某品牌自行车的人机匹配分析与评价

目录1、前言...................................................................................................32、自行车的结构与尺寸........................................................................33车架.....................................................................................................43.1车架的标准与振动.....................................................................43.2震动与车架尺寸的人机分析.....................................................53.3减震装置评价.............................................................................53.4减震车架的改进建议..................................错误!未定义书签。4坐垫.....................................................................................................64.1坐垫的人机分析.........................................................................64.1.1坐垫的人机接触面及影响因素........................................64.1.2压力及分布对人的影响....................................................74.1.3受力分布适宜的坐垫..........................错误!未定义书签。4.2坐垫的人机评价.........................................................................74.3坐垫的改进建议..........................................................................85车把.....................................................................................................85.1车把的人机关系.........................................................................85.2把手的一般参数及人机分析......................................................95.3车把的人机评价.......................................................................125.4车把的改进建议.......................................................................126脚蹬与曲柄.......................................................................................126.1脚蹬和曲柄的人机关系...........................................................126.2脚蹬和曲柄的人机分析...........................................................136.3脚蹬和曲柄的评价......................................错误!未定义书签。7结束语.......................................................................................14参考文献...............................................................................................141、前言在现代提倡绿色，低碳生活的潮流下，人们越来越注重自己生活的品质，和对环境的影响。在这个大环境中，人们开始反思机动车辆对生活带来的影响，出行的选择也将由家用车辆转向其他交通工具，自行车以其无任何污染，而且在出行时还可以达到锻炼身体的效果的优点，越来越多的被人使用，自行车又一次给世界带来惊喜。然而，在机动车辆和自行车共存的年代里，自行车的安全相比之前显得更加重要，人们当然希望在使用自行车出行，锻炼的同时，安全同样有保障。虽然，现代大多数的交通安全事故和隐患都是与人的违规操作和失误有关，但也不排除交通工具本身所存在的设计缺陷。安全人机工程学是从安全的角度和着眼点，运用人机工程学原理和方法解决系统中人机结合面的安全问题的一门新兴学科。在自行车的设计过程中，我们可以通过安全人机工程学的知识使自行车与人能够更好的配合，相互兼容；将受环境的影响降到最低，或是更好的适应环境，从而使人有更安全更舒适的骑行，尽量消除机器本身的缺陷，降低人操作的失误率，最终达到提高安全，降低疲劳，增加舒适度的要求。2、自行车的结构与尺寸自行车的结构主要包括自行车的车架，坐垫，车把，驱动系统及反射器等问题给驾驶者带来的舒适度与方便性。经测量，此车的此相关数据如下：表2.1此车的各部件人机数据数据项数据单位（mm）车架规格PM710X510QB1880坐垫宽308车把宽583把手直径31刹车把手最大间距89刹车把手角度0°脚蹬宽度68脚蹬离地最高距离109脚蹬挡泥板最近距离145曲柄长度173反射器参数无反射器以下依次对自行车的车架，坐垫，车把，驱动系统及反射器部件进行人机方面的分析。3车架3.1车架的标准根据QB1880-93《中华人民共和国行业标准-自行车车架》自行车车架高度应该在305mm到635mm之间，而且其末位数推荐位5或0的整数。对于车架高度的选择，作如下建议：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以上这个数据可以适应大部分学生或者是成人的身体，这些都是一般情况，不是绝对的，不排除特殊情况。3.2车架尺寸的人机分析车架作为整个车子的骨架，最大程度地决定、影响了你骑行姿势的正确性和舒适性，所以选择一个合适的车架是至关重要的。车架过长会造成脖子，肩，腰，手臂，手腕，屁股等处疼痛，而且徒增重量，不利于降低操控的灵活性。过高的车架则会拉伸骑车者的肌肉，并且在骑行中要左右转髋，不利于其发力，同时有容易造成肌肉损伤；过低的车架则会给胳膊和腰施加过多的里，也容易造成肌肉疲劳。3.3减震装置评价此自行车的车架规格为PM710X510QB1880适合175cm左右的男性骑行。不同的人之间感知振动的能力有很大的变化。当中值的感知阈值大约为0.015m/s时，反应的四分位范围可扩大到大约0.01m/s到最高0.02m/s。感知阈值随着振动才继续时间增加，会有轻微下降，而随着持续时间的进一步增加会减少。虽然感知阈值随着时间的增加不再继续降低，但在振动量高于阈值的状况下由此产生的感觉可能会持续增加。由上所述，对于减震车架的设计优点是利用生物力学的原理来减少骑行过程中振动对人体腰部脊柱及相连的神经系统的影响，降低疲劳的产生。至于适度的提高，主要取决于其他诸多因素的综合影响。而其不足之处就是，由于减震装置采用的是弹簧减震，在骑行过程中会有比较刺耳的噪声；弹簧裸露在外，对于其适用于休闲实用的设计目的，应考虑弹簧有可能夹住骑行者的裤腿，特别是在穿宽松裤子的情况。其次，不同的人对振动的感知阈值有很大不同，而且会随时间和环境变化，该设计不一定能满足大部分骑车人的安全舒适度。4坐垫4.1坐垫的人机分析4.1.1坐垫的人机接触面及影响因素骑行时，人与自行车接触在三个部位：车把，脚踏，坐垫。坐垫试试接触人最重要的的部分，不同的骑行姿势需要的身体重心变化也和坐垫密切相关。如上坡，过弯，过障碍，臀部会随着身体重心变化，在坐垫上前后左右的移动，不断的转髋。其次，坐垫固有的角度和高度都对人体臀部受力强度和受力分布有很大的影响。4.1.2压力及分布对人的影响由此可以看出，臀部主要受力的部位是会阴。大部分骑车者骑车臀部疼痛的原因是：压迫：坐在坐垫上的时候，身体重量压在坐垫细小的面积上，就会产生非常大的压强，压迫到毛细血管，影响了血液循环。剪切力和摩擦：蹬踏的时候导致人体在坐垫上发生轻微的左右摇摆，摩擦坐垫边缘，产生摩擦，摩擦生热，不久就导致疼痛和皮肤损伤。和坐垫摩擦产生的剪切力结合压迫的作用进一步加重了血液循环障碍。湿气：汗水带来的潮湿更加加重了剪切力的作用。温度：当骑行的时候，皮肤温度，特别是会阴部的温度会明显上升。温度上升加快了皮肤的新陈代谢，在压迫和剪切力的作用下血液循环又发生障碍，一般会出现酸麻的现象。4.2坐垫的人机评价此车的坐垫为一般传统式坐垫，首先，坐垫的高度和角度是可以自行调节，这样有利不同的人根据不同的人体尺寸在多种骑行条件下调整以得到舒适的骑行姿势，减少缓解疲劳的产生。其次，其传统形式的坐垫相对于符合人体工效学的坐垫来说显得短而宽，受力分布和强度就如图2.2所示，对坐骨及髋骨的压迫较大，特别是会阴部的压力很大，会使正常的血液循环受到影响。加之其对大腿内侧肌肉的摩擦，会使骑行者导致疼痛和擦伤。、4.3坐垫的改进建议为了把减轻降低会阴部的压力，可以在设计坐垫的时候将两侧垫高，这样就将更多压力分散到两翼坐骨上，从而使会阴部得到解放。5车把5.1车把的人机关系人的身体在自行车上的位置直接影响到骑行，它影响到蹬踏力量的传导效率，也影响骑行中重心的移动及腰背和臀部承受力的大小，从而决定了骑行中的舒适度和疲劳的产生。而人在自行车位置由坐垫和车把共同决定，而且车把和坐垫一样是可调节的把立。骑行者可根据骑行条件和自身身体尺寸调节车把和坐垫的相对位置。车把的位置越靠前，在站立骑行和加速骑行的时候就会获得更多的力量，并且身体也就越符合空气动力学，高速骑行的稳定性也会更佳。车把越低，就能越在加速的情况下更好的制动。当车把和身体之间的距离越短（或越高）就能够挺直上身获得更好的视野。一般传统自行车都是可调节的把立和坐垫，所以车把对骑行影响最大的地方就体现在把手。最符合人体工效学的把手可以让手臂手掌的肌肉能最舒服，而且能最快速施力与反应，其中做出正确反映的概率要高很多。这对骑行者至关重要，在紧急情况下，特别是在高速骑行中，人的反应时间越短就能越能够化解危险地可能性，降低事故的发生率。符合人机尺寸的车把还可以提高骑行的舒适度，降低疲劳的产生，在长时间的骑行中同样利于骑车者保持较快的反应速度。5.2把手的一般参数及人机分析在调节好车把与坐垫的距离和角度的前体下，骑行操作把手过程中，主要是手施力与把手和刹车。在GB10000-88《中国成年人人体尺寸》中给出了中国成年人手部的人体尺寸。表5.1我国成年人手掌参数年龄分组男（16-60岁）女（18-55岁）百分位数151050909599151050909599手长（单位：mm）164170173183