基于最大差异测量法的汽车座椅坐垫舒适性探讨_张志飞.pdf

第 40 卷第 2 期2023 年 2 月公路交通科技Journal of Highway and Transportation esearch and DevelopmentVol.40No.2Feb 2023收稿日期:20211021基金项目:国家自然科学基金项目(51875060)作者简介:张志飞(1983)，男，河南濮阳人，博士，教授.(z.zhang )doi:10.3969/j.issn.10020268.2023.02.028基于最大差异测量法的汽车座椅坐垫舒适性探讨张志飞，路晓辉，高开展，罗巧(重庆大学机械与运载工程学院，重庆400030)摘要:为讨论硬度、厚度等坐垫物理性能参数对汽车座椅静态舒适性的影响，开展了静态舒适性主观评价试验和体压分布客观测试。引入最大差异测量方法进行了坐垫舒适性主观评价，以减小主观随意性带来的偏差，并结合体压分布客观测试结果进行了统计分析来探讨汽车座椅坐垫舒适性。参考汽车座椅参数，制作了 4 种硬度和 4 种厚度水平的 16 块方形聚氨酯泡沫坐垫，搭建了模拟汽车座椅乘坐环境的舒适性评价台。选取 16 名被试者，按照不完全平衡区组法设计了坐垫舒适性主观评价问卷，基于最大差异测量法得到 16 名受试者的坐垫 B-W 得分。最大差异测量法能够有效避免评分量表的使用偏差，同时也保证了效率。利用 XSENSO 体压测试系统测量人体座椅界面的压力分布指标，获取了 16 名受试者的臀部平均压力、峰值压力和接触面积等体压分布指标。主观舒适性 B-W 得分和体压分布指标均表明:整体上降低坐垫硬度、增加厚度能改善舒适性，但硬度降低到一定范围、厚度增加到一定范围后改善不明显，改善坐垫舒适性需要合理地设计坐垫物理特性。主客观评价数据的相关性分析表明:平均压力与主观感受的相关性最大。差异性分析结果表明:臀部体压分布指标和 B-W 得分的变化存在一定程度的不一致性，体压分布指标与主观舒适性间的联系规律值得进一步探讨。关键词:汽车工程;座椅舒适性;最大差异测量法;体压分布;坐垫厚度;坐垫硬度中图分类号:U461.4文献标识码:A文章编号:10020268(2023)02023008Discussion on Comfort of Vehicle Seat Cushion Based on Best-worst Scaling MethodZHANG Zhi-fei，LU Xiao-hui，GAO Kai-zhan，LUO Qiao(School of Mechanical and Vehicle Engineering，Chongqing University，Chongqing 400030，China)Abstract:In order to discuss the influence of seat cushion foam parameters(thickness and hardness)on thestatic comfort of automobile seats，the subjective evaluation test of static comfort and the objective test of bodypressure distribution are carried out.The best-worst scaling method is introduced into the subjectiveevaluation of automobile seat cushion comfort to reduce the subjective arbitrary deviation，and the statisticalanalysis is conducted by using objective test result of body pressure distribution to discuss the automobile seatcushion comfort.eferring to the parameters of automobile seats，16 square polyurethane foam cushions with4 hardness and 4 thickness levels are produced，and a comfort evaluation platform simulating the ridingenvironment of automobile seats is built.Selecting 16 subjects，the subjective evaluation questionnaire ofcushion comfort is designed according to the incomplete balance block method，and the B-W scores of 16subjects are obtained based on the best-worst scaling method，which could effectively avoid the deviation inthe use of the scoring scale，and also ensure the efficiency.The pressure distribution indicators of the body-seat interface of 16 subjects such as average hip pressure，peak pressure and contact area are obtained by第 2 期张志飞，等:基于最大差异测量法的汽车座椅坐垫舒适性探讨using XSENSO body pressure testing system.Both the B-W scores of subjective comfort and the bodypressure distribution indicators show that reducing the hardness and increasing the thickness of the cushioncan improve the comfort，but when the hardness decreases to a certain range and the thickness increases to acertain range，the improvement is not obvious.It is necessary to reasonably design the physical characteristicsof the cushion to improve the of the cushion comfort.The correlation analysis of subjective and objective datashows that the correlation between average pressure and subjective feeling is the largest.The result ofdifference analysis shows that there is a certain degree of inconsistency between the hip body pressuredistribution indicator and the B-W score，and the relationship between the body pressure distribution indicatorand subjective comfort deserves further discussion.Key words:automobile engineering;seat comfort;best-worst scaling method;body pressure distribution;cushion thickness;cushion hardness0引言人椅界面是汽车人机接触的重要界面，汽车座椅舒适性直接影响驾乘人员的乘坐感受。座椅舒适性体现人与座椅、环境之间相互作用，是对周围环境的主观感知1。由于座椅舒适性是主观感受的特性，最直接的评价方法是主观评价，而以往评价舒适性多采用量表和调查表24。但评分表对受试者理解要求较高且受试者面临多个评价对象时容易产生疲劳，不同受试者的打分偏好差异大，使得主观评价的结果随意性大5。对于多个座椅对象开展舒适性主观评价时，提高主观评价的效果要求减小主观随意 性 的 偏 差。而 最 大 差 异 测 量 法(Best-worstScaling，BWS)是成对比较法的扩展方法，要求受试者在 1 组对象中选出差异最大的 2 个对象，能够有效避免评分量表的使用偏差问题，同时也大幅提升了成对比较法的效率67。由于主观评价方法存在主观偏差，且耗时较长，工程应用中需要准确的客观测量方法。在汽车座椅舒适性评价中，振动加速度8、体压分布测量9、生物肌电力10、坐姿变化11 等客观评价指标得到了较好的应用。其中体压分布能够较为全面地反映人体与座椅接触面的信息，被认为是衡量座椅舒适性的指标。De Looze 等1 对体压分布、姿势、肌肉表现、脊椎负荷等客观评价指标进行对比，发现体压分布与舒适性主观评价结果相关性最好，Kyung等12 发现接触面积、平均压力和峰值压力是与人舒适性感受关系较为密切的指标。但体压分布获取的参数众多，主观感受与体压分布参数间的联系仍有待深入研究。汽车座椅的填充物为发泡泡沫，且汽车座椅坐垫承载人体约 75%的重量13，泡沫是影响乘员座椅舒适性的重要因素。agan14、Eb15、Singh 等16 研究了坐垫厚度对静态乘坐舒适性的影响，发现座椅界面压力随坐垫厚度的增加而减小，增加压层厚度对提升座椅舒适性有一定积极作用，但存在收益递减点。张清雨等17 测得垂向激励下不同坐垫、靠背泡沫厚度的传递函数并总结了泡沫厚度对座椅振动特性的影响规律。坐垫硬度、刚度等物理特性对坐垫体压分布具有较大的影响5。高振海等13 通过人椅有限元仿真模型分析了发泡密度对体压分布的影响。王广彬等18 通过有限元模型分析了座椅坐垫和靠背处发泡厚度对体压分布的影响。硬度和厚度等坐垫的物理属性作为座椅坐垫的主要设计因素，其对座椅乘坐舒适性的影响规律值得深入探讨，尤其是主客观相结合的评价方式，有助于汽车座椅舒适性设计。为探讨聚氨酯泡沫坐垫的硬度与厚度对汽车座椅坐垫乘坐舒适性的影响，引入最大差异测量方法开展舒适性主观评价，利用体压垫获取人体座椅界面的压力分布参数，通过相关性分析验证主客观数据之间的相关性，结合统计分析探讨坐垫硬度、厚度对主观舒适性和体压分布的影响规律，并进一步通过差异性分析探讨主观感受与客观指标之间的联系。1试验准备参考典型汽车座椅泡沫材料制作不同硬度、厚度的坐垫作为样本，进行坐垫泡沫参数测量、主观舒适性评价和客观体压分布测量。参照 ISO 33861标准，采用电子万能试验机测量试验泡沫材料的CLD40%压缩硬度。本次试验选取典型泡沫材料的 CLD40%压缩硬度如表 1 所示，分别为 50，62，88，110 N，其密度132公路交通科技第 40 卷表 1泡沫坐垫参数Tab.1Foam cushion parameters泡沫坐垫类别CLD40%硬度/N密度/(kgm3)A5046.7B6246.6C8849.3D11050.9相近。将 4 种硬度的泡沫分别制成厚度为 40，60，80，100 mm 的坐垫，共得到 16 块长宽均为 500 mm的方形泡沫坐垫，作为主客观试验的样本。为模拟座椅乘坐环境，搭建舒适性评价台，用于做主观测试和客观测试。