基于主客观一致性分析的汽车按键舒适性研究
2020-08-01华猛
华猛
（广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院，广州511434）
0 引 言
随着人们生活水平的提高，汽车日益成为家庭的首选出行工具，人们对汽车品质要求的提升，使得主机厂在保证汽车性能的同时，不断加大对产品细节的优化。汽车按键开关作为驾乘人员频繁操作的人机接口[1]，其手感的好坏直接影响驾乘人员的品质感受。但是，目前主机厂中对于按键手感的定义多基于设计经验，并未结合驾乘人员的实际操作及客观参数的对应，导致产品投入市场后，抱怨较多。因此，本文选取不同品牌的车型开关，结合主观评价及客观测试，提取按键设计中的舒适性影响因子，并定义舒适性设计指标，从而指导按键开关的舒适性开发，提升产品设计品质。
1 主观评价
通过筛选特定人群，对汽车的按键开关操作进行打分，采用权重因子法处理，得出结果作为舒适性研究的指标。
1.1 权重因子法
评价人员的主要筛选因素为性别、身高和体重，根据3个因素在中国人群的分布比例，得出对应因素的加权系数，评分分别加权后相加即为综合评价得分[2]。
式中：F为综合评分值；a为性别权重；b为身高权重；c为体重权重；d为实际评分；i为评价人数。
1.2 评价人员选取
综合考虑评价人员的性别、驾龄和身高，筛选出17人（男性13人，女性4人）,人员信息分布见图1和图2。
图1 评价人员身高/体重分布
图2 评价人员驾龄分布
1.3 评价车型
本次共选择8款车，涵盖自主及合资产品，具体为Benz、Audi、BMW、Volkswagen、Toyota、Buick、Volvo 和自主品牌XX，评价对象为按键开关的手感。
1.4 评价说明
评分采用10分制，分值说明见表1。
表1 主观评价得分表
评价活动为静态。上车前由专人介绍评价内容及得分说明，上车后按要求操作相关开关并填写问卷打分。
2 客观测试
采用开关类机器人测量设备（如图3）测试开关物理参数，将测试开关固定在工装夹具上后，编程调试测试轨迹，得到按键的进程、回程曲线及相关特性参数，如图4所示。
图3 按键测试系统
图4 按键行程与力曲线
3 主客观一致性分析
3.1 主观参数分析
对主观评价打分加权处理，得到按键开关手感的主观评分结果（如表2）。
表2 主观评价得分表
3.2 手感风格定义
8款车的测试手感曲线如图5和图6所示。可以看出，8款车的按键开关手感曲线明显分为两种风格：1）风格1（如图5）。按键总体行程短，峰值点与波谷点行程较近，按键力度较大，主观感受为按键按压时较为短、硬，声音较为清脆，触发单元多为微动开关，成本稍高。2）风格2（如图6）。按键总体行程稍长，峰值点与波谷点行程较远，按键力度较小，主观感受为按键按压时较为长、软，声音较为沉闷，触发单元多为橡胶垫式，成本相对较低。
图5 按键特性曲线-风格1
图6 按键特性曲线-风格2
因此为提取按键的舒适指标，需根据按键类型分别进行研究。首先定义按键风格如下：风格1为硬朗型开关；风格2为舒适型开关。
3.3 客观指标提取
按键特性参数[4]有峰值点行程S1、峰值点力F1、波谷点行程S2、波谷点力F2、总行程S3,以及手感值[5]（（F1-F2）/F1×100%），如图7所示。
由评价可知，感知较为明显的点为P1点的力和行程，P2点的力和行程，总行程一般受限于按键的机械结构，对实际手感影响不大，因此选取客观指标为：手感值、F1和S2。
3.4 舒适指标设定
3.4.1 风格1
提取按键的手感值如图8所示，可以看出，BENZ 的手感值为30%～40%，Audi的为9%～15%，Volvo的为35%～45%，BMW的为40%～50%,可见，除了Audi的手感波动范围较小外，其余3台车开关手感值均在30%～40%左右，经评价，Audi的开关按入感较浅，为提高舒适性，设定手感值为（30±10）%。
图7 按键特性参数
图8 手感值参数对比
图9 F1参数对比
图10 S2参数对比
图11 手感值参数对比
图12 F1参数对比
图13 S2参数对比
3.5 样件验证
如上进行目标设定后，制作样件进行参数验证，并进行主观评价打分，结果如图14所示。可以发现，样件的得分明显高于更改之前的得分。因此，可以认为上述目标设定有一定参考价值。
图14 样件评价结果对比
4 结 论
为研究汽车按键开关的舒适性，提高操作手感，本文以美系、日系、德系及自主品牌的8款车的按键开关为研究对象，采用主观评价和客观测量的对比方法，提取出按键风格及特性参数，并给出参数的设计范围：1）硬朗型风格开关。手感值为（30±10）%；峰值力为（4±1）N；波谷行程为（0.8±0.1）mm。2）舒适型风格开关。手感值为（50±10）%；峰值力为（3±1）N；波谷行程为（1.2±0.3）mm。
经过样件验证，此特性参数范围可以指导汽车按键开关的舒适性设计。
