基于人體工程學(xué)的自行車座墊的研究

呂夢琪 朱寧嘉

（嘉興學(xué)院，浙江 嘉興 314033）

1 自行車座墊概述

我們通常將自行車可按形態(tài)分類分成三類：（1）窄型細(xì)長的硬座墊：適合于快速巡航用的運(yùn)動(dòng)型自行車。該類自行車的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是為快速踩踏時(shí)減少大腿內(nèi)側(cè)摩擦和疼痛感而設(shè)計(jì)成窄長的鞍形，和為減少臀部與坐墊陷入面積，提高踩踏速度而設(shè)計(jì)的硬質(zhì)坐墊；（2）寬而軟的舒適型座墊：適合于慢速巡航用的舒適型自行車，其寬大軟質(zhì)的座墊設(shè)計(jì)提供臀部較大而平均的支撐面積和較佳的舒適度；（3）特殊類型的座墊。例如為兒童開發(fā)的香蕉座墊，是一種側(cè)面類似香蕉形的長條型座墊，能夠很好地提供臀部兩側(cè)，如Wheelie車［圖1上］。該車集配了后仰式摩托，猿臂車把，小輪和名為姐妹座的副座墊這幾大特征設(shè)計(jì)的童車樣式座墊。此外還有為女性開發(fā)的座墊。根據(jù)女性生理結(jié)構(gòu)，女性的髖部比男性要寬，兩坐骨間距較男性大而加寬的設(shè)計(jì)；為減少女性會(huì)陰壓力而設(shè)計(jì)的短鼻和舒緩中部壓力的設(shè)計(jì)。圖1中的SELLE ITALIA女性系列產(chǎn)品就特別植入了較厚的硅膠。

圖1

自行車座墊考慮到坐騎共行的特征并結(jié)合人體臀部的構(gòu)造，設(shè)計(jì)成馬鞍狀的經(jīng)典形態(tài)。意大利SELLA公司的革新是自行車座墊的形態(tài)演變的最大推動(dòng)力。SELLA公司采用了高彈體以構(gòu)建靈活的減震系統(tǒng)，在不減少舒適程度的前提下，坐墊不再需要又重又有很大噪音的彈簧，其自身重量得以減輕40%，并且提高了緩沖性能。1984年率先申請(qǐng)了將硅凝膠作為填充物的技術(shù)專利，這項(xiàng)革新不僅讓坐墊更輕、更耐用，而且它的吸震能力比使用普通膠的坐墊強(qiáng)40%，比使用傳統(tǒng)泡沫填充物的坐墊強(qiáng)350%。1998年公司又推出的SLR超流型座墊，中間出現(xiàn)細(xì)長的鏤空，用以減少壓迫。

2 自行車座墊設(shè)計(jì)相關(guān)的人體工學(xué)要素

2.1 人體骨盆構(gòu)造

如圖2所示，人體骨盆的上部主要由連接脊椎的骶骨，承托臀部的腸骨和髖骨構(gòu)成，下部主要由后端的尾骨，前端的恥骨及恥骨結(jié)合，下端的坐骨位置最低向前與恥骨相連。其中弓狀線決定了臀部骨骼的大致形狀。圖3中女性的恥骨下角明顯大于男性，說明女性的髖部較男性寬的特點(diǎn)。自行車座墊的寬度主要由最下端的坐骨間距決定。圖4中日本人體工學(xué)實(shí)驗(yàn)室使用由計(jì)算機(jī)人體骨盆模擬軟件制成的骨盆石膏模型來測試Selle SMP座墊與人體臀部匹配程度[1]。

圖2 人體骨盆骨骼構(gòu)造圖

圖3 男女骨盆骨骼比較圖

騎行時(shí)，臀部的受力前部是會(huì)陰，后部是坐骨。為減少運(yùn)動(dòng)型自行車低俯式騎行姿勢對(duì)會(huì)陰的壓力，很多座墊設(shè)計(jì)成細(xì)長的中空構(gòu)造或者下沉的溝槽構(gòu)造。但是座墊材料若過軟會(huì)使得坐骨部位凹陷，填充物在溝的邊緣突起，不但起不到人體工程學(xué)作用，反對(duì)會(huì)陰造成更大的壓迫。所以適材適所地選用填充材料，在座墊后部選用較硬的材料給予骨盆有力的支撐，座墊前端選用較柔軟的材料提高緩沖性以減輕對(duì)尿道組織的壓迫，座弓則需要結(jié)實(shí)但輕巧的材料。新款的BONTRAGER Paradigm RXXXL座墊就具有這樣的人體工程學(xué)設(shè)計(jì)（圖 5）。

2.2 騎行姿勢

圖4 盆骨石膏模型與座墊匹配實(shí)驗(yàn)

圖5 BONTRAGER Paradigm RXXXL座墊

圖6 SITERO座墊與人體工學(xué)壓力測試

不同騎行姿勢需要身體重心變化和座墊密切相關(guān)。如上下坡、過彎、過障礙，臀部會(huì)隨著身體重心的變化，在座墊上前后左右的移動(dòng)，不斷的轉(zhuǎn)髖。座墊設(shè)計(jì)需要完成對(duì)臀部承托、符合臀部的曲線、不影響踩踏、重心移動(dòng)的功能同時(shí)，還強(qiáng)調(diào)其舒適性和對(duì)會(huì)陰部位的釋壓作用。山地（MTB）賽車和公路（ROAD）賽車因騎行姿勢不同座墊設(shè)計(jì)也相應(yīng)變化。

2.3 騎行經(jīng)驗(yàn)

座墊舒適性的調(diào)節(jié)不僅需要座墊設(shè)計(jì)本身，與使用者騎行的經(jīng)驗(yàn)也息息相關(guān)。職業(yè)車手和業(yè)余車友，甚至同一類車手在訓(xùn)練、比賽等不同環(huán)境對(duì)座墊的需求也不同。圖6中右圖為SPECIALIZE公司基于BG (Body Geometry)技術(shù)為女性職業(yè)選手開發(fā)的適用于鐵人賽和TT賽的賽車座墊SITEROEXPORT GEL。左圖為SITERO座墊（下）與傳統(tǒng)座墊（上）和流行女性短鼻座墊（中）臀部壓感的測試圖。該圖表明現(xiàn)在流行的短鼻座墊前端還是集中了很大的荷載，而SITERO座墊則具有明顯的改進(jìn)。

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3 基于人體工學(xué)的自行車座墊設(shè)計(jì)案例

美國COBB公司研究認(rèn)為，運(yùn)動(dòng)自行車，采用深度前傾，背部低平式的騎行方式，可以充分拉伸背部來加深呼吸，充盈肺活量。而當(dāng)前的運(yùn)動(dòng)自行車座墊前端較細(xì)，加大了前端中部對(duì)尿道的壓力。COBB新研發(fā)的座墊前端的中部突起加寬的 “逆臺(tái)型”隆起構(gòu)造和加入溝槽的設(shè)計(jì)，將荷載導(dǎo)向兩側(cè)恥骨，極大地減輕了尿道軟組織的荷載（表1）[3]。表2例選了著名的自行車公司當(dāng)前研發(fā)的人體工程學(xué)座椅案例。

4 結(jié)論

綜上所述，自行車座墊的人體工程學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的要素包含有：（1）座墊寬度設(shè)計(jì)需要考慮受人體身高對(duì)應(yīng)的坐骨寬度及女性較男性坐骨寬等特點(diǎn)；（2）座墊的長度設(shè)計(jì)需要考慮與騎行姿勢，騎行時(shí)長以及騎行環(huán)境相對(duì)應(yīng)，如LESURE，MRT,ROAD,TT車型座墊的差異；（3）座墊形態(tài)與構(gòu)造要考慮臀部弓狀線輪廓，設(shè)計(jì)還要盡量使臀部和腿部內(nèi)側(cè)的壓力分散均勻，避免集中導(dǎo)致血流不暢和透氣性差；（4）座墊長度需要考慮男女會(huì)陰部的舒適性，對(duì)長時(shí)間騎行的兼顧前乘式與后乘式變化的座墊，則需要采用長形設(shè)計(jì)；（5）座墊厚度與座墊提供的支撐和緩沖性緊密相關(guān)，女性臀部較寬，腿部力量較弱的特點(diǎn)對(duì)應(yīng)較厚的設(shè)計(jì)，此外運(yùn)動(dòng)車型中初學(xué)者和經(jīng)驗(yàn)者對(duì)座墊的依賴時(shí)長不同，座墊的厚度，軟硬與緩沖性能也有差異；(6)座弓的設(shè)計(jì)要兼顧輕量和強(qiáng)度。

表2 著名的自行車公司當(dāng)前研發(fā)的人體工程學(xué)座椅案例

［1］中德英一．プロジェクトデザインと創(chuàng)造実験との連攜授業(yè)の教育効果 :その1快適な自転車サドルの設(shè)計(jì)と実験による検証、工學(xué)教育研究講演會(huì)講演論文集[C]．平成 23 年度(59),116-117,2011-08-22．

［2］BLコンジェルジュSPECAL．快適ライディングのためのサドル選びの基礎(chǔ)知識(shí)[J]．自転車生活，23卷第278號(hào)．

［3］HiRoad．ユニークなカタチと機(jī)能--コーブサドル[Z]．