第十卷 第九期 - 2009年十月二日 PDF
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應用灰關聯分析於嬰幼兒汽車安全座椅之產品設計評價模式
賴新喜1,*、陳建旭1、陳昱呈1、葉哲維1、賴成鳳2

1國立成功大學規劃與設計學院工業設計學系
2天主教輔仁大學織品服裝學系
hsinhsi@mail.ncku.edu.tw

Advanced Engineering Informatics, Volume 23(2),2009,165–173

 
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研究之目的是針對嬰幼兒汽車安全座椅,並利用介面壓力實驗來探討安全座椅之舒適關係,同時將應用一科學而有效率的推論方法,來建立嬰幼兒汽車安全座椅之舒適度評價系統(簡稱PDE模式)。本評價系統建立之理論基礎為灰關聯分析方法。灰關聯分析(簡稱GRA)是為灰色系統理論中分析離散序列間的相關程度的一種測度方法,其是根據序列曲線幾何形狀的相似程度來判斷其關聯是否密切。在本研究中,主要在建立嬰幼兒之舒適度評價模式。因此本研究即是以灰關聯分析為理論基礎,並由介面壓力實驗結果進行分析評價,以推論出嬰幼兒安全座椅之力學舒適度。

本研究主要可分為二大階段:(一)力學舒適度之生理量測實驗;(二)應用灰關聯分析方法建立舒適度評價模式。本系統模式之建立是以灰色系統理論之灰關聯分析為基礎。利用灰關聯分析方法來分析嬰幼兒汽車安全座椅之壓力參數,對各個安全座椅做力學性舒適度之相對性評價,並利用Visual Basic程式語來建立此舒適度評價系統。

一、建立座椅變數與座壓參數之關係表

經由座椅壓力實驗與壓力資料計算,我們可求得各個樣本之各個壓力參數值,並取各組資料之平均值而建立成座椅變數與座壓參數之關聯表(如表1),此關聯表將做為灰關聯分析之分析依據。

表 1. 座椅變數與座椅壓力參數之關係表
Seat no.
Seat angle
Soft mat
BCP
BPP
BCA
CCP
CPP
CCA
No. 1
20°
Non
1.3861
0.1569
44.10
16.4009
0.4689
267.95
No. 2
20°
KR
1.4746
0.0932
63.33
13.9042
0.1896
320.43
No. 3
20°
KQ
1.5094
0.1172
57.71
12.7967
0.2247
306.24
No. 4
20°
HD
1.8857
0.0961
50.71
13.8502
0.2066
299.19
No. 5
30°
Non
2.7709
0.1695
85.19
12.9149
0.3586
276.48
No. 6
30°
KR
3.2473
0.1161
118.67
9.5665
0.1630
306.86
No. 7
30°
KQ
3.1535
0.1168
123.14
10.1308
0.1687
306.67
No. 8
30°
HD
2.3438
0.1071
99.24
9.4686
0.1709
294.86
No. 9
40°
Non
2.9875
0.1917
95.43
11.5937
0.2927
255.91
No. 10
40°
KR
3.3883
0.1057
134.48
7.9544
0.1495
283.10
No. 11
40°
KQ
2.7513
0.1443
141.19
7.2699
0.2248
284.05
No. 12
40°
HD
3.1536
0.1342
115.43
7.9237
0.2141
277.24
Note: Back Contact Pressure = BCP; Back Peak Pressure = BPP; Back Contact Area = BCA; Cushion Contact Pressure = CCP; Cushion Peak Pressure = CPP and Cushion Contact Area = CCA

二、進行灰關聯分析
由座椅變數與座壓參數之關係表來定義參考序列,即考慮各新序列之第k個資料,即依各座壓參數之期望值。

綜觀本實驗結果分析與灰關聯評價結果,可將結論總結如下:
  1. 由灰關聯整體評價結果可知:當搭配KR軟墊與HD軟墊時,將座椅角度調為30度可得到較佳的力學舒適度。
  2. 如圖一可知,雖然當座椅角度愈大將可分擔臀部之壓力負荷,但如未加裝軟墊,反而會增加背壓尖峰值而造成力學舒適度變低。故如欲增大座椅角度時,則應著重軟墊之選擇以分散壓力尖峰值。
  3. 而在軟墊材質上,無軟墊與其它三組軟墊有明顯之差異。即當未加軟墊時,背部與座部之壓力總值、尖峰值及接觸面積之效用值皆不如其他三組軟墊。而應用灰關聯分析進行整體評價時,也可明顯看出此三組軟墊之灰關聯度高於無軟墊,故我們可得知:加裝此三組軟墊後將明顯提高座椅之力學舒適度。
  4. 而在此三組軟墊之比較上,硬度最軟之KQ軟墊(100.78 N)雖然在背部與座部接觸面積之效用值較高,但其在壓力總值與尖峰值上則不如KR軟墊(116.46 N)與HD軟墊(135.38 N),而在灰關聯分析之整體評估結果上,亦可得知KQ軟墊並未優於KR軟墊。造成此結果之原因可能為:如Sprigle S.和Chung K.C.(1990)之研究所提,當軟墊過軟,可能會造成變形太多,使得軟墊無法有效分散接觸壓力,因而產生較大之接觸壓力與壓力尖峰值,使得力學舒適度降低。
  5. 討論各壓力參數之關係,我們可得知:椅背壓力尖峰值發生於肩胛骨或腰椎之比例為81 %;而椅座壓力尖峰值發生於坐骨粗隆或大腿上之比例為60 %。雖然無法確定尖峰值在實驗變數與發生位置之關係,但我們可由結果得知,椅背壓力尖峰值的發生位置極容易發生在肩胛骨或腰椎上,而椅座尖峰值則容易發生在坐骨粗隆或大腿上(圖一)。由此結果可知大腿亦容易產生壓力最大值,可能原因為:幼童在乘坐汽車安全座時,腳部呈縣空狀態,因而容易在大腿位置產生較大之壓力。因此,在考慮嬰幼兒汽車安全座椅設計時,應設計一符合幼兒尺寸之輪廓椅,除了應避免椅背及坐骨產生壓力尖峰值,在大腿部位也應著重設計。
圖一、後背支撐壓力和臀部支撐壓力之尖峰值面積比較圖

總結上述結果,我們可知軟墊之選擇將影響壓力參數,選擇適當的軟墊將有效降低尖峰壓力值,增加其舒適程度;而座椅角度之調整,當角度增大時,應利用軟墊設計來降低背壓尖峰值,同時應利用輪廓椅或軟墊設計來避免腿部產生新的壓力負荷。而本研究應用灰關聯分析於舒適度之探討,與實驗統計結果相符,可由此得知灰關聯分析在評價方法應用上有不錯的效果,而日後也可將本系統應用於不同之座椅變數,例如:可評價不同之輪廓椅對幼童之力學舒適度關係;或加裝不同座椅配件時對壓力之影響。因此,評價系統模式的建立將有助於嬰幼兒安全座椅在舒適度的考量與設計決策。
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