自行车与人机工程学
解析人机工程在自行车的运用
浅析人机工程学在自行车中的应用摘要：自行车是一种最为常见常用的交通工具，特别是在中小学生这样一个正处于成长的人群中，自行车的使用频率是相对而言较高的。
所以本文对自行车的设计与各部分构造进行人机分析，旨在为将来的自行车的设计提供一个参考，使其更加符合人机工程学的应用，更加舒适与安全。
关键词：自行车；人机工程；设计；浅析长久以来，自行车一直是人们最为常用的交通工具，在与机动车辆共存的年代里，自行车的安全性与舒适性显得更为重要。
人机工程学是一门协调不同的作业中人、机器及环境三者间的关系，并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，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。
一、自行车的结构自行车的车架、轮胎、踏脚、刹车、链条等25个部件中（图1），其基本部分缺一不可。
其中，车架是自行车的骨架，它所承受的人和货物的重量最大。
按照各部件的工作特点，大致可将其分为导向系统、驱动系统、制动系统：导向系统：由车把、前叉、前轴、前轮等部分组成。
乘骑者可以通过操纵车把来改变行驶方向并保持车身平衡。
图1为自行车结构驱动（传动或行走）系统：由脚蹬、中轴、牙盘、曲柄、链条、飞轮、后轴、后轮等部件组成。
人的脚的蹬力是靠脚蹬通过曲柄、链条、飞轮、后轴等部件传动的，从而使自行车不断前进。
制动系统：它由车闸部件组成、乘骑者可以随时操纵车闸，使行驶的自行车减速、停驶、确保行车安全。
二、人机工程学在自行车的主要部件中的应用探索骑车时，人与自行车主要接触在三个部位：车把，坐垫与脚踏。
所以这次对于自行车的调研分析，主要以这三部分为中心进行展开。
2.1坐垫部分坐垫是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。
人机工程学 自行车
高度便可大致确定。行驶较快的车，鞍座位置要向前移
动，行驶较慢的车，鞍座位置向后移动，否则都不利于 骑行
正确鞍座位置
合 适 座 垫 高 度 的 调 节
3.5 车闸
设计时，闸把开挡、力率和闸把力 要与人手的大小和握力相适应。灵 敏度高的车闸，随着闸把上力的增 大，
刹车力也按比例地增加。如果
力到达某一程度不发生刹车作 而又骤然生效，说明这种车闸设计不良。
这样势必加长车架，影响了正确的坐车姿势，使人感到臀 部痛。若能按人的身长或下肢长来考虑曲柄长度，则可使 人省力和舒适。通常曲柄长度的基准，取人体身长的 1／ 10 ，也相当于大腿骨长的 1／2 。
3.3 三接点位置
正确的骑车姿势，是由骑车人和自行车三个接点位置决 定的，如图中所示的鞍座位置 A 、车把位置B 、脚蹬位 置C 。按三点调整法，AB 和AC 约等，一般 AB = ( AC
自行车的系统结构
自行车的车架、轮胎、脚踏、刹车、链条等25个部件中， 其基本部件缺一不可。其中，车架是自行车的骨架，它所 承受的人和货物的重量最大。按照各部件的工作特点，大 致可将其分为导向系统、驱动系统、制动系统： 1.导向系统：由车把、前叉、前轴、前轮等部件组成。 乘骑者可以通过操纵车把来改变行驶方向并保持车身平衡。 2.驱动（传动或行走）系统：由脚蹬、中轴、牙盘、 曲柄、链条、飞轮、后轴、后轮等部件组成。人的脚的蹬 力是靠脚蹬通过曲柄，链轮、链条、飞轮、后轴等部件传 动的，从而使自行车不断前进。 3.制动系统：它由车闸部件组成、乘骑者可以随时操 纵车闸，使行驶的自行车减速、停驶、确保行车安全。 此外，为了安全和美观，以及从实用出发，还装配了 车灯，支架，车铃等部件。
本节大纲
1.1 人与支撑部件关系
自行车与人机工程学
自行车设计中人机工程学案例分析一、人一自行车系统组成自行车的功能是供人骑行，就发挥自行车的功能作用而言，把人看作自行车的组成部分是完全合理的。
因此，人在骑车时组成了人一车系统，该人一车系统中的人一车界面关系可由图1-1来进行分析。
1．人与支撑部件关系人-车界面关系支撑部件主要有车架、前叉、鞍座和车把等，是自行车的构架。
支撑部分将其他零部件固定在相互间正确的位置上，保证自行车的整体性，实现自行车的功能。
从人机关系来看，鞍座、车把和车架等的位置和大小，以及它们间的相互关系，与骑车人的位置和肌肉的动作有着性的设计参数。
2．人与动力接受部件关系动力接受部件主要是脚蹬和曲柄。
动力是靠骑车人的双脚踩在脚蹬上，下肢运动的力使曲柄转动而产生的。
为了使人省力和有舒适感，必须在骑自行车人的体格和体力与自行车元件的尺寸关系上下功夫，即研究人体下肢肌肉的收缩运动与曲柄转动之间的能量转换问题。
3 ．人与传动部件关系传动部件主要是滚珠、链条和链轮。
人的作用力是通过链条和链轮传动而带动后轮转动，从而使自行车前移。
传动部分的设计关键是要有较高的传动效率和可靠性，且有易操纵的变速机构。
保证较高的传动效率，才能使人用一定的肌力而获得较大的输出功率。
4 ．人与工作部件关系工作部件就是车轮，即车圈、轮胎等。
绝大部分轮胎是充气的，少数是实心的。
车轮一方面把骑车人的肌肉力量，有效地转换为同地面接触而向前运动的力；另一方面将骑车人的握力转换为与接地部分所产生的刹车阻力。
在设计自行车的各部分尺寸、车闸及变速器等时，应该着眼于骑车人一动力一传动一工作的连贯性，才可能设计出同骑车人手的大小或握力相适应的闸把、刹车力适当的车闸，才不会发生刹车阻力不够而造成失误现象。
二、影响自行车性能的人体因素影响自行车性能的人体因素很多，如图1-2 所示。
现主要分析下述几点：1．人的体格因素以身高H 为基本因素，其他身体的能力与H 成比例，并有与H2、H3成比例的特性。
人机工程学课程设计自行车的人机系统评析
人机工程学课程设计自行车的人机系统评析摘要不同款式的自行车适用于不同的人群和社会需求，如小孩的自行车后轮处有两个小轮来支持其平衡，都市女性的自行车设置矮小美观，年轻人喜欢省力且易于在山地行走的多功能自行车。
作为大学生，我们需要评析山地自行车并选择更好的、更合人的自行车，以此提高安全，降低疲劳，增加舒适度。
一、引言1.1研究背景随着人们对健康和环保意识的提高，自行车作为一种环保、健康的交通工具越来越受到人们的青睐。
1.2研究意义在自行车的设计过程中，运用人机工程学原理和方法可以使自行车与人更好地配合，相互兼容，降低环境的影响，提高安全性和舒适度。
1.3评析内容本文主要评析山地自行车的设计结构要素，以及人体因素对自行车性能的影响。
1.4研究目的通过评析山地自行车的设计结构要素和人体因素对自行车性能的影响，提高自行车的安全性和舒适度。
1.5研究方法采用人机工程学原理和方法，结合计算机辅助设计进行评析。
二、相关尺寸（以山地自行车为例）在山地自行车的设计中，需要考虑车架的高度、长度、角度等尺寸，以及车轮和刹车等相关尺寸。
三、自行车人-机评析3.1人一自行车系统自行车是人与机器的一个系统，需要考虑人体因素和机器因素的相互作用。
3.2影响自行车性能的人体因素人体因素包括身高、体重、力量、灵活性等，需要考虑这些因素对自行车的影响，如车架高度和长度需要适合骑车者的身高和体重，刹车的力度需要适合骑车者的力量等。
3.3自行车设计结构要素分析自行车设计结构要素包括车架、车轮、刹车、变速器等，需要考虑这些要素的相互作用，以及如何使它们更好地适应环境和人体因素，提高自行车的安全性和舒适度。
人体疲劳和疼痛是影响骑车出力性能的不利因素，其产生原因既有人体因素，也有自行车结构因素。
肌肉负担过大、不合适的骑车姿势以及体重对鞍座的体压分配不合适等都可能导致疲劳和疼痛。
此外，人的最大摄氧量也会影响出力因素。
山地自行车是喜爱运动的人们主要的运动工具，尤其是长途游玩的驴友。
自行车与人机工程学
自行车与人机工程学自行车设计中人机工程学案例分析一、人一自行车系统组成自行车的功能是供人骑行，就发挥自行车的功能作用而言，把人看作自行车的组成部分是完全合理的。
因此，人在骑车时组成了人一车系统，该人一车系统中的人一车界面关系可由图1-1来进行分析。
1．人与支撑部件关系人-车界面关系支撑部件主要有车架、前叉、鞍座和车把等，是自行车的构架。
支撑部分将其他零部件固定在相互间正确的位置上，保证自行车的整体性，实现自行车的功能。
从人机关系来看，鞍座、车把和车架等的位置和大小，以及它们间的相互关系，与骑车人的位置和肌肉的动作有着性的设计参数。
2．人与动力接受部件关系动力接受部件主要是脚蹬和曲柄。
动力是靠骑车人的双脚踩在脚蹬上，下肢运动的力使曲柄转动而产生的。
为了使人省力和有舒适感，必须在骑自行车人的体格和体力与自行车元件的尺寸关系上下功夫，即研究人体下肢肌肉的收缩运动与曲柄转动之间的能量转换问题。
3 ．人与传动部件关系传动部件主要是滚珠、链条和链轮。
人的作用力是通过链条和链轮传动而带动后轮转动，从而使自行车前移。
传动部分的设计关键是要有较高的传动效率和可靠性，且有易操纵的变速机构。
保证较高的传动效率，才能使人用一定的肌力而获得较大的输出功率。
4 ．人与工作部件关系工作部件就是车轮，即车圈、轮胎等。
绝大部分轮胎是充气的，少数是实心的。
车轮一方面把骑车人的肌肉力量，有效地转换为同地面接触而向前运动的力；另一方面将骑车人的握力转换为与接地部分所产生的刹车阻力。
在设计自行车的各部分尺寸、车闸及变速器等时，应该着眼于骑车人一动力一传动一工作的连贯性，才可能设计出同骑车人手的大小或握力相适应的闸把、刹车力适当的车闸，才不会发生刹车阻力不够而造成失误现象。
二、影响自行车性能的人体因素影响自行车性能的人体因素很多，如图1-2 所示。
现主要分析下述几点：1．人的体格因素以身高H 为基本因素，其他身体的能力与H 成比例，并有与H2、H3成比例的特性。
自行车中的人机工程学
5. 人的平衡机能骑车人本身的平衡机能是影响自行车性 能的重要因素，如果缺少平衡机能，哪怕是运动性能 很好的自行车也不能平稳行驶；若人有很好的平衡机 能，却可掩盖自行车设计上的某些缺陷。
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3
2．人与动力接受 部件关系
动力接受部件主要是 脚蹬和曲柄。动力是靠 骑车人的双脚踩在脚蹬 上，下肢运动的力使曲 柄转动而产生的。为了 使人省力和有舒适感， 必须在骑自行车人的体 格和体力与自行车元件 的尺寸关系上下功夫， 即研究人体下肢肌肉的 收缩运动与曲柄转动之 间的能量转换问题
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3 ．人与传动部件 关系
自行车中的人机工程学
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1
(一) 人—自行车系 统
人与支排部件关 系 人与动力接受部 件关系 人与传动部件关 系 人与工作部件关 系
1．人与支撑部件 关系
支撑部件主要有车架、 前叉、鞍座和车把等， 是自行车的构架。支撑 部分将其他零部件固定 在相互间正确的位置上， 保证自行车的整体性， 实现自行车的功能。从 人机关系来看，鞍座、 车把和车架等的位置和 大小，以及它们间的相 互关系，与骑车人的位 置和肌肉的动作有着性 的设计参数。
传动部件主要是滚珠、 链条和链轮。人的作用 力是通过链条和链轮传 动而带动后轮转动，从 而使自行车前移。传动 部分的设计关键是要有 较高的传动效率和可靠 性，且有易操纵的变速 机构。保证较高的传动 效率，才能使人用一定 的肌力而获得较大的输 出功率。
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ห้องสมุดไป่ตู้
自行车设计中人机工程学案例分析
变速自行车设计中人机工程学案例分析一、人一自行车系统组成自行车的功能是供人骑行，就发挥自行车的功能作用而言，把人看作自行车的组成部分是完全合理的。
因此，人在骑车时组成了人一车系统，该人一车系统中的人一车界面关系可由图1-1来进行分析。
1．人与支撑部件关系图1-1 人-车界面关系支撑部件主要有车架、前叉、鞍座和车把等，是自行车的构架。
自行车设计国家标准规定：车吧前叉轴线与通过轮心得地面垂直线的交叉点到地面的距离不小于轮半径的15%，不大于轮半径的60%。
车把部分：这是关系到操纵和制动性能的主要部件。
列入山地车，车吧的宽度以中青年男子的肩宽480mm，手掌宽度100mm为参照，设计时考虑手掌中央与车吧把套的中央为接触点，这样可以使整车受力平衡，具备安全可靠的操纵车把和刹车制动的有利条件。
2．人与动力接受部件关系动力接受部件主要是脚蹬和曲柄。
动力是靠骑车人的双脚踩在脚蹬上，下肢运动的力使曲柄转动而产生的。
为了使人省力和有舒适感，必须在骑自行车人的体格和体力与自行车元件的尺寸关系上下功夫，即研究人体下肢肌肉的收缩运动与曲柄转动之间的能量转换问题。
脚踏部分：脚踏分为水平脚踏和自锁脚踏以及脚带脚踏。
水平脚踏即我们平日所见的脚踏，脚踏和脚是分开的。
自锁脚踏需使用专用配套自锁鞋，如果是长时间骑行会感觉轻松很多，因为一只脚踩下去的同时另一只脚还可以网上提，一般来说可以胜利25%。
根据自行车国家标准：1脚蹬面朝上放置时，自行车向一倾斜25°，脚蹬上的零件不触及对面。
2脚蹬中心与泥板转到任意角度的间隔距离必须大于或等于89mm。
支撑部分将其他零部件固定在相互间正确的位置上，保证自行车的整体性，实现自行车的功能。
从人机关系来看，鞍座、车把和车架等的位置和大小，以及它们间的相互关系，与骑车人的位置和肌肉的动作有着性的设计参数。
鞍座部分：人处于坐姿状态时，由人体组织的解剖学特性可知，与鞍座紧密接触的是最能承受压力的臀部的两块坐骨结节，时间久了便会感到疲劳，造成臀部疼痛。
人机工程学
6）、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。提高车 把高度可使背部弯曲度变浅，可以避免对腹部的压 迫，但力不易传递到前轮。从生物力学角度来看， 当人体脊柱处于非自然弯曲状态时，会引起椎间盘 压力改变，致使腰部疼痛。所以良好的骑姿应使骑 车者与舒适地坐在椅子上的姿势是相似的，身体应 稍向倾斜，手臂肘部略有弯曲。这样可以利用上半 身肌群的平行成分，辅助蹬踏。
车架一般采用普通碳素铜管经过焊接、组合 而成。为了减轻管重量，提高强度，较高档的自 行车采用低合金钢管制造。为了减少快速行驶的 阻力，有的自行车还采用流线型的钢管。 由于自行车是依靠人体自身的驱动力和骑车 技能而行驶的，车架便成为承受自行车在行驶中 所产生的冲击载荷以及能否舒适、安全地运载人 体的重要结构体，车架部件制造精度的优劣，将 直接影响乘骑的安全、平稳、和轻快。一般辐条 是等径的，为了减轻重力，也有制成两端大、中 间小的变径辐条，还有为了减少空气阻力将辐条 制成扁流线型
3）、座面倾角
鞍座后倾一定的角度，一方面可使背部 抵靠靠背，获得支持，从而降低背肌静压。 另一方面则可防止坐者从座缘滑出座面，鞍 座后倾的角度不可太大，如果太大，身体势 必前屈作业，致使脊椎拉直，破坏正常腰椎 曲线，形成一种费力姿，一般后倾角在3度以 内为宜。另外，研究还表明，人在骑车时身 体适当前倾，人体的迎风面积减小，更有利
四、鞍座
自行车车座学名又称座垫。我们长途骑行时总会觉得臀 部越来越疼，我们有时会抱怨坐垫不舒服，其实导致臀部疼 痛的原因可能是你不正确的使用车座造成的！自行车车座应 调整到什么高度为最佳呢?一般说来，以车座较低并有5-10 度的后倾最便于长途旅游。车座越高，角度越平;车座越低， 角度越翘。这样才能座得稳。坐垫还是要配合身体的，如果 水平的话也会因为身体的倾斜而顶到男性特处，如果低下座 位前部，哪怕一点点，骑车有种身体下滑的感觉还是水平的 好。
自行车设计中人机工程学案例分析
变速自行车设计中人机工程学案例分析一、人一自行车系统组成自行车的功能是供人骑行，就发挥自行车的功能作用而言，把人看作自行车的组成部分是完全合理的。
因此，人在骑车时组成了人一车系统，该人一车系统中的人一车界面关系可由图1-1来进行分析。
1．人与支撑部件关系图1-1 人-车界面关系支撑部件主要有车架、前叉、鞍座和车把等，是自行车的构架。
自行车设计国家标准规定：车吧前叉轴线与通过轮心得地面垂直线的交叉点到地面的距离不小于轮半径的15%，不大于轮半径的60%。
车把部分：这是关系到操纵和制动性能的主要部件。
列入山地车，车吧的宽度以中青年男子的肩宽480mm，手掌宽度100mm为参照，设计时考虑手掌中央与车吧把套的中央为接触点，这样可以使整车受力平衡，具备安全可靠的操纵车把和刹车制动的有利条件。
2．人与动力接受部件关系动力接受部件主要是脚蹬和曲柄。
动力是靠骑车人的双脚踩在脚蹬上，下肢运动的力使曲柄转动而产生的。
为了使人省力和有舒适感，必须在骑自行车人的体格和体力与自行车元件的尺寸关系上下功夫，即研究人体下肢肌肉的收缩运动与曲柄转动之间的能量转换问题。
脚踏部分：脚踏分为水平脚踏和自锁脚踏以及脚带脚踏。
水平脚踏即我们平日所见的脚踏，脚踏和脚是分开的。
自锁脚踏需使用专用配套自锁鞋，如果是长时间骑行会感觉轻松很多，因为一只脚踩下去的同时另一只脚还可以网上提，一般来说可以胜利25%。
根据自行车国家标准：1脚蹬面朝上放置时，自行车向一倾斜25°，脚蹬上的零件不触及对面。
2脚蹬中心与泥板转到任意角度的间隔距离必须大于或等于89mm。
支撑部分将其他零部件固定在相互间正确的位置上，保证自行车的整体性，实现自行车的功能。
从人机关系来看，鞍座、车把和车架等的位置和大小，以及它们间的相互关系，与骑车人的位置和肌肉的动作有着性的设计参数。
鞍座部分：人处于坐姿状态时，由人体组织的解剖学特性可知，与鞍座紧密接触的是最能承受压力的臀部的两块坐骨结节，时间久了便会感到疲劳，造成臀部疼痛。
自行车与人机工程
车架部分：
• 车架是自行车的主要部件，它与车把、前叉和前后车轮连接， 承载着骑车人的全部重量，分前三角和后三角两部分。车架的前后部 分都应具有一定的刚性和弹性。从而确保不同的道路，安全稳定的行 驶。
车轮部分：
• 车轮部分分前轮和后轮，它是由前、后轴、辐条、内外胎组 成，以承受自行车和骑行者的总重量，并通过脚蹬驱动，推动车辆前 进。 • 据有关资料介绍，脚踏力和车轮启动力距是1：20。为了更好地发 挥车轮的气动力，则要提高车轮部件的质量，就应选用高韧性、高弹 性的轻质耐磨轮胎。
脚踏部分：
脚踏分为水平脚踏、自锁脚踏和脚带脚踏。水平脚踏即我们平日 所见的脚踏，脚和脚踏是分开的。自锁脚踏需使用专用配套自锁鞋， 如果是长时间骑行会感觉轻松很多，因为一只脚踩下去的同时另一只 脚还可以往上提，一般来说可以省力25%。 根据自行车国家标准：1、脚蹬面朝上放置时，自行车向一倾斜 25°，脚蹬上的零部件不触及地面。2、脚蹬中心与泥板转到任意角度 时的间隔距离必须大于或等于89mm。
鞍座部分：
• 人处于坐姿状态时，由人体组织的解剖学特性可知，与鞍 座紧密接触的是最能承受压力的臀部的两块坐骨结节，时间久了 便会感到疲劳，造成臀部疼痛。
概念自行车
自行车的发展史
种类
1 2
公路竞赛车 下坡越野车 登山越野车 场地越野车 折叠自行车
3 4 5 6
7 8
场地竞赛车
多功能越野车 一般通勤车
自行车的结构
自行车的车架、轮胎、踏脚、刹车、链条等25 个部件中，其基本部分缺一不可。其中，车架是自 行车的骨架，它所承受的人和货物的重量最大。按 照各部件的工作特点，大致可将其分为导向系统、 驱动系统、制动系统：
前叉部分：
•
人机工程学之自行车
轻量化设计
通过减轻自行车重量，降 低骑行阻力，减少骑行所 需的能量。
节能照明技术
应用LED等节能照明技术， 提高自行车夜间行驶安全 性，同时降低能耗。
绿色出行理念对自行车产业的影响
倡导低碳出行
鼓励人们选择自行车作为出行工具，减少机动车排放对环境的污 染。
提高健康意识
骑自行车有益于身体健康，推动人们关注自身健康，选择绿色出行 方式。
根据人体尺寸和形态差异，设 计可调节高度和长度的车架结 构，满足不同人群的骑行需求 。同时，通过优化车架材料和 结构，提高自行车的承载能力 和减震性能。
03 自行车骑行舒适性与安全 性研究
骑行舒适性影响因素分析
01
自行车尺寸与人体尺寸匹配程度
自行车车架、车把、车座等部件的尺寸应与骑行者的身高、腿长、臂长
能，降低交通事故风险。
智能化自行车技术发展趋势及挑战
个性化定制
根据用户需求提供个性化定制服务，如调整自行车参数、定 制外观等。
多功能集成
将更多功能集成到自行车上，如音响、照明、防盗等，提升 用户体验。
智能化自行车技术发展趋势及挑战
• 智能化升级：通过软件更新和硬件升级，不断优化自行车 性能，满足用户日益增长的需求。
智能化自行车技术应用现状
导航与定位
通过GPS或北斗导航系统，实现 自行车的定位和导航功能，为用 户提供准确的路线规划和导航服
务。
运动与健康监测
通过传感器实时监测用户的骑行 数据，如速度、距离、卡路里消 耗等，帮助用户合理规划运动量
和了解健康状况。
安全防护
采用智能刹车系统、自动感应大 灯等技术，提高自行车的安全性
市场需求分析
通勤需求
休闲娱乐需求
人机工程学在自行车设计中的应用研究
坐垫的高度和角度需根据骑行者的身高、体型、骑行姿势等 因素进行调整，以提供最佳的骑行舒适度。
自行车把手人机工程设计
把手形状与材质
把手应采用人体工学设计，适应手部握持姿势，同时选用坚固、耐磨、防滑 的材质。
把手高度与角度
把手的高度和角度需根据骑行者的身高、骑行姿势、视线角度等因素进行调 整，以提高操控性和安全性。
消费者对人机工程的需求
消费者对人机工程的需求是影响其选择购买的因素之一。
人机工程学可以通过研究消费者的行为和需求来提高产品的易用性和舒适性，从 而增加消费者的购买欲望。
技术发展对人机工程的影响
技术的发展对于人机工程的应用也有着重要的影响。
新材料、新工艺的应用可以改善自行车的性能，提高其舒适 性和易用性，而新技术的出现也为人机工程的应用提供了更 多的可能性。
05
02
研究人机工程学在自行车设计中的应用现状 和存在的问题。
04
研究不同人群对自行车设计的认知和需求， 并探讨如何满足这些需求。
06
分析研究结果，并总结研究结论。
研究目的与意义
强调本研究的研究目的和意义，包括
通过本研究，为自行车设计提供更加科学合理的方法 ，并推动人机工程学的发展和应用。
研究人机工程学在自行车设计中的应用，提高自行车 的舒适度和安全性。
针对不同使用场景，人机工程学可以为自行车设 计提供更加合理的方案，例如城市休闲自行车、 运动自行车、山地自行车等。
THANKS
谢谢您的观看
刹车手柄形状与材质
刹车手柄应采用人体工学设计，适应手部握持姿势，同时选 用防滑、耐磨、耐腐蚀的材料。
05
影响自行车设计中人机工程应用的因素
设计师对人机工程的理解
人机工程学--自行车
人与动力接受部件关系分析
动力接受部件：脚蹬，曲柄
研究人体下肢肌肉的收缩运动与曲柄转动之间的能量转换
人与传动部件关系分析
人机工程学
---自行车设计研究
设计主题： 踏雪无痕
工业设计091 陈骏勇 26号
主题：踏雪无痕
仿如《卧虎藏龙》中众多高手那绝世的轻功，身轻如燕，踏过雪地却丝毫不留下任何的痕迹。 以此主题进行自行车设计，主要把设计重点放在自行车轻巧，便利，快捷的特点。
人机工程分析 ------自行车设计必要条件
人与支撑部件关系分析
车架高度与脚蹬用力关系 车架高度：14英寸逐渐大至22英寸共5个尺寸 约为14英寸为155公分以下、 16英寸者为155-170公分、 18英寸为170以上， 至于180公分以上20英寸以上
人与支撑部件关系分析
确保人上身有正确姿势 正确的骑行姿势是: 上体较低，头部稍倾斜前伸；双臂自然弯屈，以作上体的良好支点，便于腰部弓屈，降低身体重心，同时 止由于车子颠簸而产生的冲击力传到全身；双手轻轻而有力地握把，臀 部坐稳车座位，使人和车子成“流
速比应合适，不宜过小，也不宜过大：
过小：不能充分提速，得不到最大输出功率
在限定的曲柄转速下得不到必要的骑行速度（后轮速度）
过大：踏力大，容易疲劳
以肌肉负担约为最大肌力的10%来选择速比和曲柄转速
变速器的设计
曲柄长度
按人的身长或下肢长来考虑曲柄长度 通常曲柄长度的基准为：取人体身长的1/10，相当于大腿骨长的1/2.
自行车设计中人机工程学案例分析
变速自行车设计中人机工程学案例分析一、人一自行车系统组成自行车的功能是供人骑行，就发挥自行车的功能作用而言，把人看作自行车的组成部分是完全合理的。
因此，人在骑车时组成了人一车系统，该人一车系统中的人一车界面关系可由图1-1来进行分析。
1．人与支撑部件关系图1-1 人-车界面关系支撑部件主要有车架、前叉、鞍座和车把等，是自行车的构架。
自行车设计国家标准规定：车吧前叉轴线与通过轮心得地面垂直线的交叉点到地面的距离不小于轮半径的15%，不大于轮半径的60%。
车把部分：这是关系到操纵和制动性能的主要部件。
列入山地车，车吧的宽度以中青年男子的肩宽480mm，手掌宽度100mm为参照，设计时考虑手掌中央与车吧把套的中央为接触点，这样可以使整车受力平衡，具备安全可靠的操纵车把和刹车制动的有利条件。
2．人与动力接受部件关系动力接受部件主要是脚蹬和曲柄。
动力是靠骑车人的双脚踩在脚蹬上，下肢运动的力使曲柄转动而产生的。
为了使人省力和有舒适感，必须在骑自行车人的体格和体力与自行车元件的尺寸关系上下功夫，即研究人体下肢肌肉的收缩运动与曲柄转动之间的能量转换问题。
脚踏部分：脚踏分为水平脚踏和自锁脚踏以及脚带脚踏。
水平脚踏即我们平日所见的脚踏，脚踏和脚是分开的。
自锁脚踏需使用专用配套自锁鞋，如果是长时间骑行会感觉轻松很多，因为一只脚踩下去的同时另一只脚还可以网上提，一般来说可以胜利25%。
根据自行车国家标准：1脚蹬面朝上放置时，自行车向一倾斜25°，脚蹬上的零件不触及对面。
2脚蹬中心与泥板转到任意角度的间隔距离必须大于或等于89mm。
支撑部分将其他零部件固定在相互间正确的位置上，保证自行车的整体性，实现自行车的功能。
从人机关系来看，鞍座、车把和车架等的位置和大小，以及它们间的相互关系，与骑车人的位置和肌肉的动作有着性的设计参数。
鞍座部分：人处于坐姿状态时，由人体组织的解剖学特性可知，与鞍座紧密接触的是最能承受压力的臀部的两块坐骨结节，时间久了便会感到疲劳，造成臀部疼痛。
人机工程学在自行车设计中的应用
人机工程学在自行车设计中的应用
人机工程学在自行车设计中起着重要的作用，确保自行车可以舒适、安全，充分满足骑行者的需求。
以下是一些人机工程学的应用：
1.尺寸适配：自行车尺寸必须适合骑行者的身高和体型。
例如，座位高度、把手位置和脚踏板位置必须调整到最佳位置，以确保舒适的骑行体验和最高效的骑行力度。
2.控制器布局：自行车的控制器应该布置在骑行者可以方便地操作的区域。
例如，刹车杆、换挡器和其它控制器应该根据骑行者所需的位置来安排。
3.材质选择：自行车部件的材料必须耐用、安全，也要考虑舒适度。
例如，车手把必须具有良好的防滑设计，座位也必须舒适耐用。
此外，自行车材料应尽可能减少负担和功率损耗。
4.动力传输：自行车动力传输必须有效地传递力量。
驱动系统和齿轮必须与骑行者的力量和速度相匹配，以确保易于控制和舒适的骑行体验。
总之，人机工程学在自行车设计中可以帮助设计师充分考虑骑行者的需求和舒适度，同时保证自行车的性能和安全。
自行车鞍座的人机工程学分析
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自行车鞍座的人机工程学分析
6. 其他形式鞍座人机分析
（1）镂空型自行车座 这种车座的主要特点是在车座的中间镂空了一个近菱形的形状，尽量避
免对一些神经和血管的不必要的压迫。车座的中间被镂空以后，会阴区的泌 尿组织和生殖系统的组织和血管就被架空，这样就直接减少了对神经和血管 的压迫，减少了对生殖系统的负面影响。
（2）中角度30°～60°
对于骑乘角度在30°～60°度之间的骑乘者来说，其骑乘的舒 适程度要比0°～30°之间的运动员要好许多。在设计上，这一 角度鞍座比公路赛车的鞍座宽大、柔软，鞍座与坐骨生殖区 的接触面积明显减少，而且对坐骨生殖区的压迫明显减轻， 在垫料选择上，一般选择较硬的海绵作为垫料，外面覆以皮 革，使之成为一个整体。
（2）适合女性的鞍座应比适合男性的鞍座大很多 从数据的角度来说，女性的坐骨结节比男性的坐骨结节宽一些，但并没 有人们想象中的那么宽，也就是说，现在市场上一些品牌的女性自行车座为 了宣扬其针对女性的特点，刻意将车座的后部设计的比较宽大，其实并不是 十分的合理。由于女性生理结构的原因，臀部的脂肪比较多，如果将鞍座设 计的比较宽大的话会与腿部特别是大腿后侧靠近臀部的肌肉摩擦，从而产生 不舒适感。
自行车鞍座的人机工程学分析
5.自行车骑行受力分析
（1）小角度0°～30° 这一角度的骑乘者主要是一些运动员。骑乘者躯干与地面的倾斜角小于
30°，这样做可以有效减小身体对空气的阻力，加快骑行的速度。但是速度 是以牺牲运动员的骑乘舒适度为代价的。Βιβλιοθήκη 自行车鞍座的人机工程 学分析
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5.自行车骑行受力分析
自行车鞍座的人机工程学分析
鞍座是自行车重要的组成部分，在骑行时与人的关系密切，在设计前需要进行深入的人机分析。
基于人机工程学自行车的设计(修复的)
摘要随着人们环保意识和健身意识的增强，以及自行车本身的诸多优点，自行车越来越受到人们的青睐。
然而当人们骑行不适合自己身体结构的自行车，随着时间的持续就会产生疲劳和不适,严重的还会影响到人们的身体健康。
基于人机工程学的自行车设计是自行车设计的一个重要研究热点。
自行车与人体有多个部位紧密接触，在设计时应统筹考虑自行车的结构和骑自行车的人的生理特点，才能做到人与自行车的协调统一。
在自行车设计中考虑人的因素,对其进行人机工程学设计是自行车发展的必经之路。
正是基于此，本文首先分析自行车的结构和人体特性，并找出他们之间的联系点，然后应用人机工程学的相关理论进行自行车设计。
关键词:人机工程学；自行车系统；自行车性能；自行车设计结构;自行车的机械因素；自行车动态特性AbstractAlong with the people environmental protection consciousness and consciousness of fitness enhancement， as well as the bike itself has many advantages， the bike more and more people of all ages。
However when people ride is not suitable for their own physical structure of bicycle, as time continued will produce fatigue and discomfort，serious will influence people’s health.Based on the ergonomics design of bicycle bike design is one of the most important and hot research topics。
人机工程学在自行车中的应用
合 适 座 垫 高 度 的 调 节
四、车架
是构成自行车的基体联接着自行车的其余各个部件并承受骑者的体 重及自行车在行驶时经受各种震动和冲击力量，因此除了强度以外还 应有足够的刚度，这是为了在各种行驶条件下，使固定在车架上的各 机构的相对位置应保持不变，充分发挥各部位的功能。车架结构可由 设计人员创新，但与其他部件相关的安装尺寸，应严格控制。
•据有关资料分析：当人呈水平状态，小腿与水平的大腿基本垂直， 而另一小腿能自然垂直于地面、此时的曲柄应转到呈60°时用脚 掌蹬力最舒适位置。
五、车轮部分
车轮部分分前轮和后轮，它是由前、后轴、辐条、内外 胎组成，以承受自行车和骑行者的总重量，并通过脚蹬驱 动，推动车辆前进。 据有关资料介绍，脚踏力和车轮启动力距是1：20 。为了 更好地发挥车轮的气动力，则要提高车轮部件的质量，就 应选用高韧性、高弹性的轻质耐磨轮胎。
缺点：
Ⅰ结构强度不高。 Ⅱ易被盗。
THE END
2、鞍座尺寸设计
座面宽度：根据人体测量学， 50% 的人群盆骨的坐骨结节间距约为 200~220mm ，在设 计时还需加上适当的设计余量（40~60mm），以提高鞍座的舒适性，因此可确定普通休 闲自行车的鞍座后端宽度为 240~280mm 为宜。由于女性的髋骨要宽于男性，在鞍座设 计时，女士自行车的鞍座宽度要比男性的宽一些。 鞍座长度：据人体解剖学中人体解构尺寸可知，鞍座后端的长度应由坐姿状态下坐骨结 节离臀部后缘的距离（ 100~120mm ）确定，鞍座总长度则由坐姿时会阴处离臀部后缘 的距离（160~190mm）再加上适当余量确定。 3、材料选取
三、鞍座部分
是承受骑车者的体重作用，要有足够的强度和弹性，不同型号的自行车对鞍 座的要求也不完全一致， 对鞍座的要求是坚固、舒适，既能使骑行者提高输 出功率的作用，同时减少骑行者的疲劳，提高行驶性能。
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自行车设计中人机工程学案例分析
一、人一自行车系统
组成自行车的功能是供人骑行，就发挥自行车的功能作用而言，把人看作自行车的组成部分是完全合理的。
因此，人在骑车时组成了人一车系统，该人一车系统中的人一车界面关系可由图1-1来进行分析。
1．人与支撑部件关系
人-车界面关系
支撑部件主要有车架、前叉、鞍座和车把等，是自行车的构架。
支撑部分将其他零部件固定在相互间正确的位置上，保证自行车的整体性，实现自行车的功能。
从人机关系来看，鞍座、车把和车架等的位置和大小，以及它们间的相互关系，与骑车人的位置和肌肉的动作有着性的设计参数。
2．人与动力接受部件关系
动力接受部件主要是脚蹬和曲柄。
动力是靠骑车人的双脚踩在脚蹬上，下肢运动的力使曲柄转动而产生的。
为了使人省力和有舒适感，必须在骑自行车人的体格和体力与自行车元件的尺寸关系上下功夫，即研究人体下肢肌肉的收缩运动与曲柄转动之间的能量转换问题。
3 ．人与传动部件关系
传动部件主要是滚珠、链条和链轮。
人的作用力是通过链条和链轮传动而带动后轮转动，从而使自行车前移。
传动部分的设计关键是要有较高的传动效率和可靠性，且有易操纵的变速机构。
保证较高的传动效率，才能使人用一定的肌力而获得较大的输出功率。
4 ．人与工作部件关系
工作部件就是车轮，即车圈、轮胎等。
绝大部分轮胎是充气的，少数是实心的。
车轮一方面把骑车人的肌肉力量，有效地转换为同地面接触而向前运动的力；另一方面将骑车人的握力转换为与接地部分所产生的刹车阻力。
在设计自行车的各部分尺寸、车闸及变速器等时，应该着眼于骑车人一动力一传动一工作的连贯性，才可能设计出同骑车人手的大小或握力相适应的闸把、刹车力适当的车闸，才不会发生刹车阻力不够而造成失误现象。
二、影响自行车性能的人体因素
影响自行车性能的人体因素很多，如图1-2 所示。
现主要分析下述几点：
1．人的体格因素
以身高H 为基本因素，其他身体的能力与H 成比例，并有与H2、H3成比例的特性。
如手臂、腿、气管等的长度与身高成比例，从而以骨关节为中心所产生的力矩、步幅等，都取决于H的大小。
肌肉、大动脉、骨骼的截面积以及肺泡的表面积等都可看成与H2成比例。
肺活量、血液量、心脏容量等都可看成与H3成比例。
体格对出力性能的影响，从理论
上讲，弹跳能力与H成比例，速度能力与H2成比例，作功能力和H3成比例。
但实际上因每个人身体素质不同，常有20％以上的偏差。
2．人的下肢肌力
自行车骑行的原动力，主要是骑车人的下肢肌力。
人骑车时，骨骼肌肉内部的化学能转换为肌肉收缩的机械能。
自行车脚蹬的转动就是通过腿肌收缩出力而完成的，一般说腿肌长的人比腿肌短的人有利。
肌肉收缩时产生的力，一般与肌肉的截面积成比例，约为每平方厘米40--50N ，通过一定训练的人可提高到65N 。
影响自行车性能的人体因素
3
．人的输出功率
人输出的功率随着骑车人的体格、体力、骑车姿势、持续时间和速比等的变化而变化。
一般成年男人的最大输出功率约为0.7 马力（0.51 kw ) ，能持续10s左右。
如果持续时间长，其值要小得多，持续lh ，大约只有1.0-0.7马力（0.07-0.15kw）。
4．人的脚踏速度
自行车运动是很有节奏的，其节奏常常与人的心脏节律保持一定关系。
健康人的心脏跳动为70 次／min ，一般脚踏以60r/min 节奏转动较为合适。
设计时以这一常用速度来确定相关设计参数。
5．人的平衡机能
骑车人本身的平衡机能是影响自行车性能的重要因素，如果缺少平衡机能，哪怕是运动性能很好的自行车也不能平稳行驶；若人有很好的平衡机能，却可掩盖自行车设计上的某些缺陷。
6．人的手和握力
影响刹车性能的人的因素主要是人的手和握力，男性和女性，成年人和儿童，手的大小和握力都不相同。
据试验，为了长时间施闸而不致使手有疼痛的感觉，希望只用最大握力的10％左右便能得到必要的减速度。
7 ．人的疲劳
人体疲劳和疼痛是对骑车出力性能的不利因素，其产生原因有人体因素，也有自行车结构因素。
疲劳和疼痛一般是由于部分肌肉负担过大，骑车姿势不合适，以及体重对鞍座的体压分
体不合适等引起的。
此外，影响出力因素还有人的最大摄氧量。
三、自行车设计结构要素分析
影响自行车性能的因素除了上述人的因素外，还有许多机械因素，如图1-3所示。
为了获得自
行车较佳的性能，必须把人的因素与机械因素有机地结合起来，以使人一车协调。
为此，着重分
析与人体相关的结构要素。
1．速比
大小链轮的齿数比，与链轮直径比相一致，一般控制在2.3-4.0的范围内。
利用速比关系可取
得骑行时所必要的功率和必要的速度。
速比要合适，如果太小，无论人的肌力有多大，由于不能充
分提高转速，所以就得不到大的输出功率。
也由于速比小，在限定的曲柄转速下，得不到必要的骑
行速度（后轮转速）。
速比过大时，要求的踏力也大，容易使人疲劳。
为了保持不疲倦的持续骑
行，希望肌肉的负担约为最大肌力的10% ，按此选择速比和曲柄转速，可得到比较好的效果。
2．曲柄长度
传统的自行车设计，一般从杠杆原理考虑比较多，对人研究少，认为曲柄越长越有力。
曲柄过长后，为了不使脚蹬碰到前泥板，不得不加大中轴至前轴的距离（前心距）。
这样势必加长车
架，影响了正确的坐车姿势，使人感到臀部痛。
若能按人的身长或下肢长来考虑曲柄长度，则可使
人省力和舒适。
通常曲柄长度的基准，取人体身长的1／10 ，也相当于大腿骨长的1／2 。
3 ．三接点位置
正确的骑车姿势，是由骑车人和自行车三个接点位置决定的，如图1-4(a）中所示的鞍座位
置
A 、车把位置
B 、脚蹬位置
C 。
按三点调整法，AB 和AC 约等，一般AB = ( AC 一3 ) cm , A点略
低于B点，约为5cm 。
影响自行车的机械因素
4 ．鞍座位置
鞍座装得过低，骑行时双脚始终呈弯曲状态，腿部肌肉得不到放松，时间长了就会感到疲软无力；鞍座装得过高，骑行时腿部的肌肉拉得过紧，脚趾部分用力过多，双脚也容易疲劳。
骑车时
适当的用力部位是脚掌。
设计或校正鞍座位置高低最常用的方法，是使手臂的腋窝部位中心紧靠鞍
座中部，使手的中指能触到装配链轮的中轴心为宜。
人体各部尺寸都有一定的联系，只要腋窝中心
至中指的长度确定下来，鞍座高度便可大致确定。
行驶较快的车，鞍座位置要向前移动，行驶较慢
的车，鞍座位置要向后移动，否则都不利于骑行。
5 ．车闸
设计时，闸把开挡、力率和闸把力要与人手的大小和握力相适应。
灵敏度高的车闸，随着闸把
上力的增大，刹车力也按比例地增加。
如果闸把力到达某一程度不发生刹车作用，继而又骤然生
效，说明这种车闸设计不良。
四、人一车动态特性分析
1 ．动态稳定性
自行车的稳定是行驶过程中的稳定，是一种动态平衡的稳定性。
动态稳定性影响到自行车骑行中的动作，包括直进稳定性和前后左右方向的稳定性，见图1-5(a）。
显然，稳定性对安全行驶是必不可少的特性。
2．力学特性
自行车行驶在平地上转弯的条件是侧向力（与离心力平衡）与自行车总重量（人和车的重量）的合力作用线要通过轮胎与地面的接触点。
这当然与骑车人有关，但更重要的是自行车的造型要有适合这种力学特征的结构形式。
3 ．转向特性
自行车转弯时可能有三种情况：
人-车系统动态特性
人体和车身向内倾的角度相等。
即骑车人身体的中心线和车子的中心线一致时，自行车就可以转弯，即所谓中倾旋转；骑车人的倾斜角比车子的倾斜角大时，此时的转弯即所谓内倾旋转；骑车人的倾斜角比车子的倾斜角小时，此时的转弯即所谓外倾旋转。