重卡内饰空间舒适性设计研究综述

张路1 ,修安行1 ,宋明亮1 (通讯作者),李宝军2

2023-11-09 14:44:00

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摘要:文章对交通工具内饰的舒适性设计和评价方法进行系统性梳理,为重卡内饰的舒适性研究提供借鉴通过文献调研法对舒适性概念进行阐述,后对国内外工学领域和设计学领域的研究侧重点和评价方法进行梳理划分出一般、普遍、广义三个重卡舒适性层级,并对重卡舒适性三个层级与内饰设计元素的对应关系进行总结,最后提出设计建议及展望。


关键词:舒适性;内饰空间;重卡;综述

引言

重卡内饰的研究相比于乘用车起步较晚,因此在设计上没有得到足够重视。现如今重卡司机已经发展成为一个庞大的社会群体,为其营造一个安全舒适的工作环境已经成为了一个不可忽视的问题。一方面由于物流行业对运输时效有着较高的要求,一般采用昼夜轮班的工作方式,车辆需要长时间高速运行。相比于乘用车而言,驾驶员在车辆内饰空间中活动时间更长,在此期间驾驶员的工作、休息、就餐、娱乐都需要在内饰空间中完成,这种行业的特殊性对内饰空间的舒适性提出了更高的要求。另一方面,汽车内饰是车辆总成中与驾驶员直接接触的部分,因此其设计的合理性直接影响驾驶员的使用感受。舒适性较差的内饰环境容易产生疲劳驾驶,继而引发交通事故。舒适性好的汽车可以在一定程度上减缓驾驶人员的疲惫感,保障车辆的行驶安全。


一、舒适性概念解析


美国学者Hertzberg指出:舒适与不舒适是人的两种知觉状态,所谓舒适就是没有不舒适的感觉。这种知觉受到时间因素的影响较大,会随着时长的改变而改变。Corlett认为当人体各部位感觉达到平衡时就会产生舒适的感受,一旦这种感受被外界干扰时就会产生不舒适的感觉Slater则认为舒适是人与周围环境在物理、生理和心理三个维度上和谐相处的状态De Looze认为舒适是人对所处环境产生的主观反应,受到生理、心理及物质等因素的影响。国内学者罗仕鉴认为舒适是一种主观感受,取决于人在不同的工作环境、时间长短以及不同任务而造成不同程度的舒适感觉,是结合生理与心理两方面经验的感知。基于以上分析可以将舒适性定义为:人们在使用某种产品过程中,在外界物理条件刺激下产生的一种主观感受。这种感受包含两个方面,一是生理感受,比如操作是否方便、乘坐是否舒适、是否容易产生疲劳感等等;二是心理感受,从人的视觉感官和心理需求出发,综合考量产品形态是否新颖、色调是否调和、装饰是否适当、功能是否能满足需求。生理感受由使用过程中的可用性和易用性决定,而心理感受则源于用户文化背景所导致的审美取向和功能需求。


二、舒适性研究视角


舒适性问题直接关系到驾驶的工作负荷和行车安全,因此一直是国内外学者研究的热点问题。在不同的领域,对舒适性研究的侧重点有所不同。对于舒适性的研究最初始于工学领域,Janeway1948年提出承受振动的人体舒适性评价标准,随后对舒适性的研究发展到了设计学领域。20世纪50年代英国人机工程学研究会对人机关系进行系统研究开始由人适应机器到机器适应人的思想转变。随后又融入生理学、心理学等内容,发展成为现代人机工程学,以人为本探讨特定空间下人与机器的关系,在保障安全与效率的同时力求人够得到较高的舒适性体验。


在工学领域,Basri等人通过实验研究座椅靠背角度和震动频率对乘坐舒适度和感知阈值的影响。陈吉清从环境参数、人体调节、服装热阻角度研究热舒适性与乘坐舒适性的关系。工学领域汽车舒适性研究集中关注车辆本身的物理特性,比如车辆震动、噪声及驾驶舱内的热舒适性对驾驶员的触觉和听觉的影响。


在设计学领域,研究人员对交通工具舒适性的研究大多聚焦于乘用车、高铁和飞机等载客交通工具。Ismail等人基于人体臀部压力分布数据和坐姿高度等人体测量学数据对车辆进行人机工程学评估,旨在通过对汽车座椅的人机工程设计来提升驾驶员的乘坐舒适性章勇、徐伯初以人机工程学为基础根据目标客户群创建高速列车乘客和乘务员的虚拟人体模数对列车座椅的空间舒适性进行研究徐江华基于人机工程学,结合观察法与压力分布实验研究乘员睡眠、使用手机、观看舱内娱乐系统三种行为姿势下产生的最舒适静态坐姿与对应的最佳压力值关系。孙守迁和吴群在其研究中引入人机约束概念以关节舒适性作为人机特征,构建人机约束模型,探讨驾驶空间布局舒适性与人机的关系。上述研究多以人体测量数据为视角进行舒适性的影响因素探讨,随着研究的深入,学者们逐渐拓宽视野,在生理研究的基础上开始考虑心理因素对舒适性的影响。Lee认为内饰设计由最开始的关注物理空间开始转向心理空间的情感表达,因此他从主观体验的角度来研究内饰空间的情感表达Wagner从色彩偏好角度研究了内饰色彩与心理舒适性的关系锦亦从功能性和情感性两个角度出发,系统考虑色彩对乘员的空间感知、情绪、行为方面的影响,研究了色彩与视觉舒适性的关系,提出基于视觉舒适性和环境空间感知的高铁内饰环境配色理论。吴凤林、杨加明运用小空间设计思维,从视觉心理出发,通过对重卡内饰进行合理布局以及颜色搭配改善了空间狭小感,提升了舒适性。马婧以环境心理学为理论基础研究内饰色彩、空间划分和材质三个因素对重卡内饰舒适性的影响


对于舒适性的研究,离不开对人机器环境三者形成的系统的研究。工学领域侧重从车辆(即机器)的物理属性对人的影响来进行探究,而设计学领域则将视角更多聚焦于人的生理、心理层面。


三、舒适性评价方法


舒适性评价方法分为主观评价和客观评价两种。主观评价一般通过量表和问卷来进行,比如CorlettBishop提出身体部位不舒适度尺度法(Body Part Discomfort RatingBPD),这种方法最初被应用于飞行员座舱实验中,如今广泛适用于各种类型的舒适性研究中Larry G.Richards等人通过实验收集公交车及火车环境物理特征及乘客对车内环境的主观评分来综合确定车辆舒适。刘建中利用心理测量中的意义微分法对汽车乘坐舒适性进行主观评价并结合模糊测度理论构建乘坐舒适性主观评价层次模型卢兆麟通过发放问卷结合“词频逆向文本频率”的方法获取舒适性指标主题词,利用层次分析法构建“人环境”系统下的汽车驾驶舒适性模型。余隋怀、刘敬提出主客观综合赋权的舒适性评价方法,提高了舒适性评价指标的客观性和准确性


客观评价一般是通过实验设备采集人的生理数据,通过数据直接反是否舒适。Liu Y等人结合肌电图(EMG)和上肢运动轨迹确立了转向舒适度评估指标,根据指标构建ANN评估模型,建立了一种客观的车辆转向舒适性评价方法。金晓萍通过测量体压分布研究材料与汽车座椅静态舒适性的关系。朱晓东、唐铭泽通过测量肩背部的肌电信号,研究电竞椅靠背的角度、坐高、有无扶手等因素对舒适性的影响


四、车辆内饰空间舒适性研究


一)重卡舒适性层级划分


重卡内饰空间是车辆总成中直接与驾驶员接触的部分,为驾驶员提供了人车交互和操作界面功能,直接影响驾驶员的生理与心理感受,进而影响驾驶员的乘坐舒适性。按照功能属性可以将重卡内饰空间划分为操控系统、乘坐系统、休息系统、储物系统、信息系统、照明系统。按照具体的部件构成可以划分为方向盘、座椅、中控台、卧铺、地板、顶棚、侧围、储物箱(图1。重卡内饰系统的组成十分复杂,因此如何界定上述各个内饰构成要素对驾驶员舒适性的影响程度,并以此为参考依据重新设计内饰空间,提高内饰空间的舒适性是亟待解决的问题。


支锦亦、王金在其研究中按照舒适性的内涵发展将其分为四个阶段,即震动舒适性、一般舒适性、普遍舒适性和广义舒适性。由于前两者均属于车辆物理特性对舒适性的影响,结合车辆内饰设计自身特点可以重新将其划分为三个阶段:一般舒适性、普遍舒适性和广义舒适性,在内饰设计中,由于内饰不同的组成要素对舒适性影响的程度有所区别,因此按照舒适性层级的划分将其对应的重卡内饰设计要素进行归类(表1


(二)舒适性与内饰设计要素对应关系


由于一般舒适性针对的是车辆在运行过程中产生的振动和噪声等内容,在车辆工程领域有针对此问题的NVH和热舒适性研究,属于工学领域研究范畴,因此在进行内饰设计时不予考

普遍舒适性重点研究的是人的生理因素与舒适性的关系,保障的是最基本的舒适性需求。Zhang通过实验研究发现不舒适主要与疼痛、疲劳、身体麻木等生理因素有关,这些不舒适是由外部条件造成身体约束而产生的。因此在对重卡内饰空间进行重新设计时要以人机工程学为基础,注重功能布局的合理性以及座椅、卧铺的可调节性和材料的选择,避免不舒适的产生,以此来缓解驾驶员的疲劳感。


广义舒适性是驾驶员对内饰空间的心理综合感受,分为视觉感知、审美和功能需求三个内容。在视觉感知方面,重卡内饰空间是一个狭小的箱体结构,驾驶员长时间处于狭小空间极易产生压抑的情绪,可以通过对内饰色彩的选择在视觉上营造出空间的扩张性。另一方面,人天生具有领域性需求,这种需求指的是人在心理上所需要的最小空间范围,属于心理尺度范畴。如果区域划分不明显或者这个领域被侵犯就会引起人们的焦虑和不安。色彩具有面积感和领域感的特性,可以利用色彩的这些属性实现空间布局的隐性分割,提升舒适性。色彩的选择还要充分考虑不同的色彩对驾驶员视觉疲劳度的影响。在审美偏好方面,马斯洛在《动机与人格》中将需求划分为七个层次,其中审美需求位于第六层次,人们在基本需求得到满足后就会追求更高层次的需求。国产重卡大多数是以国外高端重卡为蓝本进行逆向工程的模仿,其设计元素的选择也是基于国外的文化和审美偏好。因此在进行重卡内饰设计时,要立足于本土使用者的审美偏好,合理运用设计元素进行造型设计,在心理情感上提升用户的使用舒适性。在功能需求方面,重卡不同于普通的乘用车,重卡驾驶员在车内活动时间更长因此重卡内饰空间功能配置在保障简单生活需求的基础之上,应该满足更高层次的功能需求。可以对用户需求按照功能属性进行分类并确定优先级排序,改善用户满意度进而提升用户的使用舒适性。


五、舒适性研究趋势展望


一般舒适性是基本保障,而广义舒适性是对舒适性的进一步提升。设计学领域对内饰空间舒适性研究,在人机关系基础上更加关注感官体验、功能需求、环境心理等因素对驾驶员舒适性的影响。在评价方法上,针对普遍舒适性所对应的疼痛、疲劳、不舒适感等人机关系问题多采用客观评价方法。针对视觉感知、审美和功能配置等问题更多采用主观评价的方法。客观评价需要的被试者数量少且可以得出针对某一生理指标的准确数据,但是难以对美学和情感等人的主观感受进行独立评价。人的心理感受具有模糊性、不确定性的特征,舒适性作为人的一种主观感受,仅用主观评价也难以客观、科学地衡量。因此在未来的车辆内饰舒适性研究工作中可以将两种方法相结合,对重卡内饰空间舒适性进行综合评价。


目前对于车辆舒适性的研究多数针对客用类交通工具,对重卡内饰舒适性的研究相对较少。因此文章对舒适性概念、不同领域对舒适性的研究以及舒适性评价方法分别进行了综述,对不同领域关注的侧重点和研究方法分别进行对比。基于国内外学者的研究成果对重卡舒适性层级进行了划分,阐述了重卡舒适性与内饰设计要素的对应关系,提出了重卡舒适性设计的研究展望。

中央高校基本科研业务费支持(DUT21RW118);三维CAD几何引擎与研发平台构建,国家重点研发计划(2020YFB1708900)


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