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课程论文人机工程学自行车骑姿分析与改进设计目录1概述 (3)2与自行车骑姿相关的因素分析 (3)2.1车把与鞍座之间的相对位置 (3)2.2鞍座与脚踏之间的相对位置 (4)2.3鞍座 (4)2.4中轴 (4)3 现行骑姿人机特性分析 (5)3.1蹬踏运动 (5)3.2休闲车骑姿 (5)4 自行车骑姿的改进设计 (6)4.1鞍座 (6)4.2中轴与鞍座之间的相对位置 (6)4.3把手与鞍座之间的相对位置 (7)4.4设计计算方法 (7)5设计实例 (10)6结束语 (10)1概述自行车骑姿是由骑乘者与自行车的把手、鞍座以及脚踏板的相对位置来决定的。
骑乘者的手、臀部、脚在车上的相对位置决定了骑行的舒适程度和骑行的效率。
从人机工程学观点出发，要提高自行车骑行时的舒适性，应该合理定位把手、鞍座以及脚踏板三者之间的位置，让骑行者在骑行过程中身体各部位尽可能处于自然状态。
车架是自行车的骨架，在很大程度上决定了自行车的结构和性能，进而决定了自行车的骑姿和骑行舒适性。
现在的车架设计多采用经验法，即以现有的车型为参考来确定车架的关键参数，在此基础上进行形态创新。
这样设计出来的车架延续了以往的骑姿，未能真正做到设计以人为本。
本文从人体尺寸、动作范围以及运动生理等方面出发，改进设计影响骑姿的三大部件之间的相对位置。
改进后的骑姿在身体各部分之间进行合理的功能分配，脚踩踏板驱动自行车前行，臀部和腰支撑上体的体重，手操纵把手控制前行方向。
在此基础上进行的车架设计能提高骑行的舒适度。
2与自行车骑姿相关的因素分析正确的骑姿可以提高骑行效率，使骑行不易产生不适和疲劳，同时还能降低危险发生的几率。
骑姿设计是自行车设计工作中的一项重要内容。
与自行车骑姿相关的因素主要有：2.1车把与鞍座之间的相对位置车把与鞍座之间的相对位置决定了骑乘者上半身的姿势。
车把过低会使骑行者的上肢承受很大的静压，时间稍长手臂和手掌易发生疲劳，同时过低的上身也会压迫腹部，但力容易传递到车。
自行车设计的人因改进案例介绍中国是世界闻名的“自行车王国”。
自行车是广大工薪阶层最常使用的交通工具。
骑车外出，不但可以锻炼身体，而且经济方便。
但是在方便的同时，有些自行车“骑士””常常感到会阴部胀痛，腹部坠胀，长时间骑车后还会感到腰酸背疼等，这与自行车的设计不够人性化有一定的关系。
随着技术的进一步发展，日趋完善化的设计更强调人的效能、安全、舒适和身心健康，在设计高效机的同时，充分考虑人的因素，反映人的需要，把人与机密切结合起来。
但是，现行自行车，尤其是休闲、代步用普通自行车在这方面发展得不尽如“人意”，存在的问题主要是自行车的一些零部件尺寸不适于人。
所以，在保证高效的同时，有必要全面分析在社会生活中对家用自行车的特殊需求和人因设计规范。
根据需求对现在的自行车进行改进设计，充分考虑人的因素，对其做一些“人性化”的改善，以求在人们享受经济效率的同时，也能够维护和促进身体健康。
案例目的1、全面分析自行车设计所涉及的人因问题。
2、联系接触自行车的贴身体会，应用相关人因原理和方法提出自行车设计的改进建议。
3、体会人体测量相关理论对产品设计的意义。
案例问题1、从人因工程学的角度出发，对自行车车座设计进行改进分析。
2、从人因工程学的角度出发，对自行车靠背设计进行改进分析。
3、从人因工程学的角度出发，对自行车车把设计进行改进分析。
案例分析1、（1）车座存在的问题分析大多数人长时间骑自行车，都会感到臀部疼痛。
之所以如此，一部分原因是前倾式的骑车姿势使骑车者会阴与车座前端产生磨擦，时间一久就会感到不舒服；一部分原因则是车座的尺寸与人体尺寸不符所致。
根据人体组织的解剖特性可知，坐骨结节处是人体最能耐受压力的部位，身体的主要重量均由骨盆下的两块面积约为25cm2的坐骨结节承受。
故车座设计不合适就会使坐骨结节处在车座外缘或紧挨外缘的位置，身体的压力使得坐骨结节被迫分离的趋势过大，由此导致臀部的疼痛感。
如图1和图2是人体骨盆在车座上的位置。
自行车人体工程学设计创新一、引言自行车人体工程学设计创新是提高自行车舒适性、操控性、动力性、安全性、智能性等方面的重要手段。
本文将详细介绍自行车人体工程学设计创新的主要方面，包括舒适骑行、灵活操控、高效动力、安全防护、智能导航、环保材料、折叠设计以及健身功能。
二、舒适骑行1. 座椅设计：采用符合人体工程学的座椅设计，能够提供舒适的骑行体验，减少长时间骑行时的疲劳感。
2. 把手设计：合适的把手高度和角度，能够保证骑行时的舒适性和稳定性。
3. 脚踏设计：采用符合人体工程学的脚踏设计，能够提供舒适的踩踏体验，减少长时间骑行时的疲劳感。
三、灵活操控1. 转向系统：采用灵活的转向系统，能够保证骑行时的灵活性和稳定性。
2. 刹车系统：采用高效的刹车系统，能够保证骑行时的安全性和稳定性。
3. 变速系统：采用高效的变速系统，能够根据路况和骑行需求进行灵活的调整。
四、高效动力1. 传动系统：采用高效的传动系统，能够保证骑行时的动力性和稳定性。
2. 轮胎选择：选择适合路面状况的轮胎，能够提高骑行时的动力性和稳定性。
3. 重量控制：通过控制车体重量，能够提高骑行时的动力性和稳定性。
五、安全防护1. 防护装备：配备合适的防护装备，如头盔、护肘、护膝等，能够提高骑行时的安全性。
2. 安全警示灯：配备安全警示灯，能够在夜间或恶劣天气条件下提高骑行时的可见度，降低事故风险。
3. 安全制动装置：配备安全制动装置，能够在紧急情况下迅速停车，避免事故发生。
六、智能导航1. GPS定位：配备GPS定位系统，能够实时显示骑行者的位置和路线信息。
2. 路线规划：通过智能导航系统，能够根据骑行者的需求和路况信息规划最佳路线。
3. 实时天气预报：通过智能导航系统，能够实时显示骑行地的天气信息，为骑行者提供参考。
七、环保材料1. 使用环保材料制造自行车，如可回收的金属材料和环保塑料等。
2. 采用环保涂层技术，减少对环境的污染。
3. 推广使用环保出行方式，如共享单车等，减少对交通拥堵和环境污染的影响。
自行车改善方案【摘要】在生活中的骑车过程中，常常可见关于自行车的省力问题和舒适性问题。
针对这些问题，本文综合运用了人机工程学的人在系统中的功能和人的运动输出理论和方法，分析了人在骑车过程中所做的有用功，指出了人在骑车过程中所受各种力的作用，提出了对自行车各个部件改善方案。
【关键字】人机工程学作用力舒适度1 引言在产品设计的过程中，充分考虑人的因素，围绕人的用力状况和骑车过程中的舒适度展开改善方案的研究。
人机工程学，是探讨人与环境、设备、工具的一个有效的科学工具。
本文探讨了将人机工程学的人在系统中的功能和人的运动输出理论和方法应用于解决骑车过程中的省力和舒适方面的问题。
2 研究背景自行车设计的基本任务是根据使用者的要求结合制造部门的可能性，创造性地运用有关科学技术和知识，设计出受用户欢迎的产品。
因此，设计自行车时首先应该选择合理的结构，同时还应符合有关技术经济指标的要求。
社会对自行车使用的要求是多方面的。
自行车既要有一定的刚度，也要有相应的弹性，否则就会影响骑行性能和使骑行者容易产生疲劳，因此对架、前叉和鞍座等主要部件都要与人的体形结合起来考虑，使之达到骑行舒适的要求。
此外，骑行自行车应该向着更加省力更加方便的方向发展。
坐垫部分：为了把减轻降低行驶时对图一自行车结构下体的压力，我们可以在设计坐垫的时候将两侧垫高，这样就将更多的压力分散到两翼坐骨上，从而使得下体得到解放。
其次，由于人在骑自行车时，长时间处于一种前屈运动的状态，坐姿属于非自然、良好的坐姿，这样椎间盘内压力分布不均衡，就会产生腰部酸痛、疲劳等不适感。
要减轻腰部的不适感，在保证人体操作灵活性的同时，应使人骑车时的坐姿接近自然坐姿。
车把部分：增加把握时的牢固度。
同时把车把的水平面增大，使手掌有更多托付面积，减小手掌单位面积的受力，在长距离行驶时不容易感到疲劳。
刹车与车把平面的角度设计应该是35—45度之间，这样可以释放手腕的压力，最好是这个角图二骑车受力示意图度能够设计成可以调节的。
自行车人机关系分析报告及改进放方案导论人机关系是研究人的特性及工作条件与机器相匹配的科学。
它把人和机器视为一个有机结合的系统，指出机器应该具有什么样的条件才能使人付出适宜的代价后可获得整个系统的最佳效益。
人机工程学不仅涉及到工程技术理论，还涉及到人体解剖学、生理学、心理学以及劳动卫生学等。
认真研究这门科学，可以创造出最佳设计和最适宜的条件，使人机实现高度协调统一，形成高效、经济、安全的有机系统。
1人机匹配与人机系统总体设计人机匹配是指人的特性与机器特性的适当配合。
在人机系统中，人是系统的主体，机器是人创造出来的，机器当然应该适应人的特点。
如操作空间应与人体外形测量尺寸相适应；操作机构应与人的形体和最佳用力范围相适应，指示仪表及信号应适合人的视觉、听觉和触觉的常规要求等。
操纵机构是人将信息传给机器的工具。
因为人输出信息的部位（口、手、足等）不同和操作要求不同，所以操作机构的种类也很多。
在设计时要考虑机器的动作方向、阻力、速度和安全等因素。
如果操纵机构的运动方向与被控制对象的运动方向及仪表显示方向保持一致，操作就会准确及时；也可简化培训过程，改善调节的速度和精度，并减少事故。
操纵机构存在摩擦、弹性、粘性和惯性等阻力是必要的，这可以产生“操纵直接感觉”，使操作连贯，减少振动和过载造成的干扰，保证操作控制的准确性。
控制动作分为行程调节和微量调节。
行程调节可使控制器迅速接近所需位置。
微量调节则使控制器准确地置于所需位置。
设计时应使操纵机构与仪表显示的位移有合适的比率。
在仪表指示设计中，视觉显示装置最多。
人的正常视距为46cm～71cm，视角为39°～41°。
仪表应设置在操作者正面视野内，最佳视距为50cm～55cm;重要仪表不得超出40°视角的范围，常用仪表必须在3 0°视角内。
仪表高度最好与眼睛相平，上下视线在10°～45°范围内。
指针刻度间距摆角不得小于10°，指针的宽度为1.0mm～2.5mm，并应贴近刻度盘表面，以减少误差。
基于人因工程学的自行车设计改进姓 名：张海青学 号：05083008班 级：工硕51指导老师：孙林岩2007年11月摘要：自行车设计在以往只是从满足人的使用功能出发，而忽视了骑乘者是否感到舒适。
本文从人因工程学角度，运用人体测量学、身体运动学的理论，对自行车设计上长期存在的一些不符合人体工效学要求的缺陷提出了改进建议。
关键词：人因工程学设计鞍座腰靠一、引言人因工程学（Human Factors or Human Factor Engineering）,又称工效学（Ergonomics），是近几十年发展起来的一门边缘性应用科学。
它综合应用生理学、心理学、医学、卫生学、人体测量学、劳动科学、系统工程学、社会学和管理学等学科的知识和技术，在对人、机器、技术和相关环境的深入研究的基础上，发现并利用人的行为方式、工作能力、作业限制等特点，以提高生产（包括日常生活中人的活动）的效率、安全性、健康性、舒适性和有效性。
现代人因工程学的落脚点不仅在于工厂生产现场的布置与设计，还在于人们日常生活随处可见、随时接触的日常用品当中。
真正具有现代形式的自行车诞生于1874年。
如今自行车在很多国家只是作为运动健身的工具，但是从上世纪20年代自行车传入我国以来，由于经济、人口状况与地理条件等方面的原因，自行车在一个很长时期内一直作为中国百姓的主要交通工具。
当前我国自行车产量、出口量均占世界总量60%以上，国内消费量也居世界第一。
自行车的历史已经超过了一百年，但是从人因工程学的角度进行分析，我们可以发现，现在的自行车设计仍然存在缺陷，需要改进。
二、问题及改进2.1 鞍座设计不合理——鞍座太平坦，太窄，太硬根据一家国外研究机构的统计，在他们调查的人群中有90%骑自行车男士的睾丸存在畸形。
有一半的被调查人群会感到阴囊不适或存在勃起障碍。
另据我国的男性学医学报告，骑行自行车在我国前列腺炎的发病诱因中占很大比重。
鞍座设计要素分析尺寸 决定鞍座宽度的因素主要是人体的生理结构，如坐骨结节的距离、骨盆的大小等等。
自行车设计中的人机因素分析与研究随着日益健康的关注，自行车的使用率日益增加，不仅成为一种休闲娱乐的方式，更是提高人们的综合健康水平的一种非常有效的体育锻炼形式。
自行车的安全正在备受关注，由于它的双重功能，从产品设计的角度来看，自行车的设计具有越来越重要的人机因素，然而也引发了新的问题。
一般来说，骑自行车时需要考虑的人机因素可以分为三大部分：骑手的实际认识水平，骑车时的舒适度以及车辆的安全性能。
首先，骑手的实际认识水平是设计者在设计自行车时必须考虑的一个关键因素。
在自行车的设计过程中，骑手的认识必须综合考虑，以便确保骑自行车的人能够正确理解自行车的操作方式，以及避免可能发生的安全隐患。
其次，在设计自行车时也要考虑骑车时舒适度的问题。
舒适性是自行车设计中必不可少的一个问题，它不仅影响着骑手的骑行乐趣，更是影响自行车骑行的安全质量的一个重要因素。
自行车的舒适性问题包括车轮的悬架系统，方向控件的位置，座位的垫层及其大小等。
这些元素的设计都需要尊重人体工程学的原则，以确保骑自行车的人能够舒适和安全的骑行。
最后，自行车设计者必须考虑车辆的安全性能。
车辆的安全性能不仅涉及自行车本身的安全性能，如制动系统、加速系统和支撑系统等，更包括车辆在道路上的安全行驶，如驾驶者的行为，城市道路的质量，以及管理和安全保障措施等。
因此，车辆的安全性能的设计不仅涉及车辆本身的设计，也涉及当地政府的政策和法律，以确保骑自行车者能够安全行驶。
总之，在自行车设计中，人机因素是设计者必须考虑的一个重要因素。
包括骑手的实际认识水平、骑车时的舒适度以及车辆的安全性能，都是影响自行车设计安全性的重要因素。
然而，由于自行车设计中的人机因素较为复杂，存在多种因素，它们的研究和分析不太容易，因此，设计者必须借助相关专业知识来调整设计，以确保自行车的安全性。
为了解决自行车设计中的人机因素问题，我国政府提出了《自行车安全标准》，重点强调了车辆的安全性能、车辆的用户认识度、车辆的使用安全以及车辆的安全管理等问题，并明确指出自行车的设计必须尊重人体工程学的原则，以确保骑自行车者的安全性。
基于人因工程学的自行车设计改进
姓 名：张海青
学 号：05083008
班 级：工硕51
指导老师：孙林岩
2007年11月
摘要：自行车设计在以往只是从满足人的使用功能出发，而忽视了骑乘者是否感到舒适。
本文从人因工程学角度，运用人体测量学、身体运动学的理论，对自行车设计上长期存在的一些不符合人体工效学要求的缺陷提出了改进建议。
关键词：人因工程学设计鞍座腰靠
一、引言
人因工程学（Human Factors or Human Factor Engineering）,又称工效学（Ergonomics），是近几十年发展起来的一门边缘性应用科学。
它综合应用生理学、心理学、医学、卫生学、人体测量学、劳动科学、系统工程学、社会学和管理学等学科的知识和技术，在对人、机器、技术和相关环境的深入研究的基础上，发现并利用人的行为方式、工作能力、作业限制等特点，以提高生产（包括日常生活中人的活动）的效率、安全性、健康性、舒适性和有效性。
现代人因工程学的落脚点不仅在于工厂生产现场的布置与设计，还在于人们日常生活随处可见、随时接触的日常用品当中。
真正具有现代形式的自行车诞生于1874年。
如今自行车在很多国家只是作为运动健身的工具，但是从上世纪20年代自行车传入我国以来，由于经济、人口状况与地理条件等方面的原因，自行车在一个很长时期内一直作为中国百姓的主要交通工具。
当前我国自行车产量、出口量均占世界总量60%以上，国内消费量也居世界第一。
自行车的历史已经超过了一百年，但是从人因工程学的角度进行分析，我们可以发现，现在的自行车设计仍然存在缺陷，需要改进。
二、问题及改进
2.1 鞍座设计不合理——鞍座太平坦，太窄，太硬
根据一家国外研究机构的统计，在他们调查的人群中有90%骑自行车男士的睾丸存在畸形。
有一半的被调查人群会感到阴囊不适或存在勃起障碍。
另据我国的男性学医学报告，骑行自行车在我国前列腺炎的发病诱因中占很大比重。
鞍座设计要素分析
尺寸 决定鞍座宽度的因素主要是人体的生理结构，如坐骨结节的距离、骨盆的大小等等。
其中起关键作用的是坐骨结节间的距离。
这段距离基本上决定了鞍座后部的宽度，它的宽度保证人体坐骨结节在鞍座上时的距离位置：过小容易使结节间软组织受到挤压，过大容易影响鞍座的的平衡。
坐骨结节一般9—12厘米。
因为女性的髋骨要宽于男性，在设计时鞍座宽度要比男性的宽一些。
弧度 弧度是指从鞍座后部过渡到鞍座鼻部弧线的弯曲程度。
由鞍座的宽度、长度以及骑乘者大腿内侧的脂肪厚度、髋臼窝的深浅和鞍座的用途等决定。
垫料 垫料是自行车鞍座舒适与否的一个重要因素。
它决定了鞍座的变形程度。
如果垫料过软，坐骨结节就会陷入到鞍座中，导致人体组织的麻木和缺血：如果垫料太硬，将会导致人体组织的疼痛。
所以，垫料的柔软程度和大小是设计中一个非常重要的因素。
另外，包覆材料的透气性、防水性、防变形性等也是应该考虑的因素。
当人骑在鞍座上时坐骨生殖区（位于坐骨结节和耻骨联合部之间，分布有大量的血管、神经和软组织）靠在平坦的座面上（如图1），鞍座会压迫到坐骨神经区的组织和脂肪；坐骨神经区的组织里含有丰富的血管、软组织和大量的神经及神经末梢，在骑行时，上躯体
的部分重量压迫到这些血管和神经，造成人体会阴区的疼痛和麻木；而且会阴区深层中含有泌尿组织、血管及生殖动脉和传导神经，如图2所示，这样也会造成生殖区域的麻木和缺血，严重的会导致生殖系统障碍。
根据《工作座椅一般人类工效学要求》，座椅的坐面有带座垫的柔性坐面和不带座垫的刚性坐面两种形式。
座垫应为由弹性材料及蒙面材料组成的柔性座垫，且覆盖物必须具有弹性和透气性。
在选择座垫材料时，还应考虑其散热和吸潮的能力，以及防止滑动的能力等。
图1 传统的自行车鞍垫设计
图2 人体在鞍座上时臀部组织的分布简图
基于人因工程学的改进设计如图3，鞍座的中部嵌入了比两侧更加柔软的垫料；从正视图看，这一区域下陷，很好的减轻了对坐骨生殖区的挤压。
开有4个圆孔，有利于散热、散潮；鞍座前部比后部稍低，减轻了对耻骨联合部的压迫；鞍座头部比一般自行车鞍座稍窄，减轻了对大腿内侧的摩擦；前后连接的弧度比一般自行车鞍座要小一些，使鞍座增加了表面受力面积，减轻了对臀部的挤压，如图4所示。
图3 改进的自行车鞍座设计
图4 改进的自行车鞍座人体解剖学分析
2.2 鞍座太高
公路赛车运动员骑乘的自行车，鞍座的高度和把手一样高，甚至超过把手（如图5所示），运动员骑行时上躯体与地面的倾斜角小于30度（如图6所示）。
那是为了减小身体对空气的阻力，加快骑行的速度。
但是如果日常生活中骑这种自行车，是不符合人体工效学要求的。
根据人体坐姿的生物力学分析得知，人体上身越前倾，脊柱的弯曲程度越大，背部肌肉受力越大，当人骑座位太高的自行车时，几乎完全伏在车把上，背部与水平面几乎平行，腰部椎间盘压力分布不当，腰椎变形。
将自行车车座向前放低10至15度，脊柱的弯曲程度就会降低，脊柱的形状接近自然状态，腰椎间盘的压力分布较均匀，有效减轻不合理的座位设计给人带来的伤害。
图5 比赛用自行车
图6 上躯体与地面倾斜角小于30度
调整鞍座高度后，上躯体与地面的合理倾斜角应为大约90度（如图7所示），放低改进后的自行车如图8所示。
图7 上躯体与地面倾斜角为90度
图8 改进后的自行车鞍座高度
2.3 缺少腰靠
改良过座位高度的自行车，虽然车座的高度已经降低，但是骑车者长时间骑车，却没有腰靠，其背部负荷仍然很大。
腰靠的作用是为腰部提供支撑，保持脊柱处于自然形态的轻松姿势。
腰靠长应为腰靠左右边缘间的最大水平距离，腰靠宽应为腰靠上下边缘间的最大直线距离。
腰靠厚应为腰靠在受力状态下，在其左右对称面内、腰靠宽中点处，前后缘间的垂直距离。
腰靠高应为腰靠宽中点处到座椅转动轴与坐面交点处所在水平面的垂直距离。
腰靠圆弧半径应为腰靠在受力被压缩且腰靠倾角等于90度的情况下，过其左右对称面上腰靠宽中点的水平面与腰靠前缘圆弧面相交曲线的曲率半径。
另外，腰靠在设计时应注意其靠面弯曲与人体腰部生理弯曲相符，以增加腰部受力缓冲，减小脊柱受力。
增加腰靠后的自行车改进设计如图9所示。
图9 增加腰靠的自行车
2.4 车把握起来费力
应尽量保持手腕伸直，在骑车时，尽量使车把弯曲而不要使手腕弯曲，避免手腕的偏差（径向偏差和尺骨偏差），同时也应尽量避免大臂过度伸直，因为那样会使整个手臂肌肉始终处于紧张状态。
因此，应采用能满足理想的车把高度的车把，即保证肘部成90度角，小臂与手在一条直线上。
所以改进后的车把与鞍座要保证一定的高度落差，以避免骑乘时整个手臂处于伸直状态，使肌肉紧张。
并且，车把应设计成平把，因为手握弯把会使手腕弯曲，产生手腕偏差。
图10所示为不符合人体工效学的设计，图11所示是改进后的设计。
图10 不符合人体工效学的设计
图11 改进后的设计
2.5手柄握起来舒适度较差
现在的自行车手柄上都有防滑花纹或条纹，但手柄材料却参差不齐，大多数自行车手柄由硬塑料或硬橡胶制成，硬度高，弹性差，而且其形状并不符合人手的生理曲线，在振动时也不能起到缓冲减震的作用。
建议手柄由更加柔软，弹性好的材料制成，并且设计又符合人后形状的突起，增加握起来的舒适感，如图12所示。
图12 合理的手柄设计
三、结语
虽然拥有百多年历史的自行车设计已经相当成熟，现代自行车的造型也更加时尚。
但是除了考虑造型新颖性之外，从人因工程学的角度考虑，自行车的设计仍然有很多值得改进的地方。
综合起来有以下几点：
1、设计合理造型的鞍座，减轻鞍座对会阴区的压迫。
增加腰靠，减轻人腰部负荷。
2、将座位放低，使车座低于车把。
保持人脊柱接近自然状态，减轻背部肌肉张力，使腰椎间盘受力均匀。
3、设计平直式车把的自行车，在满足人坐姿接近自然状态的条件下，肘部成90度，小臂与手成一条直线，避免人手腕部处于尺偏或过度屈伸状态，也避免大臂过度伸直。
4、改进手柄的设计，使用弹性更好的材料，使其握起来更舒适。
参考文献
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