小轮径对于骑行与性能的影响

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导读:文章来源: 原文地址:   这个话题,只在小轮折叠车的范围内展开,原因是明显的:公路车、山地车这两大主流车系,经过几十、上百年的发展演化,已经基本形成定局:标准公路车轮径为700C、标准山地车为26寸轮径。唯独对于折叠车来说,轮径的规格最为复杂繁多,可谓百花齐放、百家争鸣!既有少数采用与标准公路车、山地车相同轮径的折叠车,也有更多的其它小轮径规格,包括24寸、20寸、18寸、16寸、14寸、12寸、还有更小的8寸、六寸等。从目前来看,折叠车的轮径仍以20寸为主流、占有最大的用户群体。   

文章来源:骑行之家

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小轮径对于骑行与性能的影响


这个话题,只在小轮折叠车的范围内展开,原因是明显的:公路车、山地车这两大主流车系,经过几十、上百年的发展演化,已经基本形成定局:标准公路车轮径为700C、标准山地车为26寸轮径。唯独对于折叠车来说,轮径的规格最为复杂繁多,可谓百花齐放、百家争鸣!既有少数采用与标准公路车、山地车相同轮径的折叠车,也有更多的其它小轮径规格,包括24寸、20寸、18寸、16寸、14寸、12寸、还有更小的8寸、六寸等。从目前来看,折叠车的轮径仍以20寸为主流、占有最大的用户群体。

为什么大多数折叠车都采用了比标准公路车、山地车更小的轮径?基本理由是出于折叠的需要――因为它是折叠车,要充分体现其便携易用的特点――减小轮径有利于缩小折叠后体积、方便于提携与存放,这是折叠车的一个重要指标。当然,缩小轮径也还有其它方面的理由、或者说意义――有利于减轻轮组与整车重量、转向操控更加灵敏而有利于市区道路的穿行、从人车比例上更有闲适的骑行感,如此种种的理由吧。

而当采用了这种更小的轮径后,对于骑行、对于整车性能方面究竟会产生怎样的影响?

采用较小的轮径后,首先影响到的是车辆配置中速比与齿比的变化。

按人们习惯的思维,觉得小轮车是肯定跑不快、跑不远的,为什么呢?因为轮子小嘛。。。这似乎是一种理所当然的观念。还记得当初我第一次骑20寸的折叠车EA062参加车队的百公里骑行活动时,许多车友都投以不屑的目光,而后在骑行途中被一一超过、甩掉后才觉到了郁闷(多半是山地车);当我用16寸的PSL跑完160公里回来、并以27km/h 的平均速度跑完70公里行程,也有人瞪大眼睛表示怀疑。。。这些都是很正常的,因为没有将"速比"的因素充分考虑进去。人体发动机的功率确实是非常有限的,人体发动机驱动双腿所能达到的最高蹬踏频率,也同样是有限的,因此在一定的齿比下,小轮径车在理论上速度应该是慢于大轮径车的。但是影响一辆车骑行速度的(理论上),其实是"速比":"速比"="齿比"×"轮径"。也就是说,只要在配置中达到足够的"齿比"(足够大的牙盘齿数、足够小的飞轮齿数),小轮车也一样可以拥有与大轮径车同样的速比、同样的理论高速度!所以通常小轮折叠车(特别是运动型折叠车)为了达到较高的骑行速度,往往会采用比标准轮径单速自行车更大的齿比,以提高极速性能和巡航速度(从理论上说,只要满足一定速比的要求,小轮车完全有理由跑得与大轮径公路车一样快、甚至更快――不过这仅仅是理论上的,在实际中仍会受到种种限制,事实上小轮折叠车永远不可能达到或超过公路车的速度,尽管它可以跑得相当不慢,这个后面再讨论)。

轮径的缩小,对于骑行性质本身也产生了若干影响。更小的轮径,使得轮组重量得以减轻,起步加速性能更好;更小的轮径,使得车把操控更加灵活、灵敏,更有利于应对城市道路人流车海的复杂多变环境而游刃有余;小轮径车在整体人车比例上看,更加给人以轻松休闲的感觉,感觉骑车本身是一种游戏和玩耍。。。这些是小轮车的优越性所在,这些特性与折叠车的特性相符的、是小轮折叠车优势的体现。 自行车旅行论坛不过凡事总是有利则有弊――所谓"得失相倚"!更小的轮径也同时给骑行带来一些不利的影响,以下着重就此相关方面作一些探讨:

更小的轮径,使得车轮惯性较小,起步虽快、但保持速度却不易;更小的轮径,使得车辆的路面通过性能(跨越能力)降低,在较差的路面上受到更多的限制,更多地受到骑行环境的影响;更小的轮径,可能使得车把显得过于灵活而不易操控(这几乎是每一个新手第一次骑这种车时都会共有的感觉),也就是操控稳定性会有所降低,特别对于新手来说,可能有安全方面的影响;小轮径车给人以"玩具"、"女士车"、"童车"的不好印象。。。这是同一事物的两面性、其不利的一面。

小轮折叠车是一个相当复杂的东西,小轮径所产生的影响还远远不止于此。当采用子较小的轮径时,它对于整车设计中、不仅仅是在齿比,而且在构架、刚性、通过性能、滑行性能等各方面都会产生相应的影响,这些因素也最终会影响到整车性能的表现、并对骑行本身产生一定影响。

这里所指的重心有两种概念:一个概念是"绝对重心"――车手在骑行状态下的高度与重心。小轮折叠车的设计中,通过座垫高度、车把位置、中轴位置及前、后轴间距的调整,完全可以使得它的骑乘姿势与标准大轮径自行车达到一致(注重人体工学设计的小轮折叠车,不会因为轮径变小而影响骑乘姿势与舒适性,不管是20寸的SP8、或16寸的PSL,实际骑乘姿势和感觉,与大车都没有太大差别),那么这时的实际重心高度,与骑行标准轮径大车时是基本一致的。另一个概念是"相对重心"――相对于车轮运动的滚动转轴(前、后花鼓)而言,骑小轮折叠车时的重心则偏高――虽然骑乘者的高度不变、但因为较小的轮径,轴心的高度比标准大轮径车降低了许多。举个简单的例子:当在骑行途中遇到同样一块凸起物时,大轮径车也许可以无视它的存在、直接碾轧过去,而小轮径车可能因此突然受阻而导致车手向前翻出;当在高速骑行中以前刹制动时,小轮径车更容易发生前翻现象――这就是因为小轮径、相对重心较高所产生的影响。

第二是小轮径对于整车构架上产生的影响。

因为小轮径车的缘故,车架头管与碗组的位置要低得多,然而车把的高度却必须满足骑乘者的身高要求、不会因为轮径变小而有理由降低,因而更长的头管此时就成为一种必须;但它还不仅仅是小轮车、而且是小轮"折叠"车,为了"折叠"的缘故而不得不采用活动接合式的折叠式头管、或者拆卸式头管,如此,一方面那长长的头管将产生更大的杠杆效应、且刚性不足,另一方面活动接合式的设计更带来了结构上的不稳定性,同时这种长头管设计,对于车架头管及碗组的强度,也带来更为严峻的考验,大多数小轮折叠车的头管都有刚性不足的共同弱点、不适合大力摇车骑行。与标准运动自行车相比,在加速冲刺时或者爬坡时,可以拽车把借力与发力,但这种做法对于小轮折叠车来说则不太适合。。。爬同样的一座山,我在使用公路车、SP8、YA612时,有着极其鲜明的不同感受:骑700C公路车时可以放心地大力拽把摇车,骑20寸的SP8时可以稍加借力,骑16寸的YA612时完全靠腿去蹬,双手只是扶把而已,那长长的车头管实在是太软了,如果去大力拽把,很担心车头管会一下子就被拉断。

采用更小的轮径后,同时也为了折叠的设计,使得小轮折叠车的车架高度通常较低矮,没有足够的空间使用公路车、山地车那样的三角形稳定结构设计,车架多半都采用单横梁式构架,同时更是出于折叠的需要,大多数小轮折叠车都使用了车架横梁中断式折叠设计(以DAHON折叠车为典型代表,世界知名品牌的还有Brompton、KHS等,也都是同类构架,其它品牌的更是不胜枚举,仅有Birdy、Go Bike等少数几款采用了车架无折叠的设计算是例外,要兼顾折叠的便利性与一定的性能,这确实不是件容易的事!)。由于小轮折叠车低矮的车架,因而必须采用更长的座杆,以满足骑乘者达到合理骑行姿势的要求。为了解决座杆强度问题,所以小轮折叠车的座杆通常采用比标准运动自行车更粗的直径。低矮的车架、长长的头管与座杆、单横梁式(并带有折叠关节)构架,这样的车架在强度、刚性、轻量化等方面都是无法与标准公路车、山地车相匹敌的,而车架却是一辆车的灵魂、是决定其性能的根本点所在。较小的轮径、以及折叠关节的存在等等。。。种种因素相互交合,最终直接或间接地对于折叠车的整体性能产生影响,并决定了小轮折叠车的性能、用途与使用环境,注定了它是属于"休闲运动"的类型,而不适合作为竞速或越野等"极限运动"。DAHON折叠车中即使是装配了前后避震器的小轮折叠车,也都在车架醒目位置上注明"不得用于越野"的警示字样;即使是车架无折叠的前后避震型折叠车Birdy,太平洋公司也一样郑重提示不得用于Off Road骑行

第三,是小轮径自身对于骑行与性能的影响。上面所讨论的,主要还是由于小轮径的采用,连带产生的车体构架上的变化、骑乘重心分布的不同等,以及这些对于骑乘与性能表现的影响。那么小轮径本身,对于骑行与性能究竟有怎样的影响呢?前面说过,较小的轮径有利于减轻轮组重量、提高起步与加速性能、有利于更加灵敏地控车,但不利于保持速度、而且对于路况的适应能力降低。而其实在这里影响小轮车性能发挥的,还有其它一些因素,其中包括花鼓的磨擦阻力、更包括骑行中的滚动磨擦与阻力。先说花鼓的磨擦阻力,这一点比较容易理解:因为轮径较小,要想达到与大车同样的速度,必须依赖于车轮更快的转速来实现,从理论上说,小轮径车对于花鼓的顺畅度,应当有更大的依赖性和更高的要求。我们以700C的公路车作为参照,对比看看下面的数据:使用700*23规格车胎的公路车,轮周长约为2.133m,在30km/h的时速下,车轮转速为234.4转/分钟,即3.9转/秒;假设为20寸轮径的小轮折叠车(以20*1.35规格为例,轮周长为1.490m),要达到同样的时速,车轮转速则需要达到335.6转/分钟,即5.6转/秒。从这里看,车轮转速的提高所造成的影响似乎还不算太大,自行车花鼓原本就只是低转速轴承,略提高一点转速,在实际骑行中倒不会有明显的磨擦阻力感觉,只是加快了轴承与车胎的磨耗而已。。。。。。然而,当轮径进一步缩小,到了8寸、6寸轮径的时候,这个花鼓转动的磨擦阻力问题,也许就有必要重视了。以8寸轮径的Carry Me为例,轮周长为0.635m,要达到30km/h的时速,车轮转速需要787.4转/分钟,即13.1转/秒。当然,此方面的影响目前只是猜测,因为我还没有具有试骑过这种超小轮径车。(以上车轮转速的计算公式为:30000米(1小时行程)÷轮周长(单位米)÷60(分钟),计算结果的单位为"转速/分钟"。不知这个计算公式是否正确?还请各位帮忙看看。。。PS:偶的数学成绩一向不好)再看看路面磨擦阻力对于不同轮径的骑行性能影响――这又是影响小轮径车性能发挥的更重要因素(类似的问题,记得以前好象讨论过,现在重新提出来探讨一下)。当自行车在行进中,车轮通过车胎与地面接触,由于承受了车手与车的重量负荷,以及受路面平整度、硬度的影响而产生磨擦力。这个磨擦力一方面是车手驱动车轮前进、或者捏闸促使车子停止时,所必不可少的依托(我们通常称其为"抓地性能"。抓地性能还与车胎、路面环境等有关,但不在本话题讨论范围);另一方面它又是自行车在骑行过程中所需要克服的主要阻力之一(我们习惯称之为"滚动阻力"或"路阻"。此外还有风阻、传动系统的机械磨擦阻力等,也不在本话题讨论范围)。。。。。。这是一个矛盾体的对立两个方面:如果完全没有这种磨擦力,那么车子既无法前进、也无法停止;如果这种磨擦力太大,又会严重影响骑行效率和速度、耗费车手太多的体力。

自行车旅行,自行车运动,自行车,自行车装备第一种完全没有磨擦力的情形,在实际骑行中几乎不可能出现,毕竟有车手、车身共几十公斤、甚至一百多公斤重力负荷的存在。当路面材质、硬度与平整度,以及车胎与胎压相同的情况下,这个重力负荷越大、磨擦力也就越大、滚动阻力也越大。通常为了达到更加轻快骑行的目的,我们会通过种种方式,尽可能地减小这种滚动阻力;而当减小滚动阻力的同时,抓地性能也会随之降低、包括制动性能。比如公路车就是一个极端的例子,它采用细车胎、高胎压,以最大程度地减小路阻的影响以提升速度,然而公路车的制动性能也是相对较弱的,因为它的设计中所注重的是效率与速度,公路车夹器的制动性能远远达不到山地车V刹的制动性能,为什么公路车不选用性能更强的V刹?因为实际制动性能不仅与夹器有关、还与其抓地性能有关,它的低阻车胎实际抓地性能有限,更加强悍的夹器并不能实际提升其制动性能――严格意义上说,公路车是为在平整公路上无障碍骑行环境而设计的!

再回到原来轮径的话题:不同大小的轮径,会对于滚动性能和抓地性能会产生相应的影响么?我这里的答案是肯定的,原因也就在于抓地性与滚动阻力这一对矛盾的影响。

首先,车轮(包括车胎在内)的圆整度,是保证轮子得以顺利滚动的基本前提,如果一只轮子不够圆整,那么它当然是无法在地面上顺利滚动的,这是基本常识;其次,事实上在骑行中,车轮通过外胎与地面接触的部位,并不是理论上的一个"点"、而是一个"面",这是由于重压而导致车胎与路面接触部位的变形而产生的。以下用略为夸张的图示来作说明:

小轮径对于骑行与性能的影响


(来源:自行车旅行网)

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