基于摩拜单车蹬踏体验探究其鞍座高度的合理性

（山东劳动职业技术学院，山东济南市，250000） 付 可

1 引言

共享单车的兴起，携互联网分享精神和新经济潮流席卷全国，为城市人口解决了“最后一公里”出行问题，也解决了很多城市有桩式单车借还车受限，手续繁琐等不便；同时共享单车倡导绿色出行、符合低碳出行的理念。作为移动互联网发展的产物，共享单车有着明显的时代特征，对社会的发展进步有着积极的推动作用[1]。

共享单车是为了解决城市出行“最后一公里”的难题，因此用户的蹬踏体验是影响共享单车硬件设计的重要因素。共享单车的骑姿是由用户与自行车的尺寸、把手、鞍座以及脚踏板的相对位置来决定的。用户的手、臀部、脚在车上的相对位置决定了骑行的舒适度和效率。

以市区投放的摩拜单车为样本进行探究。摩拜单车因车架小、实心轮胎等其舒适度有限。因其主要是为了解决短途交通出行，非运动、休闲骑行；可以调节鞍座高度，让用户在骑行中身体各部分尽量处于自然状态，从而提高骑行效率、降低危险发生几率，更好的解决“最后一公里”的出行问题。

本文基于用户的蹬踏体验，从物理学的角度出发、浅析蹬踏运动过程中各部位受力情况，探究鞍座、肢体、曲柄脚踏等因素之间的联系，为用户选择摩拜单车提供一些建议，助力绿色出行。

2 探讨单车蹬踏过程受力情况

鞍座的高度是指鞍座管延长线与鞍座上表面的交点到中轴中心的距离（AD）。鞍座高度与立管倾角一起,确定了鞍座相对于中轴的位置。也确定了骑车人下半身的姿势,支配着自行车的出力性能。如图1所示，骑行时人的上体几乎静止，大腿在（B1～B2）范围内摆动，脚绕轴心D做圆周运动、带动小腿（BC）运动。

图1

由此，骑行摩拜单车可以简化为一个曲柄连杆机构,车身为机架,曲柄脚踏板为曲柄（能作整周转动），小腿相当于连杆,大腿相当于摇杆（摆动），是以摇杆为主动件的曲柄连杆机构[2]。

在骑行蹬踏中,摇杆AB大腿为主动件,曲柄CD脚踏板为从动件,当连杆BC小腿和脚踏板处于同一直线上,摇杆AB大腿经连杆传给曲柄CD的力F通过中轴中心D。

假定人的脚掌的蹬踏方向垂直向下，脚蹬所受到的蹬踏力点F分为与曲柄垂直的f2=Fsinθ、和沿曲柄轴线的f2=Fcosθ两个分力。当人的小腿BC与曲柄DC出于同一直线上时（图1中C1和C2点），蹬踏力F通过中轴轴心，此时θ=90°，f2=Fcos90°=0，因此力矩M=ƒ2×d也为零，蹬踏力F不做功，因此在设计曲柄时，不能将两脚的位置同时处于图1中C1和C2位置上。此外，通过脚踏板受力分析可知要提高骑行效率，脚的用力方向应尽量与曲柄垂直。

3 实例分析与探究

蹬踏过程中在保证各关节舒适度的同时，对单车曲柄进行有效控制，是判断鞍座高度是否合理的关键因素。

首先我们假设脚和躯干均为刚性结构，在图1曲柄连杆机构中,大腿AB，小腿BC，曲柄DC以及鞍座到曲柄轴心距离AD分别为L1、L2、L3、L4。经实际测量，摩拜单车的曲柄长度：18cm。与自行车骑乘相关的人体膝关节舒适角度β：60°～130°[3]。当曲柄DC与小腿BC共线时，膝关节取最小值β=60°，根据公式:

可求出L4最小值；当曲柄DC与AD共线时，膝关节取最大值β=130°，根据公式:

可以求出L4的最大值。

在济南市区不同的摩拜单车存放点收集骑行者比较有代表性的身高及腿部测量数据的同时，选取摩拜单车三种代表性的车型进行了鞍座到曲柄轴心距离L4的测量。车型一为57cm；车型二为57cm～63cm；车型三为52cm～62cm。通过在济南市区摩拜单车不同存放点收集信息，获取有代表性的身高及腿部数据，汇总出五组身高数据（每组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。

基于以上理论计算数据与实际测量数据分析对比结果显示、实际尺寸合理性：车型A女士身高160cm符合；车型B女士身高160～170cm基本符合、于男士175～180cm略短；车型C于男士175cm略短、于女士身高160～170cm基本符合。

据数据分析早期济南市区投放的摩拜单车适用人群范围较小，高于165cm人群的骑行舒适度会随着身高的递增而降低；后期投放的摩拜单车（车型B）座椅可调节范围大，基本上可以与大部分人的身高匹配；C车型的摩拜单车虽然座椅也可以调节，但是相对于车型A可调节范围比较小，座椅高度的局限性得到改善，但是适用人群范围仍然有限。以上分析对比得出车型B设计最合理，但是实际操作中发现，该车调节座椅高度过程中摩擦系数过大、调节“费劲”，希望在以后的单车升级中改进。

4 总结

本文结合蹬踏过程中的人和车的因素，综合运用物理，数学方面的知识，对不同型号摩拜单车的鞍座高度调节范围进行了分析，指出了不同型号摩拜单车鞍座设计的不合理性，初步总结出鞍座高度与人体身高之间的对应关系，借此为大家以后使用摩拜单车绿色出行提供一些小的帮助，提升骑行的舒适度。