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大行韩博士论文:物理学家重新定义自行车设计标准

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使用DELTEC钢缆加固的同款DAHON单管自行车

车架类型图解 (图5)

图6显示了CEN测试设备的一个 示意图。没有显示的是车架安装的方式是不同的,前后轴从垂直和X方向的动作中受到限制。而它们在Z方向的水平面上线性地,并且在角度上被允许移动——近似实际的骑行情况。(将轴固定会错误地增加刚度。)

力F施加在踏板的中心,与垂直面夹角θ = 0°, 10°和 20°,没有Z方向分量。这些角度代表了不同强度的踩踏时的常见车架倾斜度,包括上坡或冲刺终点线。BB的线性和角位移被记录下来,以与F的各种输入相关联。

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 F框架刚性测量图解(图6)

由于没有永久性变形,所以按经典物理学,4个维度的形变遵循如:

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其中,X是代表四个自由度的变形位移,KX是刚度常数(杨氏模量),FX是作用在踏板上的力的X分量。

如果我们知道四个维度施加的力和转矩,X, Y, A 和B,以及它们各自的位移,通过实验,我们就可以计算这4个刚度常数,让我们基于图4定义一些术语:

LP= BB的重心(CG)与踏板中心之间的距离。

LCR= 重心(CG)与链盘之间的距离;

LR= 链盘的半径;

LC= 曲柄的长度;

L= 重心与曲柄之间的距离;

B= 20°,即自行车的倾斜角度;

C= 曲柄与水平面的角度; 

TZ= 在Z方向上施加到BB的扭矩;

TY= 在Y方向上施加到BB的扭矩。

各种力和扭矩被计算为:

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其中,C在此实验中为45°。

包括所有4个维度的总变形能量,为:

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其中,根据等式(1),刚度常数可以通过实验求得如:

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各种位移被记录并在表1中呈现。使用方程3的通用公式,可以轻松推导出四个刚度常数,这些也呈现在相同的表中。

市场上的四十五辆自行车被测试过。表1呈现了8种代表性的自行车-按刚度降序排列。

车架变形造成的能量浪费

我们用自行车在陡坡上努力骑行的情况来说明这个刚度问题。让我们计算一个踩踏周期内的车架变形能量E。我们不考虑踩踏的细节,假设自行车摆幅为±20°,根据等式(3),在时间点t存储的能量是:

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车架以与踩踏相同的频率在两个最大值之间振荡。例如,在X方向上,最大值XM,是在左右方向上。其他3个自由度也有相同的行为。所以每个自由度都经历了大约两个最大值之间的正弦运动。因此,在X方向的情况下,

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在时间t,根据方程3,X方向的变形能量是:

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在一个踩踏周期内,X方向上花费的总能量ECX ,等于平均值 <EX (t)>)。因此:

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其中P是1个踩踏周期的时间;倒数第二个“=”号是根据微积分中的一个熟悉的公式。因此,X方向上的车架变形的平均能量等于:

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对于所有四个自由度,一个踩踏周期中浪费的总能量是:

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表1

框架刚性测试显示的能量浪费对比

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  • 热门评论
  • 骑不动-T 2023-08-03 19:20

    既然DAHON刚度与踩踏效率是天下第一,那请问什么时候去拿一个环法分站冠军?如果拿不到就不要跟我扯什么刚度与踩踏效率了。

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    • nameit 2023-08-25 16:00

      正确的客观的一针见血的

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    • DAHON 大行折叠车 2023-08-28 16:12

      谢谢大家的意见,我们必须来郑重地解释一下,大行车增加了马甲线,载重量大增,整车使用寿命大幅提升, 整车刚性提高15%,这些表现是不容质疑的。我们一共用45辆其他品牌车进行测试,发现我们加装马甲线的折叠车,钢度和速度都比他们好,这一结果令人震惊。我们公开举行的P8马甲线和山地车、公路车的比赛,也验证了这一结果。

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  • kingfar 2023-08-03 13:19

    TR公路车是啥品牌?看着不像TREK

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  • 全部
  • iengineer 2023-08-04 14:10

    看不懂。有点像踩踏效率,理论上越慢越高,但实际上人体自身原因,90左右才是最符合生理学的。文章里理论上公路车刚性差,但是不是没有把人和车结合起来看呢?所以给人以瞎写的错觉

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  • 风林火山雷 2023-08-03 14:40

    我承认阁下很强,但假如消费者只关心价格,看不懂这些,阁下又该如何应对?

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  • 名字取非常非常非常非常非常长才容易被记住 2023-08-03 13:20

    emmmm,这样说大行天下第一?

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  • 赤赤華 2023-08-03 13:01

    这是博士论文 还是商业软文

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