圖說  好書  第一本自行車的科學解析

書籍資訊
第一本自行車的科學解析
作者  藤井德明
本田技術研究所工程師
三悅文化出版

關於輪組,車友Vanden和Mjolnyr,
寫過很多文章讓我拜讀。
我寫不出這樣的文章,他們太利害了。
然後有一些車友很會算數學,
作公式推導 ,我也不會。
可是我有看書,
前一陣子看了第一本自行車的科學解析
分享一下讀書心得。

本書作者,是一個騎自行車40年的資深車友,
加上他是本田汽車工程師,講起科學理論更有說服力。
下面的內容,
都是經過數學and物理的計算,推導出的結論。
我僅列出結論,要看算式,請自己去看書。
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Mjolnyr在Ptt BICYCLE板發表的"選擇公路車輪組的基礎思維",
清楚表示公路車選輪組的重點。
(文章請見
http://mjolnyr.blogspot.com/2009/05/blog-post.html  )

1. 重量
2. 結構剛性
3. 空氣力學
4. 軸承

除了第4點,與"框高"無關的部分,每一樣都和"框高"有關係。
然後"軸承花鼓"轉動不順暢,一定是爛輪子。
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結合"第一本自行車的科學解析"書中內容,我有下列心得。
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"重量"其實差距不會比"風阻"大,
輕1kg,可以減少不到1min。(以作者提出的例子)
作者提出的例子,以同一個人來說,爬一座山花一個小時。
若車子少1kg,時間還少不到1分鐘。

大家都說輪子偷輕比較有效果,到底多有效果呢?

旋轉部分的重量減輕,
減少1g,對整體重量(騎士+車子)來說,大概是減輕1.3g~1.6g。

外胎來說,減少1g,大概是減輕1.6g。
(外胎是輪組最外圍的部分,減輕效果最大)
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結構剛性,書中著墨甚少。

以我自己的瞭解,拉高"框高",
幅條長度(鋼絲)可以用短,這樣有助剛性提升。

高框輪圈,雖略重於低框輪圈。
但切開輪框,單看輪框的橫切面。
高框的截面積比較大,
若製作與設計時,好好的補強結構,
或許可以有效提升輪框結構剛性。
(但要是偷輕,就不會強壯到哪邊去。
輪框結構好不好,老師父編輪,張力一拉上去就知道)
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以"空氣力學"來說

書中對於影響自行車"行進的阻力",有很多敘述。
時速15km/hr,輪胎滾動阻力,和空氣阻力相當。
一般單車要超過這個速度太容易,輪胎滾動阻力影響不大。

而到時速30km/hr,空氣阻力消耗能量就佔了76%。

經過作者很多公式推導,有以下3個結論。

1.自行車行進阻力,大部分都是空氣阻力。
2.空氣阻力與速度的"平方"成正比。
3.騎乘所需的動力,與速度的"立方"成正比。

騎越快,風阻越大。

零件重量,是最容易瞭解零件的數據。
重量最大的影響是在爬坡,且一小時的爬坡影響不到1分鐘。
那不如去減低風阻。

騎車時的風阻,人體佔其中70%~80%
書中還做了"穿著各種衣服",騎士能量的消耗。
大家多注意自己的姿勢,就可以減低風阻,不用花大錢。

輪子(輪組與外胎)的風阻,約佔13%。
這是騎車中,風阻影響的第二名,也是器材的第一名
換好的輪子,風阻較低。
減輕的重量又是會"旋轉"的,效果更好

而當幅條(鋼絲)在輪子轉動時,風阻也很大。  
(高框  縮短幅條  減少幅條數量)
扁鋼絲and圓鋼絲,效果差蠻大的。
圓形截面的風阻很大,
是使用翼型(流線型)的截面幾乎少了10倍。
(這只是單指二種形狀的試驗,
並非圓鋼絲and扁鋼絲的比較。)

高框,還可以縮短幅條長度(鋼絲長度)。
且較好的結構強度,
還可以減少幅條數量(鋼絲數量)。  (比較低框輪組)

高框輪組的優點
1.框的空氣力學好
2.框的結構佳
3.可以減少幅條數量(鋼絲數量)  (因為結構好)
4.可以縮短幅條長度(鋼絲長度)

缺點,就是重了點。
不過重量的差距比起風阻,風阻的效果比較大。
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去年2009年,用了2組低框的好輪組。
Campy 海波浪HYPERON,Shimano WH-7850-C24-TU。

Campy 海波浪HYPERON
http://www.colmax.com.tw/campagnolo_product.html
框  高 前21mm  後23mm
框  寬 20.5 mm
鋼絲數 前22  後24
重  量 1260g

SHIMANO Dura-Ace WH-7850-C24-TU
http://www.sunstar-tw.com/biking/brands/shimano/wheels/wheels_road.html
框  高 前28mm  後24mm
框  寬 20.8mm
鋼絲數 前16  後20
重  量 1260g

德國雜誌評比
http://www.rouesartisanales.com/article-15505311.html
很明顯,WH-7850-C24-TU,風阻比較佔優勢。
仔細研究了一下,WH-7850-C24-TU剛絲數少,框高也高一些。
風阻,果然是有比較低。

然後我比較了一些輪框的寬度,風阻低的框,框寬大概都在19mm左右。
像上面2組低框,寬度都在20mm。
為了減低風組,輪框做窄一點,也是很合乎常理。
很多車友都說,外胎可以換窄一點的20C,這樣也可以減低風阻。
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然後和車友聊天時,
車友ohmylife表示,這樣是不是表示高框就無敵了勒??
我還是認為東西要"看人用","看場合"用。

ex.台灣公路車比賽
每一次終點都變成登山計時賽,
只有一開賽在衝,中間都在打混休息。
對於有實力上台的車友,我會建議他拿低框去比。
反正一開賽撐過去,
終點比登山計時,用低框重量輕比較快。
集團騎車,風阻不是問題。

ex.自己騎車
反正沒壓力,爬山誰常常在計時??
用風阻低的輪組,平路好騎又輕鬆。

ex.像我這種半調子的公路車騎士
出門每個都比我利害,平路不小心還會被海放。
不用框高的低風阻輪組,輪車太辛苦了。
上山一定被放生,用中框,比較不用讓別人等。

ex.超利害選手
只要你上坡可以超過20km/hr,風阻就變成很大的影響。
像環法,沒人在用"沒框高"的輪組,
反正體力太好可以克服重量的影響,風阻比較重要。

買輪組,還是要看自己的需求與目的。
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設定自己騎的速度,
平路要騎到35km/hr~40km/hr,還是買中框以上。
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然後又和車友聊天時,
車友skyman表示,板輪不見得一定不適合爬坡。
我的看法是這樣.......

板輪不見得一定不適合爬坡?!
前提是,這東西也不能太重,拖垮自己
車神們當然沒差,重量對他們源源不絕的體力來說,影響很小。
爬坡速度超過20km/hr,風阻影響很大,比重量還大。

像我爬太平山,2小時多一點點完賽。
時速15km/hr左右,風阻對我影響很小,
用輕量化輪子對我比較輕鬆。
王胤之都是時速20km/hr在跑,他那個板輪風組低,對他比較幫助。
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那反過來說......
低框輪組也不一定不適合維持速度?

車友TCRonce,
對低框CAMPY HYPERON的評價是"百依百順",
面對北部起伏的丘陵地形,
加速反應快,可以很快帶到自己想要的速度。
面對起伏不定的地形,低框可以維持速度。
但面對需要"穩定高輸出"的平路,我的看法還是風阻影響比較大。
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也有遇過一些車友,質疑"空氣動力之說"。
減低風阻的空氣力學,是真的很有效。
一般凡人很難感受,
若是你鬼哭神號般的利害.....減低風阻真的就屌了。
(可是我是凡人.......XD)

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