基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的新能源汽車舒適度評(píng)價(jià)系統(tǒng)研究

翁 鴻

（福建省汽車工業(yè)集團(tuán)有限公司， 福建 福州 350108）

引言

統(tǒng)計(jì)表明，截至2020 年，我國機(jī)動(dòng)車保有量達(dá)到3.72 億輛，其中轎車2.81 億輛；車輛駕駛?cè)诉_(dá)4.56 億人，其中轎車駕駛?cè)?.18 億人。汽車在滿足人們代步需要的同時(shí)，在安全、節(jié)能、美觀等特性的基礎(chǔ)上，對(duì)舒適性的要求也越來越高[1-2]。除了傳統(tǒng)的動(dòng)力性、燃料經(jīng)濟(jì)性、安全性等方面，在人類對(duì)于車輛性能的需求方面，良好的行駛特性、舒適的使用環(huán)境、低振動(dòng)和低噪聲逐漸成為了當(dāng)代汽車的主要追求[3-4]。

1 新能源汽車舒適度評(píng)價(jià)指標(biāo)分析

車輛舒適性，是指駕駛者與乘客對(duì)駕乘環(huán)境的主觀反應(yīng)，它主要體現(xiàn)在駕駛者與乘員身上，對(duì)車輛舒適性的影響因素有許多，主要包括空氣環(huán)境、噪聲環(huán)境、使用舒適性、乘車環(huán)境與行車操縱特性以及個(gè)人生理與心理狀態(tài)等。以往舒適度評(píng)價(jià)研究大多集中于振動(dòng)、噪聲等因素，在汽車逐步全面電動(dòng)化的時(shí)代已經(jīng)不適用[5-6]。提出基于新能源車的發(fā)動(dòng)機(jī)特性，并根據(jù)人機(jī)工程學(xué)基本原理，從汽車產(chǎn)品設(shè)計(jì)、機(jī)械原理等理論，層層深入，車輛的舒適性的相關(guān)設(shè)計(jì)采用了相應(yīng)的準(zhǔn)則，其中人機(jī)工程學(xué)的主要舒適度研究就是對(duì)汽車座椅的內(nèi)部外形造型、外部尺寸、材質(zhì)及其調(diào)整機(jī)構(gòu)等的改進(jìn)設(shè)計(jì)[7]。除人機(jī)工程學(xué)原理以外，環(huán)境、生理感受等因素也要在其舒適度的考慮范圍內(nèi)；利用層次分析法，也就是AHP（Analytie Hierarehy Proeess）方法構(gòu)建出適合于新能源汽車的舒適度評(píng)價(jià)指標(biāo)。它的基本思路是把大問題分解成一種或幾個(gè)小的各種形式因素，而上述各種因素又通過優(yōu)勢關(guān)系組構(gòu)成了一種層級(jí)構(gòu)成，并采用二二相應(yīng)的方式確立層級(jí)中各種因素的相應(yīng)意義。該方法在新能源汽車舒適度系統(tǒng)評(píng)價(jià)中發(fā)揮著巨大作用。在該中情況的選擇下，可將平順性、車內(nèi)溫度、乘坐環(huán)境、駕駛操作性能作為評(píng)價(jià)指標(biāo)的選擇，對(duì)其中的指標(biāo)進(jìn)行兩兩采樣分析。

2 采用LSTM 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型賦值分析

對(duì)新能源汽車舒適度評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行因子分析，對(duì)多種因素進(jìn)行分類賦值，引入LSTM（Long Short-Term Memory）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，用已獲得的樣本數(shù)據(jù)來對(duì)模型進(jìn)行訓(xùn)練。利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型模擬人腦的信息處理得出的結(jié)果，在一定程度上可以消除舒適度評(píng)價(jià)的主觀性和隨機(jī)性，得出一個(gè)較為客觀的汽車舒適度評(píng)價(jià)。

首先確定新能源汽車舒適度的評(píng)價(jià)指標(biāo)，其次利用問卷調(diào)查的方法來確定樣本數(shù)據(jù)以及各自的權(quán)重因子。在進(jìn)行問卷調(diào)查的過程中可以采用滿意度來確定評(píng)價(jià)結(jié)果，樣本數(shù)據(jù)收集完后，引入LSTM(Long Short-Term Memory)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，用已獲得的樣本數(shù)據(jù)來對(duì)模型進(jìn)行訓(xùn)練，模擬人腦的信息處理得出結(jié)果。

3 評(píng)價(jià)系統(tǒng)流程

根據(jù)上述研究結(jié)果，從現(xiàn)實(shí)需要入手，開展了新能源汽車的舒適性評(píng)估系統(tǒng)試驗(yàn)，形成了評(píng)估系統(tǒng)工作流程圖，對(duì)評(píng)估系統(tǒng)中各個(gè)模塊的主要功能進(jìn)行了設(shè)計(jì)研究，對(duì)評(píng)估結(jié)論加以檢驗(yàn)，評(píng)估方法主要是將系統(tǒng)所測得的結(jié)果反映乘員對(duì)車輛內(nèi)室中控制設(shè)備使用的主觀體驗(yàn)的表現(xiàn)，與有關(guān)汽車舒適性的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值相對(duì)比，再通過相應(yīng)程度作出汽車舒適程度的綜合評(píng)估。該試驗(yàn)研究可以針對(duì)人類的實(shí)際需要對(duì)車輛進(jìn)行舒適性評(píng)估，如下頁圖1 所示。

圖1 新能源汽車舒適度評(píng)價(jià)系統(tǒng)流程圖

為獲得符合中國人特點(diǎn)的舒適度要求，提取不同的因素在相關(guān)舒適度評(píng)價(jià)指標(biāo)上的分析數(shù)據(jù)。該次評(píng)價(jià)流程共選擇了20 個(gè)對(duì)象，當(dāng)中男子16 人，女子4 人，年紀(jì)均在24-42 周歲，平均身長在158-181 cm，體重在50-87 kg，基本滿足身體正態(tài)分布，并能基本涵蓋全中國身體長度的90%。實(shí)驗(yàn)過程中，使用了二臺(tái)舒適度級(jí)別截然不同的寫真車，成功使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析數(shù)據(jù)來完成指標(biāo)評(píng)價(jià)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)。最后根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，來分析各影響因素與舒適度評(píng)價(jià)指標(biāo)間的關(guān)系系數(shù)，分析結(jié)果如表1所示。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入?yún)?shù)依次如下：坐墊均衡氣壓、坐墊最高氣壓、坐墊觸及平均面積、靠背均衡氣壓、靠背最高氣壓靠背接觸平均面積、乘車者的高度、乘車者的身體重量。其中，前6 個(gè)參數(shù)是最主要的氣壓特征描述量；后2 個(gè)參數(shù)則是最主要的人體測量學(xué)參數(shù)，其在較大程度上影響了乘員座位表面的氣壓分布。

由表1 可得，座椅舒適度（即舒適度評(píng)價(jià)得分）與影響指標(biāo)間的關(guān)聯(lián)十分大，壓力分布特征也可以反映座椅舒適性，但是這個(gè)關(guān)聯(lián)并不是單純的線性關(guān)系。這也就為其新能源汽車舒適度的研究起到了很好的理論支撐。

表1 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析表

4 結(jié)語

本文通過系統(tǒng)分析影響車輛舒適性的有關(guān)因素，并采用層次分析法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬，對(duì)新能源車輛的舒適性作出了系統(tǒng)評(píng)估，并根據(jù)各項(xiàng)評(píng)估指標(biāo)的結(jié)果確定了汽車舒適性總體評(píng)估模型。同時(shí)從現(xiàn)實(shí)需要入手，開展新能源車舒適度評(píng)估體系試驗(yàn)，形成評(píng)估體系工作流程圖，并對(duì)其評(píng)估并且開展測試數(shù)據(jù)分析。