呂中意， 瞿 姚

（成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，四川 樂山 614000）

隨著私家車擁有率的增高，我國城市交通發(fā)展面臨的交通擁堵、環(huán)境污染、交通安全以及能源消耗等壓力日益嚴(yán)峻，大力提倡公共交通出行是緩解這些問題的方法之一。公共交通雖價(jià)格低廉，但在乘坐舒適度上普遍低于私家車。提高公共交通的舒適度，提升其市場競爭力，是促進(jìn)“綠色出行、節(jié)能減排”的一個(gè)有效手段。

“人的因素”在設(shè)計(jì)中是不能忽視的一個(gè)重要條件[1]。在公交車?yán)值脑O(shè)計(jì)中運(yùn)用人機(jī)學(xué)原理，結(jié)合手的解剖學(xué)特點(diǎn)和立姿生理學(xué)等科學(xué)知識，使人—機(jī)—環(huán)境系統(tǒng)相協(xié)調(diào)，為乘客創(chuàng)造安全、舒適的乘車環(huán)境。作者從手柄、連接結(jié)構(gòu)、廣告位置、限位卡等造型、布局、材料問題出發(fā)，在分析現(xiàn)有產(chǎn)品問題的基礎(chǔ)上，提出公交車?yán)值母牧荚O(shè)計(jì)方案。

1 需要解決的問題

我國公交車上的拉手存在兩個(gè)問題影響了使用的舒適性。第一是拉手一般由吊環(huán)織帶連接限位卡和拉環(huán)，單個(gè)垂直懸掛于橫桿上，拉手易隨著車身的晃動任意搖晃。當(dāng)交通工具在運(yùn)動時(shí)產(chǎn)生顛簸、搖擺等任何形式的加速運(yùn)動時(shí)，可致使乘客兩側(cè)耳石器對外力的作用發(fā)生不平衡反應(yīng)，易導(dǎo)致眩暈[2]。第二，拉手固定長度，地面至拉環(huán)高度以成年女性的第 50百分位雙手功能上舉高為懸掛高度，為1.85米左右，不方便身材相對矮小的乘客使用。

目前，部分同類產(chǎn)品設(shè)計(jì)專利考慮到了以上問題，但存在如下缺陷：（1）只考慮到了如何減少汽車顛簸和行駛慣性帶來的危害，或者不同身高人群使用的問題，沒有一個(gè)綜合解決這兩個(gè)問題的方案；（2）手抓握處截面常設(shè)計(jì)為方形或三角形，部分考慮了手指形狀，但仍為簡單的波浪形狀，如圖1、圖2所示，長時(shí)間抓握這類形狀的手柄，會帶來手部不適，影響乘車舒適度；（3）沒有考慮拉手放置廣告的問題，忽略了經(jīng)濟(jì)效益。

圖1 常規(guī)拉環(huán)造型

圖2 常規(guī)拉環(huán)截面

基于人體靜動態(tài)尺寸，結(jié)合實(shí)地測量與乘客調(diào)查數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)一種改進(jìn)性公交車?yán)郑鉀Q現(xiàn)有產(chǎn)品中的兩個(gè)問題，并避免現(xiàn)存專利中的3個(gè)缺陷。

2 人機(jī)關(guān)系分析

人機(jī)關(guān)系研究“人一機(jī)一環(huán)境”系統(tǒng)中人、機(jī)、環(huán)境三大要素之間的關(guān)系。設(shè)計(jì)的主導(dǎo)應(yīng)以人為中心，設(shè)計(jì)的產(chǎn)品要適合人的生理，心理因素，設(shè)計(jì)應(yīng)著重研究“物”與“人”之間的協(xié)調(diào)關(guān)系。人體尺寸主要決定人機(jī)系統(tǒng)是否方便、舒適、宜人，人體尺度參數(shù)是為產(chǎn)品設(shè)計(jì)中考慮“人的因素”提供的，研究時(shí)應(yīng)用人體測量學(xué)、人體力學(xué)、生理學(xué)、心理學(xué)等學(xué)科的研究方法，來對人體結(jié)構(gòu)特征和肌能特征進(jìn)行研究，提供人體各部分的尺寸、體重、體表面積、比重、重心以及人體各部分在活動時(shí)相互關(guān)系和可及范圍等人體結(jié)構(gòu)特征參數(shù)；提供人體各部分的發(fā)力范圍、活動范圍、動作速度、頻率、重心變化以及動作時(shí)慣性等動態(tài)參數(shù)。在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)全面考慮“人的因素”提供的人體結(jié)構(gòu)尺度、人體生理尺度和心理尺度等數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)有效地運(yùn)用到設(shè)計(jì)中去，從而設(shè)計(jì)出適合人使用的產(chǎn)品[3]。2.1 設(shè)計(jì)原理

圖3為本設(shè)計(jì)原理示意圖，左圖為數(shù)據(jù)依據(jù)，右圖為側(cè)視示意圖，左右兩個(gè)手拉環(huán)，通過無彈性的吊帶與限位卡連接，限位卡將其呈三角形固定在公家車橫桿上，手拉環(huán)下端為兩個(gè)近圓桿連接，可自由轉(zhuǎn)動，當(dāng)車輛行駛過程中因慣性導(dǎo)致乘客前后搖晃時(shí)，三角形的結(jié)構(gòu)可以起到一定的穩(wěn)定作用，不論朝哪個(gè)方向搖晃，相反方向的吊帶均可在一定程度上限制搖晃的距離，同時(shí)自由轉(zhuǎn)動的連接結(jié)構(gòu)可以有效防止拉手因強(qiáng)制性扭曲而過早斷裂。當(dāng)身高較高的乘客使用時(shí)，可將兩個(gè)拉環(huán)卡合而為一，手拉環(huán)高度上升100mm，較矮乘客按下卡合鍵，拉環(huán)即松開，高度下降100mm，起到調(diào)節(jié)拉手高度的作用，有效減輕乘客長時(shí)間舉起手臂用力抓握造成的疲勞。

圖3 本設(shè)計(jì)原理示意圖（單位：mm）

2.2 主要人體尺寸

本產(chǎn)品設(shè)計(jì)主要考慮成年人立姿雙手功能上舉高、手掌抓握靜動態(tài)尺寸。立姿雙手功能上舉高及手掌寬度尺寸見表1[4]。

表1 立姿雙手功能上舉高及手掌寬度

立姿手功能高度可以確定拉桿和拉手的最佳高度范圍，由于涉及到用力抓握，高百分位數(shù)據(jù)不適用于小個(gè)子乘客，因此，在拉手高度、限位卡卡合位置高度上參考大尺寸設(shè)計(jì)原則，即只需要一個(gè)人體尺寸百分位數(shù)作為尺寸上限值的依據(jù)，采用第5百分位女性立姿雙手功能上舉高作為高度上限參考依據(jù)，結(jié)合高度調(diào)節(jié)功能，滿足更多人群的舒適使用。

手掌厚度指手掌平伸展開，拇指伸出后，掌心至掌背間的垂直尺寸。在樣本容量為500，年齡為18歲以上，男女比例為53.4:46.6的一次隨機(jī)測量中，得到成年人手掌厚度尺寸見表2[5]。

表2 手掌厚度

手拉環(huán)的抓握需將手掌伸入環(huán)中，在環(huán)的尺寸上參考小尺寸設(shè)計(jì)原則，即只需要一個(gè)人體尺寸百分位數(shù)作為尺寸下限值的依據(jù)，采用第 95百分位男性手掌寬度和第 95百分位手掌厚度數(shù)據(jù)作為下限值，并考慮冬季戴手套時(shí)的余量。

手的抓握動作可以分為著力抓握和精確抓握。著力抓握時(shí)，抓握的軸線與小臂基本垂直，稍屈的手指與手掌形成夾握，拇指施力。臂部長時(shí)間上舉抓握，會使肩、臂、手部肌肉承受靜負(fù)荷，導(dǎo)致疲勞[6]。因此，拉手的高度應(yīng)避免手臂長時(shí)間呈180°拉伸，并考慮最佳截面，減少手掌壓應(yīng)力。

3 手拉環(huán)改進(jìn)設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)中，手拉環(huán)主要包括兩個(gè)部分：手柄與廣告放置位置。手柄的結(jié)構(gòu)是否巧妙是解決拉手能自由上下升降的關(guān)鍵，主要考慮的問題有：

1） 手掌放入的空間大?。?/p>

2） 長時(shí)間承受拉力；

3） 連接部件能有效卡合兩個(gè)拉環(huán)并實(shí)現(xiàn)自由轉(zhuǎn)動。

第3）點(diǎn)是手柄結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的核心問題。廣告放置主要考慮的問題有：（1）該部件與其它部件的裝配；（2）左右兩側(cè)拉手卡合；（3）拉手高度要求上升時(shí)如何快速卡合和松開。手拉環(huán)改進(jìn)設(shè)計(jì)方案效果如圖4所示。

圖4 拉手整體效果圖

圖5 拉手整體尺寸（單位：mm）

3.1 手柄

對于著力抓握，手掌與手柄接觸面積越大，壓應(yīng)力越小，以圓截面或近圓截面手柄為佳。手柄直徑太大會減小握力，直徑太小會導(dǎo)致疲勞，取30mm～40mm為宜[6]。依據(jù)上文中手掌相關(guān)尺寸，我國第 95百分位的成年男性手掌寬度為89mm，考慮余量，手握處內(nèi)寬設(shè)置為100mm，內(nèi)高為33mm，便于快速準(zhǔn)確抓握，具體尺寸如圖5所示。

為保證車輛前后晃動乘客用力握緊手柄時(shí)，手柄不會因?yàn)檫^大的扭力而斷裂，手拉環(huán)左右兩部分可自由轉(zhuǎn)動，并增加10mm*10mm的強(qiáng)化受力部分，如圖6、圖7所示。手柄連接部件一中部伸出圓柱形部位，卡合入連接部件二的相應(yīng)位置，卡合示意圖如圖8所示。

圖6 手柄連接部件一（單位：mm）

圖7 手柄連接部件二（單位：mm）

圖8 連接部件卡合示意圖

3.2 廣告位置

公交車?yán)謴V告是一種新形式的廣告媒體，每臺公交車內(nèi)一般有16-20個(gè)拉手，車內(nèi)空間封閉，乘客難以回避廣告畫面，受眾多為主動接觸，可以有效達(dá)成廣告的立體覆蓋和強(qiáng)化受眾對品牌的記憶。此外，拉手廣告成本低，受眾廣，廣告時(shí)間長。富有親和力的拉手廣告不僅能豐富乘車環(huán)境，也可以為商家和公交運(yùn)營單位帶來不錯的經(jīng)濟(jì)效益。

本設(shè)計(jì)在手拉環(huán)上部設(shè)置廣告卡板，如圖4所示，廣告頁可以放在卡板和手拉環(huán)之間，卡板用4個(gè)螺釘固定在手拉環(huán)上，可以根據(jù)需要更換廣告內(nèi)容。廣告卡板厚度為3mm，其余尺寸如圖9所示。

圖9 廣告卡板尺寸

圖10 卡合鍵

在手拉環(huán)頂部分別設(shè)有卡合鍵和卡合口，當(dāng)身高較高的乘客需要提高拉手高度時(shí)，可將兩個(gè)拉環(huán)合在一起，卡合鍵插入卡合口中，拉環(huán)垂直懸掛，拉手座依然為三角形，既可提高高度，又可滿足減輕慣性搖晃的要求?？ê湘I如圖 10所示。

3.3 材質(zhì)與色彩

造型的幾何特征、色彩、材料質(zhì)感3個(gè)方面共同作用，從而形成一個(gè)設(shè)計(jì)形態(tài)整體的視覺印象，三者缺一不可[7]。任何一件設(shè)計(jì)作品，都是由一定數(shù)量和種類的材料配合特定的色彩構(gòu)成的，如果說材料是結(jié)構(gòu)形式和功能的物質(zhì)載體,那么色彩就是產(chǎn)品審美功能的重要體現(xiàn)。在設(shè)計(jì)過程中，選用恰當(dāng)?shù)牟牧吓c色彩成為設(shè)計(jì)成敗的重要因素。

作為公共交通中的設(shè)施，拉手使用頻率高，對安全性和舒適性均有較高要求，同時(shí)需兼顧成本?，F(xiàn)有公交車?yán)植馁|(zhì)常為ABS，或聚酸碳脂(PC)。ABS是一種加工性能優(yōu)良的熱塑性塑料，無毒，一般為微黃色，相比PC材料易變形，考慮到廣告要能清晰顯示，不采用ABS材料。PC材料無色透明，耐熱，抗沖擊，在普通使用溫度內(nèi)都有良好的機(jī)械性能，但耐磨性差，外表容易刮花。ABS工程塑料即PC+ABS，既具有PC的尺寸穩(wěn)定性和耐沖擊性，又兼顧 ABS的優(yōu)良加工性能，在薄壁和復(fù)雜形狀制品中使用這一工程塑料，能夠保證產(chǎn)品優(yōu)異的性能。因此，在本設(shè)計(jì)中，手拉環(huán)材料為 ABS工程塑料，采用注塑成型工藝加工。

為保證車輛內(nèi)色彩的協(xié)調(diào)，并最大限度地突出手拉環(huán)內(nèi)廣告的內(nèi)容，該產(chǎn)品設(shè)計(jì)為透明，實(shí)際生產(chǎn)中也可根據(jù)需要電鍍上色。

4 固定件改進(jìn)設(shè)計(jì)

固定件包吊帶和限位卡，滿足固定手拉環(huán)和承受使用過程中拉力兩個(gè)要求，設(shè)計(jì)中主要考慮以下問題：（1）限位卡在橫桿上的固定方式；（2）限位卡和吊帶的材質(zhì)；（3）限位卡在橫桿上的分布距離。

拉手通過限位卡合橫桿并螺栓緊固的方式安裝在橫桿上，如圖11、圖12所示。限位卡主要要求很好的強(qiáng)度和耐沖擊性，同樣采用 ABS工程塑料注塑成型。限位卡與手拉環(huán)之間用防火織帶連接，由廈門聚德帶業(yè)有限公司研發(fā)的防火織帶具有抗阻燃、高強(qiáng)度、耐高溫、耐磨等眾多特點(diǎn)，現(xiàn)廣大公交公司及地鐵公司均采用此類織帶作為拉手吊帶。

第 5百分位女性立姿雙手功能上舉高為1741mm，現(xiàn)有公交車橫桿高度一般為1800～1850mm之間，當(dāng)手拉環(huán)卡合后，乘客手握高度為1750mm左右，基本滿足95%的乘客需求，手拉環(huán)打開，高度下降100mm，乘客手握高度為1650mm左右，完全滿足乘客的需求，且手臂無需長時(shí)間垂直抓握，降低了使用的疲勞。兩個(gè)限位卡間距為300mm，左右兩側(cè)吊帶各150mm，如圖 1所示。在安裝過程中注意測試手拉環(huán)卡合上升功能，確保產(chǎn)品的正常使用。

圖11 限位卡

圖12 限位卡固定方式

5 小 結(jié)

生活水平的提高使人們不再滿足于產(chǎn)品能不能使用的問題，而是如何才能更加舒適安全地使用，公交車?yán)值脑O(shè)計(jì)，不僅要考慮功能和造型，必須兼顧乘客使用時(shí)的生理要求和環(huán)境 要求，作者從這一角度出發(fā)，從手柄、連接件、固定件、卡合鍵等多個(gè)方面綜合考慮，提出了改進(jìn)性設(shè)計(jì)方案，為此類產(chǎn)品的創(chuàng)新提供了一個(gè)新思路。

基于人機(jī)工程學(xué)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，充分考慮用戶，使人性化的設(shè)計(jì)真正體現(xiàn)出對人的尊重和關(guān)心， 是一種人文精神的體現(xiàn)，是人與產(chǎn)品完美和諧結(jié)合。

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