基于人機工程學的公交車拉手設計

呂中意， 瞿 姚

（成都理工大學工程技術學院，四川 樂山 614000）

隨著私家車擁有率的增高，我國城市交通發展面臨的交通擁堵、環境污染、交通安全以及能源消耗等壓力日益嚴峻，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“綠色出行、節能減排”的一個有效手段。

“人的因素”在設計中是不能忽視的一個重要條件[1]。在公交車拉手的設計中運用人機學原理，結合手的解剖學特點和立姿生理學等科學知識，使人—機—環境系統相協調，為乘客創造安全、舒適的乘車環境。作者從手柄、連接結構、廣告位置、限位卡等造型、布局、材料問題出發，在分析現有產品問題的基礎上，提出公交車拉手的改良設計方案。

1 需要解決的問題

我國公交車上的拉手存在兩個問題影響了使用的舒適性。第一是拉手一般由吊環織帶連接限位卡和拉環，單個垂直懸掛于橫桿上，拉手易隨著車身的晃動任意搖晃。當交通工具在運動時產生顛簸、搖擺等任何形式的加速運動時，可致使乘客兩側耳石器對外力的作用發生不平衡反應，易導致眩暈[2]。第二，拉手固定長度，地面至拉環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，部分同類產品設計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，沒有一個綜合解決這兩個問題的方案；（2）手抓握處截面常設計為方形或三角形，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，忽略了經濟效益。

圖1 常規拉環造型

圖2 常規拉環截面

基于人體靜動態尺寸，結合實地測量與乘客調查數據，設計一種改進性公交車拉手，解決現有產品中的兩個問題，并避免現存專利中的3個缺陷。

2 人機關系分析

人機關系研究“人一機一環境”系統中人、機、環境三大要素之間的關系。設計的主導應以人為中心，設計的產品要適合人的生理，心理因素，設計應著重研究“物”與“人”之間的協調關系。人體尺寸主要決定人機系統是否方便、舒適、宜人，人體尺度參數是為產品設計中考慮“人的因素”提供的，研究時應用人體測量學、人體力學、生理學、心理學等學科的研究方法，來對人體結構特征和肌能特征進行研究，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相互關系和可及范圍等人體結構特征參數；提供人體各部分的發力范圍、活動范圍、動作速度、頻率、重心變化以及動作時慣性等動態參數。在設計時應全面考慮“人的因素”提供的人體結構尺度、人體生理尺度和心理尺度等數據，并將這些數據有效地運用到設計中去，從而設計出適合人使用的產品[3]。2.1 設計原理

圖3為本設計原理示意圖，左圖為數據依據，右圖為側視示意圖，左右兩個手拉環，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，手拉環下端為兩個近圓桿連接，可自由轉動，當車輛行駛過程中因慣性導致乘客前后搖晃時，三角形的結構可以起到一定的穩定作用，不論朝哪個方向搖晃，相反方向的吊帶均可在一定程度上限制搖晃的距離，同時自由轉動的連接結構可以有效防止拉手因強制性扭曲而過早斷裂。當身高較高的乘客使用時，可將兩個拉環卡合而為一，手拉環高度上升100mm，較矮乘客按下卡合鍵，拉環即松開，高度下降100mm，起到調節拉手高度的作用，有效減輕乘客長時間舉起手臂用力抓握造成的疲勞。

圖3 本設計原理示意圖（單位：mm）

2.2 主要人體尺寸

本產品設計主要考慮成年人立姿雙手功能上舉高、手掌抓握靜動態尺寸。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，高百分位數據不適用于小個子乘客，因此，在拉手高度、限位卡卡合位置高度上參考大尺寸設計原則，即只需要一個人體尺寸百分位數作為尺寸上限值的依據，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，結合高度調節功能，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

手拉環的抓握需將手掌伸入環中，在環的尺寸上參考小尺寸設計原則，即只需要一個人體尺寸百分位數作為尺寸下限值的依據，采用第 95百分位男性手掌寬度和第 95百分位手掌厚度數據作為下限值，并考慮冬季戴手套時的余量。

手的抓握動作可以分為著力抓握和精確抓握。著力抓握時，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。臂部長時間上舉抓握，會使肩、臂、手部肌肉承受靜負荷，導致疲勞[6]。因此，拉手的高度應避免手臂長時間呈180°拉伸，并考慮最佳截面，減少手掌壓應力。

3 手拉環改進設計

本設計中，手拉環主要包括兩個部分：手柄與廣告放置位置。手柄的結構是否巧妙是解決拉手能自由上下升降的關鍵，主要考慮的問題有：

1） 手掌放入的空間大?。?/p>

2） 長時間承受拉力；

3） 連接部件能有效卡合兩個拉環并實現自由轉動。

第3）點是手柄結構設計的核心問題。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）左右兩側拉手卡合；（3）拉手高度要求上升時如何快速卡合和松開。手拉環改進設計方案效果如圖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，直徑太小會導致疲勞，取30mm～40mm為宜[6]。依據上文中手掌相關尺寸，我國第 95百分位的成年男性手掌寬度為89mm，考慮余量，手握處內寬設置為100mm，內高為33mm，便于快速準確抓握，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，手柄不會因為過大的扭力而斷裂，手拉環左右兩部分可自由轉動，并增加10mm*10mm的強化受力部分，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

公交車拉手廣告是一種新形式的廣告媒體，每臺公交車內一般有16-20個拉手，車內空間封閉，乘客難以回避廣告畫面，受眾多為主動接觸，可以有效達成廣告的立體覆蓋和強化受眾對品牌的記憶。此外，拉手廣告成本低，受眾廣，廣告時間長。富有親和力的拉手廣告不僅能豐富乘車環境，也可以為商家和公交運營單位帶來不錯的經濟效益。

本設計在手拉環上部設置廣告卡板，如圖4所示，廣告頁可以放在卡板和手拉環之間，卡板用4個螺釘固定在手拉環上，可以根據需要更換廣告內容。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

在手拉環頂部分別設有卡合鍵和卡合口，當身高較高的乘客需要提高拉手高度時，可將兩個拉環合在一起，卡合鍵插入卡合口中，拉環垂直懸掛，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 材質與色彩

造型的幾何特征、色彩、材料質感3個方面共同作用，從而形成一個設計形態整體的視覺印象，三者缺一不可[7]。任何一件設計作品，都是由一定數量和種類的材料配合特定的色彩構成的，如果說材料是結構形式和功能的物質載體,那么色彩就是產品審美功能的重要體現。在設計過程中，選用恰當的材料與色彩成為設計成敗的重要因素。

作為公共交通中的設施，拉手使用頻率高，對安全性和舒適性均有較高要求，同時需兼顧成本?，F有公交車拉手材質常為ABS，或聚酸碳脂(PC)。ABS是一種加工性能優良的熱塑性塑料，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，在普通使用溫度內都有良好的機械性能，但耐磨性差，外表容易刮花。ABS工程塑料即PC+ABS，既具有PC的尺寸穩定性和耐沖擊性，又兼顧 ABS的優良加工性能，在薄壁和復雜形狀制品中使用這一工程塑料，能夠保證產品優異的性能。因此，在本設計中，手拉環材料為 ABS工程塑料，采用注塑成型工藝加工。

為保證車輛內色彩的協調，并最大限度地突出手拉環內廣告的內容，該產品設計為透明，實際生產中也可根據需要電鍍上色。

4 固定件改進設計

固定件包吊帶和限位卡，滿足固定手拉環和承受使用過程中拉力兩個要求，設計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；（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。限位卡與手拉環之間用防火織帶連接，由廈門聚德帶業有限公司研發的防火織帶具有抗阻燃、高強度、耐高溫、耐磨等眾多特點，現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，現有公交車橫桿高度一般為1800～1850mm之間，當手拉環卡合后，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，且手臂無需長時間垂直抓握，降低了使用的疲勞。兩個限位卡間距為300mm，左右兩側吊帶各150mm，如圖 1所示。在安裝過程中注意測試手拉環卡合上升功能，確保產品的正常使用。

圖11 限位卡

圖12 限位卡固定方式

5 小 結

生活水平的提高使人們不再滿足于產品能不能使用的問題，而是如何才能更加舒適安全地使用，公交車拉手的設計，不僅要考慮功能和造型，必須兼顧乘客使用時的生理要求和環境 要求，作者從這一角度出發，從手柄、連接件、固定件、卡合鍵等多個方面綜合考慮，提出了改進性設計方案，為此類產品的創新提供了一個新思路。

基于人機工程學的產品設計，充分考慮用戶，使人性化的設計真正體現出對人的尊重和關心， 是一種人文精神的體現，是人與產品完美和諧結合。

[1]楊明朗, 袁 桃. 基于人機工程學的鍵盤設計[J].包裝工程, 2005, 26(5): 168-170.

[2]李宗密. 列車座椅擺放角度與暈車的人因分析[J].藝術與設計, 2008, (3): 162-164.

[3]姜 楠, 李新媛. 腿障殘疾人使用的電動三輪車造型設計[J]. 工程圖學學報, 2008,(5): 141-145.

[4]GB 10000-88. 中國成年人人體尺寸[S].

[5]孫 誠. 人類工效學對包裝的研究[J]. 包裝工程,2004, 25(1): 69-70.

[6]丁玉蘭. 人機工程學[M]. 北京: 北京理工大學出版社, 2011.

[7]李 峰, 應放天, 吳 丹. 產品設計中的材料與形態[J]. 包裝工程, 2008, 29(4): 93-95.