設計理論


開宗明義:

  • 【鐵馬流浪記】長途旅行專用車與台灣目前的環島旅行無關。
  • 【鐵馬流浪記】長途旅行專用車與競賽無關。

一)台灣好山好水好風景何其多,但是偏偏環島的這些公路,並不適合自行車旅行。

二)【鐵馬流浪記】從法國羅瓦爾河取得靈感,那樣的旅行方式,在台灣也一定可行,而且比硬要環島好玩多了。

一部適合【鐵馬流浪記】長途旅行的專用車,必須:

一)可能要騎很遠、坐很久,所以「舒適耐騎」是最大前提。

二)平路要能輕鬆快,丘陵要能輕鬆爬。

三)以都市和鄉間丘陵馬路為主,爬坡可是不爬山,走小徑可是不越野。

四)操作越簡單越好,把心思留給風景遊玩之用。

五)維護越簡單越好,最好是堅固耐用永不送修。

六)優雅美麗可能是最重要的!


為了達到這個目的所推演發展出的基本理論:

  • 一)吊橋理論
  • 二)音叉理論
  • 三)弓弦理論
  • 四)極簡理論

詳細解釋於下:

「吊橋理論」:吊橋的兩側是很穩的,但是越接近吊橋的中間,晃動就越厲害,振幅越大,如果我們希望的是這樣的彈性,吊橋的中間最好。以這個理論來看腳踏車,一般腳踏車的重心都落在後面的30%,後輪尾骨直接向上指向座墊,也就是說後輪震動直接「刺向」人的屁股。如果我們把尾骨加長,後輪大幅度往後移動,讓重心壓在接近中央的位置,此時人就像是坐在吊橋的中央,地面震動不管是來自前輪還是後輪,都經過車架振動而遲滯、延長、縮小幅度,人的感受會紓緩許多,但前提是,只有鋼管車架能有吊橋的效果(鋁車架相當是水泥橋)。

「音义理論」:敲擊音义的時候,音义不會一口氣把震擊「吃」下去,而是把敲擊能量轉變成一個長時間的振動,慢慢來「消化」掉,如果我們把車架想像成是一個音义,越是能夠把力道變成長久的振動,就會讓騎車的人越少痛苦,簡單的來看,鋼管越長、接點越少,音义的效果就越好。另外我們也要注意,如果把音义中間綁上一根橡皮筋,效果就差很多很多,所以很不幸的,折疊車都幾乎不必去考慮音叉減震的效果。

「弓弦理論」: 腳踏車的車架看似是一個剛性的結構,其實卻複雜很多,我以最傳統的菱形車架來解釋,上面的橫桿和後面的上尾骨,承受的是壓力,下面的斜桿和下尾骨,承受的是拉力,這正好和弓弦的性質相當,座墊下面的座桿,也正好在「箭」的位置。受到重壓力的橫桿和上尾骨(弓)彈性效果較硬,因此主要在負責振動消化能量的, 是下面的斜桿和下尾骨(弦),弓與弦搭配的好的車架,就有較好的吸震能力。

「極簡理論」: 戰鬥機上面絕對不會出現像是「手機吊飾」這樣的東西,因為只要機身表面突出一顆卯釘,或是機艙內多擺一個公仔就要多燒很多很多油。我們把這個想法換到腳踏車上面來,任何不必要的線條都會增加空氣阻力,任何不必要的重量都會增加爬坡負擔,這些都在燒我們自己身體的「油」!所以腳踏車一定要「極簡」。我們在設計腳踏車的時候,當然會在技術上考慮,你們在看到結果的時候,會在外觀上表現出「極簡」。


為了達成震動的結構體,公路車700C的大輪子太大了,我們至少得用20吋的輪框,才能讓前叉握點在中央,才能達到震動的效果,最後做出來的結果,令人滿意。

以此理論設計的車架:

  • 車身會特別長,重心在中央
  • CrMo鋼骨車架,以求得車身最好的彈性
  • 20吋輪胎,分解後裝袋體積小,且可以設計更有彈性的車架幾何
  • 鋼管細、長、直、盡量少接點
  • 不摺疊,不用避震器,以求得旅行最大的安全
  • 內變速,大範圍齒比



鋼管、菱形車架、進化公路幾何


菱形車架(也有人稱為鑽石型車架)是歷史最悠久的腳踏車車架設計,研究最透徹,製造經驗最豐富。我們只要看環法賽(或其它競賽)清一色都是菱形車架,應該就可以相信,人類設計腳踏車的極限,在這裡。

菱形車架的受力最平均,主要是推和拉的力量,很少「扭」的力量,這在材料和焊接技術上,都比較讓人安心。

如果是單臂車架,其主要的焊接點,受到的是一個強大的扭力,雖然現在的焊接科技,是可以達成這個強度,但是我們有兩隻手可以用的時候,何必自廢武功當「獨臂刀王」。

在焊接上,菱形車架也有絕對優勢,因為焊點位置都在末端,所以可以放心地用抽管(抽管的中間比較薄,受力太刺激),最強韌。

公路車用菱形車架已經很久了,但是多年來技術一直在進步,一點都不改變沒有道理啊?

我們所做的,目的是降低車身的高度(當然不是一句話這麼簡單),稱之為「進化公路幾何」

前叉上管是整條CrMo鋼管(五速標準款不同,是鋁質伸縮管),整個車架的設計,都是以「震動」在考慮。



車身穩定(龍頭回正的能力)


輪子的轉動慣量並非一台車穩定(前進、回正)的主要原因。

輪子的轉動慣量對於垂直方向的穩定有些幫助(走鋼絲的平衡),我們只需要一點點的轉動慣量,再加上我們調整身體的姿勢,連16吋的輪都可以輕鬆讓我們「站起來」,車子就可以維持垂直立正了。

真正決定前進方向穩定的是trail,trail越大,龍頭就會越穩定地直直向前進。從上面的圖來看,要造成較大的trail,前叉軸的角度會比較傾斜,不幸的是,這對小輪徑的折疊車,代價太大。

「鐵馬流浪記」是要旅行用的車,不是為了方便折疊上地鐵,所以一切都照規矩來,該有的trail和座艙空間都有,才會讓長途旅行非常舒服。

  

我們的座管角度76度,前叉立管的角度73度,就是為了這些目的。

---------------------------------------------------------------------------------

簡單測驗回正的能力

有一個很簡單的方法可以測驗腳踏車「回正」的能力,只要用手扶著座墊推車向前,回正能力好的車,可以直線前進,甚至可以隨心所欲控制讓車轉向。反之,如果連直線前進都不行,甚至晃兩下就要倒了,就是「回正」設計的不好。

一台回正不好的車,騎在上面的每一秒鐘,都會很「潛意識」的緊張,因為車子不能回正,就得時時刻刻靠自己來回正,只要一秒鐘不專心,車就會失控!



騎車姿勢


跪姿、立姿、坐姿

騎車的姿勢主要有三種,以目的(出力的大小)依次為跪姿、立姿、坐姿。

選手要追求運動的極限,要衝刺,其姿勢最緊繃,出力最大,用跪姿。一般人運動或旅行,要保持長時間的正常出力,用接近走路的立姿。平常生活上買東西接小孩短距離的通勤,要輕鬆省力,用坐姿,上身與地面幾乎垂直。

我們從座管的角度,最可以看出一部車設計的目的,跪姿騎車,上半身朝前,座管與地面最接近垂直。立姿,相當於是腳步往前面一點踩下去。坐姿騎車,腳一定放在更前面,所以座管角度比較傾斜。

坐姿騎車,因為重量都放在座墊上面,屁股最痛。

我們的車要長途旅行,是設計給立姿騎車!



GI (Gear Inches,GI是估計一台腳踏車性能最主要的參考數字)


計算方式:(大盤齒數/飛輪齒數)X 輪胎吋數

一個並非公認,但是很簡單的認知方法,通常GI 100以上,可以跑得飛快,可是要很用力、用力地踩,通常GI 50以下,是適合爬坡或爬山,可是兩腿要踩更多、更多圈,齒比的數字越小,踩踏板就越省力。

變速車最大的特徵,就是可以有一連串不同的GI。可是千萬不要以為變速的段數越多就越好,比如說現在已經有30段變速的腳踏車,可是我們仔細去計算一下,就會發現大部分GI都是重複的,這是為了換檔滑順,不得不的做法。

而且因為腳踏車的鏈條最好不要「偏用」(例如:掛左邊大盤、拉右邊飛輪),偏用容易損壞鏈條,或是容易掉鏈,所以外變速正確可用的檔,大概就是後面飛輪的齒片數目(30=10, 27=9, 24=8, 21=7, ...) 。

因此對我們最有意義的,是GI的範圍而非段數。一個非公認的通例:公路車GI範圍約2.5倍,越野車可能到4倍,爬山車有到6倍之多的。

我們的「鐵馬流浪記」以公路車為範本,標準款採用五段、GI範圍2.56倍的內變速器,足以滿足大部分人旅行的需求,不足的,大概是爬陡坡山路,我們沒那麼笨,都會下來牽車,因此如果志在挑戰山路,請考慮另一款八速的內變速。

「鐵馬流浪記_羅瓦爾河號」標準款五速,採用39齒的大盤、13齒的飛輪、和20吋的輪胎,所以得出的GI是:97, 80, 60, 45, 38,這可以滿足一般人對速度的期望,也能爬坡。不過我們也準備了15齒的飛輪,得出的GI是:84, 69, 52, 39, 33,給想要省力輕鬆騎的其他人。


重量


把一台鋼管車架內變速的車做到10公斤多一點點,我們已經覺得很滿意了。

曾經思考過腳踏車重量的問題,結論是除非拿車用來競賽,不然一點都不重要。

可是為了實際測試重量的影響,我們還是做了一個實驗,把兩顆啞鈴共10公斤綁在車上,親自去比較差別。結果是,平路根本沒感覺,爬坡也只差一點點,甚至可能是心理作用產生的負擔,唯一最大的不同,是搬上樓梯的時候,真的有差,差很多!

所以我們雖然以後還是要繼續降低重量,但是心裡已經有數。



進電梯、爬樓梯

   

花那麼大功夫去設計一台20吋的「標準功能車」,還有一個目的是希望:「回家方便」。

比700C的公路車前後短20公分,可以更容易進電梯、爬樓梯。搭乘8人座的電梯,可以橫放進去,還可以坐6個人。

爬樓梯的話,把座墊掛上肩,手握前叉上管,上下樓梯都很方便。

訣竅:倒車進電梯,進出最容易!



快拆v.s.六角螺絲

如果用快拆,車子只要不在眼前,輪組和座管就是完全不設防,五秒鐘就可以「順手牽羊」,而只要丟掉一支我們的座管,最少一兩張小朋友就要準備離家出走了。

腳踏車的快拆主要用在拆卸前後輪、調整座管高度、車把高度,和折疊車身之用。我們的車不折疊,不拆前後輪(要就直接拆掉前叉),這時只剩下座管和車把,用內六角板手,也差不多方便,所以我們主要採用內六角螺絲。



通用零件

這是一台旅行用的車,表示它可能會離開熟悉的維修中心很遠,如果用了太多特規的零件,萬一外地的車行沒有相容品,一趟旅行就報銷了。

所以我們盡量採用通用零件,或是通用的口徑,其中大部分是到處都可以得找到替代品,旅行途中如果需要維修,是可能的。


實際設計的其它細節:

內變速器對「鐵馬流浪記」專用車的好處

  • 簡單:因為所有大大小小的齒輪,都放到那顆「罐頭」裡面去了,造型可以優雅很多。
  • 安靜:齒輪都在「罐頭」裡面轉,外面的鏈條也不會像外變速器有偏用的可能。
  • 減重:雖然那顆「罐頭」有點重,但是一顆全包,未必比整套外變速器的所有零件加起來重。
  • 耐用:精密的構造都封裝在「罐頭」內,很難把它用到壞,暴露在外的只有大盤、鏈條、和飛輪。
  • 抗候:別的不必說,甚至到酸雨、高鹽份的環境,也很難對內變速器造成傷害。
  • 省事:現代的齒輪與鏈條技術,單速鏈條已經幾乎不可能掉鏈了。
  • 爽!:停車時也可以換檔,且換檔是很愉快的動作,因此只有騎內變速的車,會不斷地上上下下換檔來好玩。

羅馬不是一天造成的

量產1號首次亮相(僅此一輛,現居法國)

 
原型1號出生,傳說中的小吳版原型1號實驗 451 Fixed Gear 
原型2號出生,烤漆實驗開始原型2號實驗平板土除(黑色)原型2號實驗5速腳煞車彎把
原型4號出生,採用直前叉原型4號,表面處理彩色土除雷雕  土除與車架已經完美契合了
量產1號,達生版,內通管成功 量產1號,法國實測,可惜裝反了 終於,正式版出來了

很久很久以前,在一個很遠的地方,有.......(等我有空再介紹了)




改裝升級的可能性

 想跑快的人可以換52齒大盤(原來是39齒)可以提高33%Gear Inches

 想爬山的人可以換登山車大盤,後面再裝「扯練器」。

 想要更方便收納,可以換(拜託請找個漂亮一點的)摺疊立管。

 換一個顏色的束箍,也有畫龍點睛的效果。



電動助力車

如果你都有興趣從上面看到這裡,那聽一聽我們在電動助力車上面的努力應該無妨。

電動自行車就要用助力的,馬達只是幫助我們,這樣才跑得快、跑得遠、爬得了山。

我們測試過十幾款電動車或是套件,目前測試最理想的是Forsen的套件和ORO的扭力感應器,就表現來看,不澎風,經過GPS實際測試,5Ah的小電池就可以:

一)純電力跑19.8公里(市政府總統府來回兩趟)
二)快速助力跑37.2公里(台大到天母來回)
三)從市中心爬指南宮來回(26.4km, 200m高)

這樣已經足夠我們去法國旅行使用了,所以我們今年就要在法國試用這套系統。


選擇最適合自己的三速車齒輪比

不騙你,很少人把整套變速器的齒比範圍通通用到的,一般人如果不上山下海飆速度,那永遠就只會用到最習慣常用的幾個齒比。因此對市區來說,三段變速最方便,這三段就是一般人正常只需要的:一)起步、逆風、小爬坡。二)舒服地巡弋。三)順風奔馳、快跑爽。

人的體重,決定他最適合的齒比範圍,因為人每走一步路,都要再一次撐起他的體重,體重決定人使用腿力的習慣,也決定他踩腳踏車的習慣。(80kg, 13T, 40kg, 22T)。

習慣快走1T,急性子1T,常逛街1T,習慣運動1T,有自己帶過小孩的媽媽2T,

常坐電腦加2T,


鎖車理論

選擇一個沒有利用彈簧扣上的U型實心鋼條大鎖,這種鎖比較不方便,鎖車時也一定要用鑰匙,相對最安全!因為鋸斷鋼條需要大型油壓剪,或是電動砂輪,路上看到有人使用絕對很奇怪,也要有接上電源耗上幾分鐘,所以如果說腳踏車不要太誘人,又擺在路上人來人往的地方,且用U型大鎖鎖在固定物上(路牌、路燈、鐵欄杆等等),相對來說是安全的。

停車理論

停車的時候,周圍的車都比你的差,那你的車就相對是危險的,小偷第一個就看上你的車,所以「車不厭醜」,只要維護好性能,車子外觀不吸引人,停哪裡都放心。

延伸閱讀:

有人翻譯Sheldon Brown的一篇很棒的文章:「Frame Materials for the Touring Cyclist中文譯文


Comments