基于体压分布的汽车座椅舒适性研究
汽车座椅舒适性的技术研究

- 46 -工 业 技 术1 人体生理结构与乘坐舒适性的关系1.1 舒适坐姿时人体的解剖学原理:当人体以正常姿势入座后,靠背腰椎部分承受的负荷最大,腰曲最易于变形,即腰曲部位向前倾。
形成诸如猫背姿势,腰椎会变得笔直或向后弯的不自然状态,使人体感觉不舒适,脊柱处于非正常生理弯曲状态,使腰曲弧度减小,椎间盘的前缘受压、后缘受拉,从而导致韧带受压迫绷紧,容易引起腰酸等不适的感觉。
对于工体工程学而言,有95%的病变均发生于第4和第5腰椎的椎间盘,当乘客在运行的车上时脊柱处于正常生理弯曲状态,通过座靠海绵的弧面造型,以及面罩对人体加大磨擦系数,在车运行过程中一般座椅设计需要在这个位置设置腰托装置或脚托,这样才能对胸曲部分的肩胛骨提供凭靠,减轻胸曲压迫与变形。
当然身体某一部分受力也不能够过大,否则人体同样会产生不适感。
1.2座椅合理的体压分布与乘坐舒适性的关系:①适当提高坐垫与水平方向的夹角,约5°~10°为宜,这样的话可以使压力集中于大腿后部的坐骨结节周围,同时还能够防止行车过程中乘客臀部向前滑动的趋势,避免造成生理和心理上的疲劳感;②腿夹角,一般在105°~115°左右为舒适,躯干和大腿之间的角度称为体腿夹角,在体腿夹角为105°~115°左右时,能够保证人体腹部与大腿之间的血管不受压迫且血液通畅,这一生理需求同样要求座椅靠背稍微向后倾;③小腿与大腿之间达到105°~115°左右为舒适,这样的话,小腿可以向前伸,保持人体血液流畅,此外,坐位时大腿稍微倾斜并向后下、小腿稍微向前的位置也使得静脉血易于回流,可以减少疲劳的发生;④对座椅左、中、右侧设立不同档位的扶手,有了扶手的支撑,能促进上肢静脉血回流及减轻疲劳的作用,对于扶手的高度,应满足75kg 人体手臂自然下垂的模拟状态;⑤可增加靠背腰托装置对乘客合理的体压分布,在靠背对应人体的第4和第5腰椎的椎间盘处,增加靠背腰托装置后会明显增加对于人体腰部区域的支撑,避免腰部区域受载过大变形而造成人体疲劳。
汽车座椅舒适性试验体压分布测量

汽车座椅舒适性试验——体压分布测量
周剑
奇瑞汽车股份有限公司,芜湖,241009
摘要:汽车座椅舒适性是一个复杂的主观概念,受到的影响因素很多,并且这些因素具有动态特性,随着人的心情、天气等一些变化因素,人的主观感受都可能是不一样的。
目前国内没有完整系统的测试标准,本文主要是通过体压分布的测量来对座椅的舒适性进行研究探讨。
关键词:汽车座椅舒适性;体压分布
椅靠背舒适性
部空间
椅靠背柔软性
椅靠背侧边宽度椅靠背侧边位置椅靠背对肩部支{
l研究成果,最合j!和靠背上,但不要]应该对称分布。
一
面形状的和j勺受力面积。
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的看出压力榜分布。
从图51医力变化的情2
:反映了人体受力的分彳『度、形状等集合物理特
一个比较理想的纵向压:。
改善汽车座椅静态舒适性的数值模拟方法研究

改善汽车座椅静态舒适性的数值模拟方法研究引言汽车座椅静态舒适性是汽车乘坐体验中非常重要的一个方面。
一般来说,汽车座椅的静态舒适性主要指的是乘客在静止状态下乘坐座椅时感受到的舒适度,这与所使用的座椅材料、构造和设计密切相关。
为了提高座椅的静态舒适性,需要使用科学的方法进行研究和优化。
本文将介绍一种改善汽车座椅静态舒适性的数值模拟方法。
第一章座椅压力分布的量化分析座椅压力分布是影响座椅静态舒适性的重要因素之一。
座椅的压力分布通常可以通过传感器测量得到。
为了对座椅的压力分布进行量化分析,需要建立一个座椅传感器测量系统,并进行数据采集和处理。
通过对座椅压力分布的量化分析,可以为下一步的优化设计提供数据支持。
第二章座椅材料参数的选择和优化设计座椅静态舒适性的好坏与所使用的材料和构造密切相关。
为了改善座椅的静态舒适性,需要选择合适的座椅材料,并进行优化设计。
在选择座椅材料时,需要考虑材料的刚度、弹性模量、压缩性能、导热性等因素。
在优化设计中,可以通过调整座椅的曲面形状、填充物的种类和分布等方式来改善座椅的静态舒适性。
第三章座椅结构参数的数值模拟和优化设计座椅结构参数的数值模拟和优化设计是实现座椅静态舒适性改善的关键步骤。
在进行数值模拟前,需要建立一个座椅模型并进行几何参数建模、划分网格等预处理工作。
采用ANSYS等有限元分析软件进行数值模拟,可以对座椅结构参数进行优化设计。
通过优化设计,可以得到座椅结构参数的最优取值,并对座椅的压力分布、应力分布等进行分析。
第四章座椅静态舒适性实验验证座椅静态舒适性的实验验证是确定座椅的静态舒适性是否可以满足设计要求的重要环节。
在实验过程中,需要将所研制的座椅样品安装在专用检测台上,通过电子称、压力板等测试仪器对座椅的压力分布、形变量、变形度等进行测试。
实验结果可以反馈到数值模拟设计中,以进一步优化座椅的设计。
结论通过对汽车座椅静态舒适性数值模拟方法的研究,可以对座椅压力分布、材料参数、结构参数等进行优化设计,以提高汽车座椅的静态舒适性。
基于体压分布的沙发座深对坐姿舒适性影响的研究

2
沙发座面深度对坐姿舒适度的影响
对试验测得数据进行统计处理 , 并以沙发座面
2. 1 座面深度与座面压力分布的关系 深度级差为横坐标, 各压力分布指标值为纵坐标画 图 , 得到座面深度与各压力分布指标的关系 ( 图 1) 。 由图 1 可知 , 随着座面深度的增大, 人与座面的接触 面积在增大 , 而座面上的总压力、 平均压力、 最大压 力、 平均压力梯度、 最大压力梯度均随座面深度的增 大而先增大后减小, 在座深级差为 50 mm 时, 各项 压力指标达到最小值。这主要是因为, 随着座面深 度的增大, 人体上身的重心后移 , 臀部接触面积逐渐 纵向增大, 即尾椎逐渐与座面相接触 , 同时随着重心 的后移 , 身体后仰角增大, 靠背面上的分压增大 ( 图 2( a) ) , 因此 , 座面上的各项压力指标值减小。然而, 当座面深度大到一定程度时 , 人体的背部与座面相 接处, 人体上身的部分压力又开始由座面来支撑 , 因 此 , 座面上的总压力、 平均压力、 最大压力、 平均压力 梯度、 最大压力梯度等压力分布指标值又开始增大。 由图 3 可知, 随着座面深度的增大, 靠背面上的 总压力、 接触面积、 平均压力、 最大压力、 平均压力梯 度、 最大压力梯度等压力分布指标先增大 , 当座深级 差达到 50 m m 时 , 各项压力分布指标值开始呈下降 趋势 , 其变化与座面压力的变化相对应。当人体上 身开始与座面相接触时 , 靠背面接触面积迅速减小 ( 图 2( b) ) 。
relationshibetweenheseatdepthepressuredistributionindicesbackrestsurface154西北林学院学报24主观评价结果将座面和靠背面的主观评价的数据利用模糊理论进行统计处理subjectiveassessmentresulheseatdeptseatsurface主观评价项目座深级差mm255075柔软性00大腿靠近膝腘窝处舒适感50大腿靠近臀部端舒适感00小腿舒适感45臀部尾椎附近舒适感00臀部坐骨周围舒适感00大腿内侧有无压迫感00大腿外侧有无压迫感00座面变形00座垫的弹性00座面高度50总体感觉关于座面深度的主观评价结果靠背面tablesubjectiveassessmentresuleatdepth主观评价项目座深级差mm255075柔软性50稳定性00腰部舒适感25背部舒适感00肩胛骨处舒适感63颈部舒适感50腰部有无压迫感50背部压迫感50肩胛骨处压迫感50靠背的弹性75座面深度感00总体舒适度可知随着座面深度的增大座面的柔软感降低这主要是因为随着座面深度的增大尾椎受力增大故有座面变硬的感觉
基于体压分布的汽车座椅静态舒适性研究

摘要座椅作为汽车直接与驾乘人员接触的重要子系统,其舒适性是座椅设计制造过程中必须考量的重要因素,近年来随着国民生活水平的提高,人们对汽车座椅的乘坐舒适性也提出了更高的要求。
体压分布作为座椅舒适性客观评价的重要方法,其与主观舒适性之间的关系存在复杂性和高非线性的特点,本文利用智能优化算法探究客观评价与主观评价之间的定量关系,构建了汽车座椅舒适性预测模型,并与座椅有限元仿真模型相结合,对座椅泡沫方案的筛选进行应用,为汽车座椅舒适性的设计和评价提供更加简便、精确、高效的方法。
首先进行了汽车座椅静态舒适性主客观评价试验,设计了包含人体各部分区域在内的舒适性主观评价表,通过主客观评价试验获得了体压分布数据和区域舒适性主观评价。
采用相关性分析方法对体压指标进行了筛选,获得了10个体压指标,并对所得体压分布数据进行正态性检验。
运用层次分析方法对主观舒适性评价项做了权重分析,获得了13个主观舒适性评价项的权重系数,通过权重系数计算出整体舒适性评价结果。
然后利用人工蜂群算法优化后的BP神经网络(ABC-BP)来预测座椅的舒适性的方法,将舒适性主客观评价试验所获得10个体压指标作为输入,整体舒适性评价作为输出,构建了基于ABC-BP的座椅舒适性预测模型。
试验所得176个样本数据中的89%作为模型的训练部分,11%的数据作为模型验证,将预测结果与真实值相比较。
ABC-BP预测模型的均方误差MSE为0.0019,确定性系数R2为0.946,比传统BP神经网络预测模型得到的MSE降低了84.68%,R2提高了42.5%。
结果表明利用人工蜂群算法优化后的BP神经网络所建立的汽车座椅舒适性预测模型稳定性更强、预测效果更加精准。
最后建立了座椅有限元仿真模型,通过对三种不同泡沫硬度的座椅进行了体压分布仿真分析,并将体压分析数据作为输入,利用基于ABC-BP的座椅舒适性预测模型预测了三种泡沫硬度座椅的舒适性评分。
实际证明,座椅有限元仿真模型结合基于ABC-BP的座椅舒适性预测模型,能够在座椅设计初期对泡沫舒适性进行预测,实现对不同设计方案的评价。
汽车座椅舒适性研究与探讨

汽车座椅舒适性研究与探讨随着社会不断进步,经济持续发展,人们的生活水平大幅度提高,汽车消费日渐普及化,更多的汽车走进寻常百姓家庭。
随之,人们对汽车各方面的性能也提出了更高的要求,比如,环保、舒适、节能。
在汽车内饰件中,汽车座椅是最核心的组成要素,和驾乘者的联系最为密切,逐渐成为社会大众关注的焦点。
它代表着关键性的汽车价值,有着浓重的感情色彩,必须对其舒适性开发引起高度的重视。
在设计汽车座椅的时候,要以消费者需求为切入点,不断赋予产品不同功能,促使座椅具备更高的品质,给消费者带来全新的驾乘体验,让舒适性成为一款汽车的亮点和卖点之一。
标签:汽车;座椅;舒适性1、舒适性的概念所谓的舒适性就是指舒服程度的一种表述,这种表述直接影响一种事物的主要特征,是对其性能的主要表征,因此,舒适性的表述直接影响到整个事物描述的全面。
具体到汽车的舒适性来说,主要是指汽车在驾驶过程中,驾驶者和乘坐者的主观感受,这种感受将直接影响汽车的人体工程学的研究方向,因为主要舒适性的要求不断提出,现代汽车的设计才能进一步满足其要求。
因此,在汽车的舒适性方面主要体现在人体与车辆中的具体部件之间的位置、手感等方面的关系,只有关系合适、科学,这种驾驶和乘坐的舒适性才能进一步体现出来,另外,这种科学合理的驾驶或乘坐主要车辆与人体之间在生理或者心理上的感受,人体在驾驶过程中需要手感、听觉等具体的生理条件反射过程中,具有良好的感受,同时在驾驶或者乘坐的心理方面也存在更多的舒适性表述,主要体现在有无感受到疲劳、驾驶心情怎样等等。
2、影响座椅舒适性的几个因素2.1座椅接触面体压分布根据人体组织的解剖学可知,坐骨结节处是人体最能耐受压力的部位,适合于承重,而大腿下靠近表面处因有下肢主动脉分布,故不宜承受重压。
据此座垫上的压力应按照臀部不同部位承受不同压力的原则来分布,即在坐骨处压力最大,向四周逐渐减少,至大腿部位时压力降至最低值,这是座垫设计的压力分布不均匀原则。
汽车座椅舒适性的技术研究

计人员未将国外成体系的研究方法吃透,缺少座椅舒适性研 究技术参考依据;其次,座椅舒适性未纳入汽车行业强制检 测指标,故部分汽车制造企业仍优先考虑座椅安全性,而不 重视座椅舒适性;最后,汽车制造厂家不具备市场灵敏察觉 与敏锐前瞻能力,自主研发座椅舒适性的水平不高。 2 影响座椅舒适性的因素
基于此情况,本文首先对座椅舒适性相关研究现状进行 分析;然后对影响座椅舒适性的因素予以探究;最后结合业 内龙头企业相关研究,提出改善座椅舒适性的具体建议。 1 座椅舒适度在国内外行业内现状
大多数汽车厂商都将静态舒适性、动态舒适性及操作 舒适性作为座椅舒适性的评价标准。静态舒适性主要依赖 于座椅尺寸、形状轮廓及海绵的软硬;动态舒适性主要受 汽车行驶时座椅与汽车以及座椅与人体之间振动的因素的 影响;操作舒适性是指车内乘员在操作各类功能件的便利 性,与人机工程及总体布置有关。 1.1 座椅舒适性在国外相关行业研究现状
目前,乘用人员对乘用舒适性的要求不断提升,这应 引了起汽车制造方与相关职能部门的关注,制定座椅舒适 性相关硬性检测规定势在必行。此外,还要加强汽车制造 方与相关学科领域合作力度,以物联网技术及新材料开发 与应用为基础,考虑乘员主观感受,从根源上增强人机友 好性,为不同需求乘用者提供舒适的乘用环境。
参考文献
关键词:汽车座椅 乘坐舒适性 技术研究
汽车座椅在实际使用中主要有以下几点作用:首先汽 车座椅为乘用人员在车内提供了良好的支撑,保证车内人 员在车辆行驶使用过程中保持平稳状态;其次,通过座椅 固定驾驶员位置,使驾驶员在行驶过程中拥有良好操作视 野;最后,在事故发生时,座椅可以有效保护驾驶员与其 他乘用人员的生命安全。
浅析汽车座椅舒适性评价方法

浅析汽车座椅舒适性评价方法汽车座椅舒适性评价方法是对汽车座椅舒适性进行客观评价的一种方法。
舒适的座椅对驾驶者的体验和安全性至关重要,但是舒适性评价方法的选择和应用是一个复杂的过程。
本文将从人体工程学、主观评价和客观评价等方面,对汽车座椅舒适性评价方法进行浅析。
首先,人体工程学是评价汽车座椅舒适性的重要方法。
人体工程学是一门研究人体与工作环境之间的关系的学科,在汽车设计中起着重要的作用。
通过人体工程学的方法,可以对驾驶者的体型、体重分布、身高等因素进行综合考虑,设计出符合人体工学的座椅。
在评价汽车座椅的舒适性时,可以通过测量座椅的尺寸、曲率和角度等参数来评估座椅的符合度和适应性。
其次,主观评价是评价汽车座椅舒适性的一种常见方法。
主观评价是通过驾驶员的主观感受来评价座椅舒适性的方法。
这种评价方法主要通过给驾驶员提供试用座椅,要求其在驾驶过程中对座椅的舒适性进行评价。
驾驶员可以根据自己的感受对座椅的柔软度、支撑性和调节功能等进行评价,从而得出对座椅舒适性的评价结果。
然而,主观评价方法受到个体感受和主观喜好的影响,评价结果的客观性不足。
因此,在主观评价的基础上,需要结合客观评价方法进行综合评价。
最后,客观评价是评价汽车座椅舒适性的重要方法之一、客观评价是通过仪器和设备对座椅进行测试和测量,得出客观的评价结果。
常见的客观评价指标包括静态和动态的压力分布、座椅振动和冷暖调节效果等。
其中,压力分布可以通过调整座椅的填充物和结构来改善,座椅的振动可以通过优化座椅结构和减震装置来降低,冷暖调节效果可以通过加热和通风系统来提高。
客观评价方法可以提供科学和客观的评估结果,帮助汽车设计师和制造商改进座椅的设计和性能。
综上所述,汽车座椅舒适性评价方法涉及到多个方面,包括人体工程学、主观评价和客观评价等。
这些评价方法可以相互结合,提供全面的评价结果,帮助汽车设计师和制造商改进座椅的设计和性能,提升驾驶者的舒适感和安全性。
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2014年(第36卷)第11期汽 车 工 程Automotive Engineering2014(Vol.36)No.112014261基于体压分布的汽车座椅舒适性研究**国家自然科学基金(51105390)资助㊂原稿收到日期为2013年1月7日,修改稿收到日期为2013年3月28日㊂张志飞1,2,袁 琼2,徐中明1,2,黄深荣2,贺岩松1,2(1.重庆大学,机械传动国家重点实验室,重庆 400030; 2.重庆大学汽车工程学院,重庆 400030)[摘要] 本文中通过体压分布测试和振动舒适性试验研究汽车座椅舒适性㊂通过体压分布测试,获得平均压强㊁总压力和接触面积等体压分布量化指标,并分析静态体压分布的特征和动态体压分布的变化规律,结果表明动态工况下除最大压强以外的其它体压指标均大于静态工况,且随车速增加而增加㊂而通过振动舒适性试验,分析动态体压分布与振动的相关性,结果表明平均压强与振动加权加速度有很强的相关性㊂关键词:汽车座椅;乘坐舒适性;体压分布;振动A Study on the Ride Comfort of Vehicle Seats Based on Body Pressure DistributionZhang Zhifei 1,2,Yuan Qiong 2,Xu Zhongming 1,2,Huang Shenrong 2&He Yansong 1,21.Chongqing University ,State Key Laboratory of Mechanical Transmission ,Chongqing 400030;2.College of Automotive Engineering ,Chongqing University ,Chongqing 400030[Abstract ] In this paper,both body pressure distribution measurement and vibration comfort test are con-ducted to study the ride comfort of vehicle seat.Through body pressure distribution measurement,the quantitative indicators,including average pressure,total resultant force and contact area are obtained and the characteristics of static body pressure distribution and the variation law of dynamic body pressure distribution are analyzed,showing that all dynamic body pressure indicators except maximum pressure are larger than static ones and increase with the rise in vehicle speed.By vibration comfort test the correlation between dynamic body distribution and vibration isanalyzed with a result indicating that there is a strong correlation between mean pressure and weighted vibration ac-celeration.Keywords :vehicle seat ;riding comfort ;body pressure distribution ;vibration前言近年来,人们对汽车舒适性的要求不断提高,作为直接与驾乘人员接触的汽车座椅是人机交互的主要界面,是影响驾乘人员舒适性的主要因素,因此研究汽车座椅舒适性具有重要意义㊂体压分布是研究汽车座椅舒适性的主要方法之一,且很多研究是基于试验台架进行[1-3]㊂文献[4]中用很多关于静态舒适性的研究方法对座椅舒适性进行研究,验证了体压分布与驾驶员舒适性主观评价相关性最好㊂为表征体压分布,文献[5]中提出了最大压强㊁平均压强和不对称系数等8个体压分布指标,并结合试验验证了这些指标与舒适性具有很强的相关性㊂同时座椅的体压分布和人体乘坐姿势密切相关[6-8],文献[6]中结合主观评价研究了不同坐姿下静态体压分布的情况;文献[7]中探讨了人体驾驶角度与舒适性的关系㊂由于车辆环境中的人椅系统常处于动态环境,文献[9]中通过研究瞬态振动环境下体压分布来反映驾驶舒适性;文献[10]和文献[11]中研究了在1~10Hz 频率范围内不同振幅的正弦垂向激励下体压分布的变化规律㊂然而实际上汽车座椅不是单纯地处于静态或某种特定激励,而是处于复杂的行驶工况,因此有必要针对汽车实际行驶工况研㊃1400 ㊃汽 车 工 程2014年(第36卷)第11期究人椅系统体压分布的变化规律㊂本文中针对某款乘用车座椅,在等速行驶工况下对人椅系统进行体压分布试验和振动舒适性试验,分析试验数据并总结体压分布变化规律,探讨动态工况和静态工况下体压分布特征的差异,并将动态工况下的体压分布和振动加速度功率谱进行对比分析,为提升座椅乘坐舒适性提供指导㊂1 试验方法试验采用61cm 见方㊁由2304(48ˑ48)个电容传感器组成的Xsensor 压力传感器,在某型乘用车副驾驶座椅上采集人体接触座垫的体压分布数据,试验时采样频率为45Hz,采样时间为1min㊂本次试验包含了对汽车静态工况下11名被试者和动态工况下两名被试者的体压分布测量㊂动态试验路面为城市快速路,车速为30㊁40㊁50㊁60km /h,各工况重复采样3次㊂试验时使用speedbox 监测实时车速,要求车速波动在ʃ4%之内,固定座椅前后位置和靠背角度,同时要求被试者处于自然放松状态㊂本次试验11名被试者中,9名男性,2名女性,平均年龄27.5岁,平均身高㊁体质量分别为167.72cm 和61.92kg,身体状况良好㊂为分析动态体压与振动的相关性,结合体压分布动态试验,在相同工况下,利用IMC 数据采集器㊁B&K2647B 电荷电压转换器㊁B&K4322三向座椅加速度传感器等采集椅面加速度,采样频率为500Hz,采样时间为1min㊂图1为座椅体压分布与振动试验的现场测试图㊂图1 试验现场测试图2 试验结果分析对试验数据进行处理,以得到一系列的量化指标,实现对舒适性的客观评价㊂本文中主要应用最大压强㊁平均压强㊁接触面积㊁总压力㊁不对称系数㊁纵向压力分布曲线和纵向压力中心坐标等作为评价静态㊁动态工况的体压分布指标㊂本次试验所用Xsensor 压力传感器左右对称的放置在座垫上,如图2所示,图中每个小方格代表一个长宽均为12.7mm 的测点,i 表示纵向,j 表示横向㊂同时Xsensor 压力传感器的阈值为1.31005kPa,当测点压力值小于阈值时压强数据显示为零㊂图2 压力传感器平面简图图2线框A 表示单点压力传感器所作用的面积әS (161.29mm 2),接触面积S 指臀部全部受压点数N t (测点压强为非零的点数)与әS 之乘积㊂平均压强p v 指全部受压点压强的算术平均值,表示人体与座椅接触压力大小,在一定程度上反映人体振动舒适性㊂p v =1N t ΣNti =1p i(1)式中:p i 为测点压强值㊂不对称系数C u 指以图2纵向对称线为中心,左右对称测点压力差的绝对值之和与总压力的比值,可用于判断体压分布的不对称程度,分析试验数据的有效性㊂C u =ΣNi =1ΣN /2j =1p ij -p i (N +1-j )әS ΣNi =1ΣN /2j =1p ij +p i (N +1-j )әS(2)式中:N 为压力传感器行列数,N =48;P ij 为第i 行j 列的测点压强值㊂纵向压力分布曲线F L (x i )综合反映人体各部位的受力大小和压力变化趋势㊂2014(Vol.36)No.11张志飞,等:基于体压分布的汽车座椅舒适性研究㊃1401㊃F L(x i)=ΣN j=1p ijәS(3)纵向压力中心坐标Cop-x指在时间历程中压力中心与传感器前缘的距离,反映坐姿的改变㊂Cop-x=ΣN i=1ΣN j=1p ijәSx iΣN i=1ΣN j=1p ijәS(4)式中:x i为第i行传感器的纵坐标㊂根据图2定义的坐标,Cop-x实际反映纵向压力中心至传感器后缘(靠背一侧)的距离㊂2.1 静态工况下体压分布分析对于静态试验数据,为减小随机误差,选取连续的20帧数据计算各参数的平均值㊂由于不合格的试验坐姿会造成数据的离散,因此通过计算各被试者不对称系数来判断试验坐姿的有效性㊂不对称系数的取值范围为0ɤC uɤ1,当C u=0时,体压分布完全对称;当C u=1时,体压集中于一侧,其值越大体压分布越不对称㊂通过综合考虑,剔除不对称系数大于0.30的3个样本,其余被试者的不对称系数在0.1598~0.2722之间波动㊂利用统计学分析方法处理试验数据,得出最大压强㊁平均压强㊁总压力和接触面积,并求其相关关系,结果见表1,分析可知:(1)最大压强㊁平均压强与接触面积成负相关,说明人椅接触面积增加,人体承受的最大压强和平均压强减小;(2)最大压强㊁平均压强㊁总压力㊁接触面积与被试者体质量正相关,说明体压分布除受人体坐姿影响外,还受被试者的个体参数 体质量影响,体质量增加各参数均增大㊂表1 各参数相关系数接触面积总压力体质量最大压强-0.1950.2220.150平均压强-0.1720.5530.398接触面积0.718*0.802*总压力0.948**注:*显著性水平为0.05;**显著性水平为0.01㊂根据式(3)计算并绘制纵向压力分布曲线(图3),其能较好地反映人体受力分布情况,亦能说明各部位对压力的敏感程度㊂由图3可见,压力峰值出现在人体血管㊁神经分布较少且可以承重的坐骨结节附近,由坐骨周围扩散到臀部外围,压力逐渐降低,直到与座垫前缘接触的大腿下平面趋于最低值,符合人体生理结构的特点㊂图3 纵向压力分布曲线2.2 动态行驶工况下体压分布分析在实际情况下,人椅接触环境主要处于动态环境,因此需进一步研究动态条件下体压分布变化规律㊂本文中通过分析等速行驶工况下最大压强㊁平均压强㊁接触面积和总压力变化规律,并分析平均压强功率谱的峰值频率与幅值;计算纵向压力中心随乘坐时间的变化规律;分析人体与座椅不同接触区域的压力变化率,从而获得体压分布动态特性㊂图4 平均压强和接触面积时域图对各工况的3组数据分别计算不对称系数,选取不对称系数最合理的一组作为动态体压分析数据㊂以时间为变量,计算各工况下平均压强㊁总压力㊁最大压强和接触面积随时间的变化规律㊂图4为不同车速下平均压强和接触面积随时间历程的变化情况,同时提取动态工况下各参数在时间历程的平均值,其与静态体压参数的对比结果如表2所示㊂由图4与表2分析表明,随车速的增加,总压力㊁接触面积和平均压强呈增加趋势,但接触面积的变化量减小,且动态条件下最大压强小于静态时㊂说明在实车振动环境下,人椅接触面积增加的同时降低㊃1402 ㊃汽 车 工 程2014年(第36卷)第11期了最大压强值㊂表2 体压分布动态试验参数速度/(km /h)最大压强/kPa 总压力/N 接触面积/cm 2平均压强/kPa 静态31.5791608.99748.48.31093023.0983916.251156.48.64454024.40831080.401209.79.46365025.85621138.201221.09.73896024.40831197.901227.410.3976平均压强与总压力属于同一类指标,主要反映人体与座椅接触特性的变化,做平均压强功率谱(图5),分析得各工况均有一个明显的峰值点(具体参数见表5),其频率随车速的增加由2.461Hz 单调递增到5.273Hz,且幅值波动较小㊂图5 平均压强功率谱图6 座椅传递函数为分析平均压强功率谱峰值点频率的影响因素是座椅固有频率还是车速,计算座椅传递函数,结果如图6所示㊂由图可见,各工况下座椅的传递率都在固有频率为4~5Hz 之间达到峰值,在不同车速下没有明显变化,说明乘员在座椅上的垂直振动频率影响因素为车速㊂根据式(4)计算体压分布纵向压力中心与传感器前缘距离随时间的变化,得出各等速工况下纵向压力中心距座椅前缘的距离在时间历程中逐渐减小㊂表明在持续的坐姿状态下,人体受力中心向前移动,以40km /h为例给出了纵向压力中心坐标随时间的变化,见图7㊂图7 等速行驶纵向压力中心坐标(40km/h)压强变化率可反映对振动的敏感程度和吸振性能,同时较低的压强变化率表明舒适性较好㊂压强变化率均方根pcrms 是指计算平均压强在时间历程上变化率的均方根,即p crms=1T∫t 2t 1d p (t )d æèçöø÷t æèçöø÷21/2(5)式中:p (t )为平均压强在时间历程的变化㊂为研究人体与座椅不同接触区域在各等速工况下平均压强和压力变化率的变化规律,参照文献[9],对坐垫区域左右部分划分为臀部㊁大腿和接触前缘6个区域(见图8)㊂利用统计分析方法计算各区域平均压强和根据式(5)计算各区域平均压强变化率,结果如图9所示㊂图8 座椅体压区域分布2014(Vol.36)No.11张志飞,等:基于体压分布的汽车座椅舒适性研究㊃1403㊃图9 各区域平均压强和压强变化率由图9可见:(1)局部最大平均压强位于臀部,最小平均压强位于大腿前缘,与纵向压力分布曲线具有一致性,进一步验证了压力主要分布在臀部,同时,随着车速的增加,局部平均压强增大;(2)分析局部压强变化率,最大值位于臀部,原因是臀部含有较大的坐骨结节㊁较少的软组织,吸振性能较差,因此臀部的舒适性低于大腿和大腿前缘,同时车速的增加,导致各区域舒适性都降低㊂为改善座椅舒适性,可采用吸振性能较好的座椅材料,提高吸振性能㊂2.3 动态体压与振动相关性分析通过体压分布试验,研究了各参数的客观变化规律㊂由于主观评价试验需耗费大量时间和人力,成本较高且容易出错,因此本文中采用ISO 2631 1:1997(E)推荐的加权加速度均方根来评价不同车速下人体的振动舒适性,并分析座椅垂向加速度的功率谱,与平均压强功率谱进行对比,进一步研究体压分布特性㊂图10 座椅垂向加速度功率谱对各等速工况下座椅垂向加速度进行功率谱分析,结果如图10所示㊂采用1/3倍频程计算加权加速度均方根a w ㊁加权振级L aw ,结果如表3所示㊂可见随车速的增加,加权加速度均方根增加,人体不舒适性增加,但加权加速度均方根均小于0.315m /s 2,参照ISO 2631 1:1997(E)人的主观感觉表现为 没有不舒适 ,说明测量工况是小幅振动情况㊂表3 加权加速度均方根值车速/(km /h)30405060a w /(m /s 2)0.21400.23580.24270.2546L aw /dB106.6107.45107.70108.12结合体压分布动态参数,研究发现平均压强㊁总压力㊁接触面积与加权加速度均方根具有显著正相关(表4),表明较大的平均压强和总压力会降低人体舒适性㊂表4 体压分布指标与加权加速度相关系数体压分布指标相关系数总压力0.996**接触面积0.965*平均压强0.994**注:*显著性水平为0.05;**显著性水平为0.01㊂为验证较大的平均压强会降低人体舒适性,结合人体各区域平均压强,随车速的增加平均压强增加,表明舒适性降低,与压强变化率有相同的结果㊂分析座椅垂向振动加速度功率谱,在低频段有一个明显的峰值点,其频率随车速增加由2.918Hz 增加到5.312Hz,且幅值波动较小,由表5分析比较可知,其与平均压强功率谱的峰值频率具有相同的变化趋势,结合座椅传递函数,说明在汽车乘员座椅系统中,人体承受振动的频率随工况而改变㊂表5 平均压强与加速度功率谱峰值点频率与幅值速度/(km /h)平均压强功率谱加速度功率谱频率/Hz 幅值/(kN 2㊃m -3)频率/Hz 幅值/(m 2㊃s -3)30 2.4610.6172ˑ10-3 2.918 1.330ˑ10-240 3.8670.6241ˑ10-3 3.906 1.281ˑ10-250 4.5720.602ˑ10-34.883 1.386ˑ10-2605.2730.6529ˑ10-3 5.3121.176ˑ10-2综上所述,表明体压分布特征与振动环境有极强的相关性㊂㊃1404 ㊃汽 车 工 程2014年(第36卷)第11期3 结论(1)静态工况下,平均压强㊁最大压强与接触面积负相关;平均压强㊁接触面积与体质量正相关,表明体压分布的量化指标受被试者的个体参数(体重)影响较大㊂(2)动态工况下,随车速的增加,总压力㊁平均压强和接触面积增加,且均大于静态工况;纵向压力中心坐标在各等速工况下随乘坐时间的延长而逐渐向座垫前缘移动;同时平均压强功率谱明确反映人体承受垂直振动的频率也随车速增加而增大,但幅值波动较小;通过分析压强变化率得出臀部的舒适性较其它区域要低㊂(3)分析动态体压和振动相关性得出,平均压强与加权加速度有显著正相关,表明较大的平均压强会降低舒适性,并且加速度功率谱充分验证了平均压强功率谱,两者具有相同的变化规律㊂参考文献[1] 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.[2] 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