安 芳，吳曉莉

(1.河海大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，江蘇 常州 213022)(2. 河海大學(xué) 工業(yè)設(shè)計(jì)研究所，江蘇 常州 213022)

租賃式自行車(chē)人機(jī)系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)

安 芳1,2，吳曉莉1,2

(1.河海大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，江蘇 常州 213022)(2. 河海大學(xué) 工業(yè)設(shè)計(jì)研究所，江蘇 常州 213022)

以城市租賃式自行車(chē)為研究對(duì)象，運(yùn)用人機(jī)工程學(xué)原理，結(jié)合測(cè)量學(xué)、觸覺(jué)通道、視覺(jué)通道、人機(jī)界面等方面的知識(shí)對(duì)其加以分析，尤其對(duì)租賃式自行車(chē)的尺寸、停車(chē)器的尺寸以及界面進(jìn)行了詳細(xì)分析，并對(duì)自行車(chē)的外觀尺寸進(jìn)行了合理化設(shè)計(jì)，從用戶的心理需求對(duì)自行車(chē)的顏色進(jìn)行了改良設(shè)計(jì)，使租賃式自行車(chē)更加容易被人識(shí)別，此外通過(guò)人機(jī)界面分析對(duì)自行車(chē)的把手、腳踏進(jìn)行了改進(jìn)，增加了使用者的舒適度。

人機(jī)系統(tǒng)分析；租賃自行車(chē)尺寸；操作界面設(shè)計(jì)；停車(chē)器設(shè)計(jì)

近年來(lái)，隨著租賃式自行車(chē)在城市設(shè)施中的逐漸普及，其使用率有持續(xù)增長(zhǎng)的趨勢(shì)。租賃式自行車(chē)應(yīng)該具有通用性、適用性和安全性等特點(diǎn)，能滿足不同人群的使用需求，因而對(duì)其進(jìn)行人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有重要意義。在國(guó)內(nèi)外自行車(chē)設(shè)計(jì)研究應(yīng)用中，歐洲的第三代自行車(chē)系統(tǒng)[1]在自行車(chē)技術(shù)與資源利用方面已經(jīng)做得非常成熟，并在不斷探索新的運(yùn)營(yíng)模式和應(yīng)用技術(shù)。韓慧敏[2]通過(guò)分析大里昂都市區(qū)自行車(chē)服務(wù)的推廣方針，指出了租賃式自行車(chē)對(duì)城市的重要性，城市應(yīng)為一切自行車(chē)出行創(chuàng)造條件才是發(fā)展之道。在國(guó)內(nèi)，隨著城市化進(jìn)程的不斷加快，城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，居民出行距離也隨之增加，但是由于目前我國(guó)城市的公共交通系統(tǒng)普遍不完善，公共交通服務(wù)水平普遍不高，造成下車(chē)步行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、等候時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、換乘不便等問(wèn)題。自行車(chē)作為一種節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的健康低碳交通工具，尤其適合短距離出行。張麗珺[3]等研究了公共自行車(chē)交通的發(fā)展，對(duì)公共自行車(chē)的設(shè)計(jì)提供了資源。鄭安斌[4]等提出了基于人體運(yùn)動(dòng)仿真的自行車(chē)結(jié)構(gòu)，為自行車(chē)設(shè)計(jì)的人體分析提供了依據(jù)。

目前租賃式自行車(chē)的設(shè)計(jì)大多是針對(duì)租賃系統(tǒng)的，對(duì)自行車(chē)的人機(jī)尺寸、人機(jī)交互、色彩等方面的分析很少。本文針對(duì)目前租賃式自行車(chē)的人機(jī)系統(tǒng)，從測(cè)量學(xué)、觸覺(jué)通道的應(yīng)用、視覺(jué)通道的應(yīng)用、人機(jī)界面等方面，結(jié)合人體模板進(jìn)行人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析，指出其不合理的設(shè)計(jì)之處，并提出合理改良方案，讓其在城市建設(shè)和人們生活中發(fā)揮更好的作用。

1 租賃式自行車(chē)人機(jī)系統(tǒng)分析

本文的人機(jī)系統(tǒng)分析主要是針對(duì)租賃式自行車(chē)和停車(chē)器來(lái)進(jìn)行，并結(jié)合人機(jī)工程學(xué)、尺寸測(cè)量等方面的知識(shí)加以分析。租賃式自行車(chē)應(yīng)滿足不同年齡、不同性別的人群的身體尺寸要求?，F(xiàn)以常州租賃式自行車(chē)為代表(如圖1 所示)，通過(guò)觀察分析和實(shí)測(cè)法，結(jié)合圖2中的數(shù)據(jù)類(lèi)別，對(duì)租賃式自行車(chē)的人機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行合理性分析。

圖1 常州租賃式自行車(chē)

圖2 自行車(chē)重要數(shù)據(jù)提取

1.1租賃式自行車(chē)尺寸分析

由于各個(gè)年齡段對(duì)公共自行車(chē)使用情況的不同，需通過(guò)實(shí)際測(cè)量并結(jié)合圖表數(shù)據(jù)的方法進(jìn)行分析。首先是自行車(chē)車(chē)架側(cè)面的主要尺寸，查詢國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的人機(jī)數(shù)據(jù)，涉及到的人體尺寸數(shù)據(jù)[5]見(jiàn)表1。

表1 主要人體功能尺寸 mm

自行車(chē)的設(shè)計(jì)要適應(yīng)不同性別的人群，根據(jù)人機(jī)工程學(xué)有關(guān)知識(shí)，可取女性第5百分位的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，主要分析對(duì)象是車(chē)把的高度、坐高、坐墊到車(chē)把的距離等。

a.推行時(shí)的尺寸。

由人機(jī)尺寸[6]可知，推行時(shí)，自行車(chē)車(chē)把距地面高度A的最小高度應(yīng)小于女性第5百分位立姿肘高加上鞋高修正量36mm，經(jīng)科學(xué)研究，發(fā)現(xiàn)人體最舒適的高度為低于肘部76mm，故最小高度為

Amin=899+36-76=859(mm)

最高尺寸不能超過(guò)立姿肩高加上鞋高修正量，故最大尺寸為

Amax=1 195-36=1 159(mm)

b.坐在車(chē)座上的尺寸。

人體坐上車(chē)座時(shí)，車(chē)座距地面的高度F的尺寸應(yīng)小于女性第5百分位小腿加足高加大腿長(zhǎng)加鞋高修正量，即

Fmax=342+402+36=780(mm)

同時(shí)，下車(chē)的時(shí)候，應(yīng)使女性第5百分位順利跨過(guò)斜梁，即斜梁的長(zhǎng)度應(yīng)大于女性小腿加足高加鞋高修正量，即

D>342+36=378(mm)

c.騎行狀態(tài)下的尺寸。

人在騎行時(shí)，考慮女性第5百分位應(yīng)能夠踩到踏板最低點(diǎn)，坐墊到腳蹬最低點(diǎn)應(yīng)滿足小腿加足高與大腿長(zhǎng)的尺寸，并考慮鞋底厚和褲厚的修正量

D+J=378+200+36=614(mm)

腳蹬長(zhǎng)為標(biāo)準(zhǔn)件，測(cè)得J=200mm，即D<614mm較為合理。

綜合b、c所述，378mm

d.坐墊到把手尺寸[7-8]。

坐墊到車(chē)把的距離B，要考慮P95 百分位男子的胸厚與衣厚，且P5百分位的女性能夠抓得到，即

Bmin=245+18=263(mm)

Bmax=上臂長(zhǎng)+前臂長(zhǎng)=455(mm)

把手的寬度L(如圖3所示)，考慮到人體兩肘之間寬度，應(yīng)選取378mm

圖3 車(chē)把形態(tài)圖

圖4 人手結(jié)構(gòu)

1.2自行車(chē)人機(jī)界面分析

人體觸覺(jué)感受器能引起的感覺(jué)是非常準(zhǔn)確的，其生理意義是能辨別物體的大小、形狀、硬度、光滑程度以及表面機(jī)理等機(jī)械性質(zhì)的觸感。自行車(chē)的人機(jī)界面也需要觸覺(jué)通道的傳導(dǎo)，如車(chē)把與手掌、腳踏板與腳掌、鞍座與臀部[9]，這些因素同樣影響著用戶在騎行時(shí)的舒適性與安全性。

由車(chē)把與手掌的界面分析可知，指球肌、大魚(yú)際肌、小魚(yú)際肌是肌肉豐滿的部位，是手掌上的天然減振器。而掌心肌肉少，神經(jīng)末梢豐富，所以在設(shè)計(jì)車(chē)把的時(shí)候應(yīng)避免手掌與之完全貼合。在抓握車(chē)把時(shí)，手掌抓握直徑d在30～40mm 較為合理。在車(chē)把上加裝塑料套或海綿套，不僅能起到減振的作用，同時(shí)還可增加摩擦并減輕金屬鐵架的冰冷觸感。

由腳踏板與腳掌的界面分析可知，腳蹬踏板(如圖5所示)屬于雙曲柄機(jī)構(gòu)，用戶在使用時(shí)作圓周運(yùn)動(dòng)，踏板一般設(shè)計(jì)成矩形，寬度與腳掌等寬為佳，因而I=P95 男子足寬+鞋厚修正量=105+15=120(mm)，根據(jù)人的坐深與胸厚的差，可知J為200mm較為合理，根據(jù)表1得知坐姿腿間距K為360mm是滿足P5的女性。同時(shí)，踏板表面要有防滑齒紋，以增加騎行的安全性。

由鞍座與臀部的界面分析可知，自行車(chē)鞍座在騎行時(shí)的最大問(wèn)題就是舒適性，它受到尺寸、材質(zhì)等因素的影響。根據(jù)坐面寬度與產(chǎn)生的力的關(guān)系(如圖6所示)，50%的人群骨盆的坐骨結(jié)節(jié)間距為200～220mm，適當(dāng)加上設(shè)計(jì)余量(40～60mm)以提高舒適性，則鞍座后寬X為240～280mm較為合理；鞍座長(zhǎng)度則要考慮坐姿時(shí)會(huì)陰離臀部的距離(160～190mm)，加上功能修正，Y=210～240mm。

圖5 腳蹬踏板

2 停車(chē)器人機(jī)系統(tǒng)分析

2.1停車(chē)器尺寸分析

停車(chē)器的使用方式一般是刷卡使用，故其高度尺寸應(yīng)按照男性第95百分位來(lái)設(shè)計(jì)。由人機(jī)尺寸分析可知，停車(chē)器的最小高度應(yīng)滿足男性P95指尖高加上鞋高修正量尺寸，即停車(chē)器的最小高度尺寸Hmin>705+36=741(mm)。

圖6 坐面寬度與產(chǎn)生的力的關(guān)系

現(xiàn)有停車(chē)器高度為820mm，滿足男性P95指尖高尺寸。人在刷卡使用的時(shí)候，其視野范圍如圖7所示，根據(jù)人機(jī)尺寸中視覺(jué)機(jī)能的有關(guān)數(shù)據(jù)可知，人眼的最佳轉(zhuǎn)動(dòng)角度為上下各30°，由測(cè)量數(shù)據(jù)可知，刷卡區(qū)在視野范圍之內(nèi)。

圖7 停車(chē)器尺寸圖

2.2停車(chē)器人機(jī)界面分析

停車(chē)器操作界面如圖8所示，其主要包括智能顯示屏、刷卡區(qū)。刷卡區(qū)采用文字與圖案相結(jié)合的方式表明使用方式和刷卡區(qū)域，由人機(jī)工程學(xué)知識(shí)可知，圖案是表達(dá)信息最直接、最清晰的方式，文字次之，該界面采用文字加圖示的方式，表達(dá)得更為明白；顯示屏采用數(shù)字顯示，占用面積較小，照明面積也小，容易讀出數(shù)值，差錯(cuò)少，易與計(jì)算機(jī)聯(lián)用。由人機(jī)界面分析可知，人眼最容易辨別的位置為左上，顯示區(qū)放于整體界面的左側(cè)，符合人機(jī)工程學(xué)要求[9-10]。

圖8 停車(chē)器界面

3 設(shè)計(jì)改進(jìn)

3.1租賃式自行車(chē)改良設(shè)計(jì)與對(duì)比分析

通過(guò)以上人機(jī)尺寸及人機(jī)界面分析，對(duì)比發(fā)現(xiàn)公共自行車(chē)租賃設(shè)備的不足之處并針對(duì)其加以分析改進(jìn)，使之更為合理，更符合人們的使用需求。通過(guò)上文分析得到的人機(jī)分析尺寸與實(shí)際測(cè)量尺寸之間的對(duì)比，將自行車(chē)做以下改進(jìn)：車(chē)把到地面的距離A為859～1 159mm，車(chē)把距車(chē)座水平距離B為263～455mm，斜梁長(zhǎng)度D為378～614mm，車(chē)座距地面距離F應(yīng)小于780mm，手把直徑d為30～40mm，手把間距L為378～489mm，車(chē)把到剎車(chē)柄距離M為50～95mm，踏板寬度I為120mm，鞍座后寬X為240～280mm，鞍座長(zhǎng)度Y為210～240mm，踏板長(zhǎng)度H為130mm，兩踏板間距離K為360mm，改進(jìn)后的尺寸如圖9所示。

圖9 改良后的自行車(chē)架、鞍座、腳蹬踏板尺寸

3.2停車(chē)器操作界面改進(jìn)與對(duì)比分析

由人機(jī)界面分析可知，常州目前停車(chē)器操作界面只有一個(gè)分區(qū)，即刷卡區(qū)，且其朝向里側(cè)，這樣人們?cè)谑褂玫臅r(shí)候要進(jìn)到停車(chē)區(qū)，給使用者帶來(lái)了不必要的麻煩。根據(jù)人機(jī)界面分析對(duì)其進(jìn)行改良，將刷卡區(qū)的方向改成朝向行人道。此外，現(xiàn)有操作界面上沒(méi)有使用說(shuō)明，為使操作者能更方便快捷地使用該設(shè)備，應(yīng)加上使用說(shuō)明。改良前后的設(shè)備如圖10，11所示。

圖10 目前界面圖

4 結(jié)束語(yǔ)

租賃式自行車(chē)作為一種新興的代步工具，在城市建設(shè)和環(huán)境保護(hù)方面起著越來(lái)越重要的作用，故其在設(shè)計(jì)方面的要求也越來(lái)越多，本著方便、綠色的原則，租賃式自行車(chē)會(huì)越來(lái)越受到人們的青睞。由于每個(gè)城市租賃式自行車(chē)在外觀上有很大的差異，文章中所涉及的測(cè)量數(shù)據(jù)可能會(huì)與實(shí)際租賃式自行車(chē)的尺寸有偏差，因而本文更傾向于理論數(shù)據(jù)分析方法的研究。租賃式自行車(chē)的人機(jī)尺寸分析是對(duì)已有租賃式自行車(chē)尺寸的分析，對(duì)租賃式自行車(chē)的制造有一定指導(dǎo)的作用；但同時(shí)也有一定的局限性，需要對(duì)人體尺寸非常了解，因而后續(xù)工作將盡可能和相關(guān)部門(mén)聯(lián)合，進(jìn)行人體尺寸數(shù)據(jù)庫(kù)的整理，以進(jìn)一步完善租賃式自行車(chē)。

圖11 改良界面圖

[1] 王志高，孔喆，謝建華，等.歐洲第三代公共自行車(chē)系統(tǒng)案例及啟示[J]．城市交通，2009，7(4)：7-12.

[2] 韓慧敏，張宇，喬偉，等．里昂公共自行車(chē)系統(tǒng)[J]．城市交通，2009，7(4)：13-20.

[3] 張麗珺．公共自行車(chē)交通發(fā)展研究[D]．西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2011.

[4] 鄭安斌，金健，朱成竹，等．基于人體運(yùn)動(dòng)仿真的自行車(chē)結(jié)構(gòu)化[J]．機(jī)械制造，2012，50(6)：14-16.

[5] 丁玉蘭．人機(jī)工程學(xué)[M]. 2 版．北京：北京理工大學(xué)出版社，2000.

[6] 阮寶湘．工業(yè)設(shè)計(jì)人機(jī)工程學(xué)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

[7] 王繼成．產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的人機(jī)工程學(xué)[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

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[9] 景國(guó)勛，張迪．基于人機(jī)工程學(xué)的工業(yè)設(shè)備人機(jī)界面安全分析[J]．中原工學(xué)院學(xué)報(bào)，2014，23(1)：53-56，61.

[10] 吳曉莉，劉君清，黃迎亞，等．輪椅人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析[J]．中國(guó)制造業(yè)信息化，2012，41(12)：28-30,34.

AnalysisofHuman-machineEngineeringinLeaseTypeBicycle

AN Fang, WU Xiaoli

(Hohai University, Jiangsu Changzhou, 213022, China)

Taking the bicycle rental type as the research object, it analyzes the lease type bicycle by combining the principles of ergonomics, human body template, geodesy, the visual and tactile channels, human-machine interface. It redesigns the lease type bicycle and wagon end stopper which made their appearance and size more reasonable. This also improves the color of the lease type bicycle to meet the psychological need of users, and makes the bicycle more recognizable. It increases comfort level by improving the human-machine interface of bicycle handle and pedal.

Man-machine System Analysis; Rental Bike Man-machine Size; Operation Interface Design; Wagon End Stopper Design

10.3969/j.issn.2095-509X.2014.07.003

2014-03-11

教育部人文社科基金資助項(xiàng)目(12YJC760092)；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)( 2013B10214)；河海大學(xué)教育教學(xué)研究課題(xzx/13A001-07)

安芳(1994—)，女，河北石家莊人，河海大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科生，主要研究方向?yàn)楫a(chǎn)品設(shè)計(jì)與人機(jī)界面。

TB18；TB472

A

2095-509X(2014)07-0010-05