1、各種自行車(chē)鞍座人機(jī)工程學(xué)上的比較與改進(jìn)陳志敏摘要：對(duì)于自行車(chē)愛(ài)好者而言，自行車(chē)鞍座的舒適型問(wèn)題一直是困擾他們的一大難題，不管更換多少次市面上的鞍座頭，似乎總有不如人意的地方。因此，針對(duì)目前自行車(chē)鞍座的舒適性問(wèn)題，結(jié)合人機(jī)工程學(xué)原理，分析了鞍座設(shè)計(jì)中影響騎行舒適性的主要因素；對(duì)市面上國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有自行車(chē)鞍座的舒適性及人機(jī)工程學(xué)特點(diǎn)進(jìn)行了分析，找出其各自存在的不足；進(jìn)而在其基礎(chǔ)上，提出基于人機(jī)工程學(xué)原理的較為科學(xué)的鞍座設(shè)計(jì)原則，并以此為依據(jù)進(jìn)行相關(guān)的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，從而的出相應(yīng)的自行車(chē)鞍座設(shè)計(jì)實(shí)例。關(guān)鍵詞：人機(jī)工程學(xué)；自行車(chē)鞍座；舒適性；設(shè)計(jì)Ergonomics analysis of bicycle sa

2、ddleChen zhiminAbstract：Riders are troubled by the comfortableness of bicycle saddle all alongConcering to the comfortability problem ofpresent bicycle saddle，with consideration of ergonomic principles，the main factors affecting the riding comfortability in thesaddle design are analyzedThe comfortab

3、ility and ergonomics features of existing bicycle saddles produced home and abroadare analyzed and the disadvantages have been pointed outFinally,the saddle design principles are proposed based on ergonomictheories，and an example of saddle design is given according to the introduced pinciplesKey wor

4、ds：Ergonomics；Bicycle Saddle；Comfortableness引言 在現(xiàn)代社會(huì)中，隨著技術(shù)的發(fā)展和人們生活水平的普遍提高，伴隨的現(xiàn)代設(shè)計(jì)中，日趨完善化的設(shè)計(jì)越來(lái)越強(qiáng)調(diào)人性化的因素，效能，安全，舒適很身心健康，在設(shè)計(jì)活動(dòng)中，如何將人的因素，包括生理和心理的雙重因素完美的融入到設(shè)計(jì)活動(dòng)中，達(dá)到最優(yōu)化設(shè)計(jì)是當(dāng)代設(shè)計(jì)中的重要課題， 也是決定設(shè)計(jì)成敗的重要因素。而現(xiàn)在要討論的自行車(chē)鞍座的設(shè)計(jì)就是其中一典型設(shè)計(jì)案例。1.自行車(chē)鞍座與騎行舒適性 自行車(chē)雖已有兩百多年的歷史，但其設(shè)計(jì)方面仍存在很多問(wèn)題，騎乘者抱怨最多的莫過(guò)于騎行舒適性的問(wèn)題。而鞍座是支撐自行車(chē)騎乘者體重的主要零部件，

5、其設(shè)計(jì)對(duì)騎乘者的健康和騎行舒適性有著很大的影響。 由于騎車(chē)回陰部長(zhǎng)時(shí)間受到擠壓，致使前列腺或陰部充血膨脹而發(fā)生炎癥，根據(jù)圖1所示人體臀部組織在自行車(chē)鞍座上的分布簡(jiǎn)圖可知，當(dāng)騎乘者位于鞍座上時(shí)，鞍座會(huì)壓迫到位于坐骨結(jié)節(jié)和恥骨聯(lián)合部之間的坐骨生殖區(qū)，該處的組織里含有豐富的血管，軟組織和大量的神經(jīng)及神經(jīng)末梢。在騎行過(guò)程中，騎乘者的大部分體重會(huì)壓迫到這些血管和神經(jīng)，造成會(huì)陰區(qū)的疼痛和麻木。同時(shí)會(huì)陰區(qū)深層中含有泌尿組織，血管和生殖動(dòng)脈和傳導(dǎo)神經(jīng)，騎行中騎行者體重的壓迫也會(huì)造成生殖區(qū)域的缺血和麻木，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致生殖系統(tǒng)功能障礙。這也就是騎自行車(chē)會(huì)引起會(huì)陰脹痛，臀部疼痛，長(zhǎng)時(shí)間騎行還會(huì)感到陰部發(fā)麻，甚至?xí)?/p>

6、引起尿痛，尿頻，睪丸疼痛等癥狀的主要原因。另外，據(jù)一家外國(guó)機(jī)構(gòu)調(diào)查研究統(tǒng)計(jì)，騎自行車(chē)的男士中，90%以上的人的睪丸存在畸形；50%的被調(diào)查人群會(huì)感到陰囊不適或存在勃起障礙。2.鞍座的人機(jī)工程學(xué)分析（1）坐姿時(shí)的脊柱狀態(tài) 處于坐姿狀態(tài)時(shí)，人的身體主要由脊柱，骨盤(pán)，腿和腳支撐。不同坐姿下的脊柱狀態(tài)不同。在良好的自然坐姿狀態(tài)下，各椎間盤(pán)上壓力分布適當(dāng)且肌肉組織承受均勻靜載荷。而處于非自然狀態(tài)下，椎間盤(pán)壓力分布不正常，容易產(chǎn)生腰部疼痛和疲勞不適。從坐姿生理學(xué)角度來(lái)講，鞍座的尺寸和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)因能使騎乘者處于或接近自然坐姿，保證正常的脊椎形態(tài)和腰弧曲線以降低疲勞減少腰部疼痛等不適。 （2）坐姿時(shí)的脊柱形態(tài)

7、當(dāng)人處于坐姿狀態(tài)時(shí)，人的身體重量主要由坐墊和靠背承擔(dān)，因此坐姿體壓分布包括坐墊上的體壓分布和靠背上的體壓分布兩部分。坐姿狀態(tài)下，有人體組織的解剖學(xué)特性可知，與鞍座緊密接觸的是最能承受壓力的臀部的兩塊坐骨結(jié)節(jié)，約25的部位會(huì)支撐這75%的人體重量，時(shí)間久了便會(huì)感到疲勞，造成臀部疼痛。圖2所示為坐姿上的壓力分布圖。可見(jiàn)坐姿狀態(tài)下，坐骨結(jié)節(jié)出壓力最大，向四周逐漸減少，到大腿部位時(shí)壓力降到最低，即為鞍座設(shè)計(jì)的壓力不均勻分布原則。靠背上的體壓分布同樣也不均勻，就帶靠背的鞍座而言，壓力主要集中在腰椎部位，由此向外逐漸降低。（3）股骨受力分析 坐姿時(shí)坐骨結(jié)節(jié)處承受大部分身體重量，當(dāng)座面接近水平狀態(tài)時(shí)，位于坐

8、骨結(jié)節(jié)外側(cè)的股骨處于正常的位置（如圖3a）而不會(huì)受到過(guò)分壓迫使人覺(jué)得舒適；當(dāng)座面呈斗形（凹式三角形）時(shí)，會(huì)使股骨因受到壓迫而向上轉(zhuǎn)動(dòng)（如圖3b)并承受載荷，且還會(huì)使髖部肌肉受壓從而引起不舒適感。圖3所示為不同座面時(shí)股骨受力圖。3.現(xiàn)有鞍座的人機(jī)特點(diǎn)分析 在自行車(chē)的發(fā)展演變過(guò)程中，鞍座的設(shè)計(jì)也有了很大的改進(jìn)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中越來(lái)越重視安全和舒適性，由過(guò)去的硬質(zhì)材料鞍座發(fā)展為座面采用較為柔軟的材料制成的鞍座，并通過(guò)凹陷，鑿孔等方法來(lái)減少對(duì)騎乘者生殖區(qū)的壓迫。（1）鏤空型鞍座 如圖4所示，鞍座中間的鏤空有效的減少了鞍座對(duì)騎乘者會(huì)陰區(qū)的壓迫，但鏤空的設(shè)計(jì)使得騎乘者的重量主要集中在坐骨結(jié)節(jié)處且鏤空邊緣的尖角

9、會(huì)給與其接觸的部位造成不適。圖5所示為局部凹陷的鞍座設(shè)計(jì)，與中間開(kāi)孔的鞍座相比，孔邊緣的避免巧妙的減輕了對(duì)騎乘者會(huì)陰部的壓力。 鞍座設(shè)計(jì)者將最大限度的減少對(duì)騎乘者坐骨生殖區(qū)和會(huì)陰處軟組織，血管和神經(jīng)的壓迫作為鞍座設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，除通過(guò)鑿孔，凹陷等方法來(lái)實(shí)現(xiàn)這一準(zhǔn)則外，還通過(guò)改變鞍座形狀來(lái)實(shí)踐該設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，故出現(xiàn)了一些外觀造型獨(dú)特的鞍座設(shè)計(jì)，如月牙型鞍座，直桿型鞍座以及造型獨(dú)特的分離型自行車(chē)鞍座。 （2）月牙型自行車(chē)鞍座圖6 為美國(guó)MOONSADDLE公司所設(shè)計(jì)的月牙型鞍座，該鞍座成功地避免了對(duì)騎乘者坐骨生殖區(qū)器官和組織壓迫。引起缺乏前部必要支撐，騎乘者會(huì)感到缺乏安全性，同時(shí)月牙型的造型會(huì)給上下車(chē)帶來(lái)不

10、便切回影響騎乘者的腿部運(yùn)動(dòng)。直桿型自行車(chē)鞍座（3）直桿型自行車(chē)鞍座（圖7）僅僅由一個(gè)橫向的直桿構(gòu)成，沒(méi)有了普通自行車(chē)鞍座的窄小部分，避免了對(duì)人體坐骨生殖區(qū)的壓迫和摩擦，不會(huì)對(duì)會(huì)陰區(qū)的血管和神經(jīng)造成壓迫。但由此帶來(lái)的問(wèn)題是騎乘者會(huì)前傾身體以保持身體的穩(wěn)定性，從而會(huì)加重上肢負(fù)擔(dān)而加速疲勞。并且因其形態(tài)設(shè)計(jì)大大減少了騎乘者臀部與鞍座的接觸面積，因而在騎行過(guò)程中騎乘者的坐骨結(jié)節(jié)和臀大肌所承受的壓力會(huì)大大增加，這將加速了臀部肌肉的疲勞和疼痛。4.人機(jī)工程學(xué)指導(dǎo)下的鞍座設(shè)計(jì) 鞍座的人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)一直是圍繞著如何減少對(duì)騎乘者坐骨生殖區(qū)和會(huì)陰區(qū)的摩擦和雅痞進(jìn)行的，除此之外還應(yīng)考慮以下因素：1.保證騎乘者在鞍座

11、上處于或接近自然坐姿；2保證股骨于正常位置受力；3.保證騎乘者蹬踏運(yùn)動(dòng)的靈活性；4保證騎乘過(guò)程中的坐姿穩(wěn)定性；5尋求最佳的鞍座尺寸，結(jié)構(gòu)和坐墊材料。(1）鞍座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 為保證騎乘者騎坐鞍座上能處于自然坐姿，在結(jié)構(gòu)上應(yīng)采用帶有腰靠的鞍座，避免在騎乘過(guò)程中由于身體前傾而造成的脊柱與腰椎自然曲線的破壞，同時(shí)減輕騎乘者體重對(duì)上肢和腹部造成的壓力。并通過(guò)合理設(shè)計(jì)腰靠支撐點(diǎn)來(lái)保證坐墊和腰靠上合理的體壓分布以及股骨的正常位置受力。鞍座座面的設(shè)計(jì)采用局部凹陷的結(jié)構(gòu)以減少對(duì)騎乘者坐骨生殖區(qū)的壓迫。（2）鞍座尺寸設(shè)計(jì) 鞍座尺寸設(shè)計(jì)的參數(shù)主要包括座面寬度，鞍座長(zhǎng)度，座面傾角以及腰靠的高度，寬度和傾角。鞍座尺寸依據(jù)主

12、要是人體的生理結(jié)構(gòu)尺寸。鞍座后端的寬度保證了騎乘者位于鞍座上時(shí)坐骨結(jié)節(jié)間距，過(guò)小會(huì)導(dǎo)致坐骨結(jié)節(jié)出軟組織受到擠壓，過(guò)大會(huì)影響鞍座的平衡性。根據(jù)人體測(cè)量學(xué)，50%的人群骨盤(pán)的坐骨結(jié)節(jié)間距約為200-220mm.在設(shè)計(jì)時(shí)還要加上適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)余量（40-60mm)，以提高鞍座的舒適性，因此可確定普通休閑自行車(chē)的鞍座后端寬度為240-280mm為宜。由于女性的髖骨要寬于男性，在鞍座設(shè)計(jì)時(shí)，女式自行車(chē)的鞍座寬度要比男性的寬一些。 鞍座長(zhǎng)度由坐深以及腿部蹬踏運(yùn)動(dòng)的靈活性確定。鞍座過(guò)長(zhǎng)，不僅會(huì)影響腿部蹬踏運(yùn)動(dòng)的靈活性，還會(huì)對(duì)人體生殖區(qū)造成壓迫，過(guò)短又會(huì)見(jiàn)底坐姿穩(wěn)定性，加速騎車(chē)疲勞。根據(jù)人體解剖學(xué)中人體結(jié)構(gòu)尺寸可

13、知，鞍座后端的長(zhǎng)度應(yīng)由坐姿狀態(tài)下坐骨結(jié)節(jié)離臀部后緣的 距離（160-190mm)再加上適當(dāng)余量確定，由實(shí)驗(yàn)測(cè)量得出，普通休閑自行車(chē)鞍座的設(shè)計(jì)余量取50mm左右為宜，因此可確定鞍座長(zhǎng)度的尺寸范圍為210-240mm. 腰靠的形態(tài)和尺寸的設(shè)計(jì)衣服和人體背部的形狀，其突出部分應(yīng)正好壓入騎乘者腰凹內(nèi)為宜，保證騎乘者腰部能得到充分支持。其橫斷面可以是一個(gè)半徑小于1000mm的圓弧。高度和寬度的設(shè)計(jì)均應(yīng)根據(jù)騎乘者的結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行確定。自然坐姿下，成年人的腰椎部的支持中心約在座面上方230-259mm處，腰靠的高度必須高于此高度，選取在座面上方360-400mm為宜。為了增加要不下方的骶骨部分的舒適感，必須在

14、座面和靠背下沿之間流出一定空間，以容納向后擠出的臀部肌肉，其高度為150-180mm為宜。要靠寬度則有騎乘者的腰圍決定，50%的成年人腰圍約為775mm，而腰靠寬度為腰圍的1/3為宜，因此可確定腰靠寬度為260mm。 靠背傾角的設(shè)計(jì)不僅可以防止騎乘過(guò)程中騎乘者從座面滑出，還可以避免騎乘過(guò)程中身體前傾對(duì)腹部的壓迫，同時(shí)可是騎乘者背部獲得腰靠的支持，降低騎乘者的背部負(fù)荷，以保證騎行過(guò)程能保持腰椎的正常自然形態(tài)以增加騎車(chē)舒適性。綜合考慮舒適坐姿下的關(guān)節(jié)夾角可知靠背傾角為100度較為合適。（3）材料選取 坐墊材料是影響鞍座舒適性的重要因素之一，同時(shí)也是騎行過(guò)程中的減震元件之一。選擇坐墊材料的主要是其變

15、形程度和大小，過(guò)硬的坐墊材料會(huì)增加對(duì)騎乘者坐骨結(jié)節(jié)的壓力，導(dǎo)致臀部疼痛；過(guò)軟的坐墊又會(huì)使坐骨結(jié)節(jié)陷入鞍座中，對(duì)神經(jīng)和血管造成壓迫，易造成與坐墊接觸部位的組織和神經(jīng)的缺血和麻木。在鞍座設(shè)計(jì)中，一般應(yīng)采用硬質(zhì)座面包裹軟硬適中的坐墊材料，同時(shí)還應(yīng)考慮到其透氣性，防水性等特征。柔軟度適中的坐墊和腰靠材料，在保證騎乘者保持正常的腰弧曲線和合理的體壓分布時(shí)，還可減少騎行路面不平整時(shí)所產(chǎn)生的震動(dòng)沖擊，起到一定的減震避震作用，進(jìn)一步增強(qiáng)騎車(chē)舒適性。鞍座和靠背的面料可采用透氣性較好的皮革材料以利于散熱.。以上面的研究分析為設(shè)計(jì)依據(jù)，以休閑自行車(chē)鞍座為例進(jìn)行了計(jì)算機(jī)仿真建模實(shí)踐，設(shè)計(jì)結(jié)果如圖9所示。5.結(jié)束語(yǔ) 通過(guò)對(duì)鞍座的人際工程學(xué)的相關(guān)理論研究成果的分析，發(fā)現(xiàn)自行車(chē)鞍座對(duì)舒適性的影響不單單是對(duì)騎乘者坐骨生殖區(qū)的摩擦和壓迫，還影響坐姿時(shí)的脊柱形態(tài)和坐姿體壓分布等因素。在人際工程學(xué)的相關(guān)理論指導(dǎo)下，通過(guò)分析研究給出了基于人機(jī)工程學(xué)的自行車(chē)鞍座設(shè)計(jì)基本準(zhǔn)則。由于還未進(jìn)行人機(jī)學(xué)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，其應(yīng)用效果還有待進(jìn)一步深入研究和實(shí)踐檢驗(yàn)。參考文獻(xiàn)：【1】馬