基于壓力舒適性的騎行褲優(yōu)化設(shè)計

張同會,冀艷波,魏福紅

(西安工程大學(xué) 服裝與藝術(shù)設(shè)計學(xué)院,陜西 西安 710048)

0 引 言

隨著“綠色出行”觀念以及國內(nèi)摩拜單車、小黃車等公共自行車的相繼出現(xiàn),越來越多的人加入到自行車運動中,人們對騎行裝備的需求也越來越大,這種需求帶動了騎行裝備的發(fā)展.以騎行服為例,從2010年到2013年,國內(nèi)的騎行服市場總額從1 000萬元增長到1億多元[1]．

騎行服作為緊身類的功能性服裝,其功能性及穿著舒適性成為騎行服設(shè)計的重點,同時騎行服是一種典型的壓力服裝,在騎行過程中對身體具有防護作用.研究表明,合理的服裝壓力對處于運動狀態(tài)的人體具有積極的作用,比如減緩身體運動過程中的酸痛感[2-4]以及減少空氣阻力等[5-6],而功能性緊身服裝結(jié)構(gòu)是由人體靜態(tài)尺寸和運動特征變化共同決定的.因此，本文以騎行褲為研究對象，從人體骨骼關(guān)節(jié)、肌肉和體表皮膚變化3個方面分析騎行運動特征,針對下肢不同部位進行客觀壓力測試和主觀壓感評價,從而提出騎行褲設(shè)計方案,為騎行服裝的設(shè)計生產(chǎn)提供參考．

1 騎行運動特征

1.1騎行姿勢

騎行運動是人和自行車互為一體的運動項目,騎行者借助于踏蹬帶動曲柄,曲柄帶動鏈條從而推動自行車前進,產(chǎn)生相對移動的運動方式．不當(dāng)?shù)尿T行姿勢會對人體產(chǎn)生負荷,使后背、頸部、膝蓋及手腕等身體部位產(chǎn)生酸痛感,而正確的騎行姿勢則可節(jié)省體力，防止身體受到傷害,起到鍛煉身體的效果,且膝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)力的大小受騎行姿勢的影響[7]．正確的騎行姿勢是騎行者保持頭部稍前傾,收縮小腹,立骨盆,以便腰部弓屈,使上半身大致呈“弓”字型,降低身體重心,雙臂微張微彎,雙手穩(wěn)而輕地握把,臀部穩(wěn)坐在車座上,這樣可以使人體肌肉、骨骼放松,達到人體和自行車合二為一的狀態(tài)．

1.2 騎行運動的人體特征

1.2.1 人體骨骼關(guān)節(jié) 騎行運動是借助于人體腳蹬帶動自行車齒輪轉(zhuǎn)動,以此推進自行車前行的單一動作循環(huán)的過程．在此過程中,軀干的支撐性脊柱和上肢起到支撐人體及控制騎行方向的作用,相較于上肢,人體下肢的活動量較大,下肢骨骼通過關(guān)節(jié)連接,借助髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)與踝關(guān)節(jié)提供前行的動力．

1.2.2 人體肌肉特征 騎行運動不僅需要借助于關(guān)節(jié),還需肌肉群的作用,按照正常騎行姿勢,雙腿做上下往復(fù)運動,全身大范圍的肌肉都會參與到其中．研究表明，肌肉對于運動加速具有重要作用,而臀大肌、腹肌、股直肌、股二頭肌、股內(nèi)側(cè)肌和股外側(cè)肌是騎行運動中較為活躍的肌肉,通過以上肌肉的收縮實現(xiàn)腿部的發(fā)力[8-9]．因此,在緊身類運動服裝的設(shè)計中,常常通過施加壓力于肌肉,提高其運動功能性．

1.2.3 人體體表皮膚變化 當(dāng)人體處于運動狀態(tài)時, 人體骨骼和關(guān)節(jié)帶動肌肉的收縮與膨脹, 而肌肉的收縮與膨脹引起人體體表皮膚發(fā)生伸縮[10]．因此,除了關(guān)節(jié)、肌肉以外,還需要考慮人體體表皮膚的伸縮量．

人體在騎行過程中不僅會引起下肢骨骼關(guān)節(jié)與肌肉的變化,同時還會導(dǎo)致皮膚在縱橫方向上發(fā)生不同程度的皮膚伸縮變化．臀大肌、股直肌、股二頭肌、股內(nèi)側(cè)肌和股外側(cè)肌是騎行過程中較為活躍的肌肉,因此,騎行狀態(tài)下的皮膚伸縮變化主要集中在臀部、大腿外側(cè)和膝蓋．就拉伸量而言,不同區(qū)域產(chǎn)生的皮膚伸縮量也是不同的,相較于膝蓋部位的股外側(cè)肌和股內(nèi)側(cè)肌,大腿部位的前股直肌和后股二頭肌變形量較大,變形量高達50%,且大腿后股二頭肌的皮膚變形量大于大腿前股直肌變形量;臀部區(qū)域的體表皮膚整體呈拉伸變形,拉伸率為58%;膝蓋部位始終是一個變化率較大的區(qū)域[11-13]．皮膚的變形量是緊身服裝松量設(shè)置的依據(jù),通過分析騎行狀態(tài)下下肢皮膚變形特征,并結(jié)合面料彈性等物理性能參數(shù)選擇最佳的騎行服面料,同時對騎行服分割區(qū)域具體松量設(shè)計提供理論依據(jù)．

2 實 驗

2.1實驗樣品

參考文獻[14]的調(diào)研結(jié)果,選用市場上常見的騎行褲品牌,且號型均為M的女性騎行長褲作為實驗樣褲,實驗樣褲參數(shù)見表1．

表1實驗樣褲參數(shù)

Table 1 Parameter of experimental pants

2.2 實驗對象與儀器

邀請10名愛好騎行運動,身高165±2 cm,年齡22～25歲,且下肢體型相近的女大學(xué)生為實驗對象．使用Novel-Pliance-X-32壓力測量系統(tǒng)(德國)進行相關(guān)人體尺寸測量，下肢部位尺寸均值見表2.實驗前,將實驗注意事項告知被測試者,并在其自愿的前提下進行測試．

表 2 10名實驗對象人體尺寸均值

2.3 實驗過程

2.3.1 測試點確定 女性腰臀部及以下部位是本文研究的主要對象,首先進行大量的預(yù)實驗,并結(jié)合下肢騎行運動姿勢以及下肢運動肌肉活動,綜合考慮人體體表曲率,最終選擇14個壓力值變化相對明顯的點作為測試點,具體部位及其壓力測試點如圖1所示．

圖 1 壓力測試點 圖 2 騎行動作分解示意圖 Fig.1 Pressure test points Fig.2 Cycling action decomposition

2.3.2 壓力測量 為了減少實驗誤差,需事先在被測人體下肢作好基準(zhǔn)線標(biāo)記．具體步驟:在正式實驗前,根據(jù)受試者身高調(diào)整自行車座椅高度使騎行姿勢符合標(biāo)準(zhǔn),即騎行者的腳尖恰好觸碰地面;測量時,將壓力傳感器置于服裝和人體皮膚之間用膠帶固定,測試時間為1 min,每個測試點測試3次,其平均值作為該點的最終服裝壓力值;考慮到該儀器僅可測量靜態(tài)壓力,因此以右腳為基準(zhǔn),將一個騎行周期平均分解為8個動作(45°/次),依次進行測試，如圖2所示,每條騎行褲之間的測試時間間隔10 min以上．由于實驗條件的限制以及測試的難度,本研究每次只測試5個測試點,因此,每個實驗階段,都需要分3次完成．

表 3 主觀壓感評價的心理標(biāo)尺量度

采用Hollies五級區(qū)間標(biāo)尺進行主觀評價實驗,將主觀壓感舒適級數(shù)分為5級,主觀壓感數(shù)值見表3.

考慮到人體對壓感刺激的敏感性,在進行主觀實驗時,不再采取客觀壓力測試點作為主觀評價部位,而選擇前腰部、后腰部、腹部、臀部、大腿前部、大腿后部、膝蓋、膝窩、小腿前、小腿肚、腳踝等11個部位進行主觀評價．

3 結(jié)果與討論

3.1 客觀實驗結(jié)果分析

經(jīng)過反復(fù)的客觀壓力測試,得到2種騎行褲對女體下肢產(chǎn)生的客觀服裝壓力測試數(shù)據(jù)如圖3所示．

(a) 1#樣褲 (b) 2#樣褲圖 3 騎行褲的客觀壓力測試值Fig.3 The objective pressure value of cycling pants

從靜態(tài)站立壓力與動態(tài)壓力對比分析可知.14個測試點在騎行姿勢下的壓力值均大于靜態(tài)站立時的壓力值.14個測試點從靜態(tài)站立到騎行狀態(tài)過程中,除了腳踝部位(L7)外,其余部位在騎行狀態(tài)下的壓力值約為靜態(tài)站立壓力值的2倍,因為相較于靜態(tài)站立狀態(tài),當(dāng)人體處于騎行狀態(tài)時,人體上半身向前傾斜,大腿部、膝蓋及小腿部不斷進行單一循環(huán)往復(fù)運動,造成人體下肢各部位發(fā)生不同程度的皮膚拉伸,從而壓迫壓力傳感器,使得騎行狀態(tài)下的壓力值比靜態(tài)站立下的壓力值大．但從靜態(tài)站立到騎行狀態(tài),腳踝部位壓力值變化波動很小,因為腳踝部位的動作幅度較小,雖然下肢不停地進行往復(fù)騎行運動,但腳踝部位僅僅做小幅度的背伸運動．研究表明，在較低壓力下(低于4.65 kPa),外加壓力加快下肢皮膚血流速度,在此壓力范圍內(nèi),壓力越大,下肢血液循環(huán)越好[15]．本次實驗中所測得最大壓力數(shù)據(jù)為3.35 kPa,因此,根據(jù)壓力測試結(jié)果,目前市場上騎行褲松量仍需要進一步適當(dāng)減少．

從騎行周期中的壓力變化規(guī)律分析可知，各個部位在騎行周期中的壓力值變化基本保持一致,最大壓力值位于0°～45°,且在0°～180°范圍內(nèi)壓力值逐漸減少,180°～360°范圍內(nèi)壓力值逐漸增加．相較于腳踝,腰臀部、大腿部以及小腿部的變化趨勢較為顯著,因為腰臀部肌肉(腹肌、臀大肌)、大腿部肌肉(股直肌、股二頭肌、股外側(cè)肌、股內(nèi)側(cè)肌)和小腿部肌肉(腓腸肌)是騎行運動中肌肉活躍,建議在后續(xù)的騎行褲結(jié)構(gòu)設(shè)計研究中,人體下肢的肌肉分布位置是提高騎行褲運動功能性的關(guān)鍵部位．

大腿部位的4個測試點的壓力變化規(guī)律相近,相較于L1和L2,L3，L4的壓力值較大,與騎行運動時皮膚拉伸變化主要集中于大腿后外側(cè)有關(guān)．其中,L1和L2相比,L2的壓力變化波動不大,測試結(jié)果與穿著騎行褲運動時,樣褲和人體腿部皮膚不貼合,導(dǎo)致實際測量值偏小有關(guān)．

圖 4 壓力舒適性主觀評價值Fig.4 Subjective evaluation value of pressure comfort

3.2 主觀實驗結(jié)果分析

為了反映騎行狀態(tài)下人體穿著騎行褲時各部位的服裝壓力主觀感受,對9個部位的壓感舒適性主觀評分進行分析,評價結(jié)果如圖4所示.根據(jù)客觀壓力值并結(jié)合主觀評價結(jié)果得出以下結(jié)論:

(1) 盡管腰部客觀壓力值較大,但大多數(shù)受試者感覺舒適,主觀評價值均大于3．女性本身的生理構(gòu)造有密切關(guān)系,人體腰部由于皮下脂肪含量較多,因此承受服裝壓力的能力較大．

(2) 膝蓋、膝窩盡管客觀壓力值較小,但存在部分受試者感覺不舒適,這個結(jié)果在與實際客觀壓力測量時,樣褲與膝蓋處接觸不夠緊貼有關(guān),因此傳感器測試的壓力值偏?。?/p>

(3) 腹部、臀部、大腿、小腿和腳踝的客觀壓力適中,因此有較多的受試者評價壓力感覺較舒適，目前市場上的騎行褲松量較大,因此在騎行褲設(shè)計中,在保證人體舒適性的前提下,可以進一步增大壓力,提高其功能性．

3.3 騎行褲設(shè)計方案

(1) 尺寸 根據(jù)壓力測試結(jié)果,目前市場上的騎行褲松量較大,僅僅滿足人體運動時的自由度需求,卻忽略了騎行褲的功能性需求．因此,在騎行褲設(shè)計中,壓力在舒適和安全的范圍內(nèi),可以進一步適當(dāng)減少臀部、大腿部、小腿部、腳踝部位的松量,同時也要注意腰部的松量不宜過?。窃诤罄m(xù)確定人體不同部位最合適的壓力研究中,確定最合適的松量需要結(jié)合壓力對騎行運動的作用．

(2) 結(jié)構(gòu) 騎行褲作為功能性服裝的一種,其主要作用是減緩人體在騎行運動過程中的酸痛感，提高運動效率等．應(yīng)以消費者體型為基礎(chǔ),分割線位置應(yīng)和人體肌肉區(qū)域保持一致,將騎行動作下的肌肉發(fā)力位置和騎行褲分割線位置及形狀二者結(jié)合進行結(jié)構(gòu)設(shè)計,如大腿部位的結(jié)構(gòu)線設(shè)計,應(yīng)依據(jù)股直肌、股二頭肌的位置;膝蓋部位的結(jié)構(gòu)線應(yīng)依據(jù)股外側(cè)肌和股內(nèi)側(cè)肌的位置．

(3) 面料 應(yīng)結(jié)合騎行動作下的皮膚變形量和面料橫縱向彈性回復(fù)率等力學(xué)性能參數(shù)選擇最佳騎行褲面料．一方面,可通過改變騎行褲的面料成分,調(diào)整壓力大小,對于需要增加壓力的部位采用氨綸含量較少的面料,而對于需要減少壓力的部位采用氨綸含量較多或者彈性性能較好的組織結(jié)構(gòu)；另一方面,根據(jù)騎行過程中人體不同部位皮膚受拉伸程度及方向確定騎行褲面料,大腿外側(cè)與小腿內(nèi)側(cè)產(chǎn)生縱向拉伸的區(qū)域選用縱向拉伸性能較好的面料．

4 結(jié) 論

(1) 相較于標(biāo)準(zhǔn)站立姿勢下的壓力值,騎行周期的動態(tài)壓力值是靜態(tài)站立下壓力值的2倍，且當(dāng)右踏板位于0°～45°時,14個測試點的壓力值最大.

(2) 目前市場上的騎行褲松量應(yīng)進一步減少．但是在后續(xù)的騎行褲壓力研究中,將騎行運動的人體和騎行動作下不同部位的壓力變化規(guī)律二者結(jié)合,并依據(jù)不同部位的壓力確定最合適的松量和結(jié)構(gòu)設(shè)計,有助于進一步改善騎行褲的運動性能．

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