基于人體工程學的自行車座墊的研究

呂夢琪 朱寧嘉

（嘉興學院，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分類分成三類：（1）窄型細長的硬座墊：適合于快速巡航用的運動型自行車。該類自行車的結構特點是為快速踩踏時減少大腿內側摩擦和疼痛感而設計成窄長的鞍形，和為減少臀部與坐墊陷入面積，提高踩踏速度而設計的硬質坐墊；（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，其寬大軟質的座墊設計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。例如為兒童開發的香蕉座墊，是一種側面類似香蕉形的長條型座墊，能夠很好地提供臀部兩側，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計的童車樣式座墊。此外還有為女性開發的座墊。根據女性生理結構，女性的髖部比男性要寬，兩坐骨間距較男性大而加寬的設計；為減少女性會陰壓力而設計的短鼻和舒緩中部壓力的設計。圖1中的SELLE ITALIA女性系列產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合人體臀部的構造，設計成馬鞍狀的經典形態。意大利SELLA公司的革新是自行車座墊的形態演變的最大推動力。SELLA公司采用了高彈體以構建靈活的減震系統，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年率先申請了將硅凝膠作為填充物的技術專利，這項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40%，比使用傳統泡沫填充物的坐墊強350%。1998年公司又推出的SLR超流型座墊，中間出現細長的鏤空，用以減少壓迫。

2 自行車座墊設計相關的人體工學要素

2.1 人體骨盆構造

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成，下部主要由后端的尾骨，前端的恥骨及恥骨結合，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。自行車座墊的寬度主要由最下端的坐骨間距決定。圖4中日本人體工學實驗室使用由計算機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 人體骨盆骨骼構造圖

圖3 男女骨盆骨骼比較圖

騎行時，臀部的受力前部是會陰，后部是坐骨。為減少運動型自行車低俯式騎行姿勢對會陰的壓力，很多座墊設計成細長的中空構造或者下沉的溝槽構造。但是座墊材料若過軟會使得坐骨部位凹陷，填充物在溝的邊緣突起，不但起不到人體工程學作用，反對會陰造成更大的壓迫。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尿道組織的壓迫，座弓則需要結實但輕巧的材料。新款的BONTRAGER Paradigm RXXXL座墊就具有這樣的人體工程學設計（圖 5）。

2.2 騎行姿勢

圖4 盆骨石膏模型與座墊匹配實驗

圖5 BONTRAGER Paradigm RXXXL座墊

圖6 SITERO座墊與人體工學壓力測試

不同騎行姿勢需要身體重心變化和座墊密切相關。如上下坡、過彎、過障礙，臀部會隨著身體重心的變化，在座墊上前后左右的移動，不斷的轉髖。座墊設計需要完成對臀部承托、符合臀部的曲線、不影響踩踏、重心移動的功能同時，還強調其舒適性和對會陰部位的釋壓作用。山地（MTB）賽車和公路（ROAD）賽車因騎行姿勢不同座墊設計也相應變化。

2.3 騎行經驗

座墊舒適性的調節不僅需要座墊設計本身，與使用者騎行的經驗也息息相關。職業車手和業余車友，甚至同一類車手在訓練、比賽等不同環境對座墊的需求也不同。圖6中右圖為SPECIALIZE公司基于BG (Body Geometry)技術為女性職業選手開發的適用于鐵人賽和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。

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3 基于人體工學的自行車座墊設計案例

美國COBB公司研究認為，運動自行車，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。而當前的運動自行車座墊前端較細，加大了前端中部對尿道的壓力。COBB新研發的座墊前端的中部突起加寬的 “逆臺型”隆起構造和加入溝槽的設計，將荷載導向兩側恥骨，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前研發的人體工程學座椅案例。

4 結論

綜上所述，自行車座墊的人體工程學設計時需要考慮的要素包含有：（1）座墊寬度設計需要考慮受人體身高對應的坐骨寬度及女性較男性坐骨寬等特點；（2）座墊的長度設計需要考慮與騎行姿勢，騎行時長以及騎行環境相對應，如LESURE，MRT,ROAD,TT車型座墊的差異；（3）座墊形態與構造要考慮臀部弓狀線輪廓，設計還要盡量使臀部和腿部內側的壓力分散均勻，避免集中導致血流不暢和透氣性差；（4）座墊長度需要考慮男女會陰部的舒適性，對長時間騎行的兼顧前乘式與后乘式變化的座墊，則需要采用長形設計；（5）座墊厚度與座墊提供的支撐和緩沖性緊密相關，女性臀部較寬，腿部力量較弱的特點對應較厚的設計，此外運動車型中初學者和經驗者對座墊的依賴時長不同，座墊的厚度，軟硬與緩沖性能也有差異；(6)座弓的設計要兼顧輕量和強度。

表2 著名的自行車公司當前研發的人體工程學座椅案例

［1］中德英一．プロジェクトデザインと創造実験との連攜授業の教育効果 :その1快適な自転車サドルの設計と実験による検証、工學教育研究講演會講演論文集[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知識[J]．自転車生活，23卷第278號．

［3］HiRoad．ユニークなカタチと機能--コーブサドル[Z]．