某品牌自行车的人机匹配分析与评价.docx

目 录1、前言22、自行车的结构与尺寸23 车架33.1 车架的标准与振动33.2 震动与车架尺寸的人机分析43.3减震装置评价53.4 减震车架的改进建议74 坐垫74.1 坐垫的人机分析74.1.1 坐垫的人机接触面及影响因素74.1.2 压力及分布对人的影响94.1.3受力分布适宜的坐垫104.2 坐垫的人机评价114.3坐垫的改进建议115 车把125.1 车把的人机关系125.2把手的一般参数及人机分析125.3 车把的人机评价165.4 车把的改进建议166 脚蹬与曲柄166.1 脚蹬和曲柄的人机关系166.2 脚蹬和曲柄的人机分析176.3 脚蹬和曲柄的评价18 7 结束语20参考文献201、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PM 710X 510 QB1880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PM 710X 510 QB1880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1 5 10 50 90 95 991 5 10 50 90 95 99手长（单位：mm）164 170 173 183 193 196 202154 159 161 171 180 183 189手宽（单位：mm）73 76 77 82 87 89 9167 70 71 76 80 82 84食指长（单位：mm）60 63 64 69 74 76 7957 60 61 66 71 72 76根据以上人体尺寸其角度可以调节在35-45度之间，让骑乘时候手背与前臂可以打平为准，把手尺寸基本食指与中指的第二节要可以稳稳的放在刹车把手上才算合格，如下（图4.1）所示图5.1 手与把手结合面注：食指中指的第二节要能放在刹车把手上，才算够长从闸把的外表面量到车把，或车把套，或其他防护物的外表面的最大握闸尺寸d，在A和B两点之间应不大于90mm，B和C两点之间应不大于100mm 车把手的宽度大概要比肩膀再宽一点点，至少要与肩同宽，这样操作灵巧有力，而且胸部肌肉自然舒展，可以呼吸的很顺畅。由GB10000-88中国成年人人体尺寸给出的肩宽数据如下：表5.2 我国成年人肩部参数分组年龄男（18-60岁）女（18-55岁）百分位数1 5 10 50 90 95 991 5 10 50 90 95 99肩宽（单位：mm）331 346 352 376 398 404 415304 320 328 351 371 377 387最大肩宽（单位：mm）386 399 406 432 460 469 486347 363 371 397 428 438 458应用以上数据，GB3565-2005/ISO4210:1996自行车安全要求规定把横管的总宽度应在350mm到700mm之间。；另外，以下给出不同肩宽建议选择的把款宽：肩宽范围s 把 宽cm 38cm 38 - 40 39cm 40 40cm 40 41cm 40 42 42cm 42 43cm 42 44 44cm 44 45cm 44 46cm 44 - 46对于车手把的直径，应该要符合操纵器一般人类工效学要求即BG/T14775-93的标准：表5.3 我国手柄尺寸标准操纵方式手柄直径（单位：mm）手柄长度（单位：mm）尺寸范围优先选用尺寸范围优先选用手掌握手柄15-3525-3075-150100-120手指捏握手柄10-2012-1830-7545-50表5.4 手柄尺寸标准柄部形状直径（单位：mm）长度（单位：mm）指握手握指握手握尺寸范围优先选用尺寸范围优先选用尺寸范围优先选用尺寸范围优先选用圆柱形10-302020-402830-906080-1301005.3 车把的人机评价此车车把为组合平把，车把的宽度为583mm，手把的直径为31mm，手刹A和B两点之间最大为83mm,B和C两点之间最大为89mm，根据如上所述，这些参数基本符合人体工效学原理。但是，此车手刹角度是零度，即手刹与把手持平，这样的角度，这样骑行时手腕承受着支撑身体前部的力量，容易引起手腕的酸痛和疲劳。5.4 车把的改进建议刹车与车把平面的角度设计应该是3545度之间，解放手腕的压力，最好是这个角度设计成可以调节的。根据标准手把直径在28mm最适合手握，长度在100mm最合适。6 脚蹬与曲柄6.1 脚蹬和曲柄的人机关系相信大多数人都有体会，在骑车过程中，特别是在下雨和潮湿天气中，脚蹬的固定由为重要，如果脚从脚蹬滑落可能致使小腿内侧划伤，自行车失去平衡。一个好的脚蹬不会容易脱落，相对来说能更容易掌握平衡和提高蹬踏力的传输效率。曲柄的长的决定了脚蹬踏所产生的圆周直径。直径越大，膝盖和大腿内侧的肌肉就要加大伸缩负的才能蹬动曲柄，所耗费的力气比较大。但是当曲柄的直径过小时，骑行既定距离曲柄需要转过的角度就的增加。另外曲柄的长度还应该考虑到自行车在支撑的时候脚踏离地面的高度。所以，合适的曲柄直径既方便大腿肌肉的用力，又不会让大腿做太多无用功。6.2 脚蹬和曲柄的人机分析为了使自行车更符合人体工效学，脚蹬的宽度应该大于人体足部的宽度，中国成年人人体尺寸给出中国人足宽及脚长尺寸如下：表6.1 我国成年人足部参数年龄分组男（18-60岁）女（18-55岁）百分位数1 5 10 50 90 95 991 5 10 50 90 95 99足宽（单位：mm）86 88 90 96 102 103 10778 81 83 88 93 95 98足长（单位：mm）223 230 234 247 261 264 272208 213 217 229 241 244 251另外GB3565-2005/ISO4210:1996自行车安全要求给出如下标准：自行车在无负载的状况下，将一只脚蹬出于其最低位置且使脚踩面与地面平行，如果只有一个脚踩面的话，该脚踩面要朝上，自行车应该能有垂直位置向一侧倾斜25度而脚蹬上的任何零件不触及地面。装有避震弹簧的自行车，在检测时应使避震弹簧处于压缩状态。不装有足固装置的自行车，其脚蹬到前轮胎或前泥板之间的间隙最小不小于89mm。对于曲柄直径，如下为不同脚长建议选择的曲柄长度：腿长范围 （cm） 曲柄长度 65cm - 70cm 165mm 71cm - 76cm 170mm 79cm - 81cm 1