基于运动力学的自行车骑行服优化设计研究

吴丽华，曹新锋，王福娟，毕长荣

（1.河北科技工程职业技术大学，河北 邢台 054035；2.江西服装学院，江西 南昌 330201；3.河北省服装个性化定制技术创新中心，河北 邢台 054035）

随着人类环保意识的提高以及低碳出行的流行，骑行成为广为流行的体育运动之一，人们对骑行服的要求也有了明显的提高，专业化的骑行装备成为骑行爱好者的热衷商品。在骑行服的生产设计过程中，要将实用功能和舒适性能紧密结合，将功能性、舒适性和美观性三位一体全面考虑，全面设计，优化升级才能满足骑行者的需求。骑行服注重舒适性和功能性设计，在保障其特定功能性的基础上，如何优化提升其运动保护性能、智能化等成为设计研究的主流。随着智能可穿戴技术和服装生产技术的不断进步，未来智能骑行服将成为高端骑行装备的产品。涉及的智能可穿戴设备是指高度便携或可以嵌入到穿戴者的衣服和配件中的穿戴式电子设备，并使用高科技手段来帮助人体进行健康监测，通过与软件连接的方式，以云端传送为传输渠道，实现数据信息的交换处理，给予骑行者运动保护[1]，骑行服的智能化设计将成为未来发展趋势。本文在分析骑行运动力学的基础上，运用设计实验，重点研究智能骑行服的设计优化理论，从骑行力学的角度进行骑行服优化设计研究，总结设计理论，旨在提升骑行服的舒适性与保护功能，优化产品，为骑行装备产业提供理论借鉴。

1 骑行动作人体受力原理分析

骑行运动是一项高度协调的运动。如果骑行者想要在骑行过程中轻松地控制车辆，就要掌握科学正确的骑行姿势并熟悉骑行技巧，以减少骑行者的体力消耗，提高运动效率。通过图1 骑行过程中人体常见的骑行姿势，即目视前方，头部微微前倾，上半身自然下沉以使得上半身、臀部和自行车形成一个“弓状”。这种骑行姿势最大的好处在于可以将身体重心下移，从而缓冲路面颠簸带来的冲击和震动。我们可以分析出在骑行过程中骑行服的受力及拉伸情况。在骑行过程中，骑行服的受力主要来源于人体肩、肘、膝、踝等部位。

图1 骑行受力图

骑行时，上肢肌肉要控制好车把，控制自行车的运动轨迹，保持骑行姿势，同时上肢微向前倾的动作会降低阻力，并将人体的部分重量转移到车把上，从而降低对髋部的压力。下肢在骨盆处重复进行推进的动作，髋关节、膝关节和踝关节做屈伸运动。在设计骑行服时，不仅要满足骑行时的生理要求，遵守骑行的运动规律，还应尽可能地降低在骑行过程中骑行服给人体各部位的带来的阻力，尽可能多地减少骑行时的不适感，同时还要考虑到人体各部位尺寸、骑行动作范围和心理效应等其它因素。因此在设计骑行服时，要着重考虑结构设计的合理性及面料的舒适性能，最大程度的减少阻力，为骑行提供保护。

2 骑行服优化设计研究

本着“以人为本”的设计理念，以时尚为核心，功能为关键，舒适为指导，充分吸收现有冲锋衣，骑行服和智能服的设计优势，并结合上述骑行服的设计原理和要求，综合考虑造型、款式、结构、工艺、面料、人体工效等，研究更加智能化的户外骑行服，以此带给户外骑行爱好者智能化骑行保护。

2.1 骑行服的款式造型设计

人体对湿热环境具有一定的极端敏感性，所以长期的湿热微气候会使人体不适，影响骑行者的状态。骑行服根据户外骑行环境和骑行者的骑行特点，主要使用两种分割方法：直线分割和斜线分割。骑行服的前片和袖子依据一条长的垂直直线进行分割，给人一种速度、流畅性和视觉韧性的感觉，分割线保持对称的形式保持了视觉平衡和符合人体工效学要求。人体前后肩的对角线和水平线的划分主要基于人体出汗的区域。上衣是长袖直立式衣领，全开门襟和隐藏式的防风帽。裤子主要是长裤，从整体上讲，它与身体保持紧密贴合，以降低风阻。

2.2 骑行服工艺和细节设计

骑行服一般选择防水透气性能面料，以适应骑行运动高强度易排汗的特点。而防水透气的面料在制作时常常会出现接缝处磨损的现象从而影响整件服装的使用效果。因此，密封接缝对于制造骑行服的防水外层（例如肩部和腋下接缝）极为重要。一些制造商使用胶带将接缝连接起来，以确保骑行服的质量。

（1）骑行服的设计应注重考虑骑行速度过快而导致的风阻变大现象，考虑着装者长时间穿着的客观实际，在设计时注意降低骑行服的紧绷感。

（2）多功能骑行服的设计应便于穿脱，选择双向拉链和魔术扣来搭合门襟。

（3）缝纫线的选择应考虑电子设备接缝处的防水工艺，选择有较强弹性的缝纫线，防止与人体摩擦。

（4）专门的拉链储物袋可以放置个人物品，防止骑行过程意外情况的发生，而影响骑行体验。

（5）反光色块的设计可以起到安全示警的作用，一般设计在后背或手臂等部位。

2.3 骑行服的科技材质设计

骑行服装的面料选择在满足服装美学效果的前提下，还必须能够适应人体的骑行运动，具备透气性、透湿性、耐热性和防风性、耐日光性以及耐洗涤性等特性。为了适应户外骑行环境并确保骑行者的舒适度，参考市场上用于户外服装的面料，骑行服装多使用96%聚酯涂层面料和4%聚酯纤维透气的网状布科学拼接，具有良好的抗风性、防水性、耐磨性、抗污性、抗撕裂性等，而且还具有良好的舒适性和透气性，防水指数和透气指数符合要求，这种织物不仅可以满足智能设备的牢固放置要求，还可以满足智能数据在骑行服上的需求，也符合服装舒适性的要求。

2.4 骑行服智能化设计

从功能化到智能化，户外运动装备的发展趋势促进了骑行服技术的不断提高。人们不再只是追求外观和时尚，科技元素也在与服装的高度融合中得到体现。针对不同骑行爱好者对于骑行服需求的差异性，在服装设计时引入了智能元素，通过在服装中融入智能可穿戴设备，设计一种模块化、可拆卸的智能穿戴骑行服。

当将太阳能电池板、LED 灯条和嵌入式显示屏与骑行服结合使用时，用高粘性尼龙搭扣紧固。温度和湿度传感器以及LED 显示屏使用快速插拔接口，太阳能充电器和太阳能电池板以及LED 灯条使用USB 接口，方便快捷。使用后，需要清洁时，只需取下太阳能电池板、LED 灯条，多功能移动太阳能电源和集成显示屏。移除这些电子设备后不会影响骑行服的使用，如短途徒步旅行和登山，都可以穿着[2]。

本文通过对骑行人员的骑行动作进行受力情况分析，得出了容易感到疼痛的部位的所占比例（如表1），从表中可以看到，臀部与腿部最易受到损伤。考虑到骑行动作会导致肌肉与骨骼产生移位，与人体的生理作用机制相关联，以此做为创新突破口，针对骑行服的防护设计和款式设计进行了创新设计实验。

表1 下肢易感到疼痛部位的比例

2.4.1 骑行服智能防护设计

骑行过程中，膝部、肘部是活动量最大的部位，也是最容易受伤的部位，因此本研究以骑行运动力学为依据，为膝部与肘部做了创新性的防护设计[3]：膝部以双侧弹簧支撑，双重加重绑带和柔性减震硅胶垫片3D 环形包裹贴合膝盖，并植入植胶式反光材质，进行保护与防碰撞设计；肘部加入BASF 抗撞击回弹PU 材料，保护肘部，以提升夜间骑行的安全性[4]。背部设计有位置控制LED灯组和荧光布，位置控制 LED 灯组置于背部大身面料和荧光布的中间层[5]。图2 和图3 为多功能骑行服的创新性智能设计图。

图2 膝部的创新性防护设计

图3 肘部的创新性防护设计

2.4.2 智能骑行服设计实践

针对骑行运动的特点、要求，并结合智能设备的安装要求，在骑行服的设计特点上，绘制了一款夏季智能骑行服款式图（如图4 和图5），以供设计者借鉴，该款式运用到了荧光面料、LED灯带及柔性太阳能电池板。

图4 智能骑行服上装款式图

图5 智能骑行服下装款式图

3 结语

总之，骑行服设计要“以人为本”，以骑行运动力学为出发点，以保护为核心，功能为关键，美观舒适为指导，从服装结构、面料组合、智能设计等多个方面进行优化，充分吸收冲锋衣、骑行服和智能保护服的优势，结合骑行服的结构特点，综合考虑造型、款式、结构、工艺、面料、智能防护等因素，提高骑行服的人体工效性能，才能使产品得到更好的优化，给户外骑行者更好的骑行保护和更舒适便捷的着装感受。