基于自行车设计过程中人机工程学的思考

文：匡焱 （黄冈职业技术学院，黄冈 438002）

基于自行车设计过程中人机工程学的思考

文：匡焱 （黄冈职业技术学院，黄冈 438002）

本文主要从人机工程学的角度探讨了自行车产品设计过程中的一些问题并作了些许思考。介绍了自行车产品的设计原则，提供了自行车设计需要用到的人体尺寸数据参考，讲述了人与自行车系统各部件的关系，希望对读者有参考借鉴作用。

自行车；人机工程学；设计

1 自行车设计原则

自行车的设计要从人机工程学、材料力学、运动学、机械原理等各方面进行考虑，这些因素都将影响自行车产品的外观、大小、美感、安全性等。而自行车车架的造型设计很大程度上决定着自行车的性能好坏，自行车车架的管材长短、大小、位置角度等都影响整车的特性。设计者除考虑自行车车架的结构造型尺寸外，还应该考虑人与自行车的关系，以及不同人群身体尺寸和自行车各部件之间的关系。主要技术参数有车把轴线与地面的夹角、前轮与后轮中心距、飞轮轴与后轮轴中心距、轮轴中心与地面距离、鞍座与车把距离等。当这些技术参数都设计合理，才能确保自行车产品的安全性和操纵稳定性。

2 人机工程学

人机工程学数据是设计者设计自行车产品的主要理论依据，自行车产品设计时可以直接应用人机工程学数据参考，在有些场合的数据运用时需要仔细地分析和判断。 运用人机工程学数据进行自行车初始设计，可以适当减少产品开发实践的费用和周期。

人体尺寸是工业设计中确定自行车使用尺寸的重要依据之一。

表1与表2为 （GB10000-88《中国成年人人体尺寸》） 中国承认的男女人体主要尺寸与中国承认的男女人体功能尺寸。

表1 中国承认的男女人体主要尺寸

表2 中国承认的男女人体功能尺寸

如图1为人的自行车骑乘图，可以作为折叠自行车设计过程中的参考依据。

图1 人在自行车骑行图

3 人与自行车的关系

图2 人与自行车的关系

自行车的主要功能是给人骑行，就自行车的主要功能作用来说，把人作为自行车的系统组成部分亦是合理的。因此，人在骑自行车时组成了人与自行车系统，该人与自行车车系统中的人与车之关系可由图2来进行分析。

3.1 人与支撑部件的关系

自行车支撑架构的的主要部件组成有车架、车把、前轮叉、鞍座等。支撑部件将其它组件固定在各自位置上，以确保自行车系统的整体性，实现自行车系统的功能。从人与自行车的关系来说，鞍座、车把和车架等的尺寸大小，以及他们间的相互位置关系，以及骑车人的动作和位置都有标准的关联性参数要求。

3.2 人与驱动部件关系

自行车的驱动部件主要是曲柄与脚踏板。动力来源于骑行者的双脚踩在脚踏板上的力，下肢的运动力是由曲柄带动飞轮转动而产生的。设计为了使骑行者有舒适和省力感，必须在骑行者的体力和身材规格与自行车各组件的尺寸位置关系上研究设计，即人体下肢运动与曲柄飞轮旋转之间能量的转换。

3.3 人与工作部件关系

自行车工作部件包括有前轮、后轮、轮胎等。大部分轮胎都是充气的，有少数轮胎是实心的。车轮把骑行者的力量，有效地转换成为轮胎与地面接触而产生向前运动的速度；轮胎将骑行者的刹车握力转换成为与地面所产生的摩擦阻力。设计自行车各部件尺寸规格与位置关系时，应该把骑行者、动力、传动、工作的关系连贯性予以综合考量，才能设计出满足市场客户需要的自行车。

总结：在人与自行车构成的系统中，人是系统的主体，机器是由人制造出来的，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，机器当然应该适应人的特点。因为人要完成控制和驱动的作用，所以在自行车设计中应该充分考虑到人自身的特点，这不仅仅包括人的结构尺寸，更要包括人的一些生理特点。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，各部件应适合人的视觉、听觉和触觉的常规要求等。

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Reflection on Ergonomics of Bicycle Design