價標準曲線庫

設座椅評價分數范圍為1-10分，將按照傳統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下的評價標準曲線庫。

第四步：基礎打分

被測座椅要根據BMI選擇三類人進行乘坐。計算機根據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為兩個函數的協方差，Var為兩個函數的方差。r值越小說明一致性越好。所以，曲線與哪個分數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：區間修正

由于參考座椅評分就是1-10的整數分，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。以基礎評價標準曲線為中心線，以0.25為區間半徑帶，建立區間函數?？疾鞙y試曲線整體是否這個曲線帶內，評價分數要在基礎打分上修正。修正原則：區間半徑每增加0.025，減0.1分，下限為0.5。區間半徑每減少0.025加0.1分，上限為-0.5。修正后的分數是被測座椅的初步舒適性得分。

第六步：平均分數

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、實驗數據和實驗人信息等重要數據，這樣每次評價數據才能完整，并可在今后形成數據庫。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

本文介紹了一種座椅舒適性區間評價方法，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座椅的壓力數據變化大的問題，而且在傳統打分的同時，引入了區間參數修正功能，使得打分更加科學。根據該方法開發了對應軟件，實際應用發現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據，如圖5。通過軟件的實際使用進一步證明了座椅舒適性區間評價方法具有良好的工程應用價值。

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