基于人因工程學的自動升降公交扶手裝置設計

谷薇帆 郭保華 高峰 霍楊志 楊寒冰

摘 要：隨著城市化的進程越來越快，公共交通在城市出行中變得愈發重要。在公共交通出行中，公交車扶手桿和吊環扶手有著巨大的市場需求量，而傳統的公交扶手存在一定的安全隱患，并且不能滿足各種身高人群的使用需求。基于此，出于人性化考慮，筆者設計了一種可調節升降式公交車扶手，以滿足不同乘客對高度的需求，使人們乘坐公共交通出行時更加便利。

關鍵詞：公交扶手;升降式;可調節

中圖分類號：TB18;U469.13文獻標識碼：A文章編號：1674-1064（2021）07-099-02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.07.048

1 研究背景

1.1 項目背景

目前，國內尚未發布關于公交車扶手設計的詳細國家行業標準，筆者參照《工業設計人機工程》一書，按乘客“抓得住”和“不碰頭”的要求計算，可得橫桿高度應小于1 696mm，大于1 904mm。顯然，通過“抓得住”和“不碰頭”計算出的橫桿高度不可能同時滿足。因此，在公交車上施加可伸縮扶手，通過改變吊環高度，可以滿足不同身高乘客對扶手的需求[1]。

1.2 社會背景

隨著中國城市化的不斷發展，很多市民都有過在交通高峰時期每一輛公交車上幾乎都擠滿了乘客的經歷，其中體會最深的是抓不到扶手，沒有扶手可抓，導致在車上來回晃動。基于公交車扶手設計的現狀，國內學者進行了大量研究。目前，國內主流公交車扶手設計雖考慮到了身高問題，但不適用于不同身高的乘客，不僅降低了乘客的舒適感，而且降低了扶手使用率[2]。基于此，本項目擬開發設計一種自動升降扶手，既能解決身高問題，又可增加其穩定性。

2 設計原理

2.1 設計思路

在公交車上，使站立的乘客也有舒適的乘車體驗是非常重要的。因此，筆者通過人因工程學計算出最適握取高度，并且將扶手設計為高低式。相比傳統的公交車扶手，伸縮式扶手采用電機齒輪鎖，伸縮靈活性大，啟閉平穩，增加了乘客的穩定性，同時高低式分布又解決了各種身高乘客的需求[3]。

2.2 具體工作流程

自動升降公交扶手工作流程如圖1所示。

2.3 公交扶手組成

2.3.1 伸縮桿升降裝置

系統組成。伸縮桿裝置由升降主體、限位開關、電機及升降控制器組成。

升降主體：升降主體采用鍍鋅圓管，在兼顧安全耐用的前提下又減少了使用經費，外面用氟碳噴涂，可以防銹、防脫落且耐磨。

限位開關：筆者在伸縮桿底部和頂部設計限位開關，當伸縮桿到達終點時會自動停止，可以防止電機空燒。

電機：通過太陽能供電系統對電機進行供電，從而對伸縮桿伸縮進行控制。為了節約材料與美觀，筆者擬將電機進行簡化并且安裝到上方橫桿內。

升降控制器：用以控制伸縮桿的上升與下降。

系統原理。首先，通過太陽能供電系統對蓄電池進行充電，再利用蓄電池對電機進行供電。通過電機運作對伸縮桿進行伸長控制，當想要進行回縮時，將正負極進行對調即可實現。當伸縮桿伸縮到極限時，通過齒輪進行停止，可以防止電機空燒。

2.3.2 紅外感應裝置

系統原理。整個系統由電源電路、紅外感應電路、延時電路及開關控制電路四大部分組成。

電源電路：J2輸入12V電源，D1可以防止電源極性接反，R3為限流電阻，C2和C3濾波。

紅外感應電路：由U1C、R10、R13、D5、C5構成振蕩器，從U1的10腳輸出脈沖信號，經Q3放大后驅動紅外發射管D6向空間發射紅外信號。此信號如果沒有被障礙物擋住，紅外接收管D2無法接收到信號，故后面的電路不工作;當D6前面有障礙物時，發射的紅外信號被障礙物發射回來，就會被D2接收到，接收的信號經Q1、Q2放大，最后在R4端輸出放大的紅外信號，再由U1A進行選頻、U1D進行整形后在U1的11腳輸出。

延時電路：R7、VR1、C4構成延時電路，調節VR1可以調節每次動作后的延時時間，本電路設計延時時間在0～30s范圍可調，由于元件參數有一定的誤差，所以延時時間會略有差別。

開關控制電路：Q4、Q5、K1構成開關控制電路。若D2接收到信號后，最后會在U1的4腳輸出延時后的低電平信號，使Q4、Q5導通，K1吸合。D3為繼電器工作狀態指示燈。

2.3.3 各配置參數

吊環。考慮到耐久等問題，筆者決定用PC+abs塑料制作吊環，運用該塑料既可以防止因使用金屬而出現乘客碰傷問題，又可以解決普通塑料耐久性差的問題。且考慮到吊環的穩定性，筆者將吊環設計為長12.5cm、高12.3cm。在吊環與升降裝置的連接處，用尼龍織帶將電線包裹起來，且其中的電線應足夠長（應時刻處于松弛狀態），從而在吊環搖晃時，只有外層的尼龍織帶受力而保護電線。

伸縮桿。筆者將伸縮桿同樣設置成高、低兩種樣式，根據不同的樣式設計不同的尺寸。

高：筆者將伸縮桿設置成六個節段，由內到外分別是3cm、4cm、5cm、6cm、7cm、8cm（不計算各節段連接處），其中8cm的節段是最外層的外殼，在伸縮時不參與進去。當伸縮桿伸長時，由外到內以此伸出，最終可以伸長25cm。當回縮時，則反之由內到外以此回縮。

低：筆者同樣將此伸縮桿設置成六個節段，由內到外分別是2cm、3cm、4cm、5cm、6cm、7cm，工作原理與高的伸縮桿相同，最終可伸長20cm。

高扶手與低扶手，伸縮桿的直徑都為4cm。

通過調查和統計，筆者得知成年人所適應的公交扶手高度應≥1 885mm，未成年人所適應的公交扶手約為1 655mm，因此，取高低扶手距離地面高度分別為1 885mm與1 655mm。

2.3.4 太陽能供電系統

系統組成。太陽能供電系統由太陽能電池組、光伏控制器、蓄電池等組成。

太陽能電池組：太陽能電池組是太陽能供電系統中的核心部分，也是太陽能供電系統中價值最高的部分。其作用是將太陽的輻射能量轉換為電能，或送往蓄電池中存儲起來，或推動負載工作。

控制器：太陽能控制器的作用是控制整個系統的工作狀態，并對蓄電池起到過充電保護、過放電保護的作用。

蓄電池：一般為鉛酸電池，小微型系統中也可用鎳氫電池等。其作用是在有光照時將太陽能電池組件所供出的電能儲存起來，到需要時再釋放出來。

系統原理。當太陽能供電系統的蓄電池大于11V時，光伏控制器和功能控制器會發出指令，使太陽能電池給蓄電池進行充電（即使在陰天等天氣時也可以使用）。在車上可以直接安裝太陽能電池板。將太陽能電池板安裝到車上，再接入電機中，即可對電機進行供電。該系統將太陽能轉換為電能，對車內電機進行供電，可以充分利用自然資源，保護環境，節約資源。

3 創新特色與應用前景

3.1 創新特色

打破原有的吊環設計，將吊環與伸縮裝置結合，伸縮桿剛度大，提高其抗彎曲能力，更加靈活美觀。按鈕設置在手柄下方，公交自動升降扶手裝置中一個按鈕便可控制，老人小孩都易使用，高低分布確保乘客都能輕松按到按鈕。采用紅外感應裝置，可以在乘客離開后自動升至初始位置，防止扶手過長發生碰撞。材料采用環保舒適的材質，采用太陽能供電裝置，安全無風險，使用壽命長，可以儲能。

3.2 推廣前景

隨著國家基礎設施投入的加大和綠色出行的號召，以公交車為代表的公共交通將會更加普遍。扶手作為這些公共交通工具中必不可少的配件設施，擁有國家政策支持，自動升降扶手應把握市場機遇，不斷進行創新，完善產品自身功能，發揮自身長處，以創造更好的前景[4]。

4 結語

自動升降扶手與傳統扶手相比更加合理，并且更能滿足不同身高人群的出行需求。該項技術緊緊結合人們的實際出行需求，以人性化角度出發，為了使人們在公共交通上有更好的乘坐體驗而進一步拓展技術。并且在國家節能倡議的號召下，采用太陽能供電裝置也更具市場優勢，適宜在我國推廣使用，進而在已有基礎上不斷完善改進。

參考文獻

[1] 池清清.新型公共交通滑動扶手裝置市場分析[J].科技經濟市場，2019（3）：154-156.

[2] 譚茜.立體城市交通無障礙系統化設計研究[D].廣州：華南理工大學，2019.

[3] 陳朝澤.城市公交客車扶手設計研究[J].現代制造技術與裝備，2018（6）：45-46，50.

[4] 黃鵬鵬，伍松松.基于人因工程的公交車內設施環境分析與改善[J].人類工效學，2015，21（5）：62-66.