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人工蜂群优化BP神经网络在汽车座椅舒适性中的应用

龙江 郭鹏程 陈梓铭 陈翼华 李落星

龙江, 郭鹏程, 陈梓铭, 陈翼华, 李落星. 人工蜂群优化BP神经网络在汽车座椅舒适性中的应用[J]. 机械科学与技术, 2020, 39(2): 273-281. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190129
引用本文: 龙江, 郭鹏程, 陈梓铭, 陈翼华, 李落星. 人工蜂群优化BP神经网络在汽车座椅舒适性中的应用[J]. 机械科学与技术, 2020, 39(2): 273-281. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190129
Long Jiang, Guo Pengcheng, Chen Ziming, Chen Yihua, Li Luoxing. Applying BP Neural Networks Optimized with Artificial Bee Colony Algorithm to Automobile Seat Comfort[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2020, 39(2): 273-281. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190129
Citation: Long Jiang, Guo Pengcheng, Chen Ziming, Chen Yihua, Li Luoxing. Applying BP Neural Networks Optimized with Artificial Bee Colony Algorithm to Automobile Seat Comfort[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2020, 39(2): 273-281. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190129

人工蜂群优化BP神经网络在汽车座椅舒适性中的应用

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190129
基金项目: 

国家重点研发计划项目 2016YFB0101700

详细信息
    作者简介:

    龙江(1993-), 硕士研究生, 研究方向为座椅静态舒适性, longjiang140@126.com

    通讯作者:

    李落星, 教授, 博士生导师, llxly2000@163.com

  • 中图分类号: U463.83

Applying BP Neural Networks Optimized with Artificial Bee Colony Algorithm to Automobile Seat Comfort

  • 摘要: 汽车座椅舒适性的主观评价和客观评价之间的关系存在复杂性和高非线性的特点。传统的BP神经网络(反向传播神经网络)对初值敏感且容易陷入局部最优解,因此无法建立精确的座椅舒适度预测模型。针对该问题,提出利用人工蜂群算法优化后的BP神经网络(ABC-BP)来预测座椅的舒适性的方法。通过开展体压试验得到了176组压力分布样本数据,其中89%的数据作为模型的训练部分,11%的数据作为模型验证,将预测结果与真实值相比较,ABC-BP预测模型的均方误差MSE为0.0019,确定性系数R2为0.946,比传统BP神经网络预测模型得到的MSE降低了84.68%,R2提高了42.5%。结果表明,利用人工蜂群算法优化后的BP神经网络所建立的汽车座椅舒适性预测模型稳定性更强、预测效果更加精准。
  • 图  1  BP神经网络的结构

    图  2  ABC-BP流程图

    图  3  体压分布测试

    图  4  5%人体的体压分布

    图  5  50%人体的体压分布

    图  6  95%人体的体压分布

    图  7  蜂群最优解的适应度

    图  8  均方误差对数变化曲线

    图  9  预测结果对比图

    图  10  预测回归图

    表  1  舒适性主观评价表

    坐垫 靠垫
    序号 评价指标 主观评价 序号 评价指标 主观评价
    1 景中软硬 不舒服 偏不舒服 一般 偏舒服 舒服 7 软硬 不舒服 偏不舒服 一般 偏舒服 舒服
    2 侧翼软硬 不舒服 偏不舒服 一般 偏舒服 舒服 8 陷入 不舒服 偏不舒服 一般 偏舒服 舒服
    3 坐垫陷入 不舒服 偏不舒服 一般 偏舒服 舒服 9 腰托支撑 不舒服 偏不舒服 一般 偏舒服 舒服
    4 大腿支撑 不舒服 偏不舒服 一般 偏舒服 舒服 10 腰托高度 不舒服 偏不舒服 一般 偏舒服 舒服
    5 坐垫贴合 不舒服 偏不舒服 一般 偏舒服 舒服 11 靠背贴合 不舒服 偏不舒服 一般 偏舒服 舒服
    6 侧翼支撑 不舒服 偏不舒服 一般 偏舒服 舒服 12 侧翼支撑 不舒服 偏不舒服 一般 偏舒服 舒服
    13 侧向支撑 不舒服 偏不舒服 一般 偏舒服 舒服
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    表  2  坐垫的体压分布测试结果

    样本 平均压力/kPa 峰值压力/kPa 质量/kg 最大压力梯度/(kPa·cm-2) 不对称系数/%
    1 3.68 10.29 34.45 2.43 0.63
    2 3.5 13.33 36.95 3.42 0.68
    3 3.64 9.18 37.92 2.52 0.61
    4 4.47 13.77 38.92 5.64 0.49
    5 4.07 9.53 37.32 3.10 0.33
    6 4.26 12.61 48 4.86 0.49
    7 3.78 9.57 41.87 3.26 0.47
    8 4.11 11.48 33.86 3.89 0.44
    9 3.82 9.7 49.8 2.57 0.36
    10 5.36 15.7 44.1 4.72 0.7
    172 3.48 10.93 35.16 2.84 0.5
    173 0.04 10.73 31.95 2.85 0.47
    174 3.86 7.95 46.94 2.73 0.43
    175 5.16 14.06 53.75 3.13 0.47
    176 4.24 12.88 44.4 3.65 0.54
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    表  3  靠背的体压分布测试结果

    样本 平均压力/kPa 峰值压力/kPa 质量/kg 平均压力梯度/(kPa·cm-2) 不对称系数/%
    1 2.02 4.73 7.48 0.14 0.29
    2 1.91 6.06 7.67 0.23 0.39
    3 2.24 5.33 11.62 0.32 0.2
    4 2.25 6.42 14.01 0.29 0.27
    5 2.14 4.46 15.85 0.34 0.19
    6 2.11 6.3 16.47 0.35 0.26
    7 1.89 5.06 9.09 0.21 0.18
    8 2.54 6.68 17.31 0.3 0.34
    9 2.92 5.69 13.2 0.17 0.12
    10 2.42 7.66 17.4 0.35 0.32
    172 1.46 3.93 6.93 0.22 0.38
    173 1.39 3.25 6.45 0.19 0.35
    174 1.3 2.35 9.39 0.23 0.36
    175 1.58 4.76 12.51 0.28 0.35
    176 1.47 3.23 8.83 0.18 0.35
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    表  4  舒适性预测结果

    样本号 实际值 ABC-BP预测值 BP预测值
    1 1.186 0 1.202 5 1.218 4
    2 1.049 0 1.098 6 1.172 4
    3 1.514 0 1.506 6 1.489 0
    4 1.149 0 1.152 5 1.126 4
    5 1.420 0 1.395 6 1.323 6
    6 1.577 0 1.525 3 1.502 7
    7 1.363 0 1.349 3 1.251 5
    8 1.355 0 1.333 7 1.296 2
    9 1.334 0 1.313 4 1.318 2
    10 1.470 0 1.462 6 1.541 8
    11 0.999 0 1.041 6 1.197 2
    12 1.086 0 1.141 5 1.214 7
    13 1.086 0 1.188 1 1.284 3
    14 1.144 0 1.181 8 1.268 2
    15 1.215 0 1.232 0 1.337 7
    16 1.215 0 1.244 5 1.318 7
    17 1.028 0 1.120 6 1.231 7
    18 1.478 0 1.434 4 1.381 2
    19 1.597 0 1.569 8 1.621 5
    20 1.028 0 1.085 5 1.106 7
    均方误差 0.001 9 0.012 4
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-02-20
  • 刊出日期:  2020-02-05

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