基于中国乘员的汽车座椅乘坐姿态舒适性评价分级模型

为研究汽车座椅乘员姿态舒适性问题,针对影响乘员舒适性的矢状面姿态角度指标,文中提出了一种基于中国人群覆盖范围和博弈组合赋权的评价分级方法。首先,采用动作捕捉技术获取乘员各舒适姿态角度,得到角度覆盖的人群范围,从而计算各姿态角度指标得分;采用G1法和熵权法分别计算各指标的主客观权重,基于博弈组合赋权得到各指标的综合最优权重;最终,根据各指标得分及最优权重,按照加权平均方式得到汽车座椅整体姿态舒适性评分;制订5级分级标准获取汽车座椅乘坐姿态舒适性等级。通过被试乘坐汽车座椅的主观体验评分验证建立的分级模型的可行性,为国内智能座舱的座椅姿态调节模式优化设计提供指导和依据。

下肢重复蹬伸至力竭过程中肌肉功能网络拓扑特性

背景:表面肌电已经被广泛用于监测肌肉疲劳,但传统肌电指标通常针对于单块肌肉,无法评价一组肌肉在疲劳过程中的变化。目的:建立肌肉功能网络,提取复杂网络参数,研究不同疲劳程度下的肌肉功能网络拓扑特性变化,为疲劳的监测、预防提供理论和方法依据。方法:11名受试者进行直到力竭的50%1RM单腿下肢蹬伸运动,同步采集股直肌、股外侧肌、股内侧肌、股二头肌长头、胫骨前肌、腓肠肌外侧肌、腓肠肌内侧肌7块肌肉的肌电信号,以及心电信号和Borg CR-10量表评分;根据Borg CR-10量表评分划分为轻度、中度和重度三个疲劳阶段,采用心率和心率变异性验证疲劳阶段划分的有效性;以7块肌肉为节点,使用肌肉信号的相干性构建肌肉功能网络,提取聚类系数、平均加权度、全局效率、特征向量中心性4个复杂网络参数;提取肌电信号的均方值振幅、中位频率、瞬时平均频率和共激活比4种指标,并在3种疲劳程度下进行比较。结果与结论:①3种疲劳阶段在心率及心率变异性上产生显著性差异,证明了疲劳阶段划分的有效性;②对于不同肌肉在3种疲劳程度下的肌电指标:均方值振幅和共激活比未表现出差异,中位频率在股外侧肌、股内侧肌和股二头肌长头表现出稳健的疲劳趋势,瞬时平均频率则在股直肌、股外侧肌、股内侧肌和股二头肌长头表现出稳健的疲劳趋势;瞬时平均频率的性能优于中位频率和均方值振幅,但三者仅在主要工作肌群能够获得较好的稳健趋势,共激活比不受疲劳因素的影响;③股外侧肌-股内侧肌、股外侧肌-股二头肌长头、股外侧肌-腓肠肌内侧肌和股内侧肌-股二头肌长头连接强度逐渐增加,平均加权度、聚类系数和全局效率在疲劳后表现出显著差异,并且与疲劳程度之间显著相关。结果表明:肌肉功能网络内的连通强度变化能够反映疲劳过程中肌肉间的协同性和互补性;聚类系数、平均加权度、全局效率可作为一组肌肉疲劳的监测指标。

油烟机工效学试验研究

为研究油烟机清洗操作及结构设计的工效性,招募36名有经验的被试,搭建油烟机清洗及烹饪操作测试场景,对顶吸油烟机日常清洗部位,基于4个评价指标(可视性、距离、姿势及费力)综合给出各部位的清洗操作分值,得到油烟机底端外围、集烟腔及油杯后区的清洗可达域级别(轻松可达、比较费力可达及费力可达)分布。采用三维运动捕捉系统记录被试烹饪时的头部、左右手和锅具前端的活动范围,基于人机活动域分析得到顶吸油烟机人机碰撞高风险区域,以及侧吸油烟机倾角范围。研究方法和结果对油烟机安装、结构和布局设计及改善评估均有一定的实际应用价值。

高速列车座椅调节参数对舒适性的影响研究

为研究高速列车座椅参数对不同身高百分位人群的舒适性影响程度,文中对第5百分位、第50百分位及第95百分位人群在不同调节参数下开展主观舒适性和体压分布的试验研究。针对座椅调节参数对舒适性的影响,选择座面高度、座面深度、座面倾角和靠背倾角4个参数作为因素,设计4因素3水平的正交试验。采用极差法和灰色关联度分析法对正交试验数据进行分析,得到了座椅调节参数对3类百分位人群主观舒适性的影响规律及座椅参数的优化组合,同时得到了体压分布指标与主观舒适性的关联程度。研究发现:座椅调节参数对不同身高百分位人群的主观舒适性影响不同;第5百分位人群舒适性受座椅的靠背倾角和座面高度影响较大;第50百分位和第95百分位人群受靠背倾角、座面倾角影响较大;体压分布指标与不同人群主观舒适性的关联程度不同。研究结果可为高速列车座椅的参数优化和舒适性提升提供参考依据。

汽车乘员半躺姿态舒适性研究

为研究半躺姿态下汽车乘员的舒适姿态角度范围和人体特征参数对舒适姿态角度及压力分布参数的影响,文中采用主观体验和客观测量相结合的方法,招募16名目标用户作为测试者(男8/女8)参与研究。测试者通过主观体验的方法,调节汽车座椅至舒适的半躺姿态,采用动作捕捉和体压分布测量的方法获取不同乘员的舒适姿态角度(包括躯干角、大腿水平角、小腿水平角和膝角)及相应姿态下的压力分布参数。结果表明:躯干角、大腿水平角、小腿水平角和膝角的舒适角度范围分别为42°~60°,7°~33°,11°~56°和105°~128°;乘员的身高、肩峰至大转子长度、大腿长、小腿长与舒适姿态角度间存在不同程度的相关性;不同身高百分位的乘员在大腿水平角、小腿水平角、接触面积和轴向平均压强梯度间存在差异。

急性轻、中度低压缺氧对手动作业工效的影响

目的探讨急性轻、中度低压缺氧对手动作业工效的影响。方法利用低压舱模拟高空缺氧环境,设计4种客观工效项目(插钉板、拧螺母、形状感知和握力包括疲劳和耐力)和1种主观感觉项目(问卷),观察9名被试者在5种模拟高度(3500、4000、4500、5000、5500m)缺氧暴露(25±5)min手动作业工效的变化。结果与地面(50m,北京地区实际海拔高度)对照组相比,插钉板、拧螺母完成时间绩效在5种模拟高度均显著降低(P<0.01),在5000、5500m高度缺氧反应进一步加剧(P<0.001)。但在4500m高度时,绩效降低水平反低于4000m;形状感知反应时、反应时绩效和感知综合(反应时间与正确率综合)绩效在5种模拟高度均发生显著变化(P<0.01);握力绩效仅在4000、5500m显著降低(P<0.05),疲劳绩效在5种模拟高度均未发生显著改变,耐力绩效(最大握力和疲劳综合绩效)在5000、5500m高度显著降低(P<0.05);主观测试项目在5种模拟高度均发生了显著变化,且随高度增加,主观感觉分值也相应增加。结论急性轻、中度低压缺氧对手动作业工效产生显著的负面影响。插钉板、拧螺母、形状感知和主观问卷调查4种工效测试项目对缺氧比较敏感,在5种模拟高度其工效均显著降低;耐力绩效对缺氧不敏感,仅在5000、5500m模拟高度显著降低。

中国成年人人体尺寸数据相关性研究

本文基于最新的中国成年人人体尺寸数据,开展了人体测量基础项目与5项人体关键尺寸测量项目之间的相关性研究,建立了线性回归方程,为人体尺寸测量项目的优化提供了技术支持。研究成果在人体测量工作中的应用,可有效降低人体测量工作难度,缩短工作时间,减少资金投入,为提高人体尺寸数据更新速度提供帮助。

汽车碰撞假人研究综述

作为汽车安全测试中的重要工具,汽车碰撞假人随着汽车产业的发展不断改进和更新换代,其中,仿真碰撞假人因其成本低、模拟度高得到了更多研究人员的重视。本文针对我国汽车碰撞假人日益增加的需求现状,对国内外汽车碰撞假人的研究现状以及物理碰撞假人与仿真碰撞假人的优缺点进行了分析,对我国研制具备中国人生理特征的碰撞假人具有指导和参考意义。

手动抓握结构的人机适配性实验研究

目的通过实验研究,确定手工搬运重物时手动抓握结构的工效学设计要求和测评方法。方法通过用户使用习惯调研和人机交互行为分析,提炼出抓握结构的工效学设计和测评指标,应用目标用户进行典型结构样件的实际使用体验测试,并辅以虚拟仿真的方法对实验结果进行验证。结果获得满足手工搬运者搬运安全性和舒适性要求的抓握结构形状尺寸及位置的工效学设计要求。结论为手动抓握结构的工效学设计及评价提供参考。

基于桌面虚拟现实技术的矿井提升设备CAI教学系统研究

将桌面虚拟现实技术应用于矿井提升设备的计算机辅助教学 (CAI)中 ,建立基于 3DSMAX、VRML的提升设备三维交互场景和基于静态图像的提升房虚拟全景。

胸腹部有限元模型的建立及碰撞生物力学分析

汽车碰撞会对人体各个部位造成损伤,尤其是胸部和腹部。基于中国50百分位成年男性尺寸,本文建立了胸腹部汽车碰撞有限元模型,并进行了正面碰撞实验。实验结果表明,在碰撞的初期短时间内,人体组织产生很大的应力和应变,这将导致肋骨骨折、脏器破裂、软组织挫伤等损害。因此,可根据碰撞过程中人体组织的应力应变曲线、应力集中部位等对人体进行针对性的防护,减轻碰撞对人体组织造成的损伤,有效提高碰撞安全性。

基于Ansys的飞行员座椅坐垫舒适性仿真

鉴于飞行员对飞机座椅的舒适性要求越来越高,针对人与座椅之间的应力分布这个座椅舒适性评价指标,建立了包括骨盆在内的人-座椅坐垫有限元模型,对坐姿下人与坐垫的应力分布进行了仿真计算.通过比较1g重力环境下仿真和实验坐垫上应力分布,验证模型的有效性,在此基础上开展了不同过载下的仿真计算.分析可知仿真模型在坐应力分布和应力值大小方面与实验数据具有较高的一致性;不同过载下体内以及坐垫上应力最大值与施加的过载加速度直接呈线性关系.结果表明,建立的人-座椅坐垫有限元模型是有效的,可以用于评估不同坐垫或不同过载环境下的舒适性.

美国NIOSH手工提举方程在中国的验证研究

目的总结国家标准GB/T31002.1的验证性实验研究过程,以指导国家标准的推广与应用。方法采用心理物理学法获取健康青年人不同提举高度、频率与水平距离下的最大可接受质量(Maximum acceptable weight of lift,MAWL),并分析MAWL与NIOSH手工提举方程质量推荐限值(RWL)间的差异。结果MAWL随三提举参数的增大呈显著降低趋势,多数RWL高于中国青年人的手工提举重物能力。结论国内青年人群应用NIOSH手工提举方程时,可通过调整提举高度系数与降低负荷常量予以修正。

日本成年人手部肌力变化规律及不同测量条件的差异性研究

目的探索日本成年人手部肌力随年龄与BMI的变化规律及不同测量条件下的差异性,为我国国家标准肌力参数的测量规范与采集提供依据。方法整理日本7个地区23-79岁1958位受试者手部拇触、食触、推力、拉力与握力共5个肌力参数数据,按照性别、年龄、BMI、操作平面与高度分组,采用差异性检验与方差分析考查手部肌力参数的变化规律及不同测量条件下的差异。结果日本男女手部静态肌力随年龄的增长呈先升高后降低趋势,随BMI的升高呈持续升高趋势;操作平面对男女拇触、食触与握力有显著影响(P<0.01);操作高度对男性拇触、拉力与握力有显著影响(P<0.05),对女性5个参数均无显著影响(P>0.05)。结论日本人手部静态肌力随年龄和BMI的变化趋势与以往对中国人肌力变化的研究结果相似,不同测量条件下的肌力差异可用于指导我国肌力参数测量规范的制定。

几款空调产品使用说明书工效学测评研究

使用说明书被称作家用电器产品的"软质量",它直接影响着消费者产品的购买和安全使用。本文以家用空调使用说明书为例,从工效学角度对几款空调使用说明书进行可用性评测,着重对说明书在使用过程中存在的工效学问题进行了研究和分析,并提出了相应的解决方案,研究结果为今后提升空调产品使用说明书的用户体验水平提供了重要参考和指导。

典型住宅空调房间环境热舒适性研究

人体热舒适评价一直是人体热舒适研究中一个相当重要的内容,采用被试人员主观评价和试验测试客观评价相结合的方法,确定典型住宅空调房间内冬、夏季热舒适条件下的各参数指标,主要研究冬夏季住宅空调房间内舒适的温湿度范围、可接受的温度波动及冬季头脚垂直温差范围。结果表明:满足预测平均热感觉投票PMV在-0.5～+0.5之间的情况下,夏季舒适温度范围为25～28℃,冬季舒适温度范围为22～25℃;在夏季舒适温度范围之内,人体可接受的最大温度波动为0.6℃,可接受的最大风速为0.5m/s;在冬季舒适温度范围之内,头脚垂直温差大于3.2℃时,人体感觉舒适。该研究结果可为典型住宅空调房间热舒适性的评价提供依据,也可指导空调房间的设计以保证房间内的热舒适性。

基于暖体假人的环境热舒适评价技术研究

主观评价和客观测试是研究环境热舒适性的主要方法,一般的客观测试是通过布置测点测试室内热环境参数计算预计平均热感觉指数(PMV——Predicted Mean Vote),室内热环境的非稳态影响因素使得该方法很难综合描述并准确预测非稳态热环境下人的热舒适程度。本文通过中国成年人体数据库获取我国人群的体貌及生理特征,选取50百分位成年男性人体三维数据建立暖体假人模型,根据舒适状态下的人体热平衡方程制定控制策略,开发了一套可用于测试非稳态、非均匀热环境下人体与环境之间热量交换的暖体假人测试系统,在人工环境实验室营造特定的热湿环境,利用暖体假人测试系统测试了当前环境的预计平均热感觉指数(PMV)为-0.8,并对该环境进行被试者主观评价测试,得到热感觉投票值(TSV——Thermal Sensation Vote)为-0.65,被试者主观体验结果与暖体假人客观测试结果的相对误差仅为2.1%。

橱柜操作台面人机尺寸适配性研究

本文旨在研究橱柜智能升降操作台面高度的可调节范围及最优适配性问题。采用客观实验和主观评价相结合的方法,招募15名18-35岁的人群作为被试者,选取切菜、炒菜、揉面、洗盘四种典型操作任务,针对每种操作任务,在不同操作高度下进行实验测试研究。客观实验采用无线表面肌电设备及足底压力测试设备分别采集肌电数据和足底压力数据,主观评价采用5分制评分方法。结果表明,主观评价得到的最舒适高度和客观实验结果具有高度正相关性,并基于本研究结果得出不同操作任务下橱柜操作台面的高度调节范围,同时构建了身高、性别与操作台面高度的相关性模型。本研究可为橱柜升降操作台面高度的智能化设计提供参考和依据。

立姿上肢可及范围及其差异性实验研究

目的研究立姿上肢可及范围及其影响因素(手臂姿势、操作高度、左右手、性别及年龄)的可及范围差异性。方法搭建高度可调台架,在测量板上贴上间隔15°标尺,300名被试(男女各150人)用左右手依次完成男女各5个高度及15个测量方向的上肢可及范围测试。结果右手可及范围比左手可及范围远约8 mm(P<0.05);自然伸臂比用力伸臂可及范围近约21 mm(P<0.001);在肘高附近肩高以下高度范围,手臂可及范围随着高度增加而增大;在900 mm/1000 mm高度上,男性手臂可及范围比女性相应值远约32mm;年龄因素对可及性没有显著性影响。结论为作业布局优化、手动操控器人性化设计改善及工效评估提供基础数据参考。

儿童学习桌功能结构与功能尺寸调查研究

儿童学习桌是影响儿童身心健康的一类家具。笔者主要对市场上儿童学习桌的功能设计进行调查。通过对市场上14个品牌的56张儿童学习桌进行功能设计调研分析,从儿童学习桌的功能结构设计、功能尺寸设计、使用功能设计3个方面进行分析研究,以此为基础提出了儿童学习桌的功能设计的思路和发展方向。