汽车座椅舒适性区间评价方法

王昊

摘 要：本文主要介绍一种汽车座椅舒适性的区间评价方法。本文结合大量汽车座椅舒适性主观评价试验结果中的评价打分和相对应人体压力数据，建立汽车座椅舒适性客观数据与主观评价分数间的不确定数学关系——区间关系。在本文中，将大量舒适性试验结果建立座椅评价的数据库，并使用该数学模型研究了汽车座椅舒适性区间评价方法。运用这个方法，座椅设计工程师可以用其取代复杂的人工座椅评价过程得到更加可靠的座椅舒适性评价结果，同时这个舒适性分数也为座椅改进性设计提供理论指导。

关键词：汽车座椅舒适性;归一化方法;数据库;样条曲线拟合

1 前言

汽车工业发展了一百多年，汽车性能不断突破自身极限。但无论汽车如何发展，汽车始终是为人服务的，而人对汽车的评价本质上是主观的。汽车座椅舒适性评价就其中的典型代表。我国汽车座椅厂十分注重引进国外先进座椅制作的制造工艺、加工设备和生产材料，甚至完全仿制其造型，但对能汽车座椅设计理念研究不足，相关的研究也很有限。

国外汽车客观性能研究和座椅舒适性等主观性能的研究是同步的进行的。比如Lee[1]等人针对分析了座盆和靠背的最大和平均压力、压力梯度与整体和局部舒适性的相关性。Thakurta[2]等利用压力测试装置针对不同的汽车座椅测试体压分布数据，指出体压分布与舒适性相关性显著。A.Milivojevich[3]研究了坐骨平均压力、大腿平均压力、坐垫接触面积、腰部平均压力和背部接触面积与主观舒适性的相关性。Salvatore Demontis[4]对座椅的压力分布对舒适度影响做了统计分析，分别计算了坐姿、坐垫厚度和包裹度对靠背和坐垫的舒适性的影响权重。韩国的Park Se Jin[5]等通过对照被试人员的主观评价与客观评价不同的轿车和紧凑型汽车座椅的舒适性。

如今汽车行业竞争激烈，汽车座椅厂习惯按照汽车制造厂提出设计要求和主观评价设计和生产座椅。一旦汽车改型或新车型推出，原来的设计要求和主观评价要重新进行。这样每次座椅厂都需要重新根据客户要求进行改型和生产，没有实现自主推出按照自己理念设计的座椅厂品。其主要原因是座椅厂不了解汽车制造厂的主观评价的理念。又由于主观评价师的培养过程和打分过程一定是保密的，评价结果也只是一个分值而厂家不知道具体加分和扣分规则。因此，他们无法完全理解汽车制造厂的主观评价师感受并将其数学化和工程化。我国汽车座椅目前主要为国内汽车产品匹配，理应根据国人的感受打分并改进座椅，长期根据外国的座椅评价师打分是不客观的。[6-10]因此，制定符合我国国人身体特点和舒适感受的座椅评价打分体系、形成数据样本库，并最终实现软件化是我国汽车座椅厂的最终要求。

本文基于上述要求，提出了一种符合国人身体特点的汽车座椅舒适性区间评价方法。首先，根据中国人座椅舒适性主观评价试验获得大量主觀评价数据和座椅压力数据;再通过分类和筛选形成具有实际代表性的主观评价数据库;然后，对这些主观评价的数据进行数值分析，通过数学方法客观化，即形成座椅舒适性函数;最后，将数据库中的人体压力数据、座椅样本数据和评价打分数据按照其关联函数关系整合成一个座椅舒适性评价方法，进而形成软件。通过这个软件，座椅生产企业可以快速获得座椅舒适性得分，从而节省了外国聘请评价师打分的时间和费用，保证其打分是按照中国人身体特点和驾驶习惯的综合得出的。

2 座椅舒适性实验方法及主观评价打分

座椅舒适性试验台架包含一台驾驶模拟器。其中，主要测试设备是x-sensor压力分布测试系统，如图2。它可以测试人体与座椅界面的压力分布情况和压力数据。评价者左手轻握方向盘图示左侧位置，右手握方向盘右侧位置，左右脚分别踏在油门踏板和离合器踏板。

试验评价表主要由被试人员口述并由实验员填写，包括被试人员信息，主要内容是被测试者对座椅的主观评价。背部打分：分为1-9#区域，如图3所示。实验者主要感受这几个区域的舒适性，并给出综合评价打分。臀部打分：分为10-15#区域。实验者被感受这几个区域的舒适性，并给出其主观评分。

3 体压分布评价指标

座椅舒适性评价的客观数据主要是坐垫和靠背的压力云图。总结云图的共同特点可以发现，座垫最大压力大，但是对于同一材质的座椅，由于表面形状的差异，使得受力压传感器的个数不同（受力面积有差异），平均压力也不同。这也反映出座椅形状与人体压力间的复杂关系。这一点座椅设计工程师也普遍认可[11-15]。

另外，从图4.可以看出即使同一个人臀部或背部压力也不是完全对称的。实验过程中会随机产生一个峰值。但是纵观整个实验，一个被测座椅打分和一个评价人员的压力数据关联性基本能保持一致。利用这种一致性，我们在实验中尽量让座椅评价者坐下后，再稳定一段时间后才开始实验。实验表明这种方法能够地保证了不同实验者主观评价一致性。所以，座椅舒适性试验时间要求实验者乘坐5分钟以上，以保证数据准确性。背部数据同理。

个人的身形和体重都有差别。座椅舒适性实验发现，人体的体型和体重直接关系很大。实验后的数据处理和数据分析，这种差异性也应体现出来。通过实验发现，实验者压力变化（体型变化）和打分结果变化相关性较为密切。所以，应该按照不同的体形指标设计不同的评价尺度。根据国际上通用的BMI算法，我们把实验者分为3类：瘦：低于BMI<18.5;正常：BMI=[18.5-24.99];胖：BMI>25。

4 数据库建立

我们把所有座椅评价者的压力云图数据和主观打分结果汇总，并形成数据库。根据座椅权威评价师以往针对这些座椅的评价打分，我们筛除掉所有评价结果差异大的云图和打分。这样，剩下的数据是比较可靠的打分和压力对应的统计结果。再按照体形指标不同分类实验者，并按照座椅打分高低顺序整理数据。

这个数据库主要用来给座椅开发者提供座椅开发的参考数据。更为重要的，我们可以通过这些实验数据发现座椅舒适性评价的重要规律，并据此形成座椅舒适型评价方法。

5 座椅舒适性区间评价方法

按照人体BMI标准不同分成3个人群，分别建立评价方法。要强调的是，虽然三个人群BMI指标数据不同但评价方法是相同。

另外，同一类人群中所有人的压力云图无论是压力点个数还是压力值都有差异。所以还要在评价中采用归一化方法统一数据分布区间。

在评价中，还要使用区间方法将评价数据区间化，即考虑试验过程的不确定性，进而修正评价结果。数据处理过程如下：

第一步：归一化处理

x-sensor测到的数据是各个点的压力传感器测得的压力数据。设：压力不为零的压力点个数mmax。这些数据Pi，0

比值从0.1-1分成10等分段，统计十个分段 [0.0-0.1，0.1-0.2，…，0.9-1]内的压力点个数mk，k=1，2，3，…，10。再把这些数值除以所有有压力值的传感器个数，从而转化为对总压力个数的比值

第二步：形成基础评价指标曲线。

上述各个压力区间内的点占总点数的比例值mmk依次对应0.1，0.2，0.3…1形成一条二维折线。采用样条曲线拟合方法拟合成一条近似这条折线的二维函数曲线，即基础评价指标曲线函数。

第三步：建立评价标准曲线库

设座椅评价分数范围为1-10分，将按照传统方法做过舒适性评价的参考座椅按照1-10分依次排序。再根据人体BMI算法的人体的3个分类选择实验人员坐座椅，并测的压力云图。最后，通过上述第一步和第二步建立基本评价指标曲线从而形成不同分数下的评价标准曲线库。

第四步：基础打分

被测座椅要根据BMI选择三类人进行乘坐。计算机根据第一步和第二步形成测试曲线，其然后与10个分值基础评价指标曲线对比一致性，

其中，Cov为两个函数的协方差，Var为两个函数的方差。r值越小说明一致性越好。所以，曲线与哪个分数基础评价指标曲线一致性好，该座椅的基础打分就是该分值。

第五步：区间修正

由于参考座椅评分就是1-10的整数分，被测座椅的评价曲线与标准曲线是有差异的。这种差异是座椅舒适性分值修正的依据。以基础评价标准曲线为中心线，以0.25为区间半径带，建立区间函数。考察测试曲线整体是否这个曲线带内，评价分数要在基础打分上修正。修正原则：区间半径每增加0.025，减0.1分，下限为0.5。区间半径每减少0.025加0.1分，上限为-0.5。修正后的分数是被测座椅的初步舒适性得分。

第六步：平均分数

按照上述人体BMI标准选择方法。三种体型各选一人，按照上述第4和5步打分，再取平均分。这个分数就是被测座椅最终舒适性评分。

6 座椅舒适性评价软件

本文利用上述方法建立了座椅评价软件，如图5。其除了具备评价功，还记录实验时间、座椅厂家、座椅型号、实验数据和实验人信息等重要数据，这样每次评价数据才能完整，并可在今后形成数据库。而且评价时建议使用如下更加评价表述：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 总结

本文介绍了一种座椅舒适性区间评价方法，其通过归一化方法解决了不同人体（BMI）类型的在不同评价分数座椅的压力数据变化大的问题，而且在传统打分的同时，引入了区间参数修正功能，使得打分更加科学。根据该方法开发了对应软件，实际应用发现用汉字表述舒适性更直观。软件还能记录实际应用过程和重要数据，如图5。通过软件的实际使用进一步证明了座椅舒适性区间评价方法具有良好的工程应用价值。

参考文献：

[1]Lee，K.S.，Ferraiuolo，P. and Temming， J. Measuring Seat Comfort[R].SAE 930105， 1993.

[2]Thakurta K，Koester D，Bush N，et al. Evaluating Short and Long Term Seating Comfort[R]. SAE950144，1995.

[3]A. Milivojevich， R. Stanciu， A. Russ， G. R. Blair and J. D. van Heumen. Investigating Psychometric and Body Pressure Distribution Responses to Automotive Seating Comfort[R]. SAE 2000-01-0626，2000.

[4]Salvatore Demontis and Monica Giacoletto. Prediction of Car Seat Comfort from Human-Seat Interface Pressure Distribution[R]. SAE2002-01-0781，2002.

[5]Park S，Lee Y，Nahm Y， et al， Seating Physical Characteristics and Subjective Comfort：Design Considerations[R]. SAE980653，1998.

[6]马佳，范智声，阮莹，等.汽车座椅舒适度研究综述[J]. 上海汽车，2008，01：24-27.

[7]马佳，左跃，李培松等. 汽车座椅舒适性调查分析[J]. 汽车与配件，2009，44：20-22.

[8]馬佳，范智声，阮莹，等. 舒适驾驶姿势试验及模糊评价[J]. 工业工程与管理，2008，4：121-125.

[9]张鄂，洪军，梁建，等. 汽车人机接触界面体压分布的实验与评价研究[J]， 西安交通大学学报，2007，41（5）：538-542.

[10]周敏. 座椅温觉特性与坐姿体压分布的实验研究[D]. 南京林业大学，2007.

[11]余江鸿. 基于体压分布的驾驶座椅舒适度研究[D]. 国防科学技术大学，2008.

[12]江中华. 汽车座椅舒适性开发的初步研究[J]，企业科技与发展，2011，No.19：45-47.

[13]王正华，喻凡，庄德军 汽车座椅舒适性的主观和客观评价研究[J]，汽车工程，2006，28（9）：817-819.

[14]金晓萍，袁向科，王波，等.汽车泡沫座椅舒适性的客观评价方法[J]，汽车工程，2012，34（6）：551-555.

[15]徐明，夏群生.体压分布的指标[J]， 中国机械工程，1997，8（1）：65-68.