為什麼自行車前輪大後輪小的設計被淘汰了?

這種設計的起因是什麼?被淘汰的原因又是什麼?


蟹妖

前大後小輪子的自行車正式名稱是高輪車(High wheel)

設計的起因是因為跑得快


因為那個時代的自行車沒有變比例的傳動裝置,腳蹬一圈輪子只能走一圈,人的踏頻遠不能滿足車速需要,所以車輪尺寸就直接決定車速。(那時候的自行車就像汽車用一檔開高速,速度沒起來發動機(人)自己先拉爆了)同樣的轉速下,輪子越大線速度就越大,在人踏頻富餘的情況下,輪子當然越大越好。所以Ariel橫空出世,並以此經典的設計一舉創造了當時的世界自行車速記錄23-24km/h。
另外需要說明的是Ariel開創性的核心技術是使用了張力輻條,有了張力輻條才能在人力可以承受的重量內製造出不易變形的大輪子。(想到嫪毐能陰關桐輪而行,真tm佩服)

但是輪子能做到多大呢?輪子當然不能無限地大。如果輪子大到能把關鍵部位切個稀爛的話,那麼自行車就變成了刑具而不是工具。

做一個粗略的估算,正常的八頭身1.70m的成年男性(練柔道的短腿我們不考慮),跨高就是1.70/2=0.85m。再算上輪子外延到座位和腳踏曲柄(那時候曲柄好像比現代車短不少)共約20cm必須留出來,輪子半徑應該就是0.85-0.2=0.65m。

做一個粗略的估算,正常的八頭身1.70m的成年男性(練柔道的短腿我們不考慮),跨高就是1.70/2=0.85m。再算上輪子外延到座位和腳踏曲柄(那時候曲柄好像比現代車短不少)共約20cm必須留出來,輪子半徑應該就是0.85-0.2=0.65m。
算一下23~24(km/h) / 60min/(2*pi*0.65m)=94-98(次/min),也就是說這個車子踩踏每分鐘94-98次就可以創造當年的記錄。接合本人自身騎行經驗,考慮那時候車子很重,曲柄長度也不太科學的情況來看,24km/h左右應該是高輪車的極限速度。

但是對於運動員來說24km/h」極速「也太龜了,想要更快的自行車就只有徹底推翻這個設計。所以這種大小輪設計遲早是要被淘汰的。
-----------------------------------------------------------------
速度對於非運動員來說已經足夠了,但是安全性實在不敢恭維。

查到了一款1879年稱為Bayliss Thomas的車子,

查到了一款1879年稱為Bayliss Thomas的車子,
將以前的實心鐵架改成中空管材,整車22kg。看這個造型都能想得出來,這個車的質心高度大約與前輪軸一樣,稍稍靠左一點,座位正下方。60kg人的重心位於座位上方20cm處,人車合起來重心幾乎在座位下方輪緣處。
重心高於地面近130cm,與支撐點(前輪著地位置)水平距離可能也就20cm,這種比高腳杯還誇張的pose但凡碰到稍大一點的坑窪或者突起,人基本都要飛出去啃泥的。

拋開容易嘴啃泥不說,這麼高的車座,不找個上馬凳一樣的地方怎麼上下車?你說我可以單腳踩踏板溜車,然後另一隻腳跨過去,整個動作一氣呵成非常瀟洒。但是很遺憾,這個車連飛都沒有,比死飛還要死飛,輪子一轉腳踏就呼呼呼轉起來,怎麼去踩。

重心幾乎全在一個輪子上,會近100%承受來自地面震動。地面凸起1cm,車碾過去人就要被抬升幾乎1cm。而如果像現在的自行車一樣人在兩個輪子中間,因為槓桿的作用人差不多就只會被抬升0.5cm,震感會小得多。

而且前輪同時完成「轉向+驅動」的設計存在踩踏影響方向穩定性的問題。尤其是起步加速時尤為明顯。

蟒蛇式趟車就受到這一問題的影響。

蟒蛇式趟車就受到這一問題的影響。

高輪車除了在速度上真正進入實用範圍以外,從起步到騎行到停車,沒有哪一樣能讓人省心。
-----------------------------------------------------------------------------------

至於Kangaroo這樣骨骼清奇的車子,實在是吐槽無力。車子有了剎車,更重要的是有了鏈條這樣的變速比傳動裝置(左右踏板還是相互獨立的)。但是

至於Kangaroo這樣骨骼清奇的車子,實在是吐槽無力。車子有了剎車,更重要的是有了鏈條這樣的變速比傳動裝置(左右踏板還是相互獨立的)。但是發明家的腦袋還局限於「變齒比能減小前輪尺寸」這樣的思維上,設計了這麼複雜的左右獨立踏板傳動,卻而沒有想到把這堆裝置去繁化簡,然後放到車架中間去驅動後輪。呆萌的發明家讓我徹底震驚了。

不過這種奇葩確實是自行車進化的又一里程碑。它可以算是高輪車的墓志銘,同時也是自行車驅動系統誕生的標誌。這個奇葩高輪車在自行車發展史中的地位,幾乎和生物進化史上的鴨嘴獸一樣,橫跨兩個時代。

在那個奇葩誕生十年以後的自行車,已經和今天的自行車沒有太大不同。

在那個奇葩誕生十年以後的自行車,已經和今天的自行車沒有太大不同。
高輪車完成了他的歷史使命。


高輪車被淘汰的原因只能這麼說:高輪車是實用自行車的鼻祖,從此以後自行車的任何一項改進都是淘汰高輪車的理由。


不久前還看到有人在騎呢 : D

不久前還看到有人在騎呢 : D


嚴格地說,我這並不是回答問題,但是很樂於請大家看看這位英國人的壯舉:




我多嘴一句。
看到漂亮的高輪車,實在忍不住問一聲。
若是做成後輪高,小輪子連著踏腳。感覺看起來也是很牛逼啊。
簡直就是1/2的南瓜車啊。


就像上面答案說的那樣,為了增速,只好用大輪子,結果重心升高,危險性增加。
而且前輪把所有功能都佔用了,操控方面也有問題,剎車你懂的。

後來用了鏈條或者傳動軸之後,完全可以通過大輪帶小輪的方式增加車速,車輪直徑不需要很大,安全性提高,自然而然就淘汰了前輪大的那種。


其實也沒有完全淘汰


1861年,法國的米肖父子,在前輪上安裝了能轉動的腳蹬板,車子的鞍座架在前輪上面。他們把這輛車冠以「自行車」的雅名,並1867年在巴黎博覽會上展出。

從西夫拉克一直到米肖父子,他們製做的自行車與現代自行車差別較大,這種不帶鏈條傳動系統的自行車為了提高速度只能通過提高前輪的直徑來實現,由此造成車輛極高,前輪的直徑甚至超過了普通人的身高,騎自行車變成了一項相當危險的運動,當騎行者摔倒在地的時候往往會受傷。真正具有現代化形式的自行車在1874年誕生。英國人羅松在自行車上別出心裁地裝上鏈條和鏈輪,用後輪的轉動來推動車子前進。 以上摘自 維基百科


步子大了容易扯到蛋


傳動效率低下,轉向不方便,平衡不好控制。
這是最基本的三點。


方便維修也應該是一個方面,只要準備一個備胎兩個輪子都可以用。有些跑車後輪比前輪寬,雖然性能好,但是不方便維修。


一張圖告訴你為什麼。

一張圖告訴你為什麼。
圖片2010年攝於英國考文垂交通運輸博物館 Coventry Transport Museum 官網Coventry Transport Museum wiki Coventry Transport Museum
考文垂是19世紀以及20世紀英國的自行車、摩托車、汽車生產中心。


便捷性一看就不行。


那時的材料技術還不夠用。


concept 1865 electric velocipede by ding3000 + BASF

德國設計工作室 DING3000 和化學巨頭 BASF 合作,造了這輛大輪電動車。車架、輪胎等部件均使用了 BASF 的黑科技,輕巧堅固。


推薦閱讀:

TAG:工業設計 | 發明 | 自行車 |