淺析汽車(chē)座椅舒適性評(píng)價(jià)方法

朱新濤

摘 要：座椅舒適性是汽車(chē)使用的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)之一， 目前國(guó)內(nèi)外對(duì)座椅舒適性的研究?jī)?nèi)容較多，研究的方法也各種各樣，但國(guó)內(nèi)外研究深度的差距較大。本文對(duì)汽車(chē)座椅舒適性評(píng)價(jià)方法展開(kāi)研究，建立人-車(chē)-環(huán)境的因素分析模型，指出噪音和座椅系統(tǒng)是影響汽車(chē)舒適性的重要因素。其次，對(duì)汽車(chē)座椅系統(tǒng)的舒適性評(píng)價(jià)進(jìn)行分析，總結(jié)汽車(chē)座椅舒適性的評(píng)價(jià)方法，其中包括主觀評(píng)價(jià)方法和客觀評(píng)價(jià)方法。

關(guān)鍵詞：汽車(chē)座椅系統(tǒng) 舒適性評(píng)價(jià) 評(píng)價(jià)方法

Brief Analysis of Evaluation Methods for Automobile Seat Comfort

Zhu Xintao

Abstract：Seat comfort is one of the important evaluation indexes of vehicle. At present， there are numerous research contents and various research methods on seat comfort at home and abroad， but there is a big gap between domestic and foreign research depth. This paper studies the evaluation method of automobile seat comfort， establishes the factor analysis model of human vehicle environment， and points out that noise and seat system are important factors affecting automobile comfort. Also， the comfort evaluation of automobile seat system is analyzed， and the evaluation methods of automobile seat comfort are summarized， including subjective evaluation method and objective evaluation method.

Key words：automobile seat system， comfort evaluation， evaluation method

1 前言

汽車(chē)座椅舒適性的內(nèi)容主要包括：人機(jī)工程（布置）、靜態(tài)舒適性、動(dòng)態(tài)舒適性這三個(gè)方面。人機(jī)工程指座椅布置的參數(shù)尺寸，如坐墊長(zhǎng)度、坐墊傾角、大腿離去點(diǎn)、靠背高度、靠背上下離去點(diǎn)、座背側(cè)翼、景中型面、腰托的高度、頭枕高度、頭枕造型、座椅調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的布置范圍等物理特性。靜態(tài)舒適性是指乘坐狀態(tài)時(shí)人的感受，包括就坐時(shí)的感覺(jué)、臀部壓力感覺(jué)、大腿下測(cè)的壓迫感、靠背腰托支撐感覺(jué)、側(cè)翼支撐性能、頭枕支撐等。動(dòng)態(tài)舒適性是指在汽車(chē)駕駛過(guò)程中座椅給乘員的感受，除了維持靜態(tài)時(shí)的舒適性外，還包括顛簸路面座椅的振動(dòng)吸能性、過(guò)彎時(shí)側(cè)翼支撐性以及整椅的支撐剛性等。

座椅舒適性一般有如下要求：

1）能提供良好的人機(jī)工程設(shè)計(jì)：如調(diào)節(jié)方便，軟硬適中，適應(yīng)不同身高體重的顧客群體。

2）能提供均勻且舒適的支撐力（臀部、腰部、肩部、頭部），并且能夠滿足安全要求。

3）沒(méi)有異物感，并且具有良好感覺(jué)，如觸感、冷暖、濕度、透氣、摩擦等。

4）行駛過(guò)程中在不同路況提供良好的支撐性以及振動(dòng)過(guò)濾，無(wú)異響等。

因此，舒適性的評(píng)價(jià)因人而異，目前沒(méi)有統(tǒng)一的判斷標(biāo)準(zhǔn)和量化指標(biāo)，但最終出發(fā)點(diǎn)是符合人體生理特性的要求，避免對(duì)人體造成煩惱和健康等問(wèn)題。

2 人-車(chē)-環(huán)境舒適性系統(tǒng)建立與分析

汽車(chē)舒適性判斷主要是通過(guò)人的身體感官感受，所以需以人為中點(diǎn)去建立人-車(chē)-環(huán)境系統(tǒng)中各因素對(duì)人關(guān)聯(lián)的模型。

首先，確認(rèn)人的感知模型：人的感受主要有生理和心理兩種，生理感受的即時(shí)感主要通過(guò)感知器官如眼、耳、鼻、舌等感知;動(dòng)作感主要是關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)、肌肉運(yùn)動(dòng)、骨骼運(yùn)動(dòng)、內(nèi)臟感知;疲勞感主要是血液的循環(huán)、神經(jīng)反應(yīng)、精神狀態(tài)等。心理感受主要為心情狀態(tài)、睡眠情況、敏感度、健康和疲勞等影響，如圖1所示。

其次，建立車(chē)-環(huán)境的系統(tǒng)圖：汽車(chē)在使用過(guò)程中與其所處的場(chǎng)景形成一個(gè)車(chē)-環(huán)境的系統(tǒng)圖，汽車(chē)本身的部件運(yùn)作和其所處的環(huán)境結(jié)合對(duì)周邊形成一定的作用和影響，如：驅(qū)動(dòng)總成（變速器部件、離合器部件、動(dòng)力源部件等）產(chǎn)生振動(dòng)、噪音和熱;懸掛系統(tǒng)在不同路況的情況下產(chǎn)生振動(dòng)和噪音，座椅系統(tǒng)與車(chē)身硬連接會(huì)傳導(dǎo)車(chē)身的振動(dòng);車(chē)身造型線條的設(shè)計(jì)會(huì)影響行駛風(fēng)噪，也帶來(lái)振動(dòng)，后視鏡的設(shè)計(jì)帶來(lái)視野的影響;電子電器如燈光、顯示屏等也產(chǎn)生光線的明暗，空調(diào)的制冷制熱帶來(lái)振動(dòng)和噪音，過(guò)濾帶來(lái)空氣異味等。最終車(chē)-環(huán)境形成的影響主要為振動(dòng)、噪音，其次為視野、冷熱，如圖2所示。

結(jié)合以上的人-車(chē)-環(huán)境分析。其中人是指駕駛員和乘員，是直接評(píng)判汽車(chē)舒適性的主觀體，其生理和心理因素都會(huì)影響到其對(duì)舒適性的評(píng)價(jià)效果。整合人-車(chē)-環(huán)境系統(tǒng)圖，分析車(chē)-環(huán)境產(chǎn)生的因素對(duì)人感知評(píng)價(jià)的影響，從圖2可知車(chē)-環(huán)境對(duì)車(chē)內(nèi)環(huán)境產(chǎn)生的主要影響為振動(dòng)和噪音，也是汽車(chē)NVH中的內(nèi)容之一，如圖3所示：噪音和振動(dòng)的產(chǎn)生都是環(huán)境對(duì)車(chē)的傳遞產(chǎn)生或車(chē)自身為源而產(chǎn)生的最終響應(yīng)。噪音影響人的聽(tīng)覺(jué)和心理，振動(dòng)影響人的膚覺(jué)、觸覺(jué)、視覺(jué)，還有肌肉、內(nèi)臟、關(guān)節(jié)以及血液等進(jìn)而引起神經(jīng)疲勞、精神不佳，最終影響評(píng)審人員的主觀評(píng)價(jià)結(jié)果。

汽車(chē)座椅系統(tǒng)是直接與人進(jìn)行接觸的汽車(chē)部件，汽車(chē)的振動(dòng)主要是通過(guò)座椅部品傳遞給人，各部品的噪音皆通過(guò)各種途徑傳入到車(chē)內(nèi)環(huán)境，座椅系統(tǒng)及其周邊的環(huán)境情況直接影響到人對(duì)舒適性的判斷。所以，座椅系統(tǒng)是人-車(chē)-環(huán)境中影響整車(chē)舒適性的關(guān)鍵部件總成。

從上述分析，座椅系統(tǒng)及其周邊的環(huán)境是影響整車(chē)舒適性的重要因素，其中噪音是通過(guò)空氣傳播到人的耳朵，通過(guò)對(duì)聲音源頭或傳播路徑進(jìn)行控制可以降低車(chē)內(nèi)環(huán)境的噪音值以滿足安靜舒適的車(chē)內(nèi)環(huán)境。汽車(chē)座椅是直接與人接觸的部件，其舒適性的好壞直接影響人對(duì)舒適性的判斷[1]。靜態(tài)舒適性和動(dòng)態(tài)舒適性是汽車(chē)座椅系統(tǒng)的舒適性評(píng)價(jià)的主要兩方面。

3 汽車(chē)座椅舒適性評(píng)價(jià)方法

主觀和客觀評(píng)審是汽車(chē)座椅舒適評(píng)審的主要手段，主觀評(píng)價(jià)主要有專(zhuān)家評(píng)審、客戶反饋、表格調(diào)查等收集被訪人主觀意見(jiàn)進(jìn)行分析的主觀評(píng)價(jià)。客觀方法主要借助實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備收集人體生理指標(biāo)進(jìn)行分析的客觀實(shí)驗(yàn)，包括動(dòng)靜態(tài)的駕駛員姿勢(shì)、壓力分布圖、和采用醫(yī)學(xué)學(xué)科的方法比如CT，磁共振成像技術(shù)等。

3.1 主觀評(píng)價(jià)方法

主觀評(píng)價(jià)主要采用各種主觀評(píng)審的表格或者問(wèn)卷的形式，通過(guò)評(píng)審者記錄測(cè)評(píng)時(shí)的主觀感受和心理狀態(tài)，以此來(lái)直觀顯示舒適度的等級(jí)情況。

整體舒適評(píng)價(jià)表（Overall Comfort Index），簡(jiǎn)稱(chēng)OCI，是Kolich[2]提出的一種用以評(píng)價(jià)座椅舒適性的評(píng)價(jià)方法。此方法是通過(guò)采用李克特量表（Likert scale）以獲取測(cè)評(píng)舒適性，在測(cè)試過(guò)程中讓評(píng)價(jià)者依據(jù)身體各部分的感覺(jué)程度記錄在調(diào)查表上，通過(guò)分析各項(xiàng)指標(biāo)的評(píng)分值與標(biāo)準(zhǔn)值的絕對(duì)值之和，以此確定座椅的整體舒適情況。通過(guò)眾多調(diào)查和分析表明，整體舒適評(píng)價(jià)表的方法對(duì)主觀評(píng)價(jià)更加實(shí)用和準(zhǔn)確。

局部不舒適性評(píng)價(jià)表（Body Part Discomfort hating），簡(jiǎn)稱(chēng)BPD，是Corlett和Bishop[3]提出的身體局部不舒適的評(píng)價(jià)方法。此方法是按身體的不同部位進(jìn)行分類(lèi)，如肩部、手臂、臀部等，評(píng)價(jià)者根據(jù)不舒適的部位感覺(jué)記錄到5點(diǎn)Likert scale表，最后根據(jù)數(shù)值的大小把身體不同的部位進(jìn)行順序分析，形成全部部位的局部不舒適性評(píng)價(jià)指標(biāo)。

一般舒適性評(píng)價(jià)表（General Comfort Rating），簡(jiǎn)稱(chēng)GCR，是由Shacklel[4]提出的一種把主觀感受分為11級(jí)別來(lái)評(píng)價(jià)座椅舒適性程度的方法，這11個(gè)級(jí)別分別是難以承受的、痛楚難堪的、麻痹的、生硬的、痛楚的、焦躁的、不舒服的、剛好舒適的、非常舒適的、完全舒適和非常放松的，通過(guò)這種調(diào)查去確認(rèn)舒適性的程度。

座椅評(píng)價(jià)確認(rèn)表（ chair evaluation check list），簡(jiǎn)稱(chēng)CEC，是Zhang[5]等提出的座椅舒適性評(píng)價(jià)方法，是一種9點(diǎn)Likert scale表，里面包含了從16個(gè)問(wèn)題的多方面考慮。經(jīng)過(guò)對(duì)BPD、GCR等表的研究分析后，Zhang提出了一種簡(jiǎn)化為12個(gè)問(wèn)題的CEC調(diào)整表。

另外還有采用問(wèn)卷方式進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)的方法，Smith[6]采用不舒適性取代舒適性作為評(píng)價(jià)方式并建立了不舒適性調(diào)查問(wèn)卷（automotive seating discomfort questionnaire， ASDQ），問(wèn)卷綜合歸納了20個(gè)影響座椅舒適性的因素。

3.2 客觀評(píng)價(jià)方法

客觀評(píng)價(jià)方法就是利用檢測(cè)的儀器設(shè)備客觀測(cè)量的方法，比如駕駛姿態(tài)、體壓分布、工作績(jī)效觀察，以及基于生理學(xué)及生物力學(xué)的方法如誤差反向傳播BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、醫(yī)學(xué)有限元分析等數(shù)值計(jì)算作為評(píng)價(jià)手段。

駕駛姿勢(shì)：是指能夠保證駕駛員舒適的駕駛姿勢(shì)，并滿足良好的視野和足夠的操作空間要求。陳景輝[7]通過(guò)對(duì)駕駛狀態(tài)時(shí)各身體關(guān)節(jié)的負(fù)荷情況來(lái)評(píng)定姿勢(shì)的舒適情況，并建立了一種基于人機(jī)工程學(xué)布置的主觀不舒適評(píng)估模型。王漫[8]通過(guò)人機(jī)工程學(xué)分析舒適的駕駛姿勢(shì)與駕駛室布置參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)性，并采用矢量運(yùn)算分析中國(guó)人在靜態(tài)的舒適駕駛狀態(tài)時(shí)各人體關(guān)節(jié)的角度，得到中國(guó)各種不同群體的舒適駕駛姿勢(shì)和行為習(xí)慣。

體壓分布：壓力分布是指人與座椅接觸時(shí)，由于力的作用使得在坐墊、靠背處的型面發(fā)生變形而產(chǎn)生力及力分布情況，各部位的壓力及梯度分布主要是通過(guò)壓力墊上的壓力傳感器獲取。

生理學(xué)及生物學(xué)：馬佳等[9]建立了一種基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)的座椅舒適性評(píng)價(jià)方法，方法采用Back Propagation神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行研究分析。Kolich[10]采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型分析舒適性評(píng)審的主觀評(píng)價(jià)的有效性，把座椅的外觀評(píng)價(jià)、乘坐壓力分布圖、人體測(cè)量數(shù)據(jù)等作為輸入?yún)?shù)，確認(rèn)以整體舒適評(píng)價(jià)表（overall comfort index）作為輸出量的變化情況，并基于此分析構(gòu)建一種線性模型和一種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，以此用于評(píng)價(jià)座椅舒適性。

4 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)人-車(chē)以及所處的環(huán)境進(jìn)行系統(tǒng)的分析并確定影響舒適性的關(guān)鍵部品和因素，對(duì)舒適性的分析進(jìn)行說(shuō)明，并描述座椅舒適性的評(píng)價(jià)方法。通過(guò)建立人-車(chē)-環(huán)境的因素分析模型，對(duì)模型分析說(shuō)明噪音和座椅系統(tǒng)是對(duì)汽車(chē)舒適性影響的主要內(nèi)容。座椅舒適性的評(píng)價(jià)方法主要有主觀評(píng)價(jià)方法和客觀評(píng)價(jià)方法。主觀評(píng)價(jià)方法包括評(píng)價(jià)表或問(wèn)卷，如整體舒適調(diào)查表（OCI）、局部不舒適性評(píng)價(jià)表（BPD）、一般舒適性評(píng)價(jià)表（GCR）、座椅評(píng)價(jià)確認(rèn)表（CEC）以及問(wèn)卷ASDQ等。客觀評(píng)價(jià)方法包括：駕駛姿態(tài)、體壓分布以及基于生理學(xué)及生物力學(xué)的方法等評(píng)價(jià)手段。

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