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1、课程大作业（论文） 公交车扶手改善的人机工程学设计课 程 人机工程学 专 业 工业工程 年级班别 学 号 学生姓名 指导教师 2013年 6 月公交车扶手改善的人机工程学设计【摘要】在日常乘坐公交车的过程中，常常可见被公交车扶手碰到头、抓不到公交车扶手和抓久扶手后手不舒服等问题，在公交车开停时也往往出现，车里的人立姿不稳的问题。针对这些问题，本文综合运用了人机工程学的理论和方法，分析了目前的公交车扶手，指出了它的不足之处，并提出了各种新改善方案。【关键字】工效学，人机工程学，公交车扶手1 引言随着城市化进展，越来越多的市民坐公交车出行，而公交车内环境缺少人机设计，由此带来了很多问题，扶手设计是
2、比较明显的一方面。公交车扶手的设计需要考虑两方面问题：1不碰头；2舒适抓握。很多市民都有体会，交通高峰时公交车几乎车车爆满，坐公交车简直就是苦行修炼，其中体会最深的是抓不到扶手，没有扶手可抓，所以有必要探讨下公交车扶手如何设计才能更好的为市民服务。本文通过分析人机工程学中人体相关尺寸及乘客使用扶手的习惯，本文提出了公交车扶手的人机工程学设计。2 研究背景车辆人机工程学是人机工程学在地面机动车辆这一特定领域的应用分支，它以人(包括驾驶员和车内乘员)一车一环境系统为对象，以改善驾驶员的劳动条件和车内乘员的舒适性为核心，以人的安全、健康、舒适、高效为目标，使整个系统的总体性能达到最优。扶手是公交车内
3、饰主要部件，不仅因为其数量多占用车内空问大，更是因为大多数站立的乘客需要抓住扶手，以保持稳定的站姿。而根据人机工程学分析，扶手设计主要考虑人体立姿垂直手握高度，立姿侧向手握距离和手臂平伸手握距离，以及车辆运行的平均时速等等一系列问题，由于涉及到伸手够东西的问题，如果采用高百分位的数据就不能适应小个子人，所以设计出发点应该基于适应小个子人，这样也同样能适应大个子人。图1 不合理的公交扶手设计3 问题及分析对公交车扶手的改进，可以包括许许多多的方面，但由于知识的限制与技术的不可实现性，本文只针对前文提到的背景对公交车扶手进行改进，主要改进包括以下几个方面：3.1 不碰头所谓的“不碰头”就是防止人在
4、公交车内站着、坐着或起身时，头碰到扶手或横杆而导致人受到的不必要伤害。对于高个子而已，目前的公交车扶手经常导致碰头现象，往往为了不碰头而弯腰低头，长期如此，可能导致人的心情不好，对于经常坐公交车的更可能导致颈椎等的疾病发生，故而保证公交车扶手不碰头是公交车扶手改善的必要步骤。如下图就是一个扶手碰到头的例子。图2 碰头的例子3.2 抓得到同样，在不碰头的基础上，我们设计扶手的目的就是用来抓，故而抓得到同样是一个必须考虑的问题。公交车出事故，其中有一部分就是因为有的乘客个子小，抓不到扶手，而导致在公交车开停时立姿不稳，摔倒或压在其他乘客的身上，从而引起了受伤事件的发生。下图所示为公交车扶手的位置范
5、围。图3 扶手位置范围3.3 立姿稳定立姿稳定，同样是一个重要可改善因子。目前公交车扶手，大多采用“带+环”的设计方案。这是为了避免在公交车开停时，人体手腕的拉伤，但同样的这样的设计却导致了立姿不稳的问题出现，往往车子一开，车里人全往后走几步，车子一停，人全往前走几步。出现这样的问题主要是扶手缺乏较为稳定的支撑点。下图为经典的“带+环”扶手。图4 “带+环”的设计3.4 抓握舒服在人机设计中，人体舒适度也是一种必需考虑的因子。想想，冬天冰冷的立式扶杆，令人难以抓握，或是夏天闷热的棉质扶手，令人厌恶抓握。都是不可取的设计方案。图5 不合理的三杆立式扶杆综合考虑，上述4个可改善因子，我们利用人机工
6、程学的知识，用系统的观点和方法，对公交车扶手进行设计，并对提出的各个方案，进行评价得出最终改善方案。4 人机工程学理论及方法应用要点GTT 10 0001988是根据20世纪80年代中期的实测数据制定的，所以现在取以平均身高大约在10年内增加14 mm为十年身高修正量。4.1人体测量与数据应用4.1.1不碰头设计不碰头即要求扶手高度应高于大多数人身高，所以取男性身高的99百分位为1814mm（男女共用，应能满足大多数人群的需求，而男性身高普遍高于女性身高，因此取男性身高99百分位)。表1 人体身高数据身高/mm累计百分位数/%151050909599男（1860岁）15431583160416
7、78175417751814女（1855岁）1449148415031570164016591697X:取99百分位身高为X=1814mmY：男性的穿鞋修正量，取Y=30mmZ:公交车扶手横杆半径Z=30mm(具体半径视设计要求决定)A:身高增长修正量A=14mm所以满足乘客不碰头，要求横杆中心距离车内地板高度为hX+Y+Z=1814+30+30+14=1888mm。（1）扶手中心距离车内地板高度为HX+Y=1814+30+14=1858mm。 （2）4.1.2 抓得到设计扶手杆属男女通用的产品尺寸设计，舒适抓握即要求扶手应保证被大多数人抓得到且舒服抓握，所以取女性的5百分位（满足大多数人群的
8、需求，而女性身高普遍低于男性，所以取女性的5百分位）。表2 立姿双手举起时的高度立姿双手功能上举高/mm百分位数/%151050909599男（1860岁）1815186916041899200321382203女（1855岁）1696174117661860195219762030X：女性立姿双手功能上举高5百分位X=1741Y：女子的穿鞋修正量：Y=30mmZ：人体身高增长修正量Z=14mmA：人体上举功能高与人体舒适抓握扶手高度相差量。（同样2个在使用扶手杆的人体模型，自然状态姿势比立姿双手功能上举高姿势要更舒服。）取A=150mm所以满足乘客抓的到，要求扶手中心距离车内地板高度为H17
9、41+30+14-150=1635mm （3）4.1.3 解决不碰头与抓的到相矛盾的问题：不碰头要求扶手中心高于1858mm，舒服的抓握着则要求扶手中心低于1635mm，两者互不相容，不可能同时满足两方面的要求。因此，横杆布置在满足不碰头的基础上(即h1888mm)，在横杆上每隔05m左右布置一个扶手，扶手为两个高低扶手间隔分布，高的扶手高度应满足H1858，低的扶手高度应满足H1635mm，这样不仅满足了不碰头，而且满足抓得着的要求。如下图所示。图6 扶手设计方案综上结论，本着车辆人机工程学的基本原理，从数理统计中95的概率置信度出发，得出：适用于公交车扶手横杆中心高度为2000 mm，扶手
10、的中心高度分别为1860，1600，才能尽大限度的满足乘客对乘坐舒适性与安全性的要求。4.2人体生物力学与施力特征4.2.1立姿稳定设计人体拉扶手时由于公交车的开停，导致手腕转动，手臂摆动可达90度。为了防止拉伤，并且使立姿稳定。1） 采用“倒三角、双吊带”设计吊带和手环。图7 “倒三角、双吊带”2）采用倒三方式设计横杆（如下图），去掉吊环和吊带，这样增加了立姿稳定性。缺点：前期投入大（有碰到头的风险）。图8 倒三角横杆设计3)采用金属节环代替吊带方案，优点为可使用寿命久，安全性高，缺点为，前期投入较大。如下图所示。图9 金属节代替吊带4.2.2人体舒适度a) 冬天光滑的立式扶杆，很冷摸起来不
11、舒服，采用塑料的又担心扶杆的材料可承受的负荷不够，加上布质又怕夏天时，手闷热。故而可采用在原来的铁杆上加上可拆卸式的防滑布(为了安全采用单杆布置)。图10 立式扶杆加上防滑布b) 对于扶手，由于长期抓握，故而对其舒适度要求也较高，可以采用较粗的带透气孔的塑料圆环。如下图“图11”，下图“图12”是一失败的扶手作品，单薄安全性差，且握久手会僵痛。图11 较粗的带透气孔的塑料圆环图12 单薄的塑料扶手5 设计方案通过对各个改进方案的综合分析，我们得出最后结果如下：1. 立式扶杆采用单杆布置，材质为带凹凸的铁柱，配备可拆卸防滑布，在冬 天套上。2. 扶手环采用较粗的带透气孔的塑料圆环的结构。3. 横
12、杆高度2000mm。4. 从横杆一端开始每隔0.5m，按“低低高”的顺序配置扶手，即每三个扶手中有两个是距地面高度为1600mm的扶手，一个距地面高度为1860mm的扶手。这里做出的修正主要考虑的是，大多数人的身高较低，故而低扶手与高扶手的配备比为2:1。5. 扶手采用金属节代替吊带的方案。主要考虑的是安全与经济性。虽然金属节代替方案前期投入大，但其寿命高，经计算其每年付出净年值小于倒三角型吊环设计方案。图13 高低低的布置方案6 结论本次论文，我选取了改进公交车内乘车环境作为分析的课题，在这其中，所有的工作都是满足一个目的，即安全、舒适、高效，同时我也意识到了人的自然行为倾向对于人机工程学设计的重要性，人因学的基本要求是使机械设备、工具、作业场所以及各种用具、用品与人的生理、心理特点相适应，达到人们工作和生活的最佳效率和保持良好的状态，为次，涉及生理学、心理学、社会学诸多因素的人的自然行为倾向，便在其中起着很重要的作用。【参考文献】1 张宏林，人机工程学M，高等教育出版社，20052 阮宝湘，人机工程学课程设计/课程论文选编M， 机械工业出版社，20053 单汝波，基于人机工程学的办公室研究A，20074 孔庆华，xxxx等，人机工程学基础与案例M，化学工业出版社，20085 刘焱，基于人机工程学的城市公交车设计方法研究A，西北工业大学，2006
