问题

为什么自行车前轮大后轮小的设计被淘汰了?

回答
你这个问题问得很有意思,因为实际上,在某些特定类型的自行车设计中,“前大后小”这种配置并没有被完全“淘汰”,反而还在特定领域发挥着独特的作用。不过,我们通常意义上讨论的公路自行车、山地自行车、城市通勤车等主流车型,确实已经很少见到这种设计了。那么,为什么这种看似有点怪异的设计会逐渐淡出大众视野,而主流自行车又普遍采用前后轮尺寸一致的设计呢?这背后其实涉及到几个关键的工程学和骑行体验方面的考量。

咱们不妨从头说起,先捋一捋为什么会有人想出“前大后小”这个设计,以及它当时的优点,然后再看看它为什么会被主流抛弃。

“前大后小”的设计,最初是怎么来的?

“前大后小”的设计,最经典的代表就是我们熟知的“老古董”——高轮车(Pennyfarthing,又称巨轮自行车或者するのが维多利亚时代的标志性发明)。这种自行车在19世纪末期非常流行,它的设计是这样的:前面有一个巨大无比的轮子,后面跟着一个很小的辅助轮。

那么,为什么他们会这么设计呢?主要有这么几个原因:

1. 速度的追求: 在那个年代,自行车还没有链条传动装置,也没有现代的变速系统。车轮的转速直接决定了骑行的速度。高轮车的前轮是直接与踏板相连的(曲柄直接安装在前轴上)。这意味着,前轮转一圈,你踩一圈踏板,自行车就前进一圈。前轮越大,轮子滚动一周前进的距离就越远。所以,为了追求更高的速度,人们就造出了前轮直径越来越大的自行车。那个小小的后轮,其实更多的是起到一个平衡和支撑的作用,防止你一头栽下去。

2. 有限的传动技术: 链条传动技术在那时还没普及,或者说还不成熟到可以有效地进行齿比的放大。没有链条,你就无法通过前后齿盘的大小来改变传动比。想要更快,唯一的办法就是把轮子做大。

3. 舒适性(相对而言): 你可能会想,这么高,得多颠簸啊?但别忘了,当时的道路大多是泥土路、石子路,情况并不比现在好多少。一个更大的轮子,理论上来说,确实能够更好地“吞噬”路面上的坑洼和小障碍物,提供相对平稳的骑行感觉。小轮子会更容易卡在缝隙里,或者被凸起绊住。

为什么这种设计被主流淘汰了?

虽然高轮车有其时代的意义和追求速度的特点,但它的缺点也是非常明显的,并且随着技术的发展,这些缺点变得无法容忍:

1. 极高的危险性:
摔车的风险: 这是最致命的缺点。骑高轮车,你的重心非常高。一旦前轮遇到一个稍微大一点的障碍物(比如一块石头、一个树根),车轮瞬间停止转动,而你的身体因为惯性会继续向前猛冲,这叫做“翻前冲”(Header)。你会被直接“甩”出去,脸朝下摔在地上,场面十分壮观(也十分危险)。想想从一个成年人那么高的地方直接栽下去,是什么概念。
上下车的难度: 前轮太高,上来和下去都非常困难,需要一定的技巧和力量。这对于普通人来说,门槛太高了。

2. 操控性差:
重心过高: 身体重心高,使得车辆在转弯时非常不稳定,容易侧翻。
转向不灵活: 由于前轮巨大,转向半径也相应变大,在狭窄的空间里非常不方便。

3. 舒适性问题(实际骑行中):
震动传递: 虽然大轮子能压过小障碍,但路面的细小颠簸依然会通过车架直接传递到骑行者身上。而且,由于车架结构(通常是细长的管子),减震效果并不理想。
骑行姿势: 为了踩到踏板,骑行者必须高高地坐在前轮上方,这个姿势对于长时间骑行来说,并不舒适,也容易疲劳。

4. 效率问题(尽管追求速度):
空气阻力: 高大的车身带来了更大的迎风面积,空气阻力会显著增加,尤其是在有风的环境下,会消耗骑行者更多的体力。
体重和材料限制: 在那个年代,制造一个足够坚固又相对轻便的大轮子是一项挑战。过重的轮子会增加骑行负担。

现代自行车为什么普遍采用前后轮尺寸一致的设计?

随着自行车技术的飞速发展,特别是链条传动系统的成熟以及新材料的应用,当初促使“前大后小”出现的几个核心问题,都被更优化的解决方案所取代了:

1. 链条传动的威力: 链条传动(以及后来的变速器)彻底解决了速度和踏频的问题。通过调整前后齿盘的齿数,我们可以在保持较小的轮径的同时,实现更高的速度和更轻松的爬坡。这意味着,不再需要巨大的前轮来获得速度。

2. 操控性和安全性的飞跃:
降低重心: 现代自行车普遍采用前后轮尺寸一致的设计,并将骑行者的重心降低,这大大提高了车辆的稳定性和操控性。转弯更稳定,紧急制动反应更迅速,不容易发生侧翻。
刹车系统的进步: 无论是V刹、碟刹还是其他刹车技术,其制动力和控制精度都远超早期自行车,能够更有效地控制速度,也降低了因为刹车不当导致摔车的风险。
轮胎技术的革新: 现代轮胎的设计考虑了抓地力、减震性和滚动阻力等多种因素。即使是中小尺寸的轮子,配合优化的轮胎,也能提供出色的抓地力和一定的舒适性。

3. 效率的优化:
更合理的传动比: 链条传动允许骑行者根据路况选择最合适的齿比,保持较高的效率。
空气动力学设计: 现代自行车在车架、轮组乃至骑行姿势上都进行了大量的空气动力学优化,以减少风阻,提高骑行效率。

4. 通用性和标准化: 前后轮尺寸一致的设计,也带来了更高的通用性和标准化。例如,更换轮胎、内胎或进行维修时,操作会更简便。

当然,“前大后小”的设计并非完全消失,只是走向了小众或特定领域:

复古收藏和表演: 很多收藏家会保留和修复老式高轮车,作为一种历史的象征或用于特殊的表演活动。
某些特技表演: 偶尔会看到一些特技演员使用经过改良的“前大后小”自行车进行表演,但那通常是对车辆进行了大量的减重和强化,并且骑行者本身也经过了极其严格的训练。

总结一下:

之所以我们现在看不到像高轮车那样“前大后小”设计的自行车成为主流,主要是因为随着技术的发展,链条传动解决了速度瓶颈,更好的刹车和操控系统大幅提升了安全性和骑行体验,而降低重心、优化空气动力学等设计则带来了更高的整体效率和舒适性。 现代自行车的设计更注重在安全、操控、效率和舒适性之间找到一个最佳的平衡点,而“前大后小”的设计,在满足这些现代标准方面存在固有的局限性,因此被更优化的前后轮尺寸一致的设计所取代,成为了历史的印记。

网友意见

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