基于人体工程学的自行车座垫的研究

吕梦琪 朱宁嘉

（嘉兴学院，浙江 嘉兴 314033）

1 自行车座垫概述

我们通常将自行车可按形态分类分成三类：（1）窄型细长的硬座垫：适合于快速巡航用的运动型自行车。该类自行车的结构特点是为快速踩踏时减少大腿内侧摩擦和疼痛感而设计成窄长的鞍形，和为减少臀部与坐垫陷入面积，提高踩踏速度而设计的硬质坐垫；（2）宽而软的舒适型座垫：适合于慢速巡航用的舒适型自行车，其宽大软质的座垫设计提供臀部较大而平均的支撑面积和较佳的舒适度；（3）特殊类型的座垫。例如为儿童开发的香蕉座垫，是一种侧面类似香蕉形的长条型座垫，能够很好地提供臀部两侧，如Wheelie车［图1上］。该车集配了后仰式摩托，猿臂车把，小轮和名为姐妹座的副座垫这几大特征设计的童车样式座垫。此外还有为女性开发的座垫。根据女性生理结构，女性的髋部比男性要宽，两坐骨间距较男性大而加宽的设计；为减少女性会阴压力而设计的短鼻和舒缓中部压力的设计。图1中的SELLE ITALIA女性系列产品就特别植入了较厚的硅胶。

图1

自行车座垫考虑到坐骑共行的特征并结合人体臀部的构造，设计成马鞍状的经典形态。意大利SELLA公司的革新是自行车座垫的形态演变的最大推动力。SELLA公司采用了高弹体以构建灵活的减震系统，在不减少舒适程度的前提下，坐垫不再需要又重又有很大噪音的弹簧，其自身重量得以减轻40%，并且提高了缓冲性能。1984年率先申请了将硅凝胶作为填充物的技术专利，这项革新不仅让坐垫更轻、更耐用，而且它的吸震能力比使用普通胶的坐垫强40%，比使用传统泡沫填充物的坐垫强350%。1998年公司又推出的SLR超流型座垫，中间出现细长的镂空，用以减少压迫。

2 自行车座垫设计相关的人体工学要素

2.1 人体骨盆构造

如图2所示，人体骨盆的上部主要由连接脊椎的骶骨，承托臀部的肠骨和髋骨构成，下部主要由后端的尾骨，前端的耻骨及耻骨结合，下端的坐骨位置最低向前与耻骨相连。其中弓状线决定了臀部骨骼的大致形状。图3中女性的耻骨下角明显大于男性，说明女性的髋部较男性宽的特点。自行车座垫的宽度主要由最下端的坐骨间距决定。图4中日本人体工学实验室使用由计算机人体骨盆模拟软件制成的骨盆石膏模型来测试Selle SMP座垫与人体臀部匹配程度[1]。

图2 人体骨盆骨骼构造图

图3 男女骨盆骨骼比较图

骑行时，臀部的受力前部是会阴，后部是坐骨。为减少运动型自行车低俯式骑行姿势对会阴的压力，很多座垫设计成细长的中空构造或者下沉的沟槽构造。但是座垫材料若过软会使得坐骨部位凹陷，填充物在沟的边缘突起，不但起不到人体工程学作用，反对会阴造成更大的压迫。所以适材适所地选用填充材料，在座垫后部选用较硬的材料给予骨盆有力的支撑，座垫前端选用较柔软的材料提高缓冲性以减轻对尿道组织的压迫，座弓则需要结实但轻巧的材料。新款的BONTRAGER Paradigm RXXXL座垫就具有这样的人体工程学设计（图 5）。

2.2 骑行姿势

图4 盆骨石膏模型与座垫匹配实验

图5 BONTRAGER Paradigm RXXXL座垫

图6 SITERO座垫与人体工学压力测试

不同骑行姿势需要身体重心变化和座垫密切相关。如上下坡、过弯、过障碍，臀部会随着身体重心的变化，在座垫上前后左右的移动，不断的转髋。座垫设计需要完成对臀部承托、符合臀部的曲线、不影响踩踏、重心移动的功能同时，还强调其舒适性和对会阴部位的释压作用。山地（MTB）赛车和公路（ROAD）赛车因骑行姿势不同座垫设计也相应变化。

2.3 骑行经验

座垫舒适性的调节不仅需要座垫设计本身，与使用者骑行的经验也息息相关。职业车手和业余车友，甚至同一类车手在训练、比赛等不同环境对座垫的需求也不同。图6中右图为SPECIALIZE公司基于BG (Body Geometry)技术为女性职业选手开发的适用于铁人赛和TT赛的赛车座垫SITEROEXPORT GEL。左图为SITERO座垫（下）与传统座垫（上）和流行女性短鼻座垫（中）臀部压感的测试图。该图表明现在流行的短鼻座垫前端还是集中了很大的荷载，而SITERO座垫则具有明显的改进。

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3 基于人体工学的自行车座垫设计案例

美国COBB公司研究认为，运动自行车，采用深度前倾，背部低平式的骑行方式，可以充分拉伸背部来加深呼吸，充盈肺活量。而当前的运动自行车座垫前端较细，加大了前端中部对尿道的压力。COBB新研发的座垫前端的中部突起加宽的 “逆台型”隆起构造和加入沟槽的设计，将荷载导向两侧耻骨，极大地减轻了尿道软组织的荷载（表1）[3]。表2例选了著名的自行车公司当前研发的人体工程学座椅案例。

4 结论

综上所述，自行车座垫的人体工程学设计时需要考虑的要素包含有：（1）座垫宽度设计需要考虑受人体身高对应的坐骨宽度及女性较男性坐骨宽等特点；（2）座垫的长度设计需要考虑与骑行姿势，骑行时长以及骑行环境相对应，如LESURE，MRT,ROAD,TT车型座垫的差异；（3）座垫形态与构造要考虑臀部弓状线轮廓，设计还要尽量使臀部和腿部内侧的压力分散均匀，避免集中导致血流不畅和透气性差；（4）座垫长度需要考虑男女会阴部的舒适性，对长时间骑行的兼顾前乘式与后乘式变化的座垫，则需要采用长形设计；（5）座垫厚度与座垫提供的支撑和缓冲性紧密相关，女性臀部较宽，腿部力量较弱的特点对应较厚的设计，此外运动车型中初学者和经验者对座垫的依赖时长不同，座垫的厚度，软硬与缓冲性能也有差异；(6)座弓的设计要兼顾轻量和强度。

表2 著名的自行车公司当前研发的人体工程学座椅案例

［1］中德英一．プロジェクトデザインと創造実験との連携授業の教育効果 :その1快適な自転車サドルの設計と実験による検証、工学教育研究講演会講演論文集[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号．

［3］HiRoad．ユニークなカタチと機能--コーブサドル[Z]．