公交車扶手改善的人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)

1、課程大作業(yè)（論文） 公交車扶手改善的人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)課 程 人機(jī)工程學(xué) 專 業(yè) 工業(yè)工程 年級(jí)班別 學(xué) 號(hào) 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 2013年 6 月公交車扶手改善的人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)【摘要】在日常乘坐公交車的過程中，常?？梢姳还卉嚪鍪峙龅筋^、抓不到公交車扶手和抓久扶手后手不舒服等問題，在公交車開停時(shí)也往往出現(xiàn)，車?yán)锏娜肆⒆瞬环€(wěn)的問題。針對(duì)這些問題，本文綜合運(yùn)用了人機(jī)工程學(xué)的理論和方法，分析了目前的公交車扶手，指出了它的不足之處，并提出了各種新改善方案?！娟P(guān)鍵字】工效學(xué)，人機(jī)工程學(xué)，公交車扶手1 引言隨著城市化進(jìn)展，越來越多的市民坐公交車出行，而公交車內(nèi)環(huán)境缺少人機(jī)設(shè)計(jì)，由此帶來了很多問題，扶手設(shè)計(jì)是

2、比較明顯的一方面。公交車扶手的設(shè)計(jì)需要考慮兩方面問題：1不碰頭；2舒適抓握。很多市民都有體會(huì)，交通高峰時(shí)公交車幾乎車車爆滿，坐公交車簡(jiǎn)直就是苦行修煉，其中體會(huì)最深的是抓不到扶手，沒有扶手可抓，所以有必要探討下公交車扶手如何設(shè)計(jì)才能更好的為市民服務(wù)。本文通過分析人機(jī)工程學(xué)中人體相關(guān)尺寸及乘客使用扶手的習(xí)慣，本文提出了公交車扶手的人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)。 2 研究背景車輛人機(jī)工程學(xué)是人機(jī)工程學(xué)在地面機(jī)動(dòng)車輛這一特定領(lǐng)域的應(yīng)用分支，它以人(包括駕駛員和車內(nèi)乘員)一車一環(huán)境系統(tǒng)為對(duì)象，以改善駕駛員的勞動(dòng)條件和車內(nèi)乘員的舒適性為核心，以人的安全、健康、舒適、高效為目標(biāo)，使整個(gè)系統(tǒng)的總體性能達(dá)到最優(yōu)。&

3、#160; 扶手是公交車內(nèi)飾主要部件，不僅因?yàn)槠鋽?shù)量多占用車內(nèi)空問大，更是因?yàn)榇蠖鄶?shù)站立的乘客需要抓住扶手，以保持穩(wěn)定的站姿。而根據(jù)人機(jī)工程學(xué)分析，扶手設(shè)計(jì)主要考慮人體立姿垂直手握高度，立姿側(cè)向手握距離和手臂平伸手握距離，以及車輛運(yùn)行的平均時(shí)速等等一系列問題，由于涉及到伸手夠東西的問題，如果采用高百分位的數(shù)據(jù)就不能適應(yīng)小個(gè)子人，所以設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn)應(yīng)該基于適應(yīng)小個(gè)子人，這樣也同樣能適應(yīng)大個(gè)子人。圖1 不合理的公交扶手設(shè)計(jì)3 問題及分析對(duì)公交車扶手的改進(jìn)，可以包括許許多多的方面，但由于知識(shí)的限制與技術(shù)的不可實(shí)現(xiàn)性，本文只針對(duì)前文提到的背景對(duì)公交車扶手進(jìn)行改進(jìn)，主要改進(jìn)包括以下幾個(gè)方面：3.1

4、 不碰頭所謂的“不碰頭”就是防止人在公交車內(nèi)站著、坐著或起身時(shí)，頭碰到扶手或橫桿而導(dǎo)致人受到的不必要傷害。對(duì)于高個(gè)子而已，目前的公交車扶手經(jīng)常導(dǎo)致碰頭現(xiàn)象，往往為了不碰頭而彎腰低頭，長(zhǎng)期如此，可能導(dǎo)致人的心情不好，對(duì)于經(jīng)常坐公交車的更可能導(dǎo)致頸椎等的疾病發(fā)生，故而保證公交車扶手不碰頭是公交車扶手改善的必要步驟。如下圖就是一個(gè)扶手碰到頭的例子。圖2 碰頭的例子3.2 抓得到同樣，在不碰頭的基礎(chǔ)上，我們?cè)O(shè)計(jì)扶手的目的就是用來抓，故而抓得到同樣是一個(gè)必須考慮的問題。公交車出事故，其中有一部分就是因?yàn)橛械某丝蛡€(gè)子小，抓不到扶手，而導(dǎo)致在公交車開停時(shí)立姿不穩(wěn)，摔倒或壓在其他乘客的身上，從而引起了受傷事件

5、的發(fā)生。下圖所示為公交車扶手的位置范圍。圖3 扶手位置范圍3.3 立姿穩(wěn)定立姿穩(wěn)定，同樣是一個(gè)重要可改善因子。目前公交車扶手，大多采用“帶+環(huán)”的設(shè)計(jì)方案。這是為了避免在公交車開停時(shí)，人體手腕的拉傷，但同樣的這樣的設(shè)計(jì)卻導(dǎo)致了立姿不穩(wěn)的問題出現(xiàn)，往往車子一開，車?yán)锶巳笞邘撞?，車子一停，人全往前走幾步。出現(xiàn)這樣的問題主要是扶手缺乏較為穩(wěn)定的支撐點(diǎn)。下圖為經(jīng)典的“帶+環(huán)”扶手。圖4 “帶+環(huán)”的設(shè)計(jì)3.4 抓握舒服在人機(jī)設(shè)計(jì)中，人體舒適度也是一種必需考慮的因子。想想，冬天冰冷的立式扶桿，令人難以抓握，或是夏天悶熱的棉質(zhì)扶手，令人厭惡抓握。都是不可取的設(shè)計(jì)方案。圖5 不合理的三桿立式扶桿綜合考慮

6、，上述4個(gè)可改善因子，我們利用人機(jī)工程學(xué)的知識(shí)，用系統(tǒng)的觀點(diǎn)和方法，對(duì)公交車扶手進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對(duì)提出的各個(gè)方案，進(jìn)行評(píng)價(jià)得出最終改善方案。4 人機(jī)工程學(xué)理論及方法應(yīng)用要點(diǎn)gtt 10 0001988是根據(jù)20世紀(jì)80年代中期的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)制定的，所以現(xiàn)在取以平均身高大約在10年內(nèi)增加14 mm為十年身高修正量。4.1人體測(cè)量與數(shù)據(jù)應(yīng)用4.1.1不碰頭設(shè)計(jì)不碰頭即要求扶手高度應(yīng)高于大多數(shù)人身高，所以取男性身高的99百分位為1814mm（男女共用，應(yīng)能滿足大多數(shù)人群的需求，而男性身高普遍高于女性身高，因此取男性身高99百分位)。表1 人體身高數(shù)據(jù)身高/mm累計(jì)百分位數(shù)/%151050909599男（18

7、60歲）1543158316041678175417751814女（1855歲）1449148415031570164016591697x:取99百分位身高為x=1814mmy：男性的穿鞋修正量，取y=30mmz:公交車扶手橫桿半徑z=30mm(具體半徑視設(shè)計(jì)要求決定)a:身高增長(zhǎng)修正量a=14mm所以滿足乘客不碰頭，要求橫桿中心距離車內(nèi)地板高度為hx+y+z=1814+30+30+14=1888mm。（1）扶手中心距離車內(nèi)地板高度為hx+y=1814+30+14=1858mm。 （2）4.1.2 抓得到設(shè)計(jì)扶手桿屬男女通用的產(chǎn)品尺寸設(shè)計(jì)，舒適抓握即要求扶手應(yīng)保證被大多數(shù)人抓得到且舒服抓握，所

8、以取女性的5百分位（滿足大多數(shù)人群的需求，而女性身高普遍低于男性，所以取女性的5百分位）。表2 立姿雙手舉起時(shí)的高度立姿雙手功能上舉高/mm百分位數(shù)/%151050909599男（1860歲）1815186916041899200321382203女（1855歲）1696174117661860195219762030x：女性立姿雙手功能上舉高5百分位x=1741y：女子的穿鞋修正量：y=30mmz：人體身高增長(zhǎng)修正量z=14mma：人體上舉功能高與人體舒適抓握扶手高度相差量。（同樣2個(gè)在使用扶手桿的人體模型，自然狀態(tài)姿勢(shì)比立姿雙手功能上舉高姿勢(shì)要更舒服。）取a=150mm所以滿足乘客抓的到，

9、要求扶手中心距離車內(nèi)地板高度為h1741+30+14-150=1635mm （3）4.1.3 解決不碰頭與抓的到相矛盾的問題：不碰頭要求扶手中心高于1858mm，舒服的抓握著則要求扶手中心低于1635mm，兩者互不相容，不可能同時(shí)滿足兩方面的要求。因此，橫桿布置在滿足不碰頭的基礎(chǔ)上(即h1888mm)，在橫桿上每隔05m左右布置一個(gè)扶手，扶手為兩個(gè)高低扶手間隔分布，高的扶手高度應(yīng)滿足h1858，低的扶手高度應(yīng)滿足h1635mm，這樣不僅滿足了不碰頭，而且滿足抓得著的要求。如下圖所示。圖6 扶手設(shè)計(jì)方案綜上結(jié)論，本著車輛人機(jī)工程學(xué)的基本原理，從數(shù)理統(tǒng)計(jì)中95的概率置信度出發(fā)，得出：適用于公交車扶

10、手橫桿中心高度為2000 mm，扶手的中心高度分別為1860，1600，才能盡大限度的滿足乘客對(duì)乘坐舒適性與安全性的要求。4.2人體生物力學(xué)與施力特征4.2.1立姿穩(wěn)定設(shè)計(jì)人體拉扶手時(shí)由于公交車的開停，導(dǎo)致手腕轉(zhuǎn)動(dòng)，手臂擺動(dòng)可達(dá)90度。為了防止拉傷，并且使立姿穩(wěn)定。1） 采用“倒三角、雙吊帶”設(shè)計(jì)吊帶和手環(huán)。圖7 “倒三角、雙吊帶”2）采用倒三方式設(shè)計(jì)橫桿（如下圖），去掉吊環(huán)和吊帶，這樣增加了立姿穩(wěn)定性。缺點(diǎn)：前期投入大（有碰到頭的風(fēng)險(xiǎn)）。圖8 倒三角橫桿設(shè)計(jì)3)采用金屬節(jié)環(huán)代替吊帶方案，優(yōu)點(diǎn)為可使用壽命久，安全性高，缺點(diǎn)為，前期投入較大。如下圖所示。圖9 金屬節(jié)代替吊帶4.2.2人體舒適度a

11、) 冬天光滑的立式扶桿，很冷摸起來不舒服，采用塑料的又擔(dān)心扶桿的材料可承受的負(fù)荷不夠，加上布質(zhì)又怕夏天時(shí)，手悶熱。故而可采用在原來的鐵桿上加上可拆卸式的防滑布(為了安全采用單桿布置)。圖10 立式扶桿加上防滑布b) 對(duì)于扶手，由于長(zhǎng)期抓握，故而對(duì)其舒適度要求也較高，可以采用較粗的帶透氣孔的塑料圓環(huán)。如下圖“圖11”，下圖“圖12”是一失敗的扶手作品，單薄安全性差，且握久手會(huì)僵痛。圖11 較粗的帶透氣孔的塑料圓環(huán)圖12 單薄的塑料扶手5 設(shè)計(jì)方案通過對(duì)各個(gè)改進(jìn)方案的綜合分析，我們得出最后結(jié)果如下：1. 立式扶桿采用單桿布置，材質(zhì)為帶凹凸的鐵柱，配備可拆卸防滑布，在冬 天套上。2. 扶手環(huán)采用較粗

12、的帶透氣孔的塑料圓環(huán)的結(jié)構(gòu)。3. 橫桿高度2000mm。4. 從橫桿一端開始每隔0.5m，按“低低高”的順序配置扶手，即每三個(gè)扶手中有兩個(gè)是距地面高度為1600mm的扶手，一個(gè)距地面高度為1860mm的扶手。這里做出的修正主要考慮的是，大多數(shù)人的身高較低，故而低扶手與高扶手的配備比為2:1。5. 扶手采用金屬節(jié)代替吊帶的方案。主要考慮的是安全與經(jīng)濟(jì)性。雖然金屬節(jié)代替方案前期投入大，但其壽命高，經(jīng)計(jì)算其每年付出凈年值小于倒三角型吊環(huán)設(shè)計(jì)方案。圖13 高低低的布置方案6 結(jié)論本次論文，我選取了改進(jìn)公交車內(nèi)乘車環(huán)境作為分析的課題，在這其中，所有的工作都是滿足一個(gè)目的，即安全、舒適、高效，同時(shí)我也意識(shí)到了人的自然行為傾向?qū)τ谌藱C(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)的重要性，人因?qū)W的基本要求是使機(jī)械設(shè)備、工具、作業(yè)場(chǎng)所以及各種用具、用品與人的生理、心理特點(diǎn)相適應(yīng)，達(dá)到人們工作和生活的最佳效率和保持良好的狀態(tài)，為次，涉及生理學(xué)、心理學(xué)、社