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有关单车几何的基础认识

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发表于 2018-8-25 14:25:18 | 显示全部楼层 |阅读模式
很多朋友在购买单车或者车架的时候,面对复杂的车架几何表格常常懵逼,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,本站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。
--------------------------------------------------------分割线----------------------------------------------------------------
1.JPG
(如看不清,请点击放大,鼠标滚轮调整尺寸)

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。




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 楼主| 发表于 2018-8-25 14:58:13 | 显示全部楼层
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
2.JPG
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
-----------------------------------------------------------分割线-------------------------------------------------------------
Fork Rake(offset)---前叉偏心距(前叉攻角距)
3.jpg
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。稍等,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

--------------------------------------------------------分割线------------------------------------------------------------------
Fork Trail---前叉剪切距
4.jpg
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,现代旅行车的设计,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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 楼主| 发表于 2018-8-25 16:33:22 | 显示全部楼层
Chainstay Length---后下叉长度
5.jpg
后下叉长度是衡量一辆旅行车(这里指的是狭义旅行车)的一个重要标准,更长的后下叉长度可以达到更长的轴距,以便车手能在重载且高速的前提下具有更好的稳定性;另外,长的后下叉可以增大后驮包与脚后跟之间的空隙,尤其对于大脚怪更为重要,不管对于驮包的安全还是车手的安全都至关重要。此外,还有一些特别设计的后货架,能让驮包更远离脚后跟。当然,后下叉变长也是双刃剑,一方面增强了稳定性,另一方面,就是俗话说的“拖脚”。


等长水平上管三车比较:
旅行车:445-470mm
公路车:405-415mm
CX车:420-435mm

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 楼主| 发表于 2018-8-25 16:42:25 | 显示全部楼层
Wheelbase---前后轮轴距(轴距)
6.jpg
长轴距提供更好的稳定性和骑行舒适性(恐怕这里我要特指平路和下坡吧,长轴距对于爬坡和烂路,真能累死狗)。轴距长度是由后下叉长度,头管角度和前叉偏心距三者共同决定的。


等长(570mm)水平上管三车对比:
旅行车:1050-1070mm
公路车:996mm
CX车:1018mm
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 楼主| 发表于 2018-8-25 17:25:19 | 显示全部楼层
BB Drop---五通沉降(五通落差)
7.jpg
五通沉降(五通落差)即为五通中心离地面的距离,与轮轴中心离地面距离之差,由于五通中心通常低于轮轴中心(小轮车不在论述范围内),所以通常称为五通沉降。五通沉降值决定了脚踏板的最小离地间隙,对同一个人来说,更大的五通沉降意味着更低的坐垫高度,也就是说更低的骑行重心。
通常,旅行车的脚踏需要规避小型障碍物,因此需要更多一些的离地间隙,所以很多车商设计比较小(相对公路车而言)的五通沉降值(更大的五通离地距离)--700C轮组的车架,53mm左右的五通沉降值--通常都是越野旅行车。但是也有例外,支持肥胎的29er越野旅行车,做到了68-80mm的五通沉降值(因为肥胎轮轴中心离地更高了);而公路旅行车,针对很好的铺装地面,脚踏磕碰障碍物的可能性降低了很多,所以普通700C轮径的车架,也做到了78mm左右的五通沉降值。

在这里,我想啰嗦一句,虽然较大的五通沉降值带来更好的稳定性和发力,但是不能脱离五通离地间隙来单纯看五通沉降值。
五通离地间隙,最好是高于270mm,这是我个人的经验安全下限,低于270mm,曲柄长度170mm的时候,较大的转向都可能导致脚踏蹭地导致摔车;但是最好也不要高于350mm,否则重心太高,骑起来也是很累的。
所以在选择车架的时候,先考虑好自己将要使用的胎径范围,把这个值域累加到轮径里面计算轮子半径,减去五通沉降值之后,不低于270mm,也不高于350mm最好。
至于轮子半径,请参考琴叫兽帖子:
26“ 650b 700c的区别,及随之而来的思考》



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 楼主| 发表于 2018-8-25 18:10:46 | 显示全部楼层
Seat Tube Angle---立管角度/中管角度
8.jpg
立管角度就是立管与地面水平线的夹角,旅行车-公路车-CX车这几种车的立管角度没有多大区别,因为车与车之间的最佳踩踏角度本身就区别不大。但是也有例外,有些旅行车立管角度会随着车架尺寸的增大而变小,以匹配相应更长的盆骨转轴半径(角度变小以远离车头)。

等长水平上管三种车型对比:
旅行车:71-73度
公路车:73度
CX车:73度


9.jpg
这里介绍一种简单有效的FITTING方法,或者说,车架几何,调试到位的,适合你发力的车,至少要满足以下条件:
当左右曲柄平行于地面,脚面踩到脚踏的正确位置(或者说上锁之后),你的膝盖能够触及到“过脚踏轴心至地面的垂线”,如上图所示。如果立管角度过小,膝盖则难以碰触此垂线。不然,轻则发力不畅,效率奇低;重则伤膝。




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 楼主| 发表于 2018-8-25 18:41:28 | 显示全部楼层
注意,此段可能最为重要
Reach & Stack---抓握距 & 车架净高
10.jpg
Reach---抓握距,指的是过五通与地面垂线至头管顶端中心的最小长度(即距离)
Stack---车架净高,指的是过头管顶端的水平线,到五通中心点的最小长度(即距离)


对于fitting结果来说,Reach和Stack这两个值是挑选车架的最重要参数,是人体比例及特征相对于自行车来说最精确的映射值。
这两个值是对于不同品牌,不同架型,不同尺寸的车架的归一化描述,因为对于同一种架型,不同品牌同样描述为等长立管的车来说,这两组值也可能有所不同,最大差距可能会达到20mm以上。
如果你感兴趣的品牌车架,并未提供这两个值的话,请使用链接中的R&S计算器:
https://bikegeo.muha.cc/

换而言之,选择车架尺寸之前,可以先通过Fitting网站(我个人以前用过Fitting Lab)得出自己所需车架的参数,首先应该匹配的是这两个值,然后才是根据诉求、功能的不同来匹配其它参数。



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 楼主| 发表于 2018-8-25 19:14:08 | 显示全部楼层
Top Tube(Horizontal)/TT(EFF)---水平上管长度/等效上管长度
11.jpg
这个参考值,粗暴一点说,只要不是买竞技性质的公路车,基本就是最主要的参考值;但是应该注意的是,即使两台水平上管长度完全相等的车,它们的Reach值也可能是不同的。
这里分享一点小经验,
1、如果选弯把型的车,FITTING出来的结果基本是针对弯把的,选车架的时候只需要套用最接近的Reach值,Stack值和TT(EFF)值基本就能达到要求了;
2、如果是选则平把(正常的直把,燕把)的旅行车架的话,在FITTING结果中的TT(EFF)值之上加55mm基本就可以命中,但前提是此款车架的立管长度不要溢出参考值;
3、如果是选回弯型车把(如大后掠直把/燕把或者蝴蝶把)的旅行车,则需再加15-20mm的TT(EFF)值,前提如上一条;
4、如果要组装越野型的旅行车,除服从2、3之外,立管长度应该至少小于FITTING结果40mm-70mm。
以上四条仅为个人经验,仅作参考,如有不服,我个人不做辩论。


刚才找到了一个可以做山地车和公路车尺寸FITTING的网站,看来不用费事经验主义了,我们还是讲科学:
https://www.competitivecyclist.com/Store/catalog/fitCalculatorBike.jsp

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 楼主| 发表于 2018-8-25 19:30:55 | 显示全部楼层
Seat Tube Length---立管长度/中管长度

13.JPG
Seat Tube Length---立管长度/中管长度,定义就不做赘述了,此值不是特别重要,正常的旅行车,直接参考FITTING值即可,除非需要更多的跨高间隙。
再强调一次,如果可以,选择旅行车架的最重要参考值还是Reach值和Stack值。

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 楼主| 发表于 2018-8-25 19:38:17 | 显示全部楼层
Head Tube Length---头管长度

14.jpg

Head Tube Length---头管长度,普通旅行车的头管长度通常比较长,目的是为了升高把位而少用车头垫圈,通常,一台旅行车架的头管长度,比相应尺寸的公路车、CX车要长40mm以上;

而越野型旅行车,头管长度一般较短,通常比相应尺寸的纯粹山地车略长。




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