人机工程学在自行车设计中应用探究

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1、人机工程学在自行车设计中应用探究本文基于美国KB公司提出的五通中心点自行车尺寸关系，通过对人体尺寸的分析，完整描述自行车骑行姿势和整车尺寸的关系，并通过分析出人与自行车的相互关系来归纳出符合人机工程学的自行车设计方法步骤。自行车部分是专为激烈的骑车运动而设计。最重要的关键在于车体尺寸的大小，能否有效均匀地分散骑乘者的重量，同时又可保持良好的平衡。座垫要调整到正确的高度，曲柄要与地面平行，如此膝盖下方突出的骨块就会直接位于脚踏轴心的上方。背部应该向前倾斜到至少45度角，背部臀部及下背部强壮的臀肌才能在踩踏时有效施力。这种姿势会使身体重量移至双臂，此时手肘微微弯曲，手腕要打直，

2、才能减缓行车时的震动。当跨立在自行车上方推动自行车时，车子的高度不会撞伤大腿，而且也确保摔车时不会受到严重伤害。座管：座管应伸长15-20公分（6-8英寸）。若要使踩踏发挥最高效率，座垫高度在公路及越野时的高度应该保持一致。陡降坡时，要降低座垫，才能放开车尾。车把：车把应比座垫低约2.5-5公分（1-2英寸），宽度为53.3-70公分（21-24英寸）。宽车把在低速时控车效果较好；窄车把在高速时较易操控。胯下空间：越野骑车时，胯下与上管应管应保持8-10公分（3-4英寸）的距离。较高的上管适用于下坡及平顺的路面，但胯下仍应保持2.5公（1英寸）的距离。较低的上管有利于表演骑

3、车特技，但是除非骑行者身材很矮，否则手伸出去的距离会太短，骑乘的感觉会不舒服。在车把手与骑乘的操控设计方面，美国Kleinbicycle公司，创新的提出了五通中心点（BBCenter）到骑乘时手握持点的关系，称之为Directfitlength及Directfitangle,来完整描述骑姿和车架尺寸的关系。从座垫到手把位置是有身体的尺寸，如躯干长，上臂长，小臂长及手腕尺寸所决定，因为有四个角度变化，纵使有人体的尺寸，设计者也很难依照四个长度及四个角度去决定座垫和手把的相对位置。所以Kleinbicycle公司提出这两个尺寸及座管的相对长度，让我们很容易的决定人体和车架接触位

4、置的互相关系，使我们整车尺寸的规划有较佳的进行方法及步骤如下：1•决定前后轮距（WheelBase,WB）：由于五通中心至前轮轮心的距离，其准则为踏板轴至轮胎至少要有89mm的法规要求来决定，故配置条件上五通中心至前轮轮心的最小水平距离宜在595mm（CrankLength以175mm估算，轮胎尺寸26”），加上踏板的半宽以上。故在CityBike前轮有装置挡泥板情况时，最小的WB将增加。WB越大稳定性越佳，相对灵活性就下降；WB越小稳定性降低，灵活性就增加。WB直接影响座垫至把手的距离(CockpitLength,CPL),故WB长度的设定除最基本的考虑法规要求外，应和竖

5、管及把手一起考虑，以满足骑姿的要求。例如以身高175mm的人来设计时，若基准身高变更，为了满足座垫至把手距的对应，WB必须变更或以竖管及把手作调整。2.考虑操纵稳定度(SteeringStabilit)：根据BicycleScience2NDEditionbyWhittFrankRowland7WilsonDavidGordonPublishedbyMitPress5THPrintLng(1989)的资料显示，头管角度(HeadAngle,HA)之设定，以u值做为判定标准，其标准为-3

6、HA的设定须考虑各种情况下u值均能处在-1〜-3之内；另外HA的设定必须和前叉长度一起考量，需要特別注意两者和原始设定的一致性。如图3.13所示。3.决定头管长度(HeadTubeLength,HTL)：在其它条件不变的情况下，头管长度(HTL)的增加，会使手把的位置提高。较大的头管长度也利于车架前三角刚性的提升，此值一般由把手位置、前叉(Fork)的长度及车头碗组(HeadParts)、造型式样、制造条件所限定。HTL-般采整数长度,若车架使用管材构成，HTL与造型及制造条件极为相关，必须作共通考虑，原则上以保持把手落在设定的位置为优先考2.决定座管长度(Lengthof

7、SeatTube,LS)：LS决定的合理与否，与人体的身髙腿长有关，越髙的骑乘者，LS需越长。LS应为车架度加上座垫及座杆长而成，因为座杆长度是可调整，故一般都以座管的长度作为自行车尺寸的参考。一般成人用的自行车尺寸以小尺寸(S)、中尺寸(M)、大尺寸(L),也再加上超小尺寸(XS)及加大尺寸(XL)来做尺寸的标示。3.避震前叉的作动行程(FrontSuspensionStroke)：避震前叉(FrontSuspension)已经是自行车通用的配备了，考虑商品性及用途需求，以下坡车或登山车来说，其作动行程大于63m