基于体压分布的汽车座椅振动舒适性评价

doi:10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.12.015

摘要/Abstract

摘要：

为采用人-椅接触面的体压分布来表征汽车座椅的振动舒适性，在6种不同幅值的低频垂向激励下，以12名受试者为对象，进行汽车座椅振动舒适性主客观试验，以获得体压分布指标。对振动加速度和体压分布的测试结果进行分析，以提取加权加速度均方根值、平均压力均值、最大压力均值和平均压力变化率与法向力变化率的均方根值等客观评价指标。运用非参数统计方法对主客观指标进行相关分析，结果表明，平均压力均值、最大压力均值与主观不舒适性评分的相关性较弱（β=0.26， 0.10），而平均压力变化率和法向力变化率的均方根值与主观不舒适性评分具有较强的相关性（β=0.83， 0.85）。最后利用史蒂文斯幂定律对主客观参量进行关联性分析，结果表明，与加权加速度均方根值指标相比，平均压力变化率和法向力变化率的均方根值与主观不舒适性评分均具有较高的关联性（R²^{> 99.0%），可作为体压分布评价指标来表征汽车座椅的振动舒适性。}

关键词: 汽车座椅, 振动舒适性, 主观评价, 客观测试, 体压分布

Abstract:

For using the body pressure distribution on the human-seat contact surface to characterize the vibration comfort of vehicle seat， the subjective and objective test of seat vibration comfort are conducted with 12 test participants under low-frequency vertical excitation with six different magnitudes to find the body pressure distribution indicator. The test results of vibration acceleration and body pressure distribution are analyzed to extract the objective evaluation indicators， including the root-mean-square （RMS） of weighted acceleration， the means of average pressure and maximum pressure， and the RMSs of average pressure changing rate and normal force changing rate. A correlation analysis is carried out on subjective and objective indicators by applying non-parametric statistics method. The results show that the means of average pressure and maximum pressure have rather weak correlation with subjective discomfort score （β=0.26， 0.10 respectively）， while the RMSs of average pressure changing rate and normal force changing rate have strong correlation with subjective discomfort score （β=0.83， 0.85 respectively）. Finally， the relationship between the objective parameters and subjective discomfort rating is analyzed by using Stevens’ power law. The results indicate that compare with the RMS indicator of weighted acceleration， the RMSs of both average pressure changing rate and normal force changing rate are highly correlated （R² >99.0%） with subjective discomfort score， hence can be taken as body pressure distribution indicators to characterize vibration comfort.

Key words: vehicle seat, vibration comfort, subjective evaluation, objective test, body pressure distribution

高开展,罗巧,张志飞,徐中明. 基于体压分布的汽车座椅振动舒适性评价[J]. 汽车工程, 2022, 44(12): 1936-1943.

Kaizhan Gao,Qiao Luo,Zhifei Zhang,Zhongming Xu. Vibration Comfort Evaluation of Vehicle Seat Based on Body Pressure Distribution[J]. Automotive Engineering, 2022, 44(12): 1936-1943.

图/表 16

图1

图2

表1

表2

图 3

图4

图5

图6

图7

图8

图9

表3

主客观指标相关性分析"

项目	不舒适性评分	a_v	$P ? a$	$P ? p$	$P ? c r m s$	$F ? c r m s$
不舒适性评分	1.00	0.82^**	0.26^*	0.10	0.83^**	0.85^**
a_v		1.00	0.22	0.37^**	0.90^**	0.93^**
$P ? a$			1.00	0.38^**	0.29^*	0.32^**
$P ? p$				1.00	0.12	0.19
$P ? c r m s$					1.00	0.94^**
$F ? c r m s$						1.00

表3

表 4

主客观关联性拟合参数"

参数	n	lg k	R² /%
a_v & $ψ$	0.89	0.50	97.85
$P ? c r m s ?$ & $ψ$	1.21	0.80	99.46
$F ? c r m s ?$ & $ψ$	0.96	-1.37	99.65

表 4

图10

图11

图12

参考文献 32

1	张志飞，袁琼，徐中明，等. 基于体压分布的汽车座椅舒适性研究［J］. 汽车工程， 2014， 36（11）.
	ZHANG Z F， YUAN Q， XU Z M， et al. A study on the ride comfort of vehicle seats based on body pressure distribution ［J］. Automotive Engineering， 2014， 36（11）.
2	孙琳琳. 汽车座椅舒适度的创新设计及其主客观评价研究［D］. 长春：吉林大学， 2014.
	SUN L L. Subjective and objective assessment for comfortable design innovating on car-seat ［D］. Changchun： Jilin University， 2014.
3	MENEGON L D S， VINCENZI S L， ANDRADE D F， et al. An aircraft seat discomfort scale using item response theory ［J］. Appl Ergon， 2019， 77： 1-8.
4	SMITH D R， ANDREWS D M， WAWROW P T. Development and evaluation of the automotive seating discomfort questionnaire （ASDQ）［J］. Int J Ind Ergon， 2006， 36（2）： 141-149.
5	LANTOINE P， LECOCQ M， BOUGARD C， et al. Influence of car seat firmness on seat pressure profiles and perceived discomfort during prolonged simulated driving ［J］. Appl Ergon， 2022， 100： 103666.
6	BASRI B， GRIFFIN M J. The application of SEAT values for predicting how compliant seats with backrests influence vibration discomfort ［J］. Appl Ergon， 2014， 45（6）： 1461-1474.
7	ELLEGAST R P， KRAFT K， GROENESTEIJN L， et al. Comparison of four specific dynamic office chairs with a conventional office chair： impact upon muscle activation， physical activity and posture ［J］. Appl Ergon， 2012， 43（2）： 296-307.
8	HIEMSTRA-VAN MASTRIGT S， KAMP I， VAN VEEN S A， et al. The influence of active seating on car passengers' perceived comfort and activity levels ［J］. Appl Ergon， 2015， 47： 211-219.
9	DUARTE M L M， DE ARAúJO P A， HORTA F C， et al. Correlation between weighted acceleration， vibration dose value and exposure time on whole body vibration comfort levels evaluation ［J］. Safety Science， 2018， 103： 218-224.
10	陈良松，宋俊，邱毅，等. 汽车座椅振动舒适性主客观测试及关联性分析［J］. 汽车工程， 2021， 43（8）.
	CHEN L S， SONG J， QIU Y， et al. Subjective⁃objective test and correlation analysis of automobile seat vibration comfort ［J］. Automotive Engineering， 2021， 43（8）.
11	GYI D E， PORTER J M. Interface pressure and the prediction of car seat discomfort ［J］. Appl Ergon， 1999， 30（2）： 99.
12	TEWARI V K， PRASAD N. Optimum seat pan and back-rest parameters for a comfortable tractor seat ［J］. Ergonomics， 2000， 43（2）： 167-186.
13	NORO K， NARUSE T， LUEDER R， et al. Application of Zen sitting principles to microscopic surgery seating ［J］. Appl Ergon， 2012， 43（2）： 308-319.
14	金晓萍，袁向科，王波，等. 汽车泡沫坐垫舒适性的客观评价方法［J］. 汽车工程， 2012， 34（6）.
	JIN X P， YUAN X K， WANG B， et al. An objective evaluation method for the comfort of foam cushion in vehicle seat ［J］. Automotive Engineering， 2012， 34（6）.
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.
	XU M， XIA Q S. The parameters of body pressuredistribution on seat ［J］. China Mechanical Engineering， 1997， 8 （1）： 65-68.
16	WANG Y， XING L F， HUANG Y Q. Polyurethane foam performances’ influence on body pressure distribution on an automotive seat ［C］. SAE Paper 2019-01-5024.
17	WU X， RAKHEJA S， BOILEAU P É. Distribution of human–seat interface pressure on a soft automotive seat under vertical vibration ［J］. Int J Ind Ergon， 1999， 24（5）： 545-557.
18	EBE K， GRIFFIN M J. Factors affecting static seat cushion comfort ［J］. Ergonomics， 2001， 44（10）： 901-921.
19	UENISHI K， FUJIHASHI K， IMAI H. A seat ride evaluation method for transient vibrations ［C］. SAE Paper 2000-01-0641.
20	AHMADIAN M， SEIGLER T M， CLAPPER D， et al. Alternative test methods for long term dynamic effects of vehicle seats ［J］. SAE Transactions， 2002， 111： 684-692.
21	NA S， LIM S， CHOI H S， et al. Evaluation of driver's discomfort and postural change using dynamic body pressure distribution ［J］. Int J Ind Ergon， 2005， 35（12）： 1085-1096.
22	TAHIR M F M， KHAMIS K， et al. Relationship between driver’s dynamic pressure distribution with their anthropometric variables on car seat under paved road ［J］. International Journal of Integrated Engineering， 2020， 12（5）： 55-61.
23	WU X， RAKHEJA S， BOILEAU P É. Study of human–seat interface pressure distribution under vertical vibration ［J］. Int J Ind Ergon， 1998， 21（6）： 433-449.
24	INAGAKI H， TAGUCHI T， YASUDA E. Evaluation of riding comfort： from the viewpoint of interaction of human body and seat for static， dynamic， long time driving［C］. Proceedings of the SAE World Congress， F， 2000.
25	HINZ B， RüTZEL S， BLüTHNER R， et al. Apparent mass of seated man—first determination with a soft seat and dynamic seat pressure distributions ［J］. J Sound Vib， 2006， 298（3）： 704-724.
26	GRIFFIN M J. Handbook of human vibration ［M］. London： Academic Press， 1990.
27	ZHOU Z， GRIFFIN M J. Response of the seated human body to whole-body vertical vibration： biodynamic responses to sinusoidal and random vibration ［J］. Ergonomics， 2014， 57（5）： 693-713.
28	LIU C， GRIFFIN M J. Measuring vibration-induced variations in pressures between the human body and a seat ［J］. Int J Ind Ergon， 2018， 67： 274-282.
29	International Organization for Standardization. Mechanical vibration and shock-evaluation of human exposure to whole-body vibration-part 1： general requirements International organization for standardization： ISO 2631-1 ［S］. Geneva， 1997.
30	NAWAYSEH N. Effect of the seating condition on the transmission of vibration through the seat pan and backrest ［J］. Int J Ind Ergon， 2015， 45： 82-90.
31	ZHOU Z， GRIFFIN M J. Response of the seated human body to whole-body vertical vibration： discomfort caused by sinusoidal vibration ［J］. Ergonomics， 2014， 57（5）： 714-732.
32	STEVENS S S， MARKS L E. Psychophysics： introduction to its perceptual， neural， and social prospects （1st ed.）［M］. Routledge， 1986.

不舒适性评价量表
姓名：			日期：
不舒适感	没有不舒适	有点不舒适	不舒适	相当不舒适	严重不舒适
不舒适评分	1	2	3	4	5
	□	□	□	□	□

[1]	高泽, 楚遵康, 石稼晟, 林滏, 饶卫雄, 余海燕. 基于图网络的汽车零部件应力场快速预测方法研究[J]. 汽车工程, 2024, 46(1): 170-178.
[2]	郭子彬,陈慧,夏韬锴,冉巍,西村要介,王建镇. 弯道工况下驾驶员主观风险感知的量化研究[J]. 汽车工程, 2022, 44(9): 1447-1455.
[3]	陈良松,宋俊,邱毅,王遵铭. 汽车座椅振动舒适性主客观测试及关联性分析[J]. 汽车工程, 2021, 43(8): 1263-1269.
[4]	张邦基,林祥,谭博欢,王少华,曾梦媛,金秋谈. 搭载行星减速器的纯电动客车振动试验研究[J]. 汽车工程, 2021, 43(1): 129-135.
[5]	毕凤荣, 黄宇, 张立鹏, 沈鹏飞, 吕大立. 基于区间灰数理论的汽车声品质主观评价方法研究^*[J]. 汽车工程, 2020, 42(7): 933-940.
[6]	陈长亮, 董玉德, 陈超, 李龙庆. 基于仿真的鞭打试验影响因素分析[J]. 汽车工程, 2019, 41(12): 1459-1465.
[7]	袁侠义, 陈林, 黎帅, 王文源. 汽车侧风稳定性的仿真与评价^*[J]. 汽车工程, 2019, 41(11): 1286-1293.
[8]	沈重阳,张鹏,汪庆忠,李杨,杨戈,高伟. 座椅体压分布仿真分析与评价[J]. 汽车工程, 2018, 40(9): 1096-1100.
[9]	王广彬，任金东，刘洪浩. 基于体压分布仿真的驾驶员座椅舒适性设计研究[J]. 汽车工程, 2018, 40(6): 741-.