对骑行与性能的影响—轮径

Pauline · 发表于 2014-7-30 10:23:42

本帖最后由 Pauline 于 2014-7-30 10:28 编辑

   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。

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。

第一是骑乘重心的变化。

   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！

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：

相关图片如下：

当使用较大的轮径时，车轮与地面接触面的变形程度，相对于其轮径的圆整度来说影响较小，或者说微不足道；而当使用小轮径的轮子时，这种变形，相对于小轮径圆整度的影响则相当明显！这种形变对于两种不同轮径车轮滚动性能的影响，也就不言而喻了。。。。。。轮径越小，这种阻力对于滚动性能的影响也就越大！骑过标准公路车或山地车，再骑小轮折叠车时，会感觉到这种车的滑行性能有所不及，骑超小轮径迷你折叠车时更是不能停脚，一旦停止蹬踏动作，车速就会很快跌落下来，而不象公路车那样在停止蹬踏后仍可以保持一定速度滑行很远距离。这里除了超小轮组本身的惯性不足的原因、除了路面平整度的影响外，其它主要的原因恐怕要从这里找找答案了。

那么，是否可以通过极高的胎压、极细窄的车胎，来减少使用小轮径车轮时的这种变形产生的阻力影响呢？理论上是可以的，实际上又是不可行的，因为不论打到多高的胎压，这个车胎与地面的接触面始终会是一个“面”、而不会是一个“点”，并且当这个接触面缩小到一定程度时，又对抓地性能、制动性能产生明显影响，过高的胎压既影响到骑乘舒适性，更是涉及到制动安全性问题――如果车轮与地面之间达不到一定的接触面积、没有足够的磨擦力，抓地性能从何而来？制动性能从何而来？18寸轮径的Birdy，我在实际骑行中遇过几次紧急刹车的险情，明显感觉到紧急制动前、后轮一起往前飘，而曾有段时间骑山地车时也遇过类似的紧急刹车，也是使用与Birdy同样粗细的光头胎，却要稳定得多。。。。。。这种在于大轮径车可以基本忽略的问题，对于小轮径车、特别是超小轮径车来说却成为一个难以解决与平衡的难题，所以我一直不提倡小轮径、特别是超小轮径折叠车高速骑行，就是这个原因――相对来说，那些速比、重心、轴距等等都不算是什么难题了。