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关于自行车车架几何的基础知识
2019-04-16 09:08:25
很多朋友在购买单车或者自行车车架的时候,面对复杂的自行车几何表格常常懵逼,即使车架就是长度和角度的不同组合,但是将懂未懂可能导致的是更低级的认识错误。因此将车架几何术语以及车架几何对骑行的影响翻译、整理、发布,希望有所帮助。

自行车几何


术语中/英文对照如下:
Top tube(Horizontal) (Effective)---TT(EFF)---------水平上管长度/上管等效长度
Top tube(C-C)----------------------TT(C-C)--------上管真长度(中心-中心)
Seat tube Length(C-T)-------------ST(C-T)---------立管长度/中管长度(五通中心至上管顶端)
Head tube Length-----------------HT--------------头管长度
Chainstay Length------------------CS--------------后下叉长度
Fork Length------------------------FK(A-C)--------前叉长度(轮轴中心-叉冠长度)
Fork Rake--------------------------FK offset-------前叉偏心距/前叉攻角距
BB Drop----------------------------BB Drop-------五通沉降(五通落差)
Wheelbase-------------------------WB-------------前后轮轴距/轴距
Head Tube Angle------------------HT Angle------头管角度
Seat Tube Angle-------------------ST Angle-------立管角度/中管角度


以上有关长度的单位,分公制和英制,公制以毫米(mm)为单位,英制以英寸(in)为单位,二者的换算关系:1 in=25.4 mm. 我们接触比较多的山地车,其尺寸描述往往用XX寸,实际指的是立管长度多少英寸,而说公路车或者旅行车时,往往说4X,5X码,实际上是指这些车架立管的厘米cm数,英寸与厘米的换算关系:1 in=2.54 cm.
此外还有其它一些次要术语,后文将会一一列举。


值得注意的是即使同款车架,不同尺寸之间,车架组各部分的长度和角度都是可能存在变化的,以适应不同身高所对应的肢体几何关系。因此后文将以570mm水平上管长度的公路车,CX车以及旅行车进行归一化比较,以期说明问题。


理解车架的操控元素
这里有三个元素需要解释

Head Tube Angle-------头管角度
Fork Rake(offset)--------前叉偏心距(前叉攻角距)
Fork Trail----------------弯叉剪切距(针对弯叉而言,后文将会图示)

我们先来理解一下何为
Head Tube Angle---头管角度
自行车几何车架  
头管角度即是头管延长线与地面水平线的夹角


头管角度越大(越陡)-------稳定性越低-------转向越灵敏
头管角度越小(越缓)-------稳定性越高-------转向越迟钝


因此,一般旅行车会采用相较于公路车和CX车更为“迟钝”的头管角度---旅行车通常会有比较大的负载(特别前叉也有负载的时候),迟钝一些的转向性有助于保持车头的稳定性,即使速度相较于后两者更慢,但是...安全第一。


常见的570mm水平上管的三种车型,头管角度对比如下:
旅行车:71-72度
公路车:73-74度
CX车:72-73度


Fork Rake(offset)---前叉偏心距(前叉攻角距)
旅行自行车几何知识  

前叉偏心距(前叉攻角距)是指头管中心线落点与前叉叉臂实际影射线落点的距离


增大前叉偏心距---增强转向灵敏度
减小前叉偏心距---减小转向灵敏度


相较于公路车和CX车,旅行车通常采用一个比较大的RAKE值,以增大轴距、增大前轮与脚的间距、增大前叉的垂向稳定性。这里有个BUG,既然增大RAKE值会增强转向灵敏度,那么说来,旅行车需要具备比公路车和CX车更强的灵敏度?非也,RAKE值并非转向函数中唯一的的元素,稍候我们把Fork Trail(弯叉剪切距)解释清楚大家就明白了。


同样对比一下570mm水平上管的三种车,RAKE值的区别:
旅行车:45-52mm
公路车:40-45mm
CX车:45mm


Fork Trail---前叉剪切距
公路自行车几何参数  
前叉剪切距是头管角度和RAKE值共同作用的结果,传统旅行车往往采用如上图右的弯叉,RAKE相同的前提下,叉越弯,但是Trail越小。


“更大的前叉剪切距”---转向更灵敏---感受上来说,更像是使用腰胯力来转向(说人话--也就是倾斜身体重心)
“更小的前叉剪切距”---转向更迟钝---感受上来说,更像是使用双臂力来转向


等长水平上管三车Trail值比较:
旅行车: 55-65mm
公路车:55-75mm
CX车:50-60mm


(这里多解释一些:对于转向,也就是“操控性”来说,车把宽度的影响更大,比如直把,燕把之类的,比公路弯把的杠杆长很多,因此很小的位移就可以产生更大的转向动力。)



小结:
由于旅行车常态为负重状态,因此比较陡的头管和更小的Trail有助于保持稳定性;而公路车由于竞技需要,要求操控更为灵敏一些,因此三者之间会使用另一个极端的头管角度和Trail值;而CX车介于二者之间。此外旅行车使用的弯叉提供额外的吸震功能,相较三者之间,公路车的前叉最直,rake也相对最小。对于越野端口的车来说,头管角度更缓,rake更大,理论上来说转向灵敏度更高,但是即便如此这些类型的车在前叉负载的前提下,转向依然会有问题,对于旅行车来说,转向迟钝是因为“转不动”,对于越野类型的车,转向问题是“容易转过头”,也就是常说的“过犹不及”。

综上所述现代旅行车的几何设计,越来越倾向于“中庸”或者更细的分类,比如轻量旅行车,重载旅行车,穿越旅行车等等,或者说旅行车的分类越来越倾向于用户的诉求,而非千篇一律了。
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