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當(dāng)廠家在推出新的自行車型號(hào)時(shí)，通常都會(huì)反復(fù)強(qiáng)調(diào)新款車型的剛性、重量、舒適度或空氣動(dòng)力學(xué)性能得到提升。在這些參數(shù)中，剛性是最受重視的，這是使一臺(tái)自行車在力學(xué)傳遞上盡可能高效的關(guān)鍵因素。但是，在剛性這個(gè)籠統(tǒng)的概念下隱藏著眾多的細(xì)節(jié)。

在廠家為了賣貨提到的一堆賣點(diǎn)中，總是出現(xiàn)“增加剛性”，這其實(shí)是一個(gè)許多人談?wù)摰�很少有人理解真正含義的參數(shù)。然而，就像自行車的重量一樣，許多人都高估了剛性增加的作用，剛性也不一定是越強(qiáng)越好。

什么是剛性

在開始分析該參數(shù)的含義之前，首先要做的是闡明什么是剛性。根據(jù)工程學(xué)中常用的定義，剛性是結(jié)構(gòu)元件（對(duì)自行車來說是車架）抵抗因施加外力而引起的形變的能力。

這就是為什么當(dāng)我們談?wù)搫傂詴r(shí)，大多數(shù)人會(huì)立即想到我們施加在踏板上的力，以及每次踩踏時(shí)車架側(cè)向變形的程度。

然而，這只是影響車架的力之一，其他力，例如過彎時(shí)離心力的影響，對(duì)路面凸起的反應(yīng)，以及道路上遇到的其他不規(guī)則路面沖擊，往往都沒有被大家考慮在其中。

開發(fā)自行車的工程師必須考慮到所有這些方面，從而實(shí)現(xiàn)不僅能給車提供極強(qiáng)的剛性輸出，還能提供正確的沖擊吸收能力，同時(shí)使整車盡可能的輕。

因此，在談?wù)撥嚰艿膭傂詴r(shí)，我們必須在車架的不同區(qū)域評(píng)估它，這樣你會(huì)發(fā)現(xiàn)這個(gè)參數(shù)是一處比一處有意思。

簡(jiǎn)單來說，實(shí)現(xiàn)盡可能高的剛性不是問題。只需堆料即可，特別是原材料的抗拉伸強(qiáng)度夠大，就可以獲得更堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)。除了材料外，管材的橫截面也很重要。橫截面越大，剛性越大。但副作用就是重量必然也會(huì)增加。

碳纖維的排列當(dāng)然也是非常重要的。目前主流方式依靠對(duì)單向纖維的不同排布，單項(xiàng)纖維的特點(diǎn)是在纖維排列方向上剛性高，但在垂直于纖維的方向上剛性很小。這使工程師有可能根據(jù)每塊纖維布的定位方式在車架的不同區(qū)域?qū)崿F(xiàn)對(duì)應(yīng)用途。

想要做到完美搭配，需要進(jìn)行非常復(fù)雜的計(jì)算工作，幸運(yùn)的是，21世紀(jì)的工程師們主要通過使用有限元分析軟件（FEA）在高性能計(jì)算機(jī)上完成，工程師們可以使用該軟件生成數(shù)百個(gè)虛擬車架并模擬它們對(duì)施加不同力的響應(yīng)情況。

車架設(shè)計(jì)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)平衡，并僅在需要?jiǎng)傂缘牡胤皆黾觿傂�。為此，我們�(cè)谧孕熊囓嚰苤卸�義了幾種類型的剛性。

硬朗踩踏——側(cè)向剛性

首先，我們通�？紤]最多的一個(gè)指標(biāo)是側(cè)向剛性，廠家在他們的實(shí)驗(yàn)室中通過在五通上施加負(fù)載以模擬踩踏施加的力來測(cè)量該參數(shù)。這個(gè)剛性主要測(cè)量的是每次我們的腿踩下曲柄時(shí)五通區(qū)域形變的程度，有趣的是側(cè)向剛性一定是越高越好，因?yàn)橥ㄟ^最小化橫向位移，可以使我們產(chǎn)生的矢量力成為向后輪傳遞的最大力。

此外，后三角也必須足夠硬，以免在鏈條將力傳遞到后部時(shí)產(chǎn)生形變。

這是我們這些自行車評(píng)測(cè)者試圖評(píng)估一臺(tái)車急加速難易程度的參數(shù)，這一性能尤其受到爬坡車手和沖刺車手的重視，他們要求自行車在發(fā)動(dòng)進(jìn)攻或面臨大集團(tuán)沖刺時(shí)依舊能保持全力輸出。然而，在巡航速度下，可以說市面上的大部分車架都有非常高的踩踏效率，因?yàn)楣β实妮敵龈�加平穩(wěn)且跟我們這些普通愛好者的輸出差距不大。

為了實(shí)現(xiàn)高五通側(cè)向剛性這一目標(biāo)，廠家一直致力于選擇更寬的五通和30 mm的曲柄組。后下叉往往也是非常粗壯的，尤其是在它們的側(cè)面，不過為了不影響后輪的兼容性也不會(huì)太過火。五通和后下叉往往都會(huì)使用不對(duì)稱設(shè)計(jì)，以平衡對(duì)驅(qū)動(dòng)側(cè)和非驅(qū)動(dòng)側(cè)產(chǎn)生的不同力的響應(yīng)。此外不同的碳布排列也會(huì)將該效果盡可能最大化。

精準(zhǔn)操控——扭轉(zhuǎn)剛性

一個(gè)更加重要但很少被提及的參數(shù)是扭轉(zhuǎn)剛性。這定義了車架在不同力下的扭曲程度。這種扭轉(zhuǎn)會(huì)影響前后車輪的對(duì)齊，因此對(duì)自行車的操控性有明顯影響，尤其是在過彎時(shí)。

高速過彎時(shí)，自行車向過彎線路內(nèi)側(cè)施加向心力，從而產(chǎn)生離心力，離心力會(huì)讓我們有向線路外運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)。由于前叉和后三角形的結(jié)構(gòu)差異，前后車輪受到的力并不相通，因此會(huì)導(dǎo)致車輪會(huì)在移動(dòng)線路上產(chǎn)生一定的錯(cuò)位。

對(duì)騎乘者來說，我們會(huì)將此描述為操控不精準(zhǔn)。大概就是，當(dāng)騎乘者像使用畫筆一樣在彎道畫出一道行車線時(shí)，自行車給你的反饋并不像你希望的那樣緊致。相反，當(dāng)一臺(tái)車在這個(gè)參數(shù)上表現(xiàn)出色時(shí)，不僅很容易畫出曲線，而且只需簡(jiǎn)單的動(dòng)作，就可以將車指向彎心，并且在切過彎心后以一個(gè)十分均勻的漸進(jìn)性逐漸回正你的縱向壓彎角度，并且在過彎行車線中突然改變車頭方向的反應(yīng)也會(huì)更快，總的來說就是整個(gè)過彎的操控都會(huì)變得輕快直接，并不會(huì)有那些剛性較差車型的遲鈍感。

為了防止車架容易扭曲，廠家通常會(huì)對(duì)叉身進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，并且使用更大尺寸的舵管，事實(shí)上，碗組軸承逐年增大，已經(jīng)從傳統(tǒng)的1英寸發(fā)展到現(xiàn)在經(jīng)常在下碗出現(xiàn)的1.5英寸軸承。這也是自行車的下管通常截面最寬大的原因，因?yàn)樗�是車架結(jié)構(gòu)的主要支撐部分。

但還有另一個(gè)方面需要考慮。那就是側(cè)向剛性和扭轉(zhuǎn)剛性必須相互平衡，才能使車架在不做出任何妥協(xié)的情況下發(fā)揮最佳性能。另一方面，當(dāng)路面狀況并不完美時(shí)，前后軸上過強(qiáng)的側(cè)向剛性會(huì)使自行車難以騎行，因?yàn)樗鼤?huì)在每次路面沖擊后都產(chǎn)生反彈。所以要考慮的方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止這些。

平順前行——垂直剛性

如果對(duì)前面的幾點(diǎn)的目標(biāo)都是是實(shí)現(xiàn)盡可能強(qiáng)的剛性，那么，在垂直平面中，則恰恰相反：要有一定的剛性，以免引起彈跳效應(yīng)，但同時(shí)，又要有足夠的形變能力來化解路面的不規(guī)則性。

這是一個(gè)非常難以調(diào)整的參數(shù)，因?yàn)樗�受騎手體重的影響，而自行車的設(shè)計(jì)要考慮到各種不同類型的車手。當(dāng)然，目前我們已經(jīng)可以通過對(duì)車手的大數(shù)據(jù)分析，來推斷出使用某個(gè)尺碼車手的平均身材，從而使工程師能夠更準(zhǔn)確地調(diào)整這個(gè)參數(shù)。

通常來講，與側(cè)向剛性一樣，車架管型的截面以及碳布的排列對(duì)垂直剛性都會(huì)有比較明顯的影響，而對(duì)垂直剛性的調(diào)教，也力求在不影響側(cè)向剛性的情況下，實(shí)現(xiàn)吸振能力與傳力效率的完美平衡。

垂直剛性通常會(huì)對(duì)空氣動(dòng)力學(xué)產(chǎn)生影響，因?yàn)闅鈩?dòng)管型會(huì)增大管型的垂直截面，總而增加垂直剛性，并在水平截面上變小，會(huì)影響側(cè)向剛性，這與車架所尋求的完全相反。

解決這一難題的方法通常依靠截背型的虛擬尾翼管型以及增加管型的水平截面積，但是，這不僅對(duì)重量有影響，也會(huì)對(duì)空氣動(dòng)力學(xué)性能有影響。

如果自行車太硬或太軟怎么辦？

正如我們?cè)陂_始時(shí)所說，如果剛性的絕對(duì)值非常重要的話，使用現(xiàn)代材料讓自行車無比堅(jiān)硬是一件非常簡(jiǎn)單的事情。然而，我們很少有人能夠在這樣的車上堅(jiān)持一個(gè)多小時(shí)，不僅因?yàn)槁访孀兓瘯?huì)很快震碎我們的手臂和背部，還因?yàn)閷?duì)任何微小操作的反應(yīng)過快，迫使我們時(shí)刻保持緊張。

其實(shí)，在歷史上的某個(gè)特定時(shí)期，我們?cè)��?jīng)擁有過這樣的車，盡管他們?cè)谀愕谝荒_踩踏尤其是加速時(shí)會(huì)感覺無比美妙，但很快就會(huì)發(fā)現(xiàn)，這樣的車在現(xiàn)實(shí)世界并不實(shí)用，隨著公里數(shù)的流逝，他對(duì)我們的傷害遠(yuǎn)大于增益，或是在每個(gè)下坡的彎道上，他除了能給我們過強(qiáng)的過彎信心之外，并沒有什么正面反饋。相信大家都還記得21世紀(jì)初盛行的全鋁合金競(jìng)賽車型吧，那些都是真正的“兩個(gè)輪子一根桿，沒啥別的就是干”。

而另一個(gè)極端是，我們?cè)��?jīng)將他們視為“棉花車”的車型。大概就是那種需要持續(xù)不斷高強(qiáng)度輸出才能維持續(xù)航速度的車，并且你會(huì)覺得你超過一半的功率都化為烏有，更不用說，當(dāng)你加速時(shí)老年人一樣的響應(yīng)了。

這樣的車也會(huì)喚醒人們?cè)谶^彎走線時(shí)的噩夢(mèng)回憶，相信擁有中端鋼架公路車的車手們都能懂我的意思，雖然這樣的車我們可以稱之為“造型優(yōu)雅，質(zhì)感豪華”，但懂得都懂。

經(jīng)過以上的介紹，我們大概知道了在大多數(shù)情況下，更高的剛性一定會(huì)更受歡迎，但一定要是在車架每個(gè)區(qū)域進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)測(cè)試，并最終將各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)成完美平衡。總而言之，多年來車架的總體剛性明顯增加，在最新一代車型上，你可能只需要踩幾腳，而在一臺(tái)可能是十年前的同款車型上可能就需要多踩很多腳。通過這樣的對(duì)比，你就能非常直觀的感受到車架設(shè)計(jì)知識(shí)的發(fā)展，設(shè)計(jì)工具的豐富，材料素質(zhì)的進(jìn)步對(duì)自行車性能的巨大影響。

責(zé)編：huiz