Future vehicles: the effect of seat
configuration on posture and quality of conversation
Journal Ergonomics Volume 62,2019 - Issue 11
Abstract
The percentage of passengers that prefer travelling in groups is increasing. In most vehicles, passengers sit side by side and need to turn their body to be engaged in the conversation with their fellow travellers. However, rotating the body could lead to discomfort which influences conversation quality. The aim of this research is to study the effect of seat configuration on the (dis)comfort experience, conversation quality and posture. Experiments in which participants were asked to talk to each other while sitting at the same distance (1 m) were conducted in four seating arrangements (with seat-belts on), where the angle between the forward directions of two seats were positioned at 0° (side by side), 22.5°, 90° and 120° (almost opposite each other), respectively. Optical tracking has been deployed and the collected data were processed with MatLabreg; to acquire postural angles over time. Questionnaires were also used to evaluate the perceived (dis)comfort and the quality of the conversation. Experiment results indicate that the 120° configuration scored the best in the overall comfort and the quality of conversation, but only slightly better than the 90° configuration.
Practitioner summary: Seating side by side is not optimal to have a comfortable conversation with your seatmate. To improve comfort and quality of conversation in future vehicles, we tested four seating arrangements analysing the effect of seat layout on (dis)comfort experience. Statistical analysis of objective and subjective data shows the optimal configuration for a comfortable conversation.
Abbreviation: LPD: localized postural discomfort; PDF: probability density function; OCRA: occupational repetitive action
Keywords: Comfort, seating arrangement, conversation quality, seat layout, vehicle design
1. Introduction
The number of passengers travelling in groups is increasing. A study of Homburg (2017) shows that more than 28% of passengers at Amsterdam Airport Schiphol travel within a group (ge;2 people). Meanwhile, “CWT Connected Traveller Study” (2017) indicates that millennials (people born between 1980 and 2000) like to travel in groups and are more sociable than older generations of business travellers. Both imply that the desire to socially interact and converse in transit will grow.
However, interacting with seatmates in an aeroplane or a car might be difficult (Lille et al. 2016). The main reason is that in the current seat configuration, passengers sit side by side and have to turn their eyes, head, shoulders, torso, or even the whole body to be engaged in a conversation (Liesbeth Groenesteijn et al. 2014). Awkward postures, especially for a prolonged amount of time, could lead to discomfort (Peter Vink et al. 2017). This is, especially, true for autonomous driving vehicles (electric), where passengers (and lsquo;driversrsquo;) can spend more time conversing.
The comfortable community model (Dumur, Barnard, and Guy 2004) suggests that comfort can be increased in facilitating conversation between people through the improvement of cabin layout and services. To facilitate a more comfortable conversation, fewer rotations in the various segments of the body are preferable (Naddeo, Cappetti, and Drsquo;Oria 2015). It can be presumed that, if the seat configuration allows people to have less torso and neck rotation in their conversation, people might feel more comfortable during the conversation. However, only few studies (Nguyen 2016; Piro et al. 2018) have been conducted regarding the relations between the configuration of the seats, the comfort of people and the quality of their conversation. Both research, however, did not gather angles over time, thus more information is needed.
The aim of this research is to study the effect of seat configuration on (dis)comfort experience, conversation quality and posture for finding the best seat configuration which is able to maintain postural comfort in relatively long time, therefore improve the quality of conversation. For this, using both subjective and objective measures, an experiment was designed to investigate the seat configurations on (1) (dis)comfort experience, (2) the quality of the conversation and (3) taken postures.
The output of this study could be a basis for designing interiors of vehicles, such as autonomous cars, trains and aircrafts.
2. Literature review
During social interaction, people surround themselves with implicitly defined and organised space, which is internalised at an unconscious level (Hall 1966; Madanipour 2003; Sommer 1969). Respecting this space could improve comfort during social interaction. There are studies (Sorokowska et al. 2017) on distances between standing persons to facilitate communication, e.g. Hall (1966) studied the interpersonal distances in social interaction, concluding that there are four important interpersonal distances: (1) Intimate distance (between 0 and 0.45thinsp;m), which is reserved for lovers, pets and family members; (2) Personal distance (between 0.45 and 1.2 m), which reserved for friends; (3) Social distance (between 1.2 and 3.7 m) for strangers and members of newly formed groups; and (4) Public distance (between 3.7 and 7.6 m), which is for large audiences. These distances had been largely deepened with the recent study (Sorokowska et al. 2017) that takes into account even the cultural and ages differences.
Comfort of people is an important factor (Dumur, Barnard, and Guy 2004) in social interaction. In general, comfort can be defined as a sense of physical or psychological ease. Helander and Zhang (1997) and Zhang, Helander, and Drury (1996) investigated the difference between comfort and discomfort in the field design for comfort, and they found that feelin
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未来汽车：座椅配置对姿势和谈话质量的影响
摘要
喜欢团体旅行的旅客比例正在增加。在大多数车辆中，乘客并排坐着，需要转动身体才能与同行交谈。然而，旋转身体会导致不适，从而影响谈话质量。本研究旨在探讨座椅配置对舒适体验、交谈品质及姿势之影响。实验中，参与者被要求在相同距离（1米）坐着时相互交谈，分为四种座位安排（系上安全带），两个座位的前向夹角分别为0°（并排）、22.5°、90°和120°（几乎相反）。本研究已经部署了光学跟踪，并使用MatLab处理收集的数据，以获取随时间变化的姿势角。问卷调查也被用来评估被感知的舒适度和谈话质量。实验结果表明，120°配置在整体舒适性和通话质量上得分最高，但仅略高于90°配置。
从业者总结: 并排的座位并不是和你的座驾进行舒适交谈的最佳选择。为了提高未来车辆的舒适性和通话质量，我们测试了四种座椅布置，分析了座椅布置对舒适性体验的影响。对客观和主观数据的统计分析表明，最佳的会话结构是舒适的。
缩写:
LPD: 局部姿势不适；
PDF：概率密度函数;
OCRA: 职业重复行为
关键词: 舒适度、座位安排、谈话质量、座位布局、车辆设计
1. 介绍
成群结队旅行的旅客人数正在增加。Homburg（2017年）的一项研究表明，阿姆斯特丹机场Schiphol超过28%的乘客在一个团队内旅行（2人以上）。同时，“CWT关联旅行者研究”（2017）表明，千禧一代（1980年至2000年出生的人）喜欢结伴旅行，比老一辈商务旅行者更善于交际。两者都意味着，在运输途中进行社交互动和交谈的欲望将会增长。
然而，在飞机或汽车上与乘客互动可能会很困难（Lille等人。2016年）。主要原因是在当前的座椅配置中，乘客并排坐着，必须转动眼睛、头部、肩膀、躯干，甚至整个身体才能进行对话（Liesbeth Groenesteijn等人。2014年）。笨拙的姿势，特别是长时间的姿势，可能会导致不适（Peter Vink等人。2017年）。这尤其适用于自动驾驶汽车（电动），乘客（和“司机”）可以花更多时间交谈。
舒适社区模型（Dumur、巴纳德和Guy 2004）表明，通过改善客舱布局和服务，可以增加舒适度，促进人们之间的对话。为了方便更舒适的交谈，最好减少身体各部分的旋转（Naddeo、Cappetti和DOria 2015）。可以推测，如果座椅结构允许人们在交谈中少转动躯干和颈部，人们在交谈中可能会感到更舒适。然而，研究很少（Nguyen 2016；Piro等人。2018年）就座椅配置、人们的舒适度和交谈质量之间的关系进行了研究。然而，这两项研究并没有随着时间的推移收集角度，因此需要更多的信息。
本研究旨在探讨座椅配置对舒适体验、会话质量和姿势的影响，以期找出能够在较长时间内保持姿势舒适的最佳座椅配置，从而提高会话质量。为此，采用主观和客观两方面的测量方法，设计了一个实验来研究（1）舒适体验，（2）谈话质量和（3）采取的姿势的座椅配置。
本文的研究成果可为自主汽车、列车、飞机等车辆的内饰设计提供依据。
2. 文献综述
在社会交往中，人们用隐含的定义和有组织的空间包围自己，这种空间在无意识层面被内化（Hall 1966；Madanipour 2003；Sommer 1969）。尊重这一空间可以提高社交过程中的舒适度。有研究（Sorokowska等人。2017）关于站立人员之间的距离，例如Hall（1966）研究了社会交往中的人际距离，得出以下结论：有四种重要的人际距离：（1）亲密距离（0到0.45thinsp;m），这是为恋人、宠物和家庭成员预留的；（2）个人距离（0到0.45thinsp;m）0.45米至1.2米），为朋友预留；（3）陌生人和新组建团体成员的社交距离（1.2米至3.7米）；以及（4）公众距离（3.7米至7.6米），为大量观众预留。最近的研究大大加深了这些距离（Sorokowska等人。这甚至考虑到了文化和年龄差异。
在社交互动中，人们的舒适感是一个重要因素（Dumur、Barnard和Guy 2004）。一般来说，舒适可以定义为身体或心理上的放松。Helander and Zhang（1997）和Zhang，Helander and Drury（1996）研究了舒适性和不舒适性在舒适性领域设计中的差异，他们发现不舒适感与疼痛、疲劳、酸痛和麻木有关，而舒适感则更多地与奢侈、放松或精神振奋有关。对于乘坐飞机等车辆的乘客，Ahmadour等人。（2014）确认旅客在飞行过程中的舒适体验包含物理、生理和心理因素，并通过情境感知的主题结构及其诱发特征进行配置。因此，现代飞机的内部设计通过满足包含乘客身体健康和安全问题以及促进社会互动的设计标准，提供了一定程度的舒适度。
在室内设计的不同元素中，座椅在考虑乘客相互作用时起着重要的作用，引起了研究人员的注意（Bouwens等人。2018年；Hiemstra van Mastrigt等人。2015年；Vink等人。2012年；Vink和Brauer 2011年）。座椅设计中的许多因素对人体舒适感有着深刻的影响，例如座椅的尺寸、侧支撑和座椅材料的硬度或柔软度（Kamp 2012）。就座椅布局而言，研究通常与乘客进出口有关（Vink和Brauer，2011年），很少有关于谈话时身体舒适性的研究。例如，Nguyen（2016）的一项研究表明，沟通和舒适的最佳座位安排是L形配置，这已在Piro等人的研究中得到证实。（2018年）。
不同的研究表明，最舒适的姿势对应于关节或休息身体的中性位置，称为“休息姿势”（Andreoni等人。2000年；克里斯滕森和尼尔森1999年）。在“休息姿势”中，人体肌肉放松或处于最小应变水平，从而使肌肉活动、韧带应变最小化，并优化舒适感（Galinsky等人。2000年；Apostolico等人。2014年；Naddeo、Nicola和Mariarosaria 2019年）。因此，为了评估姿势舒适度，研究姿势角度可能是有帮助的。
在评价谈话过程中人们的（dis）舒适度时，通过问卷调查，使用局部姿势不适（LPD）（Grinten 1992）和关于谈话质量的问题收集主观数据的感知。取而代之的是，客观数据是通过获取姿势角度，利用光学跟踪收集的。LPD仪器是用来帮助参与者在实验中回答问题的。视觉地图有助于集中在身体区域，同时，7点刻度有助于立即作出反应，而不会失去不适感。一些作者，如Hiemstra van Mastrigt（2015，2016），Bouwens等人。（2018），以及Veen等人。（2015）使用LPD问卷分析不适感。为了评估谈话的质量，使用7点Likert量表（Joshi等人。2015年），得分从1分“非常不同意”到7分“非常同意”。这些问题旨在了解参与者在特定情境下的社交互动过程中的感受，关注他们是否感到自在。在科学文献中还没有找到一个合适的问卷调查模型。
图1 问卷调查结果（1thinsp;=thinsp;极不同意，7thinsp;=thinsp;极同意，Nthinsp;=thinsp;20）。
在人体姿势的研究中，图像和视频经常被用来识别和跟踪解剖标志（Hung、Witana和Goonetileke 2004）。例如，利用摄影测量法，研究人员能够根据在正面和/或矢状面上拍摄的图像估计受试者的姿势（Naddeo等人。2018年；Jung、Kim和Lyou，2017年）。随着计算机视觉和人工智能技术的发展，在图像（视频帧）中提取关于特定颜色和形状的特征点，例如人脸上的地标（Ranjan、Patel和Chellappa 2016）成为可能。这些方法很有效（Foudeh、Khorshidtalab和Salim 2018；Yuan等人。2017）然而，由于不同场景下的复杂性以及所需的计算能力，目前仅限于有限的应用。
红外摄像机运动捕捉系统（Frankton 2018）已广泛应用于研究人体运动。它是准确的，能够捕捉运动在一个相对较高的频率，但成本很高。替代解决方案，例如使用结合高清摄像机和Kinovea的运动捕捉分析系统（Muaza或Adnan等人。2018年；Commentale等人。研究人员对其进行了研究。在这些解决方案中，使用基准标记可以是一个有用的解决方案，因为设置简单，高分辨率相机的可用性不断增加。
在计算机视觉中，设计基准标记通常用于跟踪特定的地标（Hung、Witana和Goonetileke 2004）。这些设计通常允许基于计算能力有限的视频流的帧实时计算标记的位置和方向（Avola等人。2016年）。通过附加这样的标记，例如ArUco标记（Garrido Jurado等人。2014年；Mondeacute;jar Guerra等人。2018），对于一个对象的特定（解剖）地标，可以基于该地标的3D位置、方向和轨迹估计该对象的姿势以及运动。
3. 材料和方法
3.1. 材料
实验在德尔夫特理工大学工业设计工程学院的舒适性实验室进行。实验前，材料、程序和数据管理计划均已通过德尔夫特理工大学伦理委员会的批准。两张系有飞机安全带的办公椅并排摆放，以模拟飞机座椅。两个座位中心之间的距离为1（一）米，位于适合所有年龄和国籍的社会交往中的朋友的私人空间区域（Hall 1966；Sorokowska et al。2017年）。四种不同的座椅配置（座椅相互旋转）如图2所示。使用座椅中心作为旋转中心，在四种配置中，座椅前向之间的角度设置为0°、22.5°、90°和120°（见图2）。在地板上用尺子、卷尺、测角仪和带有角度编号的标记来设置配置。
图2. 检查座位安排。在右侧，座椅旋转突出显示
选择这些配置是有特定原因的。如今，在飞机和车辆内部，一些公共汽车、电车和火车中存在0°和90°配置；22.5°表示当前汽车和飞机内部允许的假设最大旋转；120°来自最近研究的姿势角结果（Piro等人。2018年）。180°配置，其中每个主题都在他/她的对话者面前，不包括在内，因为人们感到被迫进行对话（Piro等人。2018年）。
安全带被用来模拟真实的交通场景，乘客因安全原因被限制自由度（图3）。四台GoPro HERO5黑色摄像机用于记录参与者的对话。对于每个参与者，他/她上方都放置了一个摄像头。另外两个被放置在设置前后，同时捕获两个参与者。视频以2.7k线性模式（2704times;2028像素，宽高比4:3）录制，每秒60帧。
图 3. 在实验过程中使用的一台照相机的裁剪图像。强调参与者的姿势，使用安全带将臀部固定在座椅上。
3.2. 问卷
调查问卷用于评估参与者的舒适度和每个座位安排的对话质量（见附录A图A1）。实验前收集性别、年龄、身高、体重等信息。然后，在每种配置的10分钟结束时，要求参与者在保持就座状态的同时填写问卷。调查问卷包括关于他们上身（眼睛、脖子、肩膀、躯干、腰椎、骨盆）的7点Likert量表（Joshi等人，1992年）的LPD问题。2015）；使用7分利克特量表对互动的心理感知进行四项陈述；对舒适度进行总体评分（10分）；对对话质量进行总体评分（10分）。包括侧面防护装置的视觉地图，以便向参与者清楚地显示身体区域，使他们能够在不丧失不适感的情况下立即做出反应（Hiemstra van Mastrigt等人。2015年；Veen等人。2015年；Hiemstra van Mastrigt等人。2016年；Bouwens等人。2018年）。
3.3. 参与者
由于座位之间的距离是在适合朋友的个人空间，一个招聘要求是只有成对的朋友可以参加。因此，10组，即20名参与者，10名男性和10名女性，在所有配置中进行了测试。选择只测试成对的朋友是为了帮助他们进行一次舒适的交谈，在交谈中他们能够感到轻松。表1是参与者的人口数据。所有参与者都属于千禧年年龄组（CWT互联旅行者研究2017）。所有参与者都有过乘坐飞机或汽车旅行的经历。
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