小侃人肉马达与 变速 车的档位与车速的科学配合 转自寇哥骑行网

小侃人肉马达与 变速 车的档位与车速的科学配合 转自寇哥骑行网 小侃人肉马达与 变速 车的档位与车速 的科学配合 转自寇哥骑行网 最近小试了几次多档变速的山地车，感到无论是起步、爬坡或是冲刺、平地，都可以有不同的变速档位来适配人肉马达的最佳出力状态，的确是很爽。早年也曾在自行车上下过点功夫，在此班门弄斧侃点人力变速车档位与车速之间的理论，个人观点仅供版内车友们玩车时参考。 一、人肉马达的特点: 人体的出力与汽油机出力的特性大不相同;人体的出力在慢速度时力量较大，而汽油机的出力特性多数在慢转速时力矩较小。人体的出力随着运动频率的升高而力量减少，而汽油机出力的特性多在中等转速时力矩最大。人体的出力与汽油机出力特性相同之处是:输出的总功率都是随转速的上升而上升的，虽然这两者的输出功率都不是与转速成正比。 人体的出力还有一点与汽油机出力的特性大不相同的是，人体可以在短时间内发出比平时多几倍的力量，这点在汽油机来说是做不到的。(汽油机的短时间内最大功率最多+30%)鉴于人体的出力在慢速度与瞬间力量较大的特点，满足了车辆在起步、上坡时的大力矩需要，所以一般的自行车在固定传动比的情况下，也能骑得很好，这点是汽油机出力特性所望尘莫及的。 人体的出力与汽油机出力的特性不相同的地方还有:人体的出力的频率不宜太快或太慢;太快时力量跟不上，出不了多大的力量。在慢速度时力量较大，但长时间用力肌肉很容易疲劳。对有多档变速的自行车来说，加多档位的好处就是将脚踏的转速改变到最适于人肉马达的状态，让人体的力量能充分发挥。车速的提高不是因为增加了人体的力量，而是因为提高了人力应用的效率。 人肉马达倒底有多大的力量，这是个范围很大的数据;一般常人在几秒钟内可以发出一个马力，几分钟内可以发出1/3的马力，但长时间(半天)踩车就只好按1/10马力来计算。别小看了人肉马达的这点力道，用在老牙二八大杠的单飞车上，也可以在平地上跑出18MA的车速来。人肉马达的特性优点虽多，但毕竟与汽油机不能抗衡的是:人体的力量太小而且还很难持久。 二、平地车速与所需功率的关系: 自行车行车时所需功率与车速、风阻系数、滚动阻力、风速、上行坡度、等五项有关，自行车在好车好胎好路面情况下的"滚动阻力"较小，可以忽略不计，再排除了非常规路况下的"风速"与"坡度"，余下的就是"车速"与"风阻系数"的问题。"风阻系数"由人体迎风面积与阻力系数构成，因人而异变化多端，在草算时图方便往往就当它是半个平方米的平板，以此来取代一个复杂化的 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 人体，在一般的理论计算上也还大致可以如此推算。 由于自行车行车时所受到的迎面风阻是车速的平方，行车所需功率与车速就是立方值的关系。(行车功率的问题在摩托版里早有详细谈论，在此简略。)按简单推算风阻功耗的结果大致如下:9MA=0.0125HP，12MA=0.03HP，15MA=0.058HP，18MA=0.1HP。21MA=0.16HP，24MA=0.24HP，27MA=0.34HP，30MA=0.46HP。33MA=0.62HP，36MA=0.8HP，39MA=1.02HP，42MA=1.27HP。由此可见，如果不是在减少"风阻系数"上下功夫，一般人肉马达的力量短时间可以冲刺到40MA，但多数时间只适宜在12--24MA的车速下运行。 三、山地车上坡与顶风所需的功率计算: 山地车上坡所需的功率由两部分相加而成，一部分是山地车在平地车速上所需的基本功率，另一部分是人与山地车上坡所需的功率。人与山地车上坡所需的功率很容易计算:[人车总重量*每秒上升的高度]/75KG=总提升马力。例:人65KG+山地车15KG在18MA的车速中上15%的坡度;=总重80KG*车速5M/秒*15%坡度/75KG=60KG*M/75KG=0.8HP，再加上18MA车速所需要的风阻功率0.1HP，就可以算出此人车18MA上15%坡所需的功率约=0.9个马力。由此可见，超过10%的坡度，一般人就是挂上12MA的低档也需要近0.4HP的功耗，很难长时间地骑行下去。 自行车的顶风行驶会增加很多的功耗，一般可以用顶风的阻力乘每秒车速就可以得到理论功耗。(车速+顶风速后的平方值乘以阻力系数，再乘以车速。)在此用简单扼要的 办法 鲁班奖评选办法下载鲁班奖评选办法下载鲁班奖评选办法下载企业年金办法下载企业年金办法下载 是:车速加顶风速=空速，以空速去对应上述的车速功耗，再乘以实际车速/空速，就可以大略得出骑车的功耗。如果同时还在上坡，则再加上上坡所需要的功耗，就是全部的功耗。不过，人的力量微弱有限，人力变速车讲究的是发挥人肉马达的最佳运作，在平地上还有点优势，真的要是遇上顶风上坡等路况，也只好自认活该倒霉、玩命拼博了。 四、山地车的变速比: 山地车有很大的换档变速范围，以某民用型山地车的变速系统为例，前面有三个牙盘，后面有七个牙盘，这就组成了公称21速的变速系统。实际上有不少搭配关系是重复的，还要考虑到链条不宜过分偏斜牙齿盘面的问题，所以所谓的21速实际上只有11个最佳的变速搭配，就这样也已经足够用了，最大与最小的变速传动比已经有四倍之差，作为民用车已经有点多余。 以某民用型山地车的变速系统为例:前牙盘有三个，最小的是28齿，中等的是38齿，最大的是48齿，最大与最小的齿数差额是1.7倍，这在摩托车上一般就是一个档位的差额值，但在使用人力的车辆上，似乎划分得细点。后变速牙盘有七个，从大到小依次为34、24、22、20、18、16、14齿，最大与最小的齿数差额是2.43倍，几乎相当是摩托车上的两个档位差额值。 在实际使用中考虑到链条不宜过分偏斜牙盘齿面的问题，一般情况下会使 、24、22齿后牙盘，做到0.82、1.17、1.27等用28齿小前盘达搭配后面的34 三种变速传动比。使用38齿中前盘达搭配后面的24、22、20、18、16齿后牙盘，做到1.58、1.73、1.9、2.1、2.38等五种变速传动比。使用48齿大前盘达搭配后面的18、16、14齿后牙盘，做到2.67、3.0、3.43等三种变速传动比。 在这11个档位的搭配中，除个别不常用的低速档外，多数档位的传动变化值都在百分之十几左右，如此小的档位差相对摩托车而言，算是对人肉马达的特别优惠待遇。在这里不能不说一下最常见的老牙二八大杠做对比，它的前后链轮分别是45/20齿，传动比固定在2.25，乘上28英寸轮径的尺寸，每踩一圈前盘车辆前进五米，在每分钟60圈的人肉马达驱动下，最标准的车速是18MA。 如果按每分钟60圈的人肉马达标准驱动转速计算，上述26英寸轮径的山地车各档的车速如下:使用前小牙盘有6.1MA、8.7MA、9.46MA等三种车速，使用前中牙盘有11.77MA、12.9MA、14.2MA、15.6MA、17.7MA等五种车速，使用前大牙盘有19.9MA、22.4MA、25.6MA等三种车速。其中使用前中牙盘的最高档的17.7MA车速值与标准的二八大杠单飞车近似，那使用前大牙盘的三种高车速档位可视之为高速档，其它的可视为供起步、顶风、上坡时的低速档使用。 五、档位与车速的搭配: 前面说过一般人很难长时间出力在在平地上保持在40MA以上的车速，这要在短时间出一马力的功率疯狂冲刺才行，而出0.1马力保持长途匀速在20MA左右则是较实际可行的事。但就即使如此，在平地的长途巡行中也有各人出力特性不同的差异，象男子腿肌发达者多是喜欢用力慢踩的骑行方式，而苗条女子则多是用轻松快踩的方式骑行，实际上就是各人腿肌出力的力矩与频率各有不同，这就需要采用不同的档位来协调。 还有就是起步与上坡时，用低速档可使后轮有较大的推进力矩，达到起步较快与轻松上坡的目的。但在实践中也不是变速变得越多越好，例如使用前大牙盘的最低6.1MA车速的那档就不太好用，在过低车速下车辆惯性不足，在陡坡中停车后就很难再起步。而且在用到这样低的档位时，坡度往往已经是陡到不如下车推行的地步，要是硬靠低档强行踩车骑上去，人反而会很累的，毕竟踩车上坡玩得就是超强度体力。 又例如在日常平地快速巡行中，也不是使用最高档就最上算，(这点与汽油机的节油技术截然不同。)那25.6MA的最高档踩得有点费力，就不如22.4MA的那档省力快速。人肉马达是个差异很大又很微妙的东西，通常在不太吃力的情况下，可以加快三四成的踩动频率，这样反而可以达到实际上较快的车速，在22.4MA的档位上轻松踩出30MA的车速来;这实际上就是体现出发挥人体最大力量的较佳状态。 倒底要怎么样才是最好的出力状态，各人的感觉也不一样，一般以自己踩车感到能"用得上力又不太吃力"为佳，还能有些"临时加速"的力气余地，可以在此用力状态下"长时间"地骑下去，这时的档位就是比较适中的传动比。当然，在不太赶路的时候，将车速适当降低点，会减少很多的行车功耗，大幅度地延长人肉马达的工作时间与出力状态，这是比会换档更为有讲究的另一类作法。 --- 六、以表格方式来说明山地车各档的变速状况;如果按每分钟60圈的人力驱动转速计算，26英寸轮径山地车各档车速如下: 使用前小牙盘有6.1MA、8.7MA、9.46MA等三种车速。其中最低车速值6.1MA较难使用。 使用前中牙盘有11.77MA、12.9MA、14.2MA、15.6MA、17.7MA等五种车速。 使用前大牙盘有19.9MA、22.4MA、25.6MA等三种车速。 其中使用前中牙盘的最高档17.7MA车速值与标准的二八大杠单飞车近似，那使用前大牙盘的三种车速可视之为高速档，其它的可视为供起步、顶风、上坡时的低速档使用。 人肉马达通常在紧急情况下，可以加快五成的踩动频率达到每分钟90圈的频率，这样可以达到实际上较快的各档车速如下: 使用前小牙盘有9.2MA、13.1MA、14.2MA等三种车速， 使用前中牙盘有17.7MA、19.4MA、21.3MA、23.4MA、26.5MA等五种车速， 使用前大牙盘有29.9MA、33.6MA、38.4MA等三种车速。 但能将山地车踩到如此极速的业余人士较少见，这不是通常一般人肉马达的干活，故不列入常规的论述范畴。(此理论数据仅供车友在野外遇狗--夺命而逃时做参考。)。