基于摩拜單車蹬踏體驗探究其鞍座高度的合理性

（山東勞動職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東濟南市，250000） 付 可

1 引言

共享單車的興起，攜互聯(lián)網(wǎng)分享精神和新經(jīng)濟潮流席卷全國，為城市人口解決了“最后一公里”出行問題，也解決了很多城市有樁式單車借還車受限，手續(xù)繁瑣等不便；同時共享單車倡導(dǎo)綠色出行、符合低碳出行的理念。作為移動互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的產(chǎn)物，共享單車有著明顯的時代特征，對社會的發(fā)展進步有著積極的推動作用[1]。

共享單車是為了解決城市出行“最后一公里”的難題，因此用戶的蹬踏體驗是影響共享單車硬件設(shè)計的重要因素。共享單車的騎姿是由用戶與自行車的尺寸、把手、鞍座以及腳踏板的相對位置來決定的。用戶的手、臀部、腳在車上的相對位置決定了騎行的舒適度和效率。

以市區(qū)投放的摩拜單車為樣本進行探究。摩拜單車因車架小、實心輪胎等其舒適度有限。因其主要是為了解決短途交通出行，非運動、休閑騎行；可以調(diào)節(jié)鞍座高度，讓用戶在騎行中身體各部分盡量處于自然狀態(tài)，從而提高騎行效率、降低危險發(fā)生幾率，更好的解決“最后一公里”的出行問題。

本文基于用戶的蹬踏體驗，從物理學(xué)的角度出發(fā)、淺析蹬踏運動過程中各部位受力情況，探究鞍座、肢體、曲柄腳踏等因素之間的聯(lián)系，為用戶選擇摩拜單車提供一些建議，助力綠色出行。

2 探討單車蹬踏過程受力情況

鞍座的高度是指鞍座管延長線與鞍座上表面的交點到中軸中心的距離（AD）。鞍座高度與立管傾角一起,確定了鞍座相對于中軸的位置。也確定了騎車人下半身的姿勢,支配著自行車的出力性能。如圖1所示，騎行時人的上體幾乎靜止，大腿在（B1～B2）范圍內(nèi)擺動，腳繞軸心D做圓周運動、帶動小腿（BC）運動。

圖1

由此，騎行摩拜單車可以簡化為一個曲柄連桿機構(gòu),車身為機架,曲柄腳踏板為曲柄（能作整周轉(zhuǎn)動），小腿相當(dāng)于連桿,大腿相當(dāng)于搖桿（擺動），是以搖桿為主動件的曲柄連桿機構(gòu)[2]。

在騎行蹬踏中,搖桿AB大腿為主動件,曲柄CD腳踏板為從動件,當(dāng)連桿BC小腿和腳踏板處于同一直線上,搖桿AB大腿經(jīng)連桿傳給曲柄CD的力F通過中軸中心D。

假定人的腳掌的蹬踏方向垂直向下，腳蹬所受到的蹬踏力點F分為與曲柄垂直的f2=Fsinθ、和沿曲柄軸線的f2=Fcosθ兩個分力。當(dāng)人的小腿BC與曲柄DC出于同一直線上時（圖1中C1和C2點），蹬踏力F通過中軸軸心，此時θ=90°，f2=Fcos90°=0，因此力矩M=?2×d也為零，蹬踏力F不做功，因此在設(shè)計曲柄時，不能將兩腳的位置同時處于圖1中C1和C2位置上。此外，通過腳踏板受力分析可知要提高騎行效率，腳的用力方向應(yīng)盡量與曲柄垂直。

3 實例分析與探究

蹬踏過程中在保證各關(guān)節(jié)舒適度的同時，對單車曲柄進行有效控制，是判斷鞍座高度是否合理的關(guān)鍵因素。

首先我們假設(shè)腳和軀干均為剛性結(jié)構(gòu)，在圖1曲柄連桿機構(gòu)中,大腿AB，小腿BC，曲柄DC以及鞍座到曲柄軸心距離AD分別為L1、L2、L3、L4。經(jīng)實際測量，摩拜單車的曲柄長度：18cm。與自行車騎乘相關(guān)的人體膝關(guān)節(jié)舒適角度β：60°～130°[3]。當(dāng)曲柄DC與小腿BC共線時，膝關(guān)節(jié)取最小值β=60°，根據(jù)公式:

可求出L4最小值；當(dāng)曲柄DC與AD共線時，膝關(guān)節(jié)取最大值β=130°，根據(jù)公式:

可以求出L4的最大值。

在濟南市區(qū)不同的摩拜單車存放點收集騎行者比較有代表性的身高及腿部測量數(shù)據(jù)的同時，選取摩拜單車三種代表性的車型進行了鞍座到曲柄軸心距離L4的測量。車型一為57cm；車型二為57cm～63cm；車型三為52cm～62cm。通過在濟南市區(qū)摩拜單車不同存放點收集信息，獲取有代表性的身高及腿部數(shù)據(jù)，匯總出五組身高數(shù)據(jù)（每組10人平均值）男士：身高175cm，L4最小值61.56、最大值73.64；身高180cm最小值62.87、最大值76.17;女士：身高160cmL4最小值55.53、最大值61.68；身高165cm L4最小值58.80、最大值68.38；身高170cm L4最小值60.89、最大值72.10。

基于以上理論計算數(shù)據(jù)與實際測量數(shù)據(jù)分析對比結(jié)果顯示、實際尺寸合理性：車型A女士身高160cm符合；車型B女士身高160～170cm基本符合、于男士175～180cm略短；車型C于男士175cm略短、于女士身高160～170cm基本符合。

據(jù)數(shù)據(jù)分析早期濟南市區(qū)投放的摩拜單車適用人群范圍較小，高于165cm人群的騎行舒適度會隨著身高的遞增而降低；后期投放的摩拜單車（車型B）座椅可調(diào)節(jié)范圍大，基本上可以與大部分人的身高匹配；C車型的摩拜單車雖然座椅也可以調(diào)節(jié)，但是相對于車型A可調(diào)節(jié)范圍比較小，座椅高度的局限性得到改善，但是適用人群范圍仍然有限。以上分析對比得出車型B設(shè)計最合理，但是實際操作中發(fā)現(xiàn)，該車調(diào)節(jié)座椅高度過程中摩擦系數(shù)過大、調(diào)節(jié)“費勁”，希望在以后的單車升級中改進。

4 總結(jié)

本文結(jié)合蹬踏過程中的人和車的因素，綜合運用物理，數(shù)學(xué)方面的知識，對不同型號摩拜單車的鞍座高度調(diào)節(jié)范圍進行了分析，指出了不同型號摩拜單車鞍座設(shè)計的不合理性，初步總結(jié)出鞍座高度與人體身高之間的對應(yīng)關(guān)系，借此為大家以后使用摩拜單車綠色出行提供一些小的幫助，提升騎行的舒適度。