淺談自行車車架的幾何尺寸的作用及影響

滿艷艷

摘要：車架是一臺自行車的靈魂，車架尺寸配方上的小小更動，就能大大改變車子的操控性。車架各部分長度、角度的不同就能使外觀看起來大同小異的車子擁有不同的騎行感受。本文對車架的幾何結構、主要的幾何尺寸的功能及個別幾何尺寸的變化對整個車架的影響做了一系列的闡述。

關鍵詞：自行車車架;幾何尺寸;高度;角度

在我們常用的交通工具中自行車仍然有著不可替代的地位，近年來更是作為運動休閑的流行元素存在于我們日常生活中。一臺設計合理的自行車，不僅使我們的騎行輕松舒適，也是休閑鍛煉的一種享受。車架是一臺車子的骨架，在整車的所有配件中最大程度的決定和影響了騎行姿勢的正確性和舒適性。要想設計一臺車架，就需要對車架的各部分的幾何尺寸有準確的把握。合理正確的設計車架各部分的幾何尺寸對整車的騎行狀態至關重要。

一、車架設計的主要角度

（一）中管（座管）的角度

1. 中管角度的定義

中管角度是指中管與水平線的夾角，也指中管向后傾斜的角度。

2.中管角度的作用

中管角度可以補償騎行者的腿長，當鞍座在合適的高度時腿可以舒適的伸展。一百多年的車架制造經驗積累，告訴我們73°的座管角度可以滿足大部分騎行者，身高稍高或稍矮的騎行者可通過調整鞍座的前后位置來補償。

3.中管角度的影響

中管角度決定了騎行者的體重在兩個輪子之間的均衡分配，也就是重心。騎行者身高越高坐上車子后大部分體重會落在前輪，爬坡時體重和重心向后移。如果沒有稍長的后下叉做補償的話每一次腳踏就會出現“踏孤輪”的情形。對于身高略矮的騎行者來說正好相反，鞍座調低重心前移，爬坡時會減少車輪的循跡和貼地性。中管角度的小小更改，在保證上管長度的條件下會影響頭管的角度，從而影響總輪距。

（二）頭管的角度

1.頭管角度的定義

頭管角度指車架頭管中心線與水平面的夾角。頭管角度決定了車子的操控靈活性和穩定性。

2.頭管角度的作用

頭管角度決定了要轉動車輪時施給車把力的大小，角度越小需要施給車把的力越大。直挺的車把角度（72°）會讓人感覺車把轉動比較輕，車輪左右轉動比較省力，但會導致車子在高速情況下操控幾何反應太快，增加了車輪左右擺動的不穩定性。小一些的頭管角度（70°）車把的轉動稍重一些，但前輪的左右轉控比較可預期，高速騎行是比較好操控。通常71°是最受歡迎的頭管角度。車頭角度在車子的自我校正維持平衡的功能中扮演重要角色。下坡時地面斜度把車頭角度調整的更為直挺。例如71°的頭管原本那向后傾的19°角被地面角度中和了，在同樣情形下69°的頭角還是能自我校正。當前輪角度離開自行車循跡路線時，頭管轉軸與接觸點的夾角可輕易的操控轉動前輪，自我校正功能就是迫使前輪遵循頭管轉軸轉動。

二、車架設計的主要長度和高度

（一）上管長度

1.上管長度的定義

上管長度是指頭管上緣水平切線延伸到和座管相交匯的長度。從實際來說它是自行車操控上部零件的距離。

2. 上管長度的作用

上管長度提供騎行者上半身的容身空間，并讓手臂可以完美的伸展、擺放到車把上。另一方面讓車把和騎行者的膝蓋保持安全距離，即使在起身踩踏時膝蓋也不會撞到車把。上管長度的另一個重要角色就是在車子重心分布中的作用，長上管讓騎行者的體重向前移，重心前移到接近前后軸距中心點位置;短上管則增加車子前輪的重量負載。

3.上管長度的影響

騎行時身體是移動變化的，車架上管長度的任何一點變化都會影響到豎管和龍頭的配合問題。越野山地車一般會采用（長頭管/短上管）的搭配，這樣上半身就會伸展出去，這種組合搭配侵蝕了自行車過彎及技術操控性能，但很適合爬坡。短頭管/長上管的組合正好相反，適合下坡道路。

（二）后下叉長度

1.后下叉長度定義

后下叉長度是指中軸中心與后軸心之間的水平距離。

2.后下叉的作用

后下叉長度決定了騎行者的體重有多少落于后輪。后下叉越短，就會有越大比例的體重傳遞到后輪去，不管站或坐都一樣。短車身后部的優點是具有更好的爬坡時的貼地及循跡性。而后下叉較少為人所知的方面是會影響過彎性能。較長的后下叉可以平衡前后兩輪是貼地或滑動;較短的后下叉則會讓前輪過彎時滑動，除非騎行者重心前移故意用體重去鎮壓前輪。

3.后下叉的影響

后下叉長度、車架尺寸和座管角度是息息相關的。改變座管角度會改變騎行者的重心分布，向后傾的座管把高個子騎行者的重心后移動，在這個情形下后下叉長度必須調整到正確的重心位置。起身騎車時，座管角度影響不了后輪的貼地和循跡性，只有后下叉長度可以起到作用。

（三）中軸高度

1.中軸高度定義

中軸高度指地面到中軸/曲柄中心點的垂直高度，它決定了曲柄回旋至最下端，腳踏和地面的間距大小。

2.中軸高度的作用

中軸高度最主要的作用就在于和地面保持適當的距離。也就是說曲柄軸心必須夠高腳踏和曲柄在通過有突出物的道路是才不會碰到地面。中軸過低的車子，缺少了有效過彎的空間性。

3.中軸高度的影響

中軸高度與軸距密切相關。前后軸距越長，中軸就可以做的越高，不會造成車子在通過崎嶇道路時的彈跳。相反降低短軸組合的車架的中軸高度，車子騎行時才越穩定。

（四）軸距

1.軸距的定義

軸距是指車架前輪中心到后輪中心的距離。

2.軸距的作用

軸距不是越長越好，長軸距的車子通過顛簸路段時比較平順、穩定，猛力剎車及爬陡坡時重心的轉移和變化較不明顯。但長軸距會使車身操控不靈活。軸距過短的話，猛力剎車或前輪碰撞到異物時，車子會很不穩定，爬坡時前輪會發生翹起的情況。

3.軸距的影響

在重心和兩個輪軸間連線，畫一個想象的三角形，我們就能得出：軸距越長三角形的底邊越長，和重心高度配合起來整個三角形的比例就越穩定。因此，長軸距的車子需要較短后下車及高一些中軸高度，以便有足夠的重心能轉移到后輪去，來增加爬坡的貼地性。

（五）前叉偏心距

1.前叉偏心距的定義

前叉偏心距是指前叉軸和前后立管兩條虛線切線的距離。

2.前叉偏心距的作用

前叉偏心距對車子的操控性也起著舉足輕重的作用。輪子的重量及大部分的前叉重量前偏心距在前輪軸的上方和前方的，當傾斜車身準備轉彎時，輪重和前叉重會掉到這個斜度里面。前叉及輪子的重量對應偏心距的反應作用是傾斜車子可以進彎的主要原因。一般山地車的前叉偏心距約為32mm左右，頭管角度一般設計在71°到69°之間，就是求取這兩種反作用力的平衡，保持車子操控時車把位置的輕盈感，而且不犧牲穩定性。

結束語

車架作為一臺整車的骨架，相關部位角度及長度的設計選擇決定了整車的騎行性能和舒適度。因此對車架設計者的要求也很嚴格，設計者要具有專業的設計知識積累，結合目標人群的實際需求，以人機工程為基礎，才能設計出具有高騎行舒適度的車架。