山地车车架几何学奥秘剖析

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山地车车架几何学奥秘剖析

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山地车车架几何学奥秘剖析

［作者：佚名转贴自：http://www.360doc.com/content/13/1223/20/1204156_339582624.shtml 点击数：65 更新时间：2017/10/7 文章录入：LA ］

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山地车车架几何学奥秘剖析

　　大部分的骑车人或自行车族，都将车架的几何当成一种魔法妖术，里面充满了难以理解、永远都搞不懂的事实。几乎所有的现代越野登山车只在几种角度内变来变去，两度的差异就可立判车架的高下。二十年来的试验造就了一个放诸四海皆准的登山车车架几何：71°的头管角度、73°的座管角度、23英寸的上管长度、16.9英寸的后下叉长度及12英寸的BB高度。虽然实在很难说得出两个不同厂牌的车子，骑起来的操控感觉有什么了不起的重大不同，但是，不一样真的就是不一样！

　　再来复习一下CY所发表的车架每个地方角度的说明。

　　正式开始

　　车架尺寸配方上小小的更动，就能大大地改变车子的操控性。MBA每年都要试骑40台以上的登山车，而且没有例外的，我们发现，每一台车子都有自己的个性。常识告诉我们，车架几何一小丁点的更动，对登山车的操控性似乎不会有什么大不了的改变。但事情却不是想像的这样，车架各部份的长度、角度的不同，真的会让你现在看到外观大同小异的车子，骑起来是如此的不同。

　　像「传奇性的感觉」或「完美的均衡」这样的形容字眼，并不常出现于MBA杂志评比、试骑的车子上。车架设计师完完全全地了解，我们所谓的车架几何，一只手就数得出来的「角度」关键点。任何有经验的登山车骑士，大概踏曲柄转个三圈之内，也就能分辨出一台车子到底是什么牛鬼蛇神。

　　在这篇车架几何稿里，我尝试着来解释车架几何、车架上每一个数据的功能何在、以及个别部位的尺寸规格会如何地影响车架的整个全局，以帮助读者了解，车子何以能和你的身材配合得天衣无缝，以及不同车子的加速、过弯、下坡、爬坡的感觉为何不大一样。

座管角度 seat tube angle
　　座管角度是指座管向后倾斜的角度，用以补偿骑士腿长。当座垫在合适的高度时，也就是脚可以完美伸展的状态下，在大齿盘曲柄指向三点钟方向时，你的脚踝必须在你的膝盖之下。
　　座管角的作用
　　一百年的车架制造史经验积累，设计师们发现，73°的座管角度，可以满足大部分的骑士。这个角度可以弥补腿短的骑士，高个子的人拉高座垫时，座垫位置可以往后移一些，而小个子的人调低座垫，座垫位置是稍微往前跑的。当然有例外的身材，但是当73° 座管角和座垫的前后调整配合时，几乎可以将所有骑士安置于和曲柄搭配好的正确、适当的位置。当然，这是普遍情况。有充分的理由驱使设计师们试着再将座管角度后倾或前挺一些。
　　座管角度的影响
　　座管角度同时也决定了骑士体重在前后两个轮子之间的均衡分配，也就是重心。骑士愈高，那么他坐上车子后，大部分的体重会落在前轮。爬坡时，体重与重心反而向后移，如果后下叉没有稍微做长一些来补偿的话，在每一次踩踏时，容易出现「翘孤轮」的情形。对小个子的骑士来说，状况就正好相反，把座垫调低，重心会往前跑，爬陡坡时，也会减少车轮的循迹、贴地性。
　　座管角度被高估了的一点是总轮距(wheelbase)的影响。为了维持正确的上管长度固定不变，座管如果因而迁就做挺直一些，不就把上管向前推了，影响所及就是头管也向前位移，也就是最后连轮距也跟着加长了；相反的，座管角度小一点，轮距就短了。传统的公路车架制造者相信，完美的轮距是一公尺。藉着改变座管及头管角度，他们可以坚持不会动到他们那神圣的轮距规格，而变化出不同的车架尺寸和上管长度。
　　然而登山车设计师则应用另一组不同的规则来设计车架。操纵座管角度来制造出正确轮距，只有在你为躯干长于一般人，或是腿特别长的人量身订制车架时才有意义。
　　座管角度须知
　　选择座管角度来定位你的脚在曲柄上的位置是否适合，并确认后上叉(seatstay)的长度正确，让体重重心落于后轮。
上管长度
上管长度提供手臂的伸展，而愈斜的头管角让下陡坡的操控愈容易
　　上管长度的丈量是头管上缘水平切线延伸到和座管相交会的长度。从实际角度来说，它就是自行车操控零件/上部零件(Cockpit)的距离。因为大部分的登山车的车结构造，已跳脱传统钻石车架的形貌，有的上管下弯(sloping)或如 specialized那种「两段式」上管，如果你去量实际的「管材长度」，那根本没有意义。
　　上管长度的作用
　　当你倾斜进出弯道时，前叉Offset与头管角度会自动修正前轮出弯的路线
　　上管长度提供了你上半身的容身空间，并让手臂可以完美的伸展、握到车把上；另一方面，它也让车把和你的膝盖「保持安全距离」，你即使起身踩踏时，膝盖也不会撞到车把。所以，上管最主要的功能就是proper fit─创造出自行车上合于你的骑车空间。
　　然而上管长度扮演了另一个重要的角色：车子的重心分布。长上管让骑士的体重向前移(较往前趴！)，重心前移到接近前后轴距的中心点位置；短上管则增加车子前端的重量负载。
　　上管长度最大的变动也只在一英寸之内：如果上管的长度比你适用的正确长度长过一英寸，你的前轮的重量分配就变少了，骑车过弯时，前轮就可能会不易控制而产生滑动；如果缩短超过一英寸，起身立姿踩踏时，膝盖就免不了会碰到手把上的变速器了，而且前轮遭遇了大石头路面及松软的深沙地，就会难以控制了。
　　上管长度的影响
　　因为骑车时，身体是不断移动变化的，车架上管长度的任何一点变化，都会关系到竖管和龙头的配合问题。越野骑士会偏好「长龙头竖管／短上管」的搭配，上半身就会伸展出去，和前轴协调一致了，也就像骑跑车一样的姿势。长龙头竖管／短上管的组合让前轮维持直线转动，当你用力向下踩时，完全不顾远方视野只看在龙头前方近处，要看远一点，脖子会抬得酸。这种「跑车骑姿」的车架上管和龙头的组合搭配，侵蚀了自行车的过弯(corning)及技术操控(technical handling)性能，但XC(越野)比赛通常胜败的关键在爬坡，而不是平路冲刺及下坡技巧，这不是什么秘密了。一般人还是喜欢这样的零件搭配、跑车骑姿，以为这样可以飙得比较快！
　　如果你要求下坡性能，freerider和DH选手则会采用较「长的上管及短龙头」的组合，刚好和越野选手相反。这种车子骑平路，踩踏和手把操控起来，感觉很别扭，就像醉酒一样，车头好像会歪七扭八。可是当车子箭头直指陡降坡时，它就蜕变成了出闸猛虎，车子和骑士的重心即刻后移。长上管／短龙头的标准 freerider/DH骑乘组合，让骑士坐落在车子较后半部的位置，他的体重、重心在两轮之间产生较正面的助益，但这只有下坡时才成立。
　　上管长度须知
　　事实上，龙头和上管是各自独立的，其影响的骑乘感也是各有不同的。对越野和林道骑行的爱好者而言，应该挑那种可以让你搭配100mm到125mm长的龙头的上管。这样的组合才是讲究爬坡效率和下坡操控性及高技巧要求的最佳折衷点。
　后下叉 Chain stays
　　正确的后下叉长度，是指BB和后轮轴心之间的水平距离。全避震车的后三角转臂代替了后下叉的功能。大部分的车架制造者，量后下叉长度都是沿着后下叉的中间线，如此一来，因为钩爪有角度，会比正确长度多出八分之一英寸左右。
　　适用于一般林道骑乘的全避震车多半有较斜的头管角度，以增加高速稳定度及前后避震作用的平衡
　　后下叉的作用
　　后下叉长度决定了骑士的体重有多少落于后轮。后下叉愈短，就会有愈大比例的体重传递到后轮去，不管你是站着或坐着骑都一样。短车身后部(rear end)的明显好处是具有更好的爬坡时的贴地及循迹性。而后下叉较少为人所知的方面是，其实它也会影响过弯性能。较长的后下叉可以平衡前后两轮是贴地或滑动；较短的后下叉则会让前轮过弯时滑动，除非骑士重心前移，故意用体重去镇压住前轮。后下叉规格的「魔术数字」是：越野前避震车约16.75英寸，而全避震的越野车是17英寸最适合。
　　后下叉的影响
　　后下叉长度、车架尺寸和座管角度是焦不离孟、孟不离焦的连体婴。改变座管角度，会改变一个骑士座姿骑车的重心分布。向后倾的座管把高个子骑士原本会偏向前轮的重量往后带了。在这个情形下，后下叉长度必须调整到正确的重心位置。起身骑车时，座管角度就影响不了后轮的贴地循迹性─只有后下叉长度还有作用。最好的设计师会取舍后下叉长度及座管角度两者的均衡配合，让不管坐或立姿爬坡的循迹贴地性都可以持续维持。
　　在后避震出现之前，一个顶尖的爬坡高手和软脚虾的差别，可能就差在后下叉长度这四分之一英寸之间。避震车可以使用长一点的后叉(stay)，因为座管角度后仰到一个较低的位置，可以在爬坡时让后避震器自然而然地压缩。
　　后下叉长度须知
　　又被称为链支叉的后下叉长度上一点小小的差别，对登山车的操控性有大大的影响，愈是挺直的座管，愈需要短一点的后叉。
BB高度
　　指地面到BB轴/曲柄轴中心点的垂直高度，它决定了曲柄回旋至最下端，指着「六点半」方向时，脚踏和地面的间距大小。
　　BB高度的作用
　　BB高度的最主要功用，就在于和地面保持适当的距离。也就是说曲柄轴必须够高，在你强行通过布满岩石及树根的车道时，「齿盘」和曲柄／脚踏才不会去撞到。BB低的车子，缺少了有效过弯的空间性，当你要加速踩踏，从弯道奔向直路时，脚踏还可能划到地面。
　　BB高度也决定了整台车子的高度多高。因为骑车人的腿长腿短差别很大，BB高度的上升、下降都会动到座垫的高度，在大部分情形下，也会牵连了车架上管的高度。同样的道理，BB高度也决定、关系着整台车子的重心。当你猛力刹车或是上下陡坡时，重心高的车子会夸大化体重在前后两个轮子间的分配比例。降低BB呢，重心降低，前轮在刹车时，车身前端比较不会下沈，爬陡坡时比较不会有翘前轮的情形，同时骑过起伏不平的路面时，轮子可以更早地转动。
　　三角形的秘密：自行车操控最主要的秘诀就是抓出重心位置，以前后轴心与虚拟的重心位置所假想出的三角型，其三角型底部愈大，自行车的骑乘感愈稳定，而骑士可随着骑乘姿势的不同，不断移动重心位置，以符合所需。
　　BB高度的影响
　　BB高度许配给轴距长度了，两者间有着亲密关系。前后轴距愈长，BB就可以做得愈高，而不会造成车子骑过崎岖路面，一路弹跳个不停，像只未驯服的野牛。相反的，降低短轴组合的车架的BB高度，车子骑起来才平顺。
　　至于前后避震车则需要比一般车子高一些的BB高度。因为人坐上全避震车，体重会让避震前叉及后避震同时压缩，也就是所谓的“SAG＂，压缩行程愈多，BB就愈接近地面，如此一来，会坏了登山车的操控性。大部分的设计师同意：最完美的妥协下的BB高度，全避震车是在12.5到13.5英寸之间；前避震车则在 11.5到12.5之间。
　　下坡车的BB高度差别就比较大，从12.5到15英寸之间。同样的基本原则也可以用于无视地心引力，挑战飞跃高度及落差的自行车小飞侠。但是，BB高度太低(low-slung designs)，上了赛道，在某些关卡、地形状况下，你会没办法踩踏，即便你装了个165mm的短曲柄，因为脚踏和车架底部可能会刮到地面或撞到障碍物；而高BB的下坡车必须搭配长轴距，才不会有上述的车子跳动的问题。
　　BB高度须知
　　越野全避震车一族最佳的BB高度介于12.5到13.5英寸之间；前避震车最喜欢12英寸的BB高度。BB高度愈高，轴距也必须愈长，车子骑起来才会平顺、平稳。
总轮距
　　也就是前后两个轮轴之间的距离。
　　注重爬坡的XC车款，其座管角度及头管角度较直，以配合车手把陡坡时移的重心，避免前轮在上坡时举起。
　　总轮距的作用
　　长轴距的车子骑过颠簸地形时，比较平顺、稳定，猛力刹车及爬陡坡时，重心的转移、变化较不明显，影响力就小了。高高地坐在车子上的骑士，整个重量的80%压在车子上。举例来说，一个坐着骑车的登山车骑士，他的重心会落在座垫鼻端上方大约2英寸的地方；如果他站起身来骑车，体重都由脚踏去承受，会有效地降低重心高度，介于座垫和BB之间。如果轴距太短的话，在你用力把前刹车压到底或前轮撞到大石头时，车子会很不稳定；而且爬坡时，前轮会翘孤轮。轴距太长，车子的操控性会变得迟钝，你必须时常改变骑姿来维持循迹贴地性，或着拉抬前轮来跨越障碍。广为接受的轴距标准规格是，越野自行车约42英寸加减半寸左右。
　　总轮距的影响
　　在重心及两个轮轴间连线，画一个想像的三角形，我们就能轻易地看出：轴距愈长，三角形底边就愈长，和重心高度配合起来，整个三角形的比例就愈稳固。藉此，你也就愈能容易了解长轴距之所以需要较短后下叉及高一点的BB，以便有足够的重心移转到后轮去，来增加爬坡的循迹贴地性。
　　轴距的长度也和车架尺寸息息相关。大尺寸的车子，轴距自然比较长，小尺码的车架，轴距就短。高个子的骑士骑轴距短的小车子没关系，因为他们可以比小个子更不受车架限制、有效率地变换姿势，来增加骑崎岖路面的稳定性。
　　总轮距须知
　　长轴距的车子骑起来比较平稳，但转弯会比较慢、比较迟顿(回转半径长)。骑车当中的身体重心的移动，也比较不会影响车子的操控性；短轴距的车子比较灵敏，但骑到颠簸路面，就比较能感受到颠簸。轮距的魔术数字大约是42 英寸。
　　总轮距的神奇之处由于上管维持相对的尺寸，在移动座管角度的情况之下，总轮距长度也跟着变化，也影响到重心分配的问题。

车头/头管角度
　　指两个东西─车架头管的角度及「前叉轴」(fork axle)的角度。车头角度决定了车子的操控灵活度，及它与生俱来的稳定性。
　　车头/头管角度的作用
　　头管角度决定了前轮的转动，实际上到底给了多少下压力量带动车子头管、再带动整台车子前进。车头角度愈小，你必须出力愈出力转车把，前轮才会左右转动。直挺的车头角度(72°)，感觉起来会比较灵敏，而且车把转起来感觉会比较轻，左右转动比较简单省力。但这样也会导致车子高速中，操控几何的反应太快，增加了轮子左右摆动的不稳定性。低一点的车头角度(70°)，车把转起来比较重，但龙头的左右转控比较可预期，高速骑乘比较好操控。
　　越野选手偏好介于72°到71°之间的挺直的车头角度，因为挺直一点的角度下拉抬车把／车头跨过颠簸，愈是立姿骑行时加速，比较不会受到侧向力量的影响(灵活)。林道一族及freeride一族，特爱介于70.5°到69°之间的低角度的头角，因为这样他们有更多骑乘中临场反应时间，及下坡俯冲时更好、更稳的操控性。
　　因为重心在整个操控几何扮演了极重要的机制，爬坡及下坡会改变车头角度的影响力。车头角度加大(upgrade)，会让车头的动作变慢，也就是转起来比较重、比较迟钝。相反的，角度改小(down-grade)，车头会比较挺，也就比较不稳定。
　　而车头角度也在车子的「自我校正」的功能(ability to self-correct)及「维持平衡不倒」(maintain its own balance)扮演重要的角色。下坡时，事实上地面的斜度把车头角度「调整」得更为直挺，比如说，71°的头管原本那向后倾的19°角被地面斜度所中和了，在同样的情形下，69°的头角还是能够自我校正，迎合你稳定操控车子的努力，下坡车的头角大致上是65°到68°之间，以维系操控性要素的功能发挥。
　　当前轮角度离开自行车循迹路线时，头管转轴与接触点的夹角可轻易的控制转动前轮，Trail的功能就是迫使前轮遵循着头管转轴转动。
　　车头/头管角度的影响
　　车头角度和前叉的offset一起形成了一种叫做「trail」的评量/度量单位。Trail愈大愈长，车子愈能够直直的、平稳的往前跑的前进力量愈大。(理论上和实际上，我们牵来一台自行车，在平路上往前推，让车子自己跑，它是「不会倒」的。trail愈小，骑车前进的感觉会比较轻盈下压(磨擦力小)，前轮的转动也比较灵巧。小车头角度可以让短尺寸组合的车架感觉起来较稳定，而长轴距设计的车子，可以藉较直挺的头角，让它的转动速度较迅捷。
　　车头角度也改变、左右了避震前叉面对撞击、弹跳的反应性。直挺的车头角度让前叉滑动的方向更垂直，前叉对小撞击和低速时的避震会更灵敏；低一点的车头角度，在猛力刹车时，比较不会有车头下沉情形，对付大冲击的能力会比较好─但牺牲了低速时的灵敏度。
　　前避震车配直挺的车头角度较好；前后避震车通常用比较低一点的头管角度，如越野车款大约用70°，愈直挺的角度让全避震车在刹车及起身立姿骑车时，像只脱缰野马。
　　车头角度须知
　　71°是最受欢迎的车头角度，因为这个角度让车子爬坡时，车头旋转的感觉比较轻灵。缩小个一两度，可以让全避震车在猛力重踩及刹车时稳如泰山。角度的高低影响着车子的操控几何 (steering geometry)。
　　当前轮角度离开自行车循迹路线时，头管转轴与接触点的夹角可轻易的控制转动前轮，Trail的功能就是迫使前轮遵循着头管转轴转动。

前叉的offset及Trail
　　这是有关操控几何方面，一般人最陌生、了解最少的部分了(一般的整车的型录，甚至有一些没有列这两项数据)，而且这两者是密不可分的。所谓的前叉offset是指前叉轴和前叉立管/头管两条虚拟切线的距离，你延着车头管中心点，顺着车头角度划一条切线而下，前轮轴(操控轴)并不在这条操控转轴联机，却是在前面一点的地方。如果你顺着头管中心画切线和地面的交叉点做记号Ａ，然后再以前轮轴往地面划一条垂直线，得到另一个交叉点Ｂ，这个Ｂ点正好就是轮胎和地面的接触点，ＡＢ两点的距离就是 trail。
　　Trail的作用
　　因为外胎接触地面的点，是在车头操控转轴的「后方」，也就是“trailing＂尾随着头管角度(trailing the head tube)。任何时刻车轮角度远离车子前进的方向，trail会强迫、引导前轮跟着转轴的方向跑。trail愈长，车子的「自我校正」方向的作用愈好。
　　前叉的offset的多寡，左右了trail的多寡：offset愈大， trail愈小。第二方面，也更重要的是，前叉的offset对车子的操控性也扮演举足轻重的角色。因为轮子的重量及大部分的前叉重量是offset在前轮轴的上方和前方的，当你骑车侧斜车身准备转弯，轮重和前叉重反而是掉到这个斜度里面来了。前叉及轮子重量对应off set的反应作用，是你打斜车子时，可以进弯的主要原因。而 trail就是引导车子进弯后又能恢复直线进行的关键。
　　一般MTB前叉制造商做约1.25英寸的offset，也因此，车架设计师就被限制在71°到69°的车头角度之内，努力地求取这两种相反力量的平衡，保持车子操控时车把处的轻盈感，而且不牺牲稳定性。
　　Offset/Trail 须知
　　Trail让前轮直直地直线地前进，而前叉的offset事关车子/车头的转动、操控灵活度，两者相权的最佳平衡、折衷点是71°~70°的头管角。