摘要：座椅是乘客直接接触并使用的设备,为服务乘客发挥非常大的作用。本文分析了铁道车辆用座椅乘坐的舒适性。
关键词：铁道车辆；座椅；乘坐舒适性
座椅是铁路客运车辆中重要设施之一，是乘客与列车间连接的纽带，其设计的优良程度直接关系到列车的乘坐舒适性，同时能影响人们对出行时交通工具的选择。
一、乘坐舒适度分类
1、静态舒适度。静态舒适度指座椅与人体的匹配关系能否为乘客创造舒适坐姿的条件,以及所能提供的舒适程度。静态舒适度所要解决的问题,主要依据人体舒适坐姿的要求和人体测量数据优化设计舒适的座椅结构、尺寸及调整参数。
2、动态舒适度(振动舒适度)。动态舒适度(或振动舒适度)指座椅及车辆悬架等部件隔离、吸收、缓和、衰减行驶中所产生的各种冲击和振动激励的能力,最终能否使乘客身体的振动强度处于人体所承受的舒适度界线内,以及人体感受舒适的程度。振动舒适度所要研究和解决的问题,主要是列车悬架系统和座椅阻尼系统动态参数的优化设计,以及它们与人体特性参数间的优化匹配。
二、运用有限元分析法对铁道车辆用座椅乘坐舒适性进行研究
1、起源。乘坐舒适性有各种评价方法，以往主要采用表皮电位及身体压力分布测量等客观评价方法和问卷调查的主观评价方法。除这些方法外，若能了解乘坐时活体内产生的变形及伴随这种变形产生的应力，则十分有益。因人体表面如与座椅接触，活体内会产生某些变形，触觉接收器通过检测出该变形，以获取称为乘坐舒适性的感觉。但由于直接进行测试会伴有对人体内部的侵袭，有对受试者增加伦理上的问题。因此，本研究着眼于可推断活体内应力的有限元分析作为替代直接测试的方法，研究关于铁道车辆用座椅的乘坐舒适性。
2、方法。在建立有限元分析模型时，考虑了乘坐铁道车辆时的乘坐姿势。因铁路车辆上采用的具有活动躺椅式机构的座椅，与其他座椅不同，具有可一边随意调节个人计算机操作、读书、休息等靠、躺角度，一边能以各种姿势乘坐的特点。因此，让受试人员在具有一般活动躺椅机构的铁道车辆用座椅上乘坐，进行乘坐姿势的分类。将乘坐时认为出现频度高的工作设定为个人计算机操作、读书看报、休息这3种类型，对受试者分配了这3项工作。指导受试人员任意地调整座椅靠、躺角度，以便形成自由的乘坐姿势，运用摄像机与身体压力传感器记录人体姿势。作为对应于3项工作的姿势，根据全体受试者的平均值，求出操作姿势、准休息姿势、休息姿势的相关数据。
人体有限元模型由骨骼、韧带、椎间盘、活体软组织构成，而座椅有限元模型模拟铁道车辆用座椅，在金属框架上布置座垫、靠背，材料常数是将试验值作为输入值。在人体与座椅间引入摩擦因素，完全固定座椅底面与靠背的后缘，在有限元模型上沿竖直方向施加重力加速度，由此再现乘坐状态，求出身体各部位椎间盘周边产生的Von Mises等效应力。
其次，使用拥有实际活动躺椅机构的铁道车辆用座椅，就3种姿势每隔30min轮换受试者，进行乘坐试验。使用测验法对乘坐前、乘坐后、乘坐30min后实施感觉检查。
3、结果与考察。进行有限元分析，调查了身体各部位椎间盘周边的等效应力。无论哪种乘坐姿势都是颈椎与腰椎边的应力高，胸椎的应力低。在腰椎方面，随着乘坐姿势的不同，应力增加情形并不相同，操作姿势时应力变得最大，休息姿势时应力减小。休息程度高的姿势呈现由靠背承担身体质量的趋势，人体上半身载荷可分布于铁道车辆用座椅的靠背上，减小了椎间盘上承受的载荷。
为了评价伴随乘坐加重的疼痛感，将乘坐30min后的疼痛评价值减去乘坐后的疼痛评价值作为疼痛感的增加量。从整体上看，休息姿势的疼痛增加量最低。由于用靠背承担人体上半身质量，可以说身体难以感受出疼痛。腰部周边，每种乘坐姿势疼痛增加量差异较大，操作姿势疼痛增加量最大，休息姿势疼痛增加量最小。可认为休息姿势由于铁道车辆用座椅靠背负担人体上半身质量，抑制了面向腰部的负担。
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三、铁道车辆用座椅色调对乘坐舒适性视觉的影响
1、起源。铁道车辆用座椅由于经常出现在乘客的眼前，认为座椅的色调对乘客视觉上的影响较大。实际上乘坐的铁道车辆及座椅护套的色彩是多样化的。若色彩不同，心理上的印象也不同。那么，座椅的色调会不会对乘坐舒适性产生影响呢?也就是说，可预计若座椅颜色不同，即便坐在相同特性的铁道车辆用座椅上，乘坐舒适性也会不同。因此，从多种形态测查了铁道车辆用座椅的护套色彩对乘坐舒适性会产生怎样的影响。
2、方法。首先，在计算机上生成配合图像词汇的座椅色彩图像。根据对高速铁路座椅所要求的性能，将图像词汇设定了如“宽舒”、“高级感”及满足使需求的“可用性”等3种词汇。使用市售的图像处理软件，在座椅图像上实施掩蔽加工，以便只能变更座椅护套的色调，通过软件上的游框任意调整色度与亮度。为了抑制随着色调不同接收的印象波动，色调的游框用红色、绿色、蓝色固定。为受试者生成了3种色调×3种图像词汇共计9种图像。
其次，在显示装置上，对生成的座椅色调图像实施了印象评价试验。显示每一帧座椅色调图像，评价打分尺度分为7个等级9个项目(合体性良好-合体性差；肌肤接触感觉良好-肌肤接触感觉差；宽舒-不宽舒；温暖-寒冷；有高品质感-无高品质感；轻松乘坐-难以乘坐；漂亮-朴素；柔软-生硬；适合使用-不适合使用)，用SD法进行评价。接下来，进行子分析(主因子法、因子数3个、Barimacks回转)。因子分析的结果表明，红色系列方面，第1因子为心情舒畅因子，第2因子为高级质量因子，第3因子为触觉质量因子。至于蓝色与绿色系列，第1因子为乘坐舒适性因子，第2因子为暖色、寒色因子，第3因子为质感因子。
最后，从因子评定得分的曲线图选定具有特征的座椅色调，使DIC色彩指南的色彩样本，与接近最佳色彩的色彩样本对应。此外，以色彩样本为基础，就红色、绿色、蓝色每种颜色，分别实做了几种座椅护套。使用这些座椅护套，为调查座椅色彩对乘坐舒适性的影响，进行了乘坐试验。准备4个铁道车辆用座椅，受试者乘坐的座椅前方布置2个座椅，左方布置1个座椅。为避免触觉上的变化，不改变受试者乘坐座椅护套的特性，只更换其他3个座椅的护套(只改变护套色彩)。之所以不更换乘坐座椅的护套，是因为要求不改变乘坐座椅的接触感。评价项目运用与前述相同的9个形容词组合，按照乘坐前、乘坐后、乘坐10min后SD法进行评价，对每个受试者随机提示座椅颜色。
3、结果与考察。观察乘坐试验的评价打分，虽然乘坐的铁道车辆用座椅的特性完全相同，但由于座椅色彩不同，乘坐的安稳性及相称性等乘坐舒适性并不相同。
红色系方面，关于好用性及相称性，其评价呈现两极化趋势，评价较为散乱。获得的不好评价与第1因子的心情舒畅有关。考虑对色彩的偏好，实施的试验结果表明，对红色系的偏好，对座椅色彩的印象及乘坐感受有影响。
至于绿色系，如着眼于适合使用，设定为朴素颜色的评价高，与第1因子的乘坐舒适性因子有关。一般情况下，随着乘坐对座椅触觉上逐渐习惯，其适合性与肌肤接触感呈现好转的趋势。
在蓝色系方面，对座椅色彩的评价几乎相似。一般情况下，蓝色系随着时间推移，总体上的评价慢慢好转。由于适合使用及宽舒的评价得分良好，可认为蓝色系是乘客较容易喜欢的色彩。
四、结语
随着高速铁路技术的快速发展，追求高品质的列车乘坐舒适性越来越受到人们的重视。在旅客列车的人机环境系统中，座椅是影响乘座舒适度的重要环节。如何提高座椅乘座舒适性，设计出符合人机工程学要求的列车座椅，是十分重要的课题。
参考文献：
[1]何峰.高速列车座椅乘坐舒适性[J].劳动保护科学技术，2014(01)．
[2]彭波.铁道客车乘坐舒适性研究[J].国外铁道车辆，2014(06)．
[3]吉田.铁道车辆用座椅乘坐舒适性的研究[J].铁道车辆，2018(02).
论文作者:郝月君
论文发表刊物:《基层建设》2019年第2期
论文发表时间:2019/4/24
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