公路車板輪__慣性與框高的觀念匯整

秋水 · 2008-12-26T14:43:10+08:00

在網路上長期拜讀眾多高手的心血智慧，慢慢的對碳纖板輪有概念；有時看別人的發言會發現似乎有點不妥，如：「...小板輪的優勢是騎平路的慣性..」。鑑於使用者付費…..不不，是閱讀者做貢獻的原則，小弟匯整眾位高手言論集結成冊，如下；如有錯誤請指正。機械引擎出力的表達概念以「馬力」、「扭力」為宗，同一引擎兩者最大值出現的範疇一般都在不同的轉速（rpm）上。起步及低速由扭力當家，高速巡航時馬力開始上位，扯了一堆有的沒有，目的是要帶出碳纖板輪就「轉動慣量」輸出的方式，也可以分為高慣性的馬力型以及低慣性的扭力型，或則速度快時高慣性、速度慢時低慣性。簡單的以目測區分板輪，前者為高板、後者為低板。先來一段漢克前輩曾經測試過的二組 P 牌板輪心得對照：1. 50mm 牌板輪在平路及緩坡丘陵地所帶來的爆發慣性令人著迷，但它就像野馬一般需要較大的Power加以馴服, 否則在較陡的爬坡路段,恐將無力駕馭.基本上來說：極適合於平緩路況使用的超值輪組。2. 38mm 牌板輪表現在爬坡的效率令人驚訝；雖然在丘陵地路段的慣性不及前者，但卻可以讓中庸力道的選手帶來極大的加分效果，並同時保有易於駕馭的流暢感。何謂轉動慣量？對公路車運動用有何影響？轉動慣量的物理定義就是一個物體對於旋轉運動的慣性，也是一個物體對於旋轉慣性的持續運動。這個轉動慣性在自行車上的用處，就相當於自行車上的蓄電池或者UPS不斷電系統，在一段時間之內穩定、持續出力而不間斷。轉動慣量 I 在基礎物理學上是有簡化公式來表述；實際上是不能直接套用加減乘除，需要考慮很多變數。下列二式分別為基本形式及空心圓柱。基本形式 I = m r^2空心圓柱 I =1/2*m*（r1^2+r2^2）我們就來加減乘除：假設有A、B、C三組輪組半徑皆取32.5cm，A是密封碟輪、B板輪框高4.5cm、C板輪框高9.9cm，代入轉動慣量公式（令三組重量相同為m）依公式可得框高9.9cm板輪慣性較框高4.5cm的板輪……差差差。但是實際上剛好相反，框高的板輪慣性動量較佳。再假設重量為B輪組1.25KG、C輪組1.7KG代入上式，結果仍同，框高的板輪慣性動量較差差差。（算式於文末）簡化公式大家看一看有概念就好，實際上不能用簡化公式去求，該用微積分的概念去分段積分轉動慣量，整體並考慮到鋼絲、花鼓等其他問題。慣性設計：高慣性與低慣性板輪製程的原理並不是單純的將板寬增大及縮小，牽涉到物理現象。譬如說高慣性將較多的重量分布在板上相對的軸心（花鼓）減輕，低慣性板則把重量集中在軸心，板寬減輕。Lightweight文宣就很老實的將某爬山專用輪組設計原理PO出：「爬山賽段設計的輪組，整組輪組僅970g(700C)，可以很快地加速。輪圈外圍輕量化，重量相較集中於中心的輪組設計，因而具有較低的扭力，正是可以輕易加速的關鍵。」實例討論1：以前認為爬山不適合用板輪是因為它太重，沒競爭力；爬山的輪組要輕量化是定理，不使用大板輪是也是老生常談；那麼如果使用的碳纖大板輪比一級鋁合金輪組還輕量化是否就迎刃而解？引同學會裡面的腦力激盪來下註腳。猛將阿汎兄以zipp 606 (前404 + 後808) 重量13xx g ，跟 mavic sl 重量 15xxg，這兩組來比較，提出為何不用較輕的606大板來爬坡？在高手集思廣義之下得到606轉動慣量大速度變化就不容易，轉動慣量大的結果就是造成加速遲滯；為了減少功率隨坡度劇烈變化，小的慣量較有利，因為人的力量輸出很難一直維持恆定，當坡度稍緩時慣量小的輪子速度可以即時出來，慣量大的可能就會有延遲。所以「板輪不利於爬坡」

Jerry_

0分

51樓

Jerry_

個人積分：0分

文章編號：9645806

Roger17Chen wrote:
在1984年洛杉磯奧運裡,較傳統鋼絲框風阻為低的碳碟輪組一登場就戰果輝煌,是降低輪組風阻提高車速的最好例子~~歡呼

另外, 米國有名的 US Cycling Project 96 (aka. Project 96, 針對亞特蘭大奧運), 由 Chester Kyle 教授領導的研究人員首次有系統地針對腳踏車所有車架組件, 衣服, 頭盔進行了徹底的氣動研究. 研究成果深深影響目前的腳踏車設計.

這是 Chester Kyle 的照片.

這是 People Magazine 對當時 Kyle 設計出來贏得數面金牌的"funny bike" 的報導. Maybe It Looks Funny, but Chester Kyle's New Olympic Bike Could Turn Out a Winner

希望能對這個 thread 增添一點趣味. 上個禮拜有看過阿豆仔把前後輪灌水 (各增加 900g, 共 1800g), 然後與同樣配重, 但加在水壺, 與第三種, 把輪胎的氣壓降低. 這樣三種變數(前兩者就是看 RI)來爬山, 不過網址找不到了, 不然也是值得參考. 最厲害的是受測車手就這樣滿輪胎的水滑下山.

Roger17Chen

114分

52樓

Roger17Chen

個人積分：114分

文章編號：9658650

其實前後輪灌水是很聰明的訓練法,在國際單車訓練界已是幾十年來的超有效訓練法喔~~

那前後輪灌水是怎麼個好法呢??

大家都知道輪組外圍越重,迴轉慣性就越大,高速就越穩,但加減速就越吃力,對吧??

但是前後輪灌水就不同了,當速度低時,因為水是黏滯力算低的流體,所以在加速時並不太會跟著輪子迴轉,所以加速起來並不會有多大的慣性阻力

~~

當速度夠快時,因為離心力的關係水就會被甩到變成一整圈,然後跟著輪子一起迴轉,就能發揮一般要很重的輪組才能擁有的陀螺穩定效果~~

尤其是在連續的下坡彎道更是穩定~~

而當輪子煞車時,被甩到變成一整圈的水並不會跟著立刻降低迴轉速,所以水的慣性不太會去影響煞車的力道~~

反而是一煞車後又要再加速時,還在輪組裡高速迴轉的水還能把剛剛儲存的慣性用來幫助加速~~

其道理有點像手排車的"跟趾"技巧

,利用輪組裡高速迴轉的水來儲存剛剛的動能,來幫助再加速~~

不過水也不能加太多,因為液體不像氣體是可以壓縮的

,所以當內胎灌入一半體積的水後,原本40的胎壓騎起來會像80一樣硬

,因為可被壓縮的氣體只剩一半的量....

所以細胎若水加太多的話,在爛路就很容易爆胎喔....

總之,前後輪灌水是很好玩的,還能降低整車的重心,高速下坡穩得像騎機車

,所以在連續上下坡也更少用煞車,下坡越快後續的上坡就越輕鬆

,所以反而能夠攻上原先爬不上去的地方喔~~

另外,碟輪雖然風阻低是沒錯,但卻很怕側風

,尤其是一出隧道時更是明顯....

Roger陳

deepocean4651

63分

53樓

deepocean4651

個人積分：63分

文章編號：9659663

Roger17Chen wrote:
其實前後輪灌水是很聰...(恕刪)

請問要如何"前後輪灌水"? 我也想試看看........

日本火腿

93分

54樓

日本火腿

個人積分：93分

文章編號：9659832

deepocean4651 wrote:
請問要如何"...(恕刪)

用一個最簡單的說法讓你知~~~

下雨天騎車,你有沒有覺得,速度都比較快比較好維持,跟集團也比較輕鬆一點~~~

奇摩:http://tw.myblog.yahoo.com/war0917

Jerry_

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55樓

Jerry_

個人積分：0分

文章編號：9661751

to Roger, 輪胎灌水當作訓練有沒有進一步的資料? 我看的是說把輪胎灌滿水, 當然大家看完第一個反應就跟 deep 一樣, 很好奇怎麼灌水, 不過沒有答案. 印象中三種變數的騎乘時間跟功率只有差一點, 範圍在儀器量測誤差值內, 對嚴謹的老外來說這樣判為沒有結論(inconclusive).

總之推理不要推太多, 先做實驗再說吧. 我參考 Andy Coggan 的說法, 他的看法也是做 coast-down 就可以抓出 CdA 跟 RI 的影響. 有沒有人要藉輪組讓我嚕一下