某品牌自行車的人機匹配分析與評價

1、目 錄1、前言22、自行車的結構與尺寸23 車架33.1 車架的標準與振動33.2 震動與車架尺寸的人機分析43.3減震裝置評價53.4 減震車架的改進建議74 坐墊74.1 坐墊的人機分析74.1.1 坐墊的人機接觸面及影響因素74.1.2 壓力及分布對人的影響94.1.3受力分布適宜的坐墊104.2 坐墊的人機評價114.3坐墊的改進建議115 車把125.1 車把的人機關系125.2把手的一般參數(shù)及人機分析125.3 車把的人機評價165.4 車把的改進建議166 腳蹬與曲柄166.1 腳蹬和曲柄的人機關系166.2 腳蹬和曲柄的人機分析176.3 腳蹬和曲柄的評價18 7 結束語20參

2、考文獻201、前言在現(xiàn)代提倡綠色，低碳生活的潮流下，人們越來越注重自己生活的品質(zhì)，和對環(huán)境的影響。在這個大環(huán)境中，人們開始反思機動車輛對生活帶來的影響，出行的選擇也將由家用車輛轉向其他交通工具，自行車以其無任何污染，而且在出行時還可以達到鍛煉身體的效果的優(yōu)點，越來越多的被人使用，自行車又一次給世界帶來驚喜。然而，在機動車輛和自行車共存的年代里，自行車的安全相比之前顯得更加重要，人們當然希望在使用自行車出行，鍛煉的同時，安全同樣有保障。雖然，現(xiàn)代大多數(shù)的交通安全事故和隱患都是與人的違規(guī)操作和失誤有關，但也不排除交通工具本身所存在的設計缺陷。安全人機工程學是從安全的角度和著眼點，運用人機工程學原理

3、和方法解決系統(tǒng)中人機結合面的安全問題的一門新興學科。在自行車的設計過程中，我們可以通過安全人機工程學的知識使自行車與人能夠更好的配合，相互兼容；將受環(huán)境的影響降到最低，或是更好的適應環(huán)境，從而使人有更安全更舒適的騎行，盡量消除機器本身的缺陷，降低人操作的失誤率，最終達到提高安全，降低疲勞，增加舒適度的要求。2、自行車的結構與尺寸自行車的結構主要包括自行車的車架，坐墊，車把，驅動系統(tǒng)及反射器等問題給駕駛者帶來的舒適度與方便性。經(jīng)測量，此車的此相關數(shù)據(jù)如下：表2.1 此車的各部件人機數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)項數(shù)據(jù) 單位（mm）車架規(guī)格PM 710X 510 QB1880坐墊寬308車把寬583把手直徑31剎車把手

4、最大間距89剎車把手角度0腳蹬寬度68腳蹬離地最高距離109腳蹬擋泥板最近距離145曲柄長度173反射器參數(shù)無反射器以下依次對自行車的車架，坐墊，車把，驅動系統(tǒng)及反射器部件進行人機方面的分析。3 車架3.1 車架的標準 根據(jù)QB1880-93中華人民共和國行業(yè)標準-自行車車架自行車車架高度應該在305mm到635mm之間，而且其末位數(shù)推薦位5或0的整數(shù)。對于車架高度的選擇，作如下建議：14寸: 160CM以下15寸: 160CM以下16寸: 160-175CM17寸: 165-180CM18寸: 170-185CM19寸: 173-185CM20寸: 185CM以上21寸: 185CM以上這個

5、數(shù)據(jù)可以適應大部分學生或者是成人的身體，這些都是一般情況，不是絕對的，不排除特殊情況。3.2 車架尺寸的人機分析車架作為整個車子的骨架，最大程度地決定、影響了你騎行姿勢的正確性和舒適性，所以選擇一個合適的車架是至關重要的。車架過長會造成脖子，肩，腰，手臂，手腕，屁股等處疼痛，而且徒增重量，不利于降低操控的靈活性。過高的車架則會拉伸騎車者的肌肉，并且在騎行中要左右轉髖，不利于其發(fā)力，同時有容易造成肌肉損傷；過低的車架則會給胳膊和腰施加過多的里，也容易造成肌肉疲勞。3.3減震裝置評價此自行車的車架規(guī)格為PM 710X 510 QB1880適合175cm左右的男性騎行。不同的人之間感知振動的能力有很

6、大的變化。當中值的感知閾值大約為0.015m/s時，反應的四分位范圍可擴大到大約0.01m/s到最高0.02m/s。感知閾值隨著振動才繼續(xù)時間增加，會有輕微下降，而隨著持續(xù)時間的進一步增加會減少。雖然感知閾值隨著時間的增加不再繼續(xù)降低，但在振動量高于閾值的狀況下由此產(chǎn)生的感覺可能會持續(xù)增加。由上所述，對于減震車架的設計優(yōu)點是利用生物力學的原理來減少騎行過程中振動對人體腰部脊柱及相連的神經(jīng)系統(tǒng)的影響，降低疲勞的產(chǎn)生。至于適度的提高，主要取決于其他諸多因素的綜合影響。而其不足之處就是，由于減震裝置采用的是彈簧減震，在騎行過程中會有比較刺耳的噪聲；彈簧裸露在外，對于其適用于休閑實用的設計目的，應考慮

7、彈簧有可能夾住騎行者的褲腿，特別是在穿寬松褲子的情況。其次，不同的人對振動的感知閾值有很大不同，而且會隨時間和環(huán)境變化，該設計不一定能滿足大部分騎車人的安全舒適度。4 坐墊4.1 坐墊的人機分析4.1.1 坐墊的人機接觸面及影響因素騎行時，人與自行車接觸在三個部位：車把，腳踏，坐墊。坐墊試試接觸人最重要的的部分，不同的騎行姿勢需要的身體重心變化也和坐墊密切相關。如上坡，過彎，過障礙，臀部會隨著身體重心變化，在坐墊上前后左右的移動，不斷的轉髖。其次，坐墊固有的角度和高度都對人體臀部受力強度和受力分布有很大的影響。4.1.2 壓力及分布對人的影響由此可以看出，臀部主要受力的部位是會陰。大部分騎車者

8、騎車臀部疼痛的原因是：壓迫：坐在坐墊上的時候，身體重量壓在坐墊細小的面積上，就會產(chǎn)生非常大的壓強，壓迫到毛細血管，影響了血液循環(huán)。 剪切力和摩擦：蹬踏的時候導致人體在坐墊上發(fā)生輕微的左右搖擺，摩擦坐墊邊緣，產(chǎn)生摩擦，摩擦生熱，不久就導致疼痛和皮膚損傷。和坐墊摩擦產(chǎn)生的剪切力結合壓迫的作用進一步加重了血液循環(huán)障礙。濕氣：汗水帶來的潮濕更加加重了剪切力的作用。溫度：當騎行的時候，皮膚溫度，特別是會陰部的溫度會明顯上升。溫度上升加快了皮膚的新陳代謝，在壓迫和剪切力的作用下血液循環(huán)又發(fā)生障礙，一般會出現(xiàn)酸麻的現(xiàn)象。4.2 坐墊的人機評價此車的坐墊為一般傳統(tǒng)式坐墊，首先，坐墊的高度和角度是可以自行調(diào)節(jié)，

9、這樣有利不同的人根據(jù)不同的人體尺寸在多種騎行條件下調(diào)整以得到舒適的騎行姿勢，減少緩解疲勞的產(chǎn)生。其次，其傳統(tǒng)形式的坐墊相對于符合人體工效學的坐墊來說顯得短而寬，受力分布和強度就如圖2.2所示，對坐骨及髖骨的壓迫較大，特別是會陰部的壓力很大，會使正常的血液循環(huán)受到影響。加之其對大腿內(nèi)側肌肉的摩擦，會使騎行者導致疼痛和擦傷。、4.3坐墊的改進建議為了把減輕降低會陰部的壓力，可以在設計坐墊的時候將兩側墊高，這樣就將更多壓力分散到兩翼坐骨上，從而使會陰部得到解放。5 車把5.1 車把的人機關系人的身體在自行車上的位置直接影響到騎行，它影響到蹬踏力量的傳導效率，也影響騎行中重心的移動及腰背和臀部承受力的

10、大小，從而決定了騎行中的舒適度和疲勞的產(chǎn)生。而人在自行車位置由坐墊和車把共同決定，而且車把和坐墊一樣是可調(diào)節(jié)的把立。騎行者可根據(jù)騎行條件和自身身體尺寸調(diào)節(jié)車把和坐墊的相對位置。車把的位置越靠前，在站立騎行和加速騎行的時候就會獲得更多的力量，并且身體也就越符合空氣動力學，高速騎行的穩(wěn)定性也會更佳。車把越低，就能越在加速的情況下更好的制動。當車把和身體之間的距離越短（或越高）就能夠挺直上身獲得更好的視野。一般傳統(tǒng)自行車都是可調(diào)節(jié)的把立和坐墊，所以車把對騎行影響最大的地方就體現(xiàn)在把手。最符合人體工效學的把手可以讓手臂手掌的肌肉能最舒服，而且能最快速施力與反應，其中做出正確反映的概率要高很多。這對騎行

11、者至關重要，在緊急情況下，特別是在高速騎行中，人的反應時間越短就能越能夠化解危險地可能性，降低事故的發(fā)生率。符合人機尺寸的車把還可以提高騎行的舒適度，降低疲勞的產(chǎn)生，在長時間的騎行中同樣利于騎車者保持較快的反應速度。5.2把手的一般參數(shù)及人機分析在調(diào)節(jié)好車把與坐墊的距離和角度的前體下，騎行操作把手過程中，主要是手施力與把手和剎車。在GB10000-88中國成年人人體尺寸中給出了中國成年人手部的人體尺寸。表5.1 我國成年人手掌參數(shù)年齡分組男（16-60歲）女（18-55歲）百分位數(shù)1 5 10 50 90 95 991 5 10 50 90 95 99手長（單位：mm）164 170 173

12、183 193 196 202154 159 161 171 180 183 189手寬（單位：mm）73 76 77 82 87 89 9167 70 71 76 80 82 84食指長（單位：mm）60 63 64 69 74 76 7957 60 61 66 71 72 76根據(jù)以上人體尺寸其角度可以調(diào)節(jié)在35-45度之間，讓騎乘時候手背與前臂可以打平為準，把手尺寸基本食指與中指的第二節(jié)要可以穩(wěn)穩(wěn)的放在剎車把手上才算合格，如下（圖4.1）所示圖5.1 手與把手結合面注：食指中指的第二節(jié)要能放在剎車把手上，才算夠長從閘把的外表面量到車把，或車把套，或其他防護物的外表面的最大握閘尺寸d，在A

13、和B兩點之間應不大于90mm，B和C兩點之間應不大于100mm 車把手的寬度大概要比肩膀再寬一點點，至少要與肩同寬，這樣操作靈巧有力，而且胸部肌肉自然舒展，可以呼吸的很順暢。由GB10000-88中國成年人人體尺寸給出的肩寬數(shù)據(jù)如下：表5.2 我國成年人肩部參數(shù)分組年齡男（18-60歲）女（18-55歲）百分位數(shù)1 5 10 50 90 95 991 5 10 50 90 95 99肩寬（單位：mm）331 346 352 376 398 404 415304 320 328 351 371 377 387最大肩寬（單位：mm）386 399 406 432 460 469 486347 36

14、3 371 397 428 438 458應用以上數(shù)據(jù)，GB3565-2005/ISO4210:1996自行車安全要求規(guī)定把橫管的總寬度應在350mm到700mm之間。；另外，以下給出不同肩寬建議選擇的把款寬：肩寬范圍s 把 寬cm 38cm 38 - 40 39cm 40 40cm 40 41cm 40 42 42cm 42 43cm 42 44 44cm 44 45cm 44 46cm 44 - 46對于車手把的直徑，應該要符合操縱器一般人類工效學要求即BG/T14775-93的標準：表5.3 我國手柄尺寸標準操縱方式手柄直徑（單位：mm）手柄長度（單位：mm）尺寸范圍優(yōu)先選用尺寸范圍優(yōu)先

15、選用手掌握手柄15-3525-3075-150100-120手指捏握手柄10-2012-1830-7545-50表5.4 手柄尺寸標準柄部形狀直徑（單位：mm）長度（單位：mm）指握手握指握手握尺寸范圍優(yōu)先選用尺寸范圍優(yōu)先選用尺寸范圍優(yōu)先選用尺寸范圍優(yōu)先選用圓柱形10-302020-402830-906080-1301005.3 車把的人機評價此車車把為組合平把，車把的寬度為583mm，手把的直徑為31mm，手剎A和B兩點之間最大為83mm,B和C兩點之間最大為89mm，根據(jù)如上所述，這些參數(shù)基本符合人體工效學原理。但是，此車手剎角度是零度，即手剎與把手持平，這樣的角度，這樣騎行時手腕承受著支

16、撐身體前部的力量，容易引起手腕的酸痛和疲勞。5.4 車把的改進建議剎車與車把平面的角度設計應該是3545度之間，解放手腕的壓力，最好是這個角度設計成可以調(diào)節(jié)的。根據(jù)標準手把直徑在28mm最適合手握，長度在100mm最合適。6 腳蹬與曲柄6.1 腳蹬和曲柄的人機關系相信大多數(shù)人都有體會，在騎車過程中，特別是在下雨和潮濕天氣中，腳蹬的固定由為重要，如果腳從腳蹬滑落可能致使小腿內(nèi)側劃傷，自行車失去平衡。一個好的腳蹬不會容易脫落，相對來說能更容易掌握平衡和提高蹬踏力的傳輸效率。曲柄的長的決定了腳蹬踏所產(chǎn)生的圓周直徑。直徑越大，膝蓋和大腿內(nèi)側的肌肉就要加大伸縮負的才能蹬動曲柄，所耗費的力氣比較大。但是當

17、曲柄的直徑過小時，騎行既定距離曲柄需要轉過的角度就的增加。另外曲柄的長度還應該考慮到自行車在支撐的時候腳踏離地面的高度。所以，合適的曲柄直徑既方便大腿肌肉的用力，又不會讓大腿做太多無用功。6.2 腳蹬和曲柄的人機分析為了使自行車更符合人體工效學，腳蹬的寬度應該大于人體足部的寬度，中國成年人人體尺寸給出中國人足寬及腳長尺寸如下：表6.1 我國成年人足部參數(shù)年齡分組男（18-60歲）女（18-55歲）百分位數(shù)1 5 10 50 90 95 991 5 10 50 90 95 99足寬（單位：mm）86 88 90 96 102 103 10778 81 83 88 93 95 98足長（單位：mm

18、）223 230 234 247 261 264 272208 213 217 229 241 244 251另外GB3565-2005/ISO4210:1996自行車安全要求給出如下標準：自行車在無負載的狀況下，將一只腳蹬出于其最低位置且使腳踩面與地面平行，如果只有一個腳踩面的話，該腳踩面要朝上，自行車應該能有垂直位置向一側傾斜25度而腳蹬上的任何零件不觸及地面。裝有避震彈簧的自行車，在檢測時應使避震彈簧處于壓縮狀態(tài)。不裝有足固裝置的自行車，其腳蹬到前輪胎或前泥板之間的間隙最小不小于89mm。對于曲柄直徑，如下為不同腳長建議選擇的曲柄長度：腿長范圍 （cm） 曲柄長度 65cm - 70cm 165mm 71cm - 76cm 170mm 79cm - 81cm 1