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使用DELTEC鋼纜加固的同款DAHON單管自行車

車架類型圖解 (圖5)

圖6顯示了CEN測試設(shè)備的一個(gè) 示意圖。沒有顯示的是車架安裝的方式是不同的，前后軸從垂直和X方向的動(dòng)作中受到限制。而它們?cè)赯方向的水平面上線性地，并且在角度上被允許移動(dòng)——近似實(shí)際的騎行情況。（將軸固定會(huì)錯(cuò)誤地增加剛度。）

力F施加在踏板的中心，與垂直面夾角θ = 0°, 10°和 20°，沒有Z方向分量。這些角度代表了不同強(qiáng)度的踩踏時(shí)的常見車架傾斜度，包括上坡或沖刺終點(diǎn)線。BB的線性和角位移被記錄下來，以與F的各種輸入相關(guān)聯(lián)。

 F框架剛性測量圖解（圖6）

由于沒有永久性變形，所以按經(jīng)典物理學(xué)，4個(gè)維度的形變遵循如：

其中，X是代表四個(gè)自由度的變形位移，KX是剛度常數(shù)(楊氏模量)，F(xiàn)X是作用在踏板上的力的X分量。

如果我們知道四個(gè)維度施加的力和轉(zhuǎn)矩，X, Y, A 和B，以及它們各自的位移，通過實(shí)驗(yàn)，我們就可以計(jì)算這4個(gè)剛度常數(shù)，讓我們基于圖4定義一些術(shù)語：

LP= BB的重心(CG)與踏板中心之間的距離。

LCR= 重心（CG）與鏈盤之間的距離；

LR= 鏈盤的半徑；

LC= 曲柄的長度；

L= 重心與曲柄之間的距離；

B= 20°，即自行車的傾斜角度；

C= 曲柄與水平面的角度； 

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。

各種力和扭矩被計(jì)算為：

其中，C在此實(shí)驗(yàn)中為45°。

包括所有4個(gè)維度的總變形能量，為：

其中，根據(jù)等式(1)，剛度常數(shù)可以通過實(shí)驗(yàn)求得如：

各種位移被記錄并在表1中呈現(xiàn)。使用方程3的通用公式，可以輕松推導(dǎo)出四個(gè)剛度常數(shù)，這些也呈現(xiàn)在相同的表中。

市場上的四十五輛自行車被測試過。表1呈現(xiàn)了8種代表性的自行車-按剛度降序排列。

車架變形造成的能量浪費(fèi)

我們用自行車在陡坡上努力騎行的情況來說明這個(gè)剛度問題。讓我們計(jì)算一個(gè)踩踏周期內(nèi)的車架變形能量E。我們不考慮踩踏的細(xì)節(jié)，假設(shè)自行車擺幅為±20°，根據(jù)等式(3)，在時(shí)間點(diǎn)t存儲(chǔ)的能量是：

車架以與踩踏相同的頻率在兩個(gè)最大值之間振蕩。例如，在X方向上，最大值XM，是在左右方向上。其他3個(gè)自由度也有相同的行為。所以每個(gè)自由度都經(jīng)歷了大約兩個(gè)最大值之間的正弦運(yùn)動(dòng)。因此，在X方向的情況下，

在時(shí)間t，根據(jù)方程3，X方向的變形能量是：

在一個(gè)踩踏周期內(nèi)，X方向上花費(fèi)的總能量ECX ，等于平均值 <EX (t)>)。因此：

其中P是1個(gè)踩踏周期的時(shí)間；倒數(shù)第二個(gè)“=”號(hào)是根據(jù)微積分中的一個(gè)熟悉的公式。因此，X方向上的車架變形的平均能量等于：

對(duì)于所有四個(gè)自由度，一個(gè)踩踏周期中浪費(fèi)的總能量是：

表1

框架剛性測試顯示的能量浪費(fèi)對(duì)比