PS：耐心看完，你不僅會(huì)對(duì)自行車有新的認(rèn)識(shí)，你還會(huì)對(duì)后繼內(nèi)容感興趣。

大家好，歡迎大家收看新一期的單車基械匠。

在過去的200年里，自行車已經(jīng)有過無數(shù)種設(shè)計(jì)，沒有人真正總結(jié)過究竟有過多少種不同設(shè)計(jì)。這些自行車都有著時(shí)代的烙印和功能性的傾向。今天，市場上依然有各種不同類型的專用自行車，每一家品牌都有自己的一套對(duì)車架幾何設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)。在設(shè)計(jì)上都會(huì)根據(jù)不同類型，不同各品牌不同用途而對(duì)車架進(jìn)行有針對(duì)性的設(shè)計(jì)。而這一切，最終都會(huì)因?yàn)檐嚰艿膸缀谓嵌榷兴顒e。這也是自行車設(shè)計(jì)的魅力所在。

你可以在兩個(gè)不同類型，不同大小的車上復(fù)制出來相同的踩踏位置和車把位置以及前申量，但是你卻很難復(fù)制出來同樣的騎行感受。頭管角度，前叉偏移量，Trail（軌跡量）和車輪翻轉(zhuǎn)觸發(fā)量：這些都只是影響自行車轉(zhuǎn)向和操縱的一些參數(shù)，當(dāng)這些數(shù)字出現(xiàn)在我們常見的自行車幾何表，或者幾何圖上時(shí)，這些數(shù)字看起來好像毫無意義，不僅不直觀，也不知道他們究竟帶來了什么改變。

• 不同類型角度的車架，只要在合理范圍內(nèi)，都可以通過把立、坐管、車把調(diào)整到和你以前的老車一樣的位置，但是事實(shí)上，即使這些位置沒有變，你的車還是會(huì)有一些不同騎行感受。為什么？

對(duì)于大多數(shù)的車手來說，他們非常清楚一個(gè)合適的車架的重要性，我們?cè)谝郧暗奈恼轮?，?span style="border-width: 0px;border-style: initial;border-color: initial;font-style: inherit;font-variant: inherit;font-weight: inherit;font-stretch: inherit;font-size: inherit;line-height: inherit;font-family: inherit;vertical-align: baseline;word-break: break-word;">有寫過關(guān)于車架尺寸的文章，感興趣可以去翻閱一下。在這些文章中，我們描述了不同類型的車架通過看哪些數(shù)值，可以讓你獲得一個(gè)合適大小的車架。

當(dāng)然，合適只是對(duì)于你來說大小合適，因?yàn)樵谝惠v車上還有很多其他方面的數(shù)據(jù)，例如頭管角度，軌跡量（Trail），一旦你獲得了合適的大小，這些數(shù)字就和大小無關(guān)了，但是這些數(shù)據(jù)卻會(huì)對(duì)車手的操控感受帶來影響（更靈活，更敏捷，轉(zhuǎn)彎半徑更大更小等）。因?yàn)檫@些數(shù)據(jù)會(huì)對(duì)自行車的操控帶來影響，無論是在平路，上坡，轉(zhuǎn)向，越過障礙物甚至在飛躍中。這對(duì)增加車手的安全性和提高他們的信心非常重要，在某些情況下，它可以幫助車手有更好的表現(xiàn)。即使你只是隨便騎騎，一輛易于操控的車，也會(huì)提升你對(duì)騎行運(yùn)動(dòng)的感受。

• 上圖顯示了一個(gè)電腦模擬的自行車傾斜轉(zhuǎn)向動(dòng)圖，可以看到，除了轉(zhuǎn)動(dòng)車把，通過傾斜，車把也會(huì)自己轉(zhuǎn)動(dòng)，并且這可以在車架設(shè)計(jì)中得到控制，具體怎么操作，請(qǐng)繼續(xù)閱讀。

在過去兩個(gè)世紀(jì)的大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)中，我們已經(jīng)已經(jīng)獲得很多關(guān)于如何提高操控性的數(shù)據(jù)。學(xué)術(shù)界已經(jīng)剖析了運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)，并確定了自穩(wěn)定的最低要求（詳細(xì)內(nèi)容可以查閱維基百科：Bicycle and motorcycle dynamics）。而在自行車行業(yè)，則已經(jīng)嘗試了各種設(shè)計(jì)，以確定這些設(shè)計(jì)中哪些有效，哪些無效。

• 所有自行車的幾何圖上都會(huì)標(biāo)注有各種尺寸和角度，但是那些對(duì)轉(zhuǎn)向很重要的數(shù)據(jù)，才是真正影響自行車操控方式的參數(shù)。

雖然關(guān)于自行車操控性的探索還在繼續(xù)，但是目前的工作已經(jīng)為自行車確定了一套核心的參數(shù)。并且在這些參數(shù)中會(huì)存在各種類型和輕重，有些參數(shù)影響更大，而有些參數(shù)會(huì)影響到其他參數(shù)。但是這些參數(shù)都有一個(gè)共同的功能，就是參與自行車轉(zhuǎn)向。

轉(zhuǎn)向保持平衡

首先，你可以先回想一下學(xué)習(xí)騎自行車是一種什么感覺：你的車把總是會(huì)有一種讓你恐懼的轉(zhuǎn)彎傾向，似乎抑制這種車把的轉(zhuǎn)彎才是保持自行車直立不倒的關(guān)鍵所在。但事實(shí)是，當(dāng)你每次做出努力阻止車把轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，實(shí)際上你的自行車都翻了。訣竅在于轉(zhuǎn)向的時(shí)機(jī)和轉(zhuǎn)向的方向，而這就是保持自行車直立不倒的訣竅所在。

• 如上圖，雖然有些違反直覺，但是事實(shí)就是你需要向傾斜的方向轉(zhuǎn)動(dòng)車把，以把下落的中心重新捕捉回來。只要你足夠快，就總可以在失去控制前讓自行車直立。

下邊的描述，似乎是一個(gè)很反直覺的概念，但是確是非常有效的方法，因?yàn)楫?dāng)你把車輪轉(zhuǎn)向你要傾倒的方向時(shí)，只要移動(dòng)速度足夠快，你就可以“捕捉”到下落的重心（質(zhì)量），自行車就可以每次都保持不倒。

• 上邊的動(dòng)圖是一個(gè)模擬“捕捉質(zhì)心”的試驗(yàn)，小棍可以左右運(yùn)動(dòng)，但不能前后運(yùn)動(dòng)，下邊的小車用來保持小棍的平衡。當(dāng)小棍向一側(cè)倒時(shí)，必須用下邊的小車以更快的速度移動(dòng)向小棍倒的方向，只要小棍的重心沒有超過可控范圍，就可以在小棍傾倒之前把重心捕捉回來。但是在自行車上，這會(huì)更加的復(fù)雜，請(qǐng)繼續(xù)閱讀……

舉個(gè)例子，這就像你用手頂住掃把的一端讓掃把立起來并保持掃把不倒（你們可以跟著嘗試一下），當(dāng)掃把倒向一方時(shí)，重心開始下降，此時(shí)你的手要移動(dòng)向重心下降的方向，而不是反方向，如過你這樣做，掃把會(huì)倒的更快。

當(dāng)你平穩(wěn)騎行時(shí)，就是你不斷把重心捕捉回來的過程，這個(gè)過程是反向的，向那邊倒，就向哪邊轉(zhuǎn)。

但是有時(shí)候，我們需要自行車倒向一邊。雖然這聽起來很可怕，但是如果沒有它就沒有辦法轉(zhuǎn)彎。這就是為什么自行車、車手在過彎時(shí)要保持一定的傾斜角度，這就是上一段反直覺的分析的結(jié)果：如果你向哪里傾倒，你就要向哪里轉(zhuǎn)向，這才能保持自行車不進(jìn)一步傾倒。在這里需要需要強(qiáng)調(diào)一下，當(dāng)自行車離開彎道時(shí)，車手需要利用車把轉(zhuǎn)向讓自行車回到正確姿態(tài)的能力會(huì)變得至關(guān)重要。

• 上圖展示了車手在過彎時(shí)的姿態(tài)，這個(gè)過程并不需要你刻意的去轉(zhuǎn)動(dòng)車把，用身體轉(zhuǎn)向才是車把轉(zhuǎn)向的關(guān)鍵所在，了解更多請(qǐng)繼續(xù)閱讀……

雖然，轉(zhuǎn)向?qū)τ诳刂谱孕熊嚨姆较蚝苤匾窃谲囀挚梢钥刂扑?，這主要還是一個(gè)輔助作用。

• 上圖：相信很多人都參加過慢騎自行車的比賽，雖然這種低速狀態(tài)很好的展示了保持平衡需要用車把轉(zhuǎn)向來維持，但是這并不是唯一保持自行車平衡的方法，你還可以通過身體傾斜轉(zhuǎn)向，而且使用的更多，了解更多繼續(xù)閱讀……

這就像在低速騎行時(shí)，自行車會(huì)發(fā)生不規(guī)則的轉(zhuǎn)彎，因?yàn)轵T車的人正在努力保持自行車直立并控制自行車的方向。事實(shí)上，不僅在低速，在任何狀態(tài)下，車手實(shí)際上都在通過控制自行車的方向來阻止自行車傾倒。

用手和身體完成轉(zhuǎn)向

從大的層面上來看，騎自行車控制方向一共有兩種方法：

第一個(gè)，通過車把。這個(gè)很好理解也很直觀，并且通過長期的練習(xí)，通過車把轉(zhuǎn)向會(huì)成為你一種幫助自行車轉(zhuǎn)向的潛移默化的行為。

• 如上圖：如果必須要通過雙手轉(zhuǎn)動(dòng)車把來轉(zhuǎn)向，那么這種情況就不會(huì)發(fā)生：當(dāng)沒有人騎行，但是自行車具有一定速度是，它會(huì)處于一種自穩(wěn)定狀態(tài)，并且傾斜車身會(huì)帶來車把轉(zhuǎn)向。

第二種就是用身體轉(zhuǎn)向。如果你玩過大撒把，你就會(huì)明白這是一種什么感覺：當(dāng)你坐在車座上并輕微傾斜身體時(shí)，車把就會(huì)向著傾斜的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。（這些移動(dòng)量也是可以通過改變車架幾何角度來實(shí)現(xiàn)的，這也是為什么有些車在撒把時(shí)更穩(wěn)定，有些則很靈活的原因。）

• 如果對(duì)自行車的控制完全只能依賴用手轉(zhuǎn)動(dòng)車把，那么這種狀態(tài)就是不可能完成的。

影響轉(zhuǎn)向響應(yīng)的幾何角度

介于轉(zhuǎn)向的重要性，所以車架前部的幾何角度對(duì)操控性的影響是最大的。而這些設(shè)置中，頭管必然是第一個(gè)，但是就像下邊我們還要陸續(xù)提到的其他數(shù)據(jù)：前叉偏移量（在頭管角度一定時(shí)），通過改變前叉偏移量會(huì)進(jìn)一步的影響trail值（軌跡值）和車輪翻轉(zhuǎn)值（反映了前輪轉(zhuǎn)向時(shí)軸心的下降高度）。另外，當(dāng)以上這些確定下來以后，車輪的大小，把立的長度，車把的寬度，以及輪胎的高度也會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)向起作用，當(dāng)車輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，本身的陀螺效應(yīng)也是如此。

除了車輛前部的這些數(shù)據(jù)外，自行車上的其他參數(shù)也會(huì)影響轉(zhuǎn)向的處理方式。其中包括五通的高度，前后輪的軸距以及騎行者在自行車上的重量分布等等。而所有這些，都將會(huì)在接下來的章節(jié)中進(jìn)行討論，不過需要說明的是，為了方便剖析，雖然每個(gè)參數(shù)的實(shí)際影響會(huì)獨(dú)立討論，但是它們并不是不相關(guān)的，而是互相影響的。

1. 頭管角度

在所有影響自行車操控的因素中，頭管角度可能是最容易理解的。簡單來說，頭管角度決定了轉(zhuǎn)動(dòng)前輪需要用多大的力。隨著頭管角度的增加（頭管更加直立），前輪轉(zhuǎn)向也會(huì)變的更容易。更大的頭管角度也可以完成一些更急的轉(zhuǎn)彎，因此，自行車的靈活性（可操控性）會(huì)隨著頭管角度的增加而增加。

在低速狀態(tài)下，更大的頭管角度（想象一下接近90度的直立頭管）可以幫助車手保持平衡。使用車把轉(zhuǎn)向會(huì)更加的容易。但是，也會(huì)由于過于容易而出現(xiàn)轉(zhuǎn)向過度的情況。而在高速狀態(tài)下，快速而靈敏的轉(zhuǎn)向會(huì)成為一種負(fù)擔(dān)，因?yàn)樽孕熊嚂?huì)更容易的超過可控范圍，很有可能會(huì)帶來無法預(yù)測的失控。

• 如上圖的BMX小輪車，單獨(dú)分析頭管部分，比大部分的公路車頭管角度都要陡峭，配合同樣比較大的前叉偏移量，最終獲得了一個(gè)更加小的軌跡量（trail）。頭管角度和前叉偏移量的關(guān)系:其中一方固定下來以后，另一方增加“數(shù)值”，trail就會(huì)減少。反過來減小“數(shù)值”，trail就會(huì)增加。

反過來，更加小的頭管角度（想象一下45度甚至更平的頭管角度），雖然在低速狀態(tài)下轉(zhuǎn)向可能會(huì)有些沉重，但是這種不那么快速和靈敏的狀態(tài)會(huì)提高高速下的穩(wěn)定性。

• 如上圖：對(duì)于偏下坡的車型來說，他們都會(huì)有一個(gè)比較小的頭管角度，配合不同的偏移量的前叉會(huì)得到不同的trail值（不過，在兩輛trail一樣的車上，也會(huì)有不同的騎行感受這個(gè)在后邊的車輪翻轉(zhuǎn)值里會(huì)提到），當(dāng)下坡時(shí)，頭管角度增大，前叉偏移量相較于頭管位置沒有發(fā)生變化，所以在下坡中trail會(huì)減小，這會(huì)更靈活。反過來在大角度的車上，有些情況下trail還會(huì)是負(fù)數(shù)，這會(huì)及其不穩(wěn)定，了解更多請(qǐng)繼續(xù)閱讀……

例如，在一些用于穿梭在城市中的，需要切割急彎躲避障礙的死飛車架上，頭管角度會(huì)在74度甚至更大（比如公路車一般在73度上下）。而在需要應(yīng)付棘手的地形和高速下坡的山地車上，則可能會(huì)有64度的頭管角度（具體更具用途會(huì)有不同的設(shè)計(jì)，比如XC的會(huì)更大一些：71度左右）。

雖然自行車的轉(zhuǎn)向不僅僅是依賴于頭管角度，但是總的來說，頭管角度給自行車的操控設(shè)定了一個(gè)基調(diào)。下邊我們要討論的就是前叉偏移量（Fork Rake），更具體的說，是它和頭管角度一起“組成”了軌跡量（Trail）。

2.軌跡量（Trail）

概念：當(dāng)車輪和地面的接觸點(diǎn)處于轉(zhuǎn)向軸的后方時(shí)，車輪將傾向于和自行車前進(jìn)的方向?qū)R。比如我們常見到的購物車上的輪子，或者電腦椅上的輪子，在實(shí)際生活中，這方面的運(yùn)用非常多。也被稱為“腳輪效應(yīng)”

• 紫線相當(dāng)于自行車的頭管角度，此時(shí)如果向左拽動(dòng)電腦椅，由于輪子的接觸面處于轉(zhuǎn)向軸前方，這是一種不穩(wěn)定狀態(tài)，所以轉(zhuǎn)向輪自動(dòng)就會(huì)轉(zhuǎn)到紫色轉(zhuǎn)向軸的后方。當(dāng)處于圖上這種情況進(jìn)行向右側(cè)運(yùn)動(dòng)時(shí)，車輪的滾動(dòng)軌跡會(huì)非常的穩(wěn)定，自動(dòng)處于轉(zhuǎn)向軸中心滾動(dòng)。可以簡單這么理解，當(dāng)接觸面在轉(zhuǎn)向軸前方時(shí)就會(huì)不穩(wěn)定，當(dāng)處在轉(zhuǎn)向軸后方時(shí)就會(huì)穩(wěn)定下來。

（在2011年已經(jīng)有試驗(yàn)團(tuán)隊(duì)通過試驗(yàn)驗(yàn)證了無需通過軌跡量-trail，就可以實(shí)現(xiàn)自行車自穩(wěn)定，這實(shí)際上也在告訴我們，在實(shí)踐探索的部分中，車架的幾何角度還有非常大的挖掘空間，以前的經(jīng)驗(yàn)論只是告訴我們哪些有效，哪些無效，但是并沒有說明其中的原因，感興趣可以搜索文章：a bicycle can be self-stable without gyroscopic or caster effects。）文章明天我會(huì)放到公眾號(hào)內(nèi)，感興趣的可以翻譯閱讀一下，純英文。

一定的軌跡量（Trail）可以保持前輪居中的同時(shí)無需車手進(jìn)行任何操作，這讓軌跡量在自行車高速狀態(tài)下變得越來越重要。不過，如果軌跡量過大，那么自行車將會(huì)很難操控。

自行車的軌跡量主要取決于以下三個(gè)要素：頭管角度，前叉偏移量和車輪尺寸（相同尺寸不同胎寬也會(huì)影響車輪尺寸）。當(dāng)車輪的尺寸和前叉偏移量保持不變時(shí)，隨著頭管角度的減?。ǜ铀沙谙群髢A斜），那么軌跡量Trail就會(huì)隨之增加（圖1）。這可以保持前輪更傾向于回到中心位置，也是更小的頭管角度會(huì)帶來的更穩(wěn)定效應(yīng)的主要原因。

而當(dāng)頭管角度和輪徑不變時(shí)，減少前叉的偏移量則會(huì)增加軌跡量（Trail），這在圖上來看是一種比較反直覺的情況，因?yàn)闇p少前叉偏移量實(shí)際會(huì)讓車輪更加的靠近自行車。然而，在這里前輪相對(duì)于自行車其余部分的位置對(duì)于這種效果并不重要；重要的是它相對(duì)于頭管的轉(zhuǎn)向軸的的位置。

• 如圖：這種自行車上八九十年代的場地車上非常流行，反向頭管既縮短了軸距增加靈活性，減小了前輪的尺寸減小了跟車距離，又增加了軌跡值提高了穩(wěn)定性。所以當(dāng)你覺得反直覺時(shí)，其實(shí)畫出來就能看明白。

因此，在一個(gè)已經(jīng)給定頭管角度的車架上，可以通過減少前叉的偏移量，使輪胎的接地位置更加相對(duì)于轉(zhuǎn)向軸靠后。

• 比如這張gif圖中的自行車，就是通過在一輛常規(guī)自行車上把前叉向后敲彎了一些，用縮小前叉偏移量的方法增加了該車的軌跡量（Trail）。

由于本節(jié)開頭提到的“腳輪效應(yīng)”，這會(huì)讓車輪自動(dòng)居中。這就是為什么在場地車上還出現(xiàn)過一段把前叉顛倒過來的設(shè)計(jì)，因?yàn)樨?fù)的前叉偏移量會(huì)大大的增加軌跡量（Trail），從而進(jìn)一步增加自行車在高速下的穩(wěn)定性。

• 所有自行車的軌跡量（Trail）都取決于頭管角度和前叉偏移量。上圖顯示的為安裝了25mm輪胎的700C公路車的軌跡數(shù)值變化圖（橫坐標(biāo)為前叉偏移量Fork Rake，縱坐標(biāo)為軌跡量Trail，單位為mm）。

增加前叉的偏移量會(huì)產(chǎn)生相反的效果：隨著軌跡量（Trail）數(shù)值變小，前輪自動(dòng)居中的能力會(huì)減弱直到消失。通過增加大量的前叉偏移量，你甚至可以完全消除軌跡量（甚至創(chuàng)建負(fù)軌跡量，此時(shí)輪胎接地面位于轉(zhuǎn)向軸前方），這會(huì)讓轉(zhuǎn)向非常靈敏，即使在低速狀態(tài)下也會(huì)難以操控。

• 如上圖，在探索自行車結(jié)合角度的過程中曾經(jīng)就出現(xiàn)過0軌跡量的自行車，但是隨著實(shí)踐的深入探索，軌跡量和偏移量與頭管角度的關(guān)系，也漸漸地被人所熟知，哪些設(shè)置有效，哪些設(shè)置不好，也就成了之后設(shè)計(jì)車架的指導(dǎo)。

對(duì)于公路車而言，人們普遍認(rèn)為55-60mm的軌跡量（Trail）是理想范圍，提供了可操控性（靈活性）和穩(wěn)定性之間的平衡。更大一些的軌跡量通常適用于gravel公路車和山地車，而更少的軌跡量通常適用于載貨自行車或者旅行車（前叉上的載重會(huì)讓車輪難以轉(zhuǎn)彎，因此需要更快的轉(zhuǎn)向相應(yīng)）。

※ 機(jī)械軌跡量：通過輪胎接觸面和轉(zhuǎn)向軸垂直的距離。機(jī)械軌跡量也被稱為真實(shí)軌跡量，它和地面上的軌跡量密切相關(guān)，因?yàn)樵黾悠渲幸粋€(gè)就會(huì)導(dǎo)致另一個(gè)增加。地面上的軌跡量是對(duì)機(jī)械軌跡量良好模擬，但是機(jī)械軌跡量是更加真實(shí)的測量，因?yàn)樗拇笮≈苯优c車輪自動(dòng)居中的“腳輪效應(yīng)”相關(guān)。

注意閱讀最后一段文字，對(duì)于下一講里的車輪翻轉(zhuǎn)值非常有用，Trail值算是對(duì)機(jī)械Trail值的直觀反應(yīng)，最終表現(xiàn)還是機(jī)械Trail。

感謝您能看到這里，如果您對(duì)自行車幾何設(shè)計(jì)方面的文章感興趣，可以關(guān)注單車基械匠，后邊還會(huì)延續(xù)今天內(nèi)容繼續(xù)講解。而今天的也只是冰山一角，并且也算是由淺入深的進(jìn)行的的概述。下邊幾篇文章將會(huì)繼續(xù)就我們提到的其他變量進(jìn)行講解。我們下期再見：單車基械匠，每天給您帶來更多新奇，好玩，有趣，實(shí)用的單車知識(shí)。

PS：山地車會(huì)更加復(fù)雜，因?yàn)檫€要考慮前后避震的壓縮，而今天的內(nèi)容也只是公路車篇的十之一二，所以要抱著學(xué)習(xí)的心態(tài)來看，不然會(huì)“斷片”的喲?