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當(dāng)廠家在推出新的自行車型號時，通常都會反復(fù)強(qiáng)調(diào)新款車型的剛性、重量、舒適度或空氣動力學(xué)性能得到提升。在這些參數(shù)中，剛性是最受重視的，這是使一臺自行車在力學(xué)傳遞上盡可能高效的關(guān)鍵因素。但是，在剛性這個籠統(tǒng)的概念下隱藏著眾多的細(xì)節(jié)。

在廠家為了賣貨提到的一堆賣點(diǎn)中，總是出現(xiàn)“增加剛性”，這其實(shí)是一個許多人談?wù)摰�很少有人理解真正含義的參數(shù)。然而，就像自行車的重量一樣，許多人都高估了剛性增加的作用，剛性也不一定是越強(qiáng)越好。

什么是剛性

在開始分析該參數(shù)的含義之前，首先要做的是闡明什么是剛性。根據(jù)工程學(xué)中常用的定義，剛性是結(jié)構(gòu)元件（對自行車來說是車架）抵抗因施加外力而引起的形變的能力。

這就是為什么當(dāng)我們談?wù)搫傂詴r，大多數(shù)人會立即想到我們施加在踏板上的力，以及每次踩踏時車架側(cè)向變形的程度。

然而，這只是影響車架的力之一，其他力，例如過彎時離心力的影響，對路面凸起的反應(yīng)，以及道路上遇到的其他不規(guī)則路面沖擊，往往都沒有被大家考慮在其中。

開發(fā)自行車的工程師必須考慮到所有這些方面，從而實(shí)現(xiàn)不僅能給車提供極強(qiáng)的剛性輸出，還能提供正確的沖擊吸收能力，同時使整車盡可能的輕。

因此，在談?wù)撥嚰艿膭傂詴r，我們必須在車架的不同區(qū)域評估它，這樣你會發(fā)現(xiàn)這個參數(shù)是一處比一處有意思。

簡單來說，實(shí)現(xiàn)盡可能高的剛性不是問題。只需堆料即可，特別是原材料的抗拉伸強(qiáng)度夠大，就可以獲得更堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)。除了材料外，管材的橫截面也很重要。橫截面越大，剛性越大。但副作用就是重量必然也會增加。

碳纖維的排列當(dāng)然也是非常重要的。目前主流方式依靠對單向纖維的不同排布，單項(xiàng)纖維的特點(diǎn)是在纖維排列方向上剛性高，但在垂直于纖維的方向上剛性很小。這使工程師有可能根據(jù)每塊纖維布的定位方式在車架的不同區(qū)域?qū)崿F(xiàn)對應(yīng)用途。

想要做到完美搭配，需要進(jìn)行非常復(fù)雜的計算工作，幸運(yùn)的是，21世紀(jì)的工程師們主要通過使用有限元分析軟件（FEA）在高性能計算機(jī)上完成，工程師們可以使用該軟件生成數(shù)百個虛擬車架并模擬它們對施加不同力的響應(yīng)情況。

車架設(shè)計目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)平衡，并僅在需要剛性的地方增加剛性。為此，我們在自行車車架中定義了幾種類型的剛性。

硬朗踩踏——側(cè)向剛性

首先，我們通常考慮最多的一個指標(biāo)是側(cè)向剛性，廠家在他們的實(shí)驗(yàn)室中通過在五通上施加負(fù)載以模擬踩踏施加的力來測量該參數(shù)。這個剛性主要測量的是每次我們的腿踩下曲柄時五通區(qū)域形變的程度，有趣的是側(cè)向剛性一定是越高越好，因?yàn)橥ㄟ^最小化橫向位移，可以使我們產(chǎn)生的矢量力成為向后輪傳遞的最大力。

此外，后三角也必須足夠硬，以免在鏈條將力傳遞到后部時產(chǎn)生形變。

這是我們這些自行車評測者試圖評估一臺車急加速難易程度的參數(shù)，這一性能尤其受到爬坡車手和沖刺車手的重視，他們要求自行車在發(fā)動進(jìn)攻或面臨大集團(tuán)沖刺時依舊能保持全力輸出。然而，在巡航速度下，可以說市面上的大部分車架都有非常高的踩踏效率，因?yàn)楣β实妮敵龈�加平穩(wěn)且跟我們這些普通愛好者的輸出差距不大。

為了實(shí)現(xiàn)高五通側(cè)向剛性這一目標(biāo)，廠家一直致力于選擇更寬的五通和30 mm的曲柄組。后下叉往往也是非常粗壯的，尤其是在它們的側(cè)面，不過為了不影響后輪的兼容性也不會太過火。五通和后下叉往往都會使用不對稱設(shè)計，以平衡對驅(qū)動側(cè)和非驅(qū)動側(cè)產(chǎn)生的不同力的響應(yīng)。此外不同的碳布排列也會將該效果盡可能最大化。

精準(zhǔn)操控——扭轉(zhuǎn)剛性

一個更加重要但很少被提及的參數(shù)是扭轉(zhuǎn)剛性。這定義了車架在不同力下的扭曲程度。這種扭轉(zhuǎn)會影響前后車輪的對齊，因此對自行車的操控性有明顯影響，尤其是在過彎時。

高速過彎時，自行車向過彎線路內(nèi)側(cè)施加向心力，從而產(chǎn)生離心力，離心力會讓我們有向線路外運(yùn)動的趨勢。由于前叉和后三角形的結(jié)構(gòu)差異，前后車輪受到的力并不相通，因此會導(dǎo)致車輪會在移動線路上產(chǎn)生一定的錯位。

對騎乘者來說，我們會將此描述為操控不精準(zhǔn)。大概就是，當(dāng)騎乘者像使用畫筆一樣在彎道畫出一道行車線時，自行車給你的反饋并不像你希望的那樣緊致。相反，當(dāng)一臺車在這個參數(shù)上表現(xiàn)出色時，不僅很容易畫出曲線，而且只需簡單的動作，就可以將車指向彎心，并且在切過彎心后以一個十分均勻的漸進(jìn)性逐漸回正你的縱向壓彎角度，并且在過彎行車線中突然改變車頭方向的反應(yīng)也會更快，總的來說就是整個過彎的操控都會變得輕快直接，并不會有那些剛性較差車型的遲鈍感。

為了防止車架容易扭曲，廠家通常會對叉身進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，并且使用更大尺寸的舵管，事實(shí)上，碗組軸承逐年增大，已經(jīng)從傳統(tǒng)的1英寸發(fā)展到現(xiàn)在經(jīng)常在下碗出現(xiàn)的1.5英寸軸承。這也是自行車的下管通常截面最寬大的原因，因?yàn)樗�是車架結(jié)構(gòu)的主要支撐部分。

但還有另一個方面需要考慮。那就是側(cè)向剛性和扭轉(zhuǎn)剛性必須相互平衡，才能使車架在不做出任何妥協(xié)的情況下發(fā)揮最佳性能。另一方面，當(dāng)路面狀況并不完美時，前后軸上過強(qiáng)的側(cè)向剛性會使自行車難以騎行，因?yàn)樗鼤�在每次路面沖擊后都產(chǎn)生反彈。所以要考慮的方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止這些。

平順前行——垂直剛性

如果對前面的幾點(diǎn)的目標(biāo)都是是實(shí)現(xiàn)盡可能強(qiáng)的剛性，那么，在垂直平面中，則恰恰相反：要有一定的剛性，以免引起彈跳效應(yīng)，但同時，又要有足夠的形變能力來化解路面的不規(guī)則性。

這是一個非常難以調(diào)整的參數(shù)，因?yàn)樗�受騎手體重的影響，而自行車的設(shè)計要考慮到各種不同類型的車手。當(dāng)然，目前我們已經(jīng)可以通過對車手的大數(shù)據(jù)分析，來推斷出使用某個尺碼車手的平均身材，從而使工程師能夠更準(zhǔn)確地調(diào)整這個參數(shù)。

通常來講，與側(cè)向剛性一樣，車架管型的截面以及碳布的排列對垂直剛性都會有比較明顯的影響，而對垂直剛性的調(diào)教，也力求在不影響側(cè)向剛性的情況下，實(shí)現(xiàn)吸振能力與傳力效率的完美平衡。

垂直剛性通常會對空氣動力學(xué)產(chǎn)生影響，因?yàn)闅鈩庸苄蜁�增大管型的垂直截面，總而增加垂直剛性，并在水平截面上變小，會影響�?cè)向剛性，這與車架所尋求的完全相反。

解決這一難題的方法通常依靠截背型的虛擬尾翼管型以及增加管型的水平截面積，但是，這不僅對重量有影響，也會對空氣動力學(xué)性能有影響。

如果自行車太硬或太軟怎么辦？

正如我們在開始時所說，如果剛性的絕對值非常重要的話，使用現(xiàn)代材料讓自行車無比堅(jiān)硬是一件非常簡單的事情。然而，我們很少有人能夠在這樣的車上堅(jiān)持一個多小時，不僅因?yàn)槁访孀兓瘯�很快震碎我們的手臂和背部，還因?yàn)閷θ魏挝⑿〔僮鞯姆磻?yīng)過快，迫使我們時刻保持緊張。

其實(shí)，在歷史上的某個特定時期，我們曾經(jīng)擁有過這樣的車，盡管他們在你第一腳踩踏尤其是加速時會感覺無比美妙，但很快就會發(fā)現(xiàn)，這樣的車在現(xiàn)實(shí)世界并不實(shí)用，隨著公里數(shù)的流逝，他對我們的傷害遠(yuǎn)大于增益，或是在每個下坡的彎道上，他除了能給我們過強(qiáng)的過彎信心之外，并沒有什么正面反饋。相信大家都還記得21世紀(jì)初盛行的全鋁合金競賽車型吧，那些都是真正的“兩個輪子一根桿，沒啥別的就是干”。

而另一個極端是，我們曾經(jīng)將他們視為“棉花車”的車型。大概就是那種需要持續(xù)不斷高強(qiáng)度輸出才能維持續(xù)航速度的車，并且你會覺得你超過一半的功率都化為烏有，更不用說，當(dāng)你加速時老年人一樣的響應(yīng)了。

這樣的車也會喚醒人們在過彎走線時的噩夢回憶，相信擁有中端鋼架公路車的車手們都能懂我的意思，雖然這樣的車我們可以稱之為“造型優(yōu)雅，質(zhì)感豪華”，但懂得都懂。

經(jīng)過以上的介紹，我們大概知道了在大多數(shù)情況下，更高的剛性一定會更受歡迎，但一定要是在車架每個區(qū)域進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)測試，并最終將各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)成完美平衡。總而言之，多年來車架的總體剛性明顯增加，在最新一代車型上，你可能只需要踩幾腳，而在一臺可能是十年前的同款車型上可能就需要多踩很多腳。通過這樣的對比，你就能非常直觀的感受到車架設(shè)計知識的發(fā)展，設(shè)計工具的豐富，材料素質(zhì)的進(jìn)步對自行車性能的巨大影響。

責(zé)編：huiz