联合试验室零重力座椅舒适性研究成果 +1

    以下内容转载自《汽车工程学报》网络首发论文

作者：谢杰1,高开展1,陈宇1,何美霜1,跃贞2,陈包3

1.中国汽车工程研究院股份有限公司,重庆;

2.奇瑞汽车股份有限公司,芜湖;

3.芜湖瑞泰汽车零部件有限公司,芜湖

       为进一步探究零重力座椅上乘客舒适姿态和体压分布规律,设计零重力座椅舒适性体验试验,并统计被试人员的舒适性姿态角度以及压力分布数据｡借助非参数统计学分析方法分析人体性别及体征参数对被试者舒适性的影响规律,并确定舒适姿态角和体压分布的范围,为汽车零重力座椅舒适性设计提供参考｡

被试人员

试验设备

试验设计

数据处理和统计学分析方法

      使用SPSS软件(V27.0)进行数据统计分析,采用独立样本t检验分析性别因素对姿态角度和体压分布参数的影响;采用单因素ANOVA检验､LSD和塔姆黑尼T2(M)事后多重检验分析不同百分位人群､不同人体BMI对姿态角度和体压分布参数的影响｡

测量结果

姿态角度测量结果

        参考文献[18]中的研究,选取零重力姿态下人体躯干角､臀部角､大腿角､膝盖角以及小腿角作为主要观测指标,对采集到的30名被试者零重力姿态数据进行分析,获取零重力姿态下人体舒适姿态角,结果如表2所示｡与文献中的人体姿态角测量结果对比发现,当前人体舒适姿态角测量值除躯干角与膝盖角的上限略大之外,其余各舒适姿态角测量值均在文献[18]测量结果范围内,进一步验证了测量方法的可靠性｡

体压分布测量结果

      对30名被试者的体压分布数据进行处理,得到图4中各分区的压力分布范围｡从中可以看出座垫处的压力主要集中在臀部,符合从臀部到大腿逐渐降低的规律,靠背处下背部压力略高于左右两肩,这是因为座椅下背部腰椎处起主要支撑作用｡此外,左右肩处压力分布也呈现略微不对称的情况,主要是因为试验座椅的右侧靠背侧翼内部装有安全气囊,导致右侧翼的角度和高度要大于左侧,对右臂提供了一定的支撑,进而导致右肩区域平均压力值小于左肩区域｡

舒适性姿态影响因素分析

性别影响

人体百分位影响

     综合采用单因素ANOVA检验､LSD和塔姆黑尼T2(M)事后多重检验对人体舒适姿态角采集数据进行分析,以研究零重力姿态下,不同人体百分位(P5､P50和P95)变化对各个观测指标的影响,分析结果如表4所示｡结果表明,人体百分位变化对膝盖角度和臀部角度具有显著性差异的影响(p<0.05)｡经过LSD事后多重检验分析,可以看出P5与P50､P95被试者的膝盖角均存在明显差异,P5与P95的被试者仅在臀部角度呈现较为明显的差异｡此外,各被试姿态角的测量结果表明,三个百分位人体的膝盖角平均值分别为144.61°､140.74°和141.00°,而臀部角平均值分别为138.45°､140.41°和144.24°,说明P5人群膝部角度值明显普遍大于其余两个百分位被试者的膝部角度值,而臀部角度值则相反｡这是因为座椅在零重力姿态下纵向尺寸变长,而P5人体腿部相对较短,导致小腿被座椅前沿过度支撑｡

人体BMI影响

体压分布影响因素分析

性别影响

人体百分位影响

      综合采用单因素ANOVA检验､LSD和塔姆黑尼T2(M)事后多重检验对对30名被试者的体压分布数据进行分析,得到不同人体百分位对零重力姿态下被试者各分区平均压力的影响,结果如表7所示｡从表中的结果可以看出,仅P50-P95分组人群对左肩区域压力分布有显著影响(p<0.05),而其他分组则不存在显著影响(p>0.05),反映了不同百分位被试人群经过姿态调整达到舒适状态后,人体-座椅接触面间的压力分布相差很小｡

人体BMI影响

采用单因素ANOVA检验和LSD事后多重检验分析零重力姿态下不同BMI指数对各个区域平均压力值大小的影响,结果如表8所示｡从中可以看出,BMI指数变化对左肩平均压力､下背部平均压力和靠背平均压力均有显著性影响(p<0.05)｡此外,人体BMI影响的区域主要体现在靠背处,而对座垫处的压力分布则无明显影响,可能是由于不同体型的人体与靠背接触差异较大导致的｡

    （1）基于零重力姿态下各人体姿态角的分析,获取了符合中国人体特征的零重力姿态角度范围;统计学分析结果表明,性别仅对臀部角变化有显著影响,人体百分位仅对P5-P95人群的臀部角､P5-P50和P5-P95人群的膝盖角有显著影响,而BMI对人体姿态角未见显著性影响;

    （2）将座垫和靠背处体压分布云图进行分区并统计各分区的压力分布特征,获取了零重力姿态下人体各分区内的平均压力范围;统计学分析结果表明,性别变化对体压分布未见显著影响,人体百分位变化仅对P50-P95 人群左肩处的平均压力有显著影响，而人体BMI 变化对正常身材(N)-肥胖身材(O)人群的左肩平均压力､苗条身材(S)-肥胖身材(O)和正常身材(N)-肥胖身材(O)人群的下背部平均压力､靠背平均压力均有显著影响,其余区域则不存在显著影响｡

      当前研究主要针对人体性别､百分位和人体BMI指数对零重力座椅的舒适性影响进行了分析研究,事实上零重力座椅舒适性还受座椅设计(如座椅角度､泡沫属性)､环境因素(如温度､噪声)､甚至文中提到的人体百分位和BMI区间的划分等多重复杂因素的影响,未来可以综合考虑增大被试者样本量､调整不同的人体百分位和BMI划分区间以及考虑不同乘坐场景等因素来分析零重力座椅的舒适性的影响规律｡

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