CN1678892A - 车辆乘员疲劳度评价方法、车辆座椅评价方法及车辆座椅评价装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可定量地计算落座于座椅上的乘员的疲劳度的可靠性高的车辆乘员疲劳度评价方法。在乘员落座于座椅(1)上的状态下，基于座椅(1)的靠背(2)下部的朝向后方的挠曲量、朝向下方作用在座椅(1)的座部(3)前部的载荷以及朝向后方作用在靠背(2)上部的载荷，定量地计算落座于座椅(1)上的乘员的疲劳度。

Description

车辆乘员疲劳度评价方法、车辆座椅 评价方法及车辆座椅评价装置

技术领域

本发明涉及一种用于评价乘用车或商用车、公共汽车等车辆中的落座于座椅上的乘员的疲劳度的车辆乘员疲劳度评价方法、使用该车辆乘员疲劳度评价方法的车辆座椅评价方法及车辆座椅评价装置。

背景技术

为了提高车辆的舒适性，要求开发出一种即使长时间落座疲劳程度也较小的座椅。特别是如果能减少腰部的疲劳，对于落座于座椅上的乘员来说，就能够有效抑制整个身体的疲劳。

作为车辆乘员疲劳度评价方法，有让被检验者实际地长时间落座于座椅上之后，将被检验者的落座感或疲劳感(特别是腰部的疲劳感)记入评价表中的方法或检测被检验者腰肌的电位，评价腰部疲劳的方法。

以往技术中记载的将被检验者的落座感或疲劳感记入评价表中的方法，很容易把被检验者的主观因素带入落座感或疲劳感的(特别是腰部的疲劳感)的评价中，不能客观地定量地评价落座于座椅上的乘员的疲劳度，有可靠性低的问题。

检测被检验者腰肌的电位、评价腰部疲劳的方法，由于被检测的肌电位中很容易产生噪声(尖峰噪声、即开关动作引起的微小脉冲宽度的噪声)，因此，仅仅检测被检验者腰肌的电位，会处于不能进行适当地评价落座于座椅上的乘员的疲劳度的状态。而且，关于落座于座椅上的乘员的疲劳度和被检验者腰肌的电位之间存在相关这一点，其有效性并不可靠。

本发明的目的是提供一种能够定量地计算落座于座椅上的乘员的疲劳度的、可靠性高的车辆乘员疲劳度评价方法，使用该车辆乘员疲劳度评价方法的可靠性高的车辆座椅评价方法及车辆座椅评价装置。

发明内容

〔I〕

根据本发明的第1特征方案，提供一种车辆乘员疲劳度评价方法，在乘员落座于座椅上的状态下，基于座椅的靠背下部的朝向后方的挠曲量、朝向下方作用在座椅的座部前部的载荷以及朝向后方作用在靠背上部的载荷，定量地计算落座于座椅上的乘员的疲劳度。

在定量地计算落座于座椅上的乘员的疲劳度的情况下，作为被检验者的主观评价或被检验者腰部肌电位以外的检测值，有朝向后方作用在靠背上部的载荷、朝向后方作用在靠背中间的载荷、朝向后方作用于靠背下部的载荷、靠背上部的朝向后方的挠曲量、靠背中间的朝向后方的挠曲量、靠背下部的朝向后方的挠曲量、朝向下方作用于座部前部的载荷、朝向下方作用在座部中间的载荷、朝向下方作用在座部后部的载荷、座部前部的朝向下方的挠曲量、座部中间的朝向下方的挠曲量以及座部后部的朝向下方的挠曲量等。

本申请人通过实验发现：上述检测值中的靠背下部的朝向后方的挠曲量、朝向下方作用在座椅的座部前部的载荷以及朝向后方作用在靠背上部的载荷这三个检测值，对于落座于座椅上的乘员疲劳度影响很大。

这些挠曲量、载荷不受被检验者的主观因素的影响。由于是检测座椅的而不是被检验者的挠曲量及作用在座椅上的载荷的，所以，不会产生噪声(尖峰噪声)。于是，根据本特征方案，可得到可靠性高的车辆乘员疲劳度评价方法。

〔II〕

根据本发明的第2特征方案，利用通过统计学的方法确定的运算式，定量地计算落座于座椅上的乘员疲劳度。

根据本特征方案，以靠背下部的朝向后方的挠曲量、朝向下方作用在座椅的座部前部的载荷以及朝向后方作用在靠背上部的载荷为变量，采用落座于座椅上的乘员的疲劳度的多变量函数，可适当地得到落座于座椅上的乘员的疲劳度。

〔III〕

根据本发明的第3特征方案，借助于以靠背下部的朝后方的挠曲量、朝向下方作用在座部前部的载荷、朝向后方作用在靠背上部的载荷为说明变量，以对落座于座椅上的乘员进行计测而得的实际疲劳度为目的变量的多元回归分析，得到前项〔II〕记载的运算式。

作为通过统计学方法确定的运算式的代表例子，有多元回归分析，如本发明第3特征方案所记载的、以靠背下部的朝后方的挠曲量、朝向下方作用在座部前部的载荷、朝向后方作用在靠背上部的载荷为说明变量，选定出赋予高作用效率的检测值，可得到可靠性高的运算式。

〔IV〕

为了得到即使长时间落座，也能减少疲劳的座椅，特别是减少腰部的疲劳这一点，对于落座于座椅上的乘员来说，在抑制全身疲劳方面会更有效。

根据本发明的第4特征方案，以落座于座椅上的乘员的腰部的疲劳为相对落座于座椅上的乘员所计测的实际疲劳度，基于落座于座椅上的乘员的腰部肌肉的粘弹性特性，求出落座于座椅上的乘员的腰部疲劳(相对落座于座椅上的乘员所计测的实际疲劳度)。

在这种情况下，落座于座椅上的乘员的腰部肌肉的粘弹性特性，可使用压电元件等振动器计测，能把噪声(尖峰噪声)的发生抑制到最小，可以良好的精度求出落座于座椅上的乘员的腰部疲劳，进而提高了车辆乘员疲劳度评价方法的可靠性。

〔V〕

根据本发明的第5特征方案，构成车辆座椅评价方法，借助于根据前项〔I〕～〔IV〕中记载的车辆乘员疲劳度评价方法所计算的落座于座椅上的乘员的疲劳度，评价座椅。

于是，可进行关于落座于座椅上的乘员的疲劳度的、可靠性高的座椅的评价，通过基于本发明的第5特征方案的车辆座椅评价方法，而改变座椅的形状或材质，可得到落座于座椅上的乘员的疲劳度小的座椅。

〔VI〕

根据本发明的第6特征的构成，构成一种车辆座椅评价装置，包括：在乘员落座于座椅上的状态下，检测座椅的靠背下部的朝向后方的挠曲量的第1检测装置；检测朝向下方作用在座椅的座部前部的载荷的第2检测装置；及检测朝向后方作用在靠背上部的载荷的第3检测装置；基于所述第1、第2、第3检测装置的检测值，定量地计算落座于座椅上的乘员的疲劳度的运算装置；以及通过运算装置所计算的疲劳度，进行座椅的评价的评价装置。

采用这种结构，借助于第1、第2、第3检测装置及运算装置，与前项〔I〕记载的同样，不会受被检验者的主观因素的影响，不会产生噪声(尖峰噪声)，可计算出落座于座椅上的乘员疲劳度，可关于落座于座椅上的乘员的疲劳度、进行可靠性高的座椅的评价。

附图的简要说明

图1是车辆座椅评价装置的整体侧视图。图2是表示车辆座椅评价装置中在座椅上安装有载荷传感器及挠度传感器的状态的立体图。图3是表示车辆座椅评价装置中的控制器等的框图。图4是表示车辆乘员疲劳度评价方法中的用于检测座椅靠背上部范围、中间范围及下部范围中朝后方作用的载荷，座部的前部范围、中间范围及后部范围中朝下方作用的载荷，靠背上部位置、中间位置及下部位置的向后方的挠曲量，座部的前部位置、中间位置、第1及第2后部位置的朝下方的挠曲量的状态的立体图。图5是表示车辆乘员疲劳度评价方法中、检测被检验者腰部肌肉粘弹性特性时的压电元件的振动频率变化的图。图6是表示车辆乘员疲劳度评价方法前半个流程的图。图7是表示车辆乘员疲劳度评价方法后半个流程的图。图8是表示车辆座椅评价方法流程的图。

实施发明的最佳方式

〔1〕

下面基于图4及图6，说明定量地计算落座于座椅1上的乘员的疲劳度A的车辆乘员疲劳度评价方法的前半部分。

如图4(a)所示，在由给定形状及给定材质的垫子构成的座椅1中，在座椅1的靠背2的上部范围2a、中间范围2b及下部范围2c，座椅1的座部3的前部范围3a、中间范围3b及后部范围3c的各个范围中，各配置有多个压力传感器(图中未示)。如图4(b)所示，在该座椅1上，在靠背2的上部位置2d、中间位置2e及下部位置2f，座部3的前部位置3d、中间位置3e以及第1与第2后部位置3f、3g的各个位置，配置有挠度传感器(图中未示)。

首先，让被检验者落座于与上述座椅1不同的休息座椅(图中未示)上，安静第1给定时间T1(例如15分钟)(步骤S1)，如后述〔3〕记载的那样，计测被检验者腰部肌肉的粘弹性特性K1(后面详述)(步骤S2)。

接着，让被检验者落座于上述座椅1上(步骤S3)，用压力传感器计测被检验者刚刚落座于座椅1上之后的、朝后方作用在靠背2上部范围2a的载荷B2a、朝后方作用在靠背2中间范围2b的载荷B2b、朝后方作用在靠背2下部范围2c的载荷B2c、朝下方作用在座部3的前部范围3a的载荷B3a、朝下方作用在座部3的中间范围3b的载荷B3b、朝下方作用在座部3的后部范围3c的载荷B3c。

在这种情况下，配置在例如靠背2上部范围2a的多个压力传感器的检测值中，以多个检测值的平均值作为朝后方作用在靠背2上部范围2a(上部)的载荷B2a。与此相同，求出朝后方作用在靠背2中间范围2b(中间)的载荷B2b、朝后方作用在靠背2下部范围2c(下部)的载荷B2c、朝下方作用在座部3的前部范围3a(前部)的载荷B3a、朝下方作用在座部3的中间范围3b(中间)的载荷B3b、朝下方作用在座部3的后部范围3c(后部)的载荷B3c(步骤S4)。

在被检验者刚刚落座于上述座椅1上之后，用挠度传感器计测靠背2的上部位置2d(上部)的朝向后方的挠曲量C2d、靠背2的中间位置2e(中间)的朝向后方的挠曲量C2e、靠背2的下部位置2f(下部)的朝向后方的挠曲量C2f、座部3的前部位置3d(前部)的朝向下方的挠曲量C3d、座部3的中间位置3e(中间)的朝下方的挠曲量C3e、座部3的第1后部位置3f(第1后部)的朝下方的挠曲量C3f、座部3的第2后部位置3g(第2后部)的朝下方的挠曲量C3g(步骤S5)。将测量而得的载荷B2a～B3c及挠曲量C2d～C3g作为数据文件保存(步骤S6)。

从被检验者落座于座椅1开始直到经过第2给定时间T2(例如3小时)，被检验者连续地落座于座椅1上。在从被检验者落座于座椅1开始经过第2给定时间T2时(步骤S7)，如后述的〔3〕所记载，计测被检验者的腰部肌肉的粘弹性特性K2(步骤S8)。由此，求出在上述步骤S2中计测的被检验者的腰部肌肉的粘弹性特性K1和步骤S8中计测的被检验者的腰部肌肉的粘弹性特性K2之比(K2/K1)，以该比(K2/K1)为相对于落座于座椅1上的乘员计测的实际疲劳度，并将该比(K2/K1)作为数据文件保存起来(步骤S9)。这样，结束1个座椅1的计测。

接着，将座椅1变更为由不同形状及不同材质的垫子构成的座椅1(步骤S10、S11)，进行与上述步骤S1～S9同样的作业，对多个种类的座椅1进行与上述步骤S1～S9同样的作业。

〔2〕

下面，基于图7，说明定量地计算落座于座椅1上的乘员的疲劳度A的车辆乘员疲劳度评价方法的后半部分。

如前项〔1〕所记载，得到载荷B2a～B3c及挠曲量C2d～C3g的数据文件、比(K2/K1)的数据文件之后，将载荷B2a～B3c及挠曲量C2d～C3g作为说明变量，将比(K2/K1)作为目的变量，进行多元回归分析。

首先，从载荷B2a～B3c及挠曲量C2d～C3g的数据文件中选择任意个数的所要使用的说明变量(步骤S12)。然后，使用选择的说明变量，使用公知的多元回归分析的算法，计算多元回归分析的回归系数(步骤S13)。接着，算出步骤S13中所得到的多元回归公式的作用效率，检验多元回归公式(步骤S14)。一边从多个说明变量中选择出适当的说明变量，一边相对所选择的说明变量的各组，反复进行该多元回归分析的各步骤、即步骤S12至步骤S14(步骤S15)。

如上述，作为从多个说明变量中选择最适当的说明变量的方法，有公知的各种方法，可以采用例如从多个说明变量中研究全部组合的回归模型的循环赛法、从不包含说明变量的状态开始逐个增加说明变量的前进选择法、从包含全部说明变量的状态开始逐个减少说明变量的向后消元法、增减说明变量的逐次逼近法等中的任一方法。

如上述，结束基于所能想到的说明变量的选择进行的多元回归分析后，从多元回归分析的结果特定出作用效率最高的多元回归公式。设定该多元回归公式为车辆乘员疲劳度评价方法的运算式(步骤S16)。

对于在〔1〕中收集的数据文件，设定靠背2下部位置2f(下部)的朝向后方的挠曲量C2f、朝向下方作用在座部3的前部范围3a(前部)的载荷B3a、朝向后方作用在靠背2上部范围2a(上部)的载荷B2a作为说明变量，并将作为目标变量的落座于座椅1上的乘员疲劳度A设定为上述步骤S2中计测的被检验者的腰部肌肉的粘弹性特性K1和步骤S8中计测的被检验者的腰部肌肉的粘弹性特性K2之比(K2/K1)的、多元回归公式的作用效率最高。

由此，关于该多元回归公式的运算式为：

A(K2/K1)＝D1·C2f+D2·B3a+D3·B2a+D4。

系数D1、D2、D3、D4例如是D1＝-0.0061、D2＝-0.0246、D3＝+0.0237、D4＝+1.4076。

在本发明中，D1～D4不仅只限定在上述数值。在上述运算式的情况下，作为决定系数R²(复相关系数R的平方)、即作用效率，得到R²＝0.46。即是说，尽管靠背2下部位置2f的朝向后方的挠曲量C2f、朝下作用在座部3的前部范围3a的载荷B3a、朝后方作用在靠背2上部范围2a的载荷B2a对落座于座椅1上的乘员的疲劳度A产生大的影响，本发明仍可适当地得到落座于座椅1上的乘员的疲劳度A。

〔3〕

下面，说明前项〔1〕记载的步骤2中计测的被检验者腰部肌肉的粘弹性特性K1及步骤8中计测的被检验者腰部肌肉的粘弹性特性K2。

作为传感器(振动器)，使用压电元件，把压电元件压在被检验者腰部的例如第3腰椎和第4腰椎之间的部分。接着，进行逐渐加强压电元件的推压力、在压电元件的推压力达到给定值的时候、逐渐减弱压电元件的推压力的操作，检测期间压电元件振动频率的变化。

图5示出了这种样式。图5的纵轴表示压电元件的振动频率(赫兹Hz)的变化，图5的横轴表示压电元件的推压力(克力gf)。在步骤S2中，如图5的实线L1所示，把压电元件压在被检验者的腰部，逐渐加强压电元件的推压力时，压电元件的振动频率从给定的振动频率开始逐渐降低。压电元件的推压力变为约500gf时，压电元件的振动频率约为-230Hz。压电元件的推压力从约500gf的附近逐渐减弱时，压电元件的振动频率在约-230Hz附近暂时稳定后，急速地返回给定的振动频率。

在这种情况下，计测压电元件的推压力上升并达到200gf时的压电元件的振动频率和压电元件的推压力下降并达到200gf时压电元件的振动频率的差Δf1，将差Δf1作为被检验者腰部肌肉的粘弹性特性K1。上述图5所示的实线L1根据不同的被检验者而不同，当被检验者改变时，压电元件的推压力达到约500gf时的压电元件的振动频率也发生变化。

在步骤S8中，如图5的单点划线L2所示，把压电元件压在被检验者腰部，逐渐增强压电元件的推压力时，压电元件的振动频率从给定的振动频率逐渐降低。压电元件的推压力约为500gf时，压电元件的振动频率约为-180Hz。压电元件的推压力从约500gf左右逐渐减弱时，压电元件的振动频率在约-180Hz附近暂时稳定后，急速返回到给定的振动频率。

这种情况的差Δf2为被检验者腰部肌肉的粘弹性特性K2。上述图5所示的单点划线L2根据被检验者而不同，改变被检验者时，压电元件的推压力达到约500gf之际的压电元件的振动频率也发生变化。

如上文所述，以差Δf1为被检验者腰部肌肉的粘弹性特性K1，差Δf2为被检验者腰部肌肉的粘弹性特性K2，差Δf1与差Δf2之比(Δf2/Δf1)为对落座于座椅1上的乘员计测而得的实际疲劳度。在前项〔2〕中，用该实际疲劳度作为目的变量，计算落座于座椅1上的乘员的疲劳度A。

〔4〕

下面，说明使用前项〔1〕～〔3〕记载的车辆乘员疲劳度评价方法的车辆座椅评价装置。

图1示出了车辆的座椅评价装置，包括：设置有被评价的座椅1的台座4、及将各种车辆行驶状态下的振动赋予台座4的振动机构5(可将上下方向、前后方向及左右方向的振动赋予台座4)。在台座4上设置有方向盘6、加速踏板7及制动踏板8，在台座4的前方配置有显示器9及控制器10。

如图2所示，预备了隔开给定间隔配置的多个压力传感器(图中未示)的片状的柔软的载荷传感器11、12。载荷传感器12上连接有较薄的布制带状体13，带状体13上备有挠度传感器14。

如图1及图3所示，控制器10以微型计算机为核心要素构成，通过I/O接口15，将基于载荷传感器11、12、挠度传感器14、方向盘6的操作产生信号的操纵信号发生器16；基于加速踏板7的踩踏操作产生信号的加速踏板信号发生器17；基于制动踏板8的踩踏操作产生信号的制动踏板信号发生器18；键盘等操作输入设备19；振动机构5；显示器9以及打印机20连接到控制器10上。

如图3所示，控制器10还包括：行驶条件设定单元21、振动控制单元22、检测值处理单元23、疲劳度运算单元24、座椅评价单元25、行驶场景生成单元26。行驶条件设定单元21基于操作输入设备19或操纵信号发生器16·加速踏板信号发生器17·制动踏板信号发生器18等的信号对提供怎样的行驶条件进行设定。振动控制单元22通过振动机构5产生适于行驶条件设定单元21所设定的行驶条件以及操纵信号发生器16、加速踏板信号发生器17、制动踏板信号发生器18的信号的振动。检测值处理单元23用于处理载荷传感器11、12及挠度传感器14的检测值。疲劳度运算单元24基于该检测值处理单元23的处理结果，计算落座于座椅1上的乘员的疲劳度A。座椅评价单元25基于疲劳度运算单元24计算的疲劳度A，进行座椅1的评价。行驶场景生成单元26在显示器9上显示符合行驶条件设定单元21所设定的行驶条件以及操纵信号发生器16、加速踏板信号发生器17、制动踏板信号发生器18的信号的行驶场景。

〔5〕

下面，基于图8说明使用前项〔4〕记载的座椅评价装置进行的座椅1的评价(车辆座椅评价方法)。

如图1及图2所示，预备所要评价的座椅1，将座椅1安装到台座4上(步骤S21)。在座部3的前部安装载荷传感器11，在靠背2的上部安装载荷传感器12。如前项〔4〕所记载，较薄的布制带状体13连接在载荷传感器12上，在带状体13上配备有挠度传感器14，如上文所述，将载荷传感器12安装到靠背2的上部时，挠度传感器14位于靠背2的下部(步骤S22)。

设定行驶条件(高速行驶状态或城区行驶状态、越野行驶状态)，并从操作输入设备19输入该行驶条件(步骤S23)。当被检验者落座于座椅1上时(步骤S24)，开始评价座椅1，开始座椅1的评价时，通过振动机构5产生符合于步骤S23中所设定的行驶条件以及操纵信号发生器16、加速踏板信号发生器17、制动踏板信号发生器18的信号的振动，并在显示器9上显示行驶场景(步骤S25)。

期间，每经过给定的时间，通过挠度传感器14检测靠背2下部的朝后方的挠曲量C2f，通过载荷传感器11检测朝向下方作用在座部3前部的载荷B3a(载荷传感器11所备有的多个压力传感器的检测值的平均值)，通过载荷传感器12检测朝向后方作用在靠背上部的载荷B2a(载荷传感器12所备有的多个压力传感器的检测值的平均值)(步骤S26)。

在这种情况下，在步骤S26中，或者将每经过给定时间检测到的检测值的平均值作为靠背2下部的朝后方的挠曲量C2f、朝向下方作用在座部3前部的载荷B3a、朝向后方作用在靠背上部的载荷B2a，或者将刚结束之后所检测的检测值作为靠背2下部的朝后方的挠曲量C2f、朝下作用在座3前部的载荷B3a、朝后作用在靠背上部的载荷B2a。

基于上述的靠背2下部的朝后方的挠曲量C2f、朝下作用在座部3前部的载荷B3a、朝向后方作用在靠背上部的载荷B2a，通过前项〔1〕～〔3〕记载的车辆乘员疲劳度评价方法(运算式)，计算落座于座椅1上的乘员的疲劳度A(步骤S27、S28)。对于相同的座椅1，在变更行驶条件(高速行驶状态或城区行驶状态、越野行驶状态)的情况(步骤S29)下，由操作输入设备19输入行驶条件(步骤S23)，反复进行上述步骤S25～S28。由此，将座椅1的评价结果(落座于座椅1上的乘员疲劳度A)向打印机20输出(步骤S30)。

工业上的实用性

通过基于车辆座椅评价方法，而改变座椅的形状及材质，可得到落座于座椅上的乘员疲劳度小的座椅。

Claims (6)

1.一种车辆乘员疲劳度评价方法，在乘员落座于座椅(1)上的状态下，基于座椅(1)的靠背(2)下部的朝向后方的挠曲量、朝向下方作用在座椅(1)的座部(3)前部的载荷以及朝向后方作用在靠背(2)上部的载荷，定量地计算落座于座椅(1)上的乘员的疲劳度。

2.根据权利要求1所述的车辆乘员疲劳度评价方法，其特征是，利用通过统计学的方法确定的运算式，定量地计算落座于座椅(1)上的乘员疲劳度。

3.根据权利要求2所述的车辆乘员疲劳度评价方法，其特征是，借助于以靠背(2)下部的朝后方的挠曲量、朝向下方作用在座部(3)前部的载荷、朝向后方作用在靠背(2)上部的载荷为说明变量，以对落座于座椅(1)上的乘员进行计测而得的实际疲劳度为目的变量的多元回归分析，得到所述运算式。

4.根据权利要求3所述的车辆乘员疲劳度评价方法，其特征是，所述实际疲劳度是基于落座于座椅(1)上的乘员的腰部肌肉的粘弹性特性求出的。

5.一种车辆座椅评价方法，借助于根据权利要求1～4中任一项所述的车辆乘员疲劳度评价方法所计算的疲劳度，评价座椅(1)。

6.一种车辆座椅评价装置，包括：在乘员落座于座椅(1)上的状态下，检测座椅(1)的靠背(2)下部的朝向后方的挠曲量的第1检测装置；检测朝向下方作用在座椅(1)的座部(3)前部的载荷的第2检测装置；及检测朝向后方作用在靠背(2)上部的载荷的第3检测装置；

基于所述第1、第2、第3检测装置的检测值，定量地计算落座于座椅(1)上的乘员的疲劳度的运算装置；以及

通过所述运算装置所计算的疲劳度，进行座椅(1)的评价的评价装置。

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