現代自行車運動經歷了那些巨大的技術革新？（諸如從金屬車架到碳纖維一類的）？
雖然題主問的是現代自行車的技術，但我還是順便從20世紀70年代開始講吧。
在20世紀70年代，環法上的車輛無一例外全是焊接鋼車架，與剎車分離的2X5梁變系統，腳踏上的狗嘴套，以及非常低框的輪組。典型代表是五冠王恩奎蒂爾的HELYETT SPECIALE。10.2公斤，使用Reynolds 531鋼管（也就是現在我們說的雷諾）。這輛車代表了20世紀50年代到80年代晚期的經典自行車結構和技術。
到1986年，Kestrel製造了第一個碳纖車架。（所以碳纖維材料的革新在上個世紀就有了，可是卻到2000年才基本普及環法賽場）
到1990年，SHIMANO公司推出第一款手變——DURA-ACE 7410套件。
到1993年，LOOK聯合Lotus開發出第一輛搭載電子變速系統和一體化車架設計的戰車（後來一體化車架被UCI禁止使用），並且參加了環法。（說電子變速是新革新的還是太年輕了，電子變速只是普及慢而已）
到1995年，Pinarello製作出第一款TIG焊接的鋁架自行車。但是重量並沒有超越HELYETT SPECIALE。鋁材質的使用開始興起。
到1999年，Lance Armstrong使用Trek的碳纖維自行車贏得勝利，之後創下七連霸紀錄，碳纖維開始在環法普及（鋁架並沒能霸佔環法太久）。
到2016年，達科車隊車手Matthew Brammeier的Cervelo S5戰車首先使用了Rotor Uno液壓變速以及馬古拉的液壓夾器，揭開了液壓代替機械的帷幕。（只是使用，液壓套件出現的節點是2014年Acros的A-GE，而更BUG的氣壓變速SHIMANO AIRLINES反而是在2010年前後曇花一現就退出了市場）
1999到2016時間跳躍確實是畢竟大，然而我知道的就那麼多了（最早空氣動力學應用是Cervelo，但我沒找到時間節點）。輪胎啊輪組啊花鼓啊具體套件的技術革新就實在太多了，題主要的話再開新問題吧。
題主所問：現代自行車運動所經歷的巨大技術革新，我在這裡主要偏重公路自行車（帶上一些場地、山地和BMX）的技術革新簡單聊一聊，儘管我多次嘗試言簡意賅，但是似乎總覺得講不清楚，所以每次答題經常大幅度加料，但是希望每一個看到我答案的知友都有大呼過癮的觀看體驗～
為什麼要配這樣一張圖，實際上本文回顧歷史，我們身處一個自行車技術大變革的時代，所以我們主要聊過去，順便幫大家梳理一下看不清的當代，以及展望可能出現的美好未來。
國際上關於自行車的年代劃分以1880年以後安全自行車誕生以後至1940年為一個階段，稱之為古董（Antique）自行車，從1940年以後到1989年生產的自行車稱之為經典（Classic）自行車，1990年之後生產的自行車稱之為現代自行車；而自行車比賽最早可以追溯到第一屆現代奧運會，以及歐洲大陸，以阿爾卑斯山為中心，以法國、義大利、比利時、西班牙、瑞士、盧森堡等國，和周邊的荷蘭、丹麥舉行的各類單日、多日、多周自行車比賽，大多都是在1900年以後出現的，其形式多以A點到B點在公路上完成比賽，逐漸和場地賽車產生區別（場地賽車重要的標誌是在體育場內舉行）慢慢形成的一種類似於汽車拉力賽的比賽形式，而山地車和BMX在1970年以後誕生。以下我們按照時間順序大致列舉幾個具有代表性的事件：
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一、安全自行車的發明
在1817年德國人發明那個沒有腳踏只能用腳劃著走的「自行車」之後50多年，法國人發明了由曲柄驅動前輪的兩輪交通工具，1870年後是自行車技術突然爆發的年代，英國人詹姆斯斯塔利採用鋼管和前輪大後輪小的設計，製作了第一代Penny Farthing（我們俗稱的高輪自行車，但我傾向於譯為便士自行車，因為原文中便士和Farthing是代表不同大小幣值的英國貨幣，非常有地域特點）它也就是我們很多人看到的維多利亞時代英國的時尚icon之一，這一發明使得自行車在英國和歐美各國大肆風靡，但也是因為便士自行車沒有剎車裝置容易發生較為嚴重的車禍（跌落＋衝擊）催生了安全自行車的誕生，所謂的安全自行車的輪徑比便士要小的多的，騎手位於連個輪中間坐姿的自行車。尤其後來鄧祿普改進並發明了充氣輪胎，安全自行車的基本形態也就為我們現代的自行車勾勒出了基本的樣子。
英國的Wihppet是1888年設計的安全自行車之一，更是歷史上最早採用避震結構的自行車之一，2012年美國人保羅·布羅迪憑藉1:1完美複製的Whippet拿下了北美手工車展的「人民選擇獎」也為我們假想了這一傳世傑作剛剛誕生時候可能具有的風貌。For Sale - 1888 Whippet Bicycle - Paul Brodie
從1890到20世紀初短短十年間自行車獲得了歷史上第一次大發展，隨著英法兩國社會經濟的不斷繁榮，自行車也迎來了一個全新的時代，不僅在第一屆現代奧運會上舉行了自行車比賽，以法國為首的很多歐洲國家開始舉辦各類自行車比賽，比如1903年舉辦的環法自行車賽至今聲名遠揚至世界各地，滿足各類自行車比賽的需求，才是製造技術更領先的自行車的源動力。
同時經歷了幾十年的飛速發展，自行車已經成為一個適應性非常廣泛的交通工具，小到走街串巷、閑暇郊遊再到環球旅行甚至是前線戰場，自行車的多用途和便利性啟發了很多人，自行車的一些技術特點也間接影響了很多其他偉大發明，我們如今現代生活中很多產品汽車、摩托車、飛機，都和自行車有著千絲萬縷的聯繫和奇妙的緣分，而且一直以來其他機械化交通工具的進步也開始回饋和反哺自行車技術的發展。
我們公認的飛機之父美國人萊特兄弟當年是便是自行車的狂熱愛好者，19世紀末在美國經營自行車店的萊特兄弟從自行車上獲得靈感，秉承著務必要側重平衡性、空氣動力學、鏈條傳動、輕量化且強韌的骨架等特點，製造並成功實現了人類歷史上的首次飛行。
二、1940年代（外）變速器出現
在1880年之前自行車普遍沒有採用飛輪和鏈條裝置，直到安全自行車普及之後，慢慢的進化出鏈條傳動，再到1924年法國人發明了反向棘輪結構的飛輪，人們在下坡滑行的時候才開始能享受到微風拂面的快感。1930年代法國開始致力於外變速的研究。自行車變速裝置大致分兩種，內變速和外變速。一言以蔽之，內變速現在主要是給通勤車、旅行車使用的；幾乎所有的競賽目的的自行車，都使用拉線式外變速器，而這一裝置是法國代表品牌Simplex發明並量產的。這裡嚴正聲明一點：變速器的的確確不是義大利人圖裡奧康帕傑奧羅（Campagnolo）發明的，圖裡奧發明的是自行車快拆（前幾年確實有商家為了便於宣傳編了這樣一個都市傳說，希望大家發現之後及時闢謠）但是不可否認的是，義大利的Campagnolo品牌對自行車技術的進步起到了巨大的推動作用，該品牌的產品從一開始的拉杆式後變速經歷了短短數年，就演變成拉線式的4段5段和6段變速器，從1940～1960年間。而且包含快拆、變速器、前後花鼓乃至後來的成品輪組，Campanolo以80多年的歷史創造無數技術專利和高品質的鋁合金、碳纖維加工技術馳名歐洲乃至世界。而世界的另一端日本人雖然一直都是自行車文化里的「插班生」，但憑藉非凡的智慧在1970年代，Suntour發明了平行四邊形後撥並享有專利，這一發明令換檔變得更加準確且輕鬆。到1980年代，同樣是日本的品牌禧瑪諾申請了SIS定位變速的專利，定位變速把過去的無級變速改為分段式，變速更準確，不依賴運氣和手感，這一發明的地位絲毫不亞於發明變速器本身，因為這一技術更好的助力了山地車運動的發展。更進一步的是Shimano率先發布了STI剎變把（俗稱手變頭）應用在了頂級產品Dura Ace 7410上面（Campagnolo幾乎也同時發明但稍晚推出）關鍵是，禧瑪諾的產品很大程度的推動著山地車發展，而且在整個80年代日本品牌兩個領軍人物，Suntour和禧瑪諾都非常重視山地車零部件的研發，與此同時可以說義大利具有前瞻性的幾個品牌，比如Cinelli和Campagnolo也都看到了這個巨大的市場，但是山地和公路的「套路」和玩法涇渭分明，義大利人在日新月異的山地車市場可謂折戟沉沙，而北美、日本、台灣通過80年代一役，基本確立了如今自行車世界的基本版圖。
我的文字經常提及一個大多數中國人不了解的現況：競賽用自行車是深刻影響自行車產業發展的產品，所謂的"高級"自行車無非是具備賽車性能或者採用相同工藝的，追求高性能的自行車，無論公路、山地中的競賽級都是這種代表，而外變速的發明帶動了競賽級自行車快速迭代、激烈競爭和技術進步，擁有了變速器的競賽自行車迅速拉開了和民用級自行車之間的差距。
我這裡只提一句，如今21世紀初葉，電子變速發明的意義本身不亞於發明變速器，後文我們結合「今天」的內容對電子變速著更多筆墨。
三、航空材料及複合材料製造的車架及零件
其他答案中一些網友的總結具有一定參考價值，但是具體的時間點、事件有比較大出入，或者說舉例的內容比該技術出現晚了幾十年，我重新為大家梳理一下關於車架的材料發展的來龍去脈。
在整個19-20世紀的大部分時間內，自行車製造的主材是鋼材，而且在近百年的時間裡被焊接技術制約，普遍採用套管（lug接頭）接合鋼管的焊接方式，這裡有個延展閱讀，是我前年寫的一個關於車架焊接的回答，現在看起來有些地方還有點稚嫩，但是不失為一篇老少咸宜的參考資料：MuA馬：自行車是否能用榫替代焊接？
眾所周知歐洲是自行車的正統發源地，得益於工業革命帶來的文明和先進生產力，前文提到自行車啟發了諸多更具有科技含量的交通工具，隨後的很多年，這些直系或嫡系子孫都開始「反哺」自行車製造技術。一開始用來製造賽車（汽車）桁架的高張力合金鋼材，無縫鋼管被用來製造自行車，比如英國的雷諾Reynolds 531管材，最開始就是A/C眼鏡蛇這類賽車的桁架主材。甚至飛機這一嫡系子孫的製造工藝都反哺了自行車。以下列舉幾種在20世紀中後期「新興「的車架材料：
1.鋁合金：鋁合金製品的普遍應用其實是近30年的事情，雖然人類研發鋁合金的歷史非常悠久，鋁合金具有密度低重量輕的特點，不會生鏽變質，雖然純鋁韌性差硬度低，但加入不同元素可以大大提升其硬度。早在1930年代，鋁合金還是絕對的高級材料時，尤其是航空器的發展充分促進了鋁合金的普及和發展，在那個時代民用航空業的霸主還是飛艇，齊柏林飛艇就大量應用了鋁合金來減重。受這個影響和啟發，法國人Nicola Barra以自己名字命名了第一支鋁合金車架，Barra c.1938-40 鏈接中為我們復刻了一台非常具有時代特點的戰前法式旅行車的樣貌。除他以外還有很多先驅比如Caminargent都是最早應用鋁合金的自行車，當時沒有普及的原因無外乎成本和可靠性等原因，而且因為製作工藝的局限，鋁合金還沒有發揮出它比鋼架更多的輕量化和強度優勢。
以圖片中這輛女式休旅車為例，車架僅重1400克，無論是與當時的鋼架還是如今的氬弧焊鋼架，都具有先天的重量優勢。原文鏈接：Barra mixte
雖然直到今天鋁合金依然是航空主材料之一，而自行車使用鋁合金還經歷了一些沉浮，制約它發展的無非是材料的製造工藝以及結構穩定性，尤其是和鋼架一樣管徑的鋁架並不能帶來明顯的優勢。戰後的美國和歐洲不同，因為沒有深厚的競技氛圍，自行車主要是青少年的玩具，所以就會有這種好似摩托車的自行車，Monark Silver King，但是它的出現對後來美國自行車的發展起到了重要的意義，美國結合了BMX的技巧和沙灘車的輪徑發明了山地車。
所以直到1970年代，畢業於麻省理工學院的加里克萊因，率先通過加粗管徑的方法，再結合6061，7005這類專用的鋁合金材料製作的車架，讓鋁合金車架的優勢充分顯現。同時80年代末氬弧焊這種技術也越來越多的應用到車架焊接上，更好的發揮了鋁合金輕量化的優勢，因為只有省掉Lug接頭的鋁合金車架才更有輕量化可能性。尤其是在山地車領域，成為了很多後生品牌：崔克、閃電、佳能戴爾的啟蒙老師，儘管這三者都號稱自己是鋁合金車架的帶頭人，實際上對於當時的自行車正統派歐洲人來說，美國人不搞鋁合金創新，他們的產品也是不足以和義大利、法國、英國人抗衡的，出奇才能制勝，甚至可以說，鋁合金的山地車開啟了自行車的一個新時代。
所以說到這裡，我們順帶把義大利ALAN，法國Vitus還有英國Raleigh Technium 440這類鋁合金名車的意義也總結一下，對於這些完全沒有通過加粗管徑，工藝沿襲傳統套管工藝的鋁合金車架，他們在歷史上哪怕出現的更早（其實差不多同時）或者品牌對自己的歷史有多麼自豪，本質上他們的貢獻都不及Klein，但是他們也都有各自的特點，像ALAN是比較早採用鋁接頭黏合碳纖維管材的；Vitus的車架大多是陽極彩色塗裝，非常獨特、靚麗，很有時代特色；而Technium 440是少見的鋼後三角＋鋁前三角黏合的車架（鋼和鋁不能焊接到一起）他們都具有自己鮮明的特點。但還是那句話，來得早不如來得巧，而且看貢獻大主要還是要看影響力，所以我首推Klein，到90年代我們稍後總結。
2.鈦合金：
作為比鋁合金更為高級、奢華的航太材料，鈦合金至今都沒有走下神壇，高居頂級自行車售價排行榜前列的總有鈦合金車架的身影，這源自於鈦合金一支恆久遠，傳男也傳女，金湯化不爛，你死他也堅的特點。鈦合金硬度高！密度小、彈性好，耐磨耐高溫什麼亂八七糟一大車的優點以及不易加工、不易切削、應力大、成本也高的缺點我就不一一列舉了（這裡你們可以去搜一下），我只說在90年代，無論是公路還是山地領域掀起過一陣鈦合金風暴，很多品牌至今都以自己擅長製造鈦合金車架而孤傲的活著。當時在美國的東海岸的一些製造業中心為核心，由幾個核心品牌帶頭，Serotta、Merlin、Moots、Seven再到Moots創始人Kent Eriksen以及Independent Fabrication和其直系的Fire fly等等一大堆品牌從1973年至今，都有涉及鈦合金車架的製造。美國之所以如此廣大的鈦合金車架市場和從業者，主要因為美國是世界排名第一的宇航及飛機製造國，鈦合金原材料對於自行車這種靠飛機上「筋頭巴腦」就能吃飽的行業來說簡直得天獨厚，3億人單一語言的巨大市場，養活了這個及其小眾的市場。
美國鈦合金車架代表之一Moots 25周年，來自一個我從沒見過面的地球另一頭的德國車友
而90年之前世界還有一極，他也是有資格號稱宇航技術傲視全球的——蘇聯，當時在鈦合金車架這場風潮中，正統派歐洲佬遇到了前所未有的挑戰，畢竟美國的鈦合金產業極強大，利用這種「奢侈品」材料推銷產品對歐洲人來說成本略高，更何況巧婦難為無米之炊，恰逢90年代東歐劇變蘇聯解體，很多兵工廠遭到了歐洲貨幣和美元的「洗劫」因為國家破產了，那個時候很多品牌，如義大利的Colnago，De Rosa都有在俄國代工的「野史」不僅如此。
像捷克這樣的工業背景深厚的前蘇東國家也有Morati這樣的品牌（該品牌在2103年復活了，改名叫Festka)。還有就是為本來也不是世界自行車版圖裡的澳大利亞在90年代也孕育了Baum這樣的獨立制車人（實際上Daren家也有著深厚的機械加工背景，與民用航空業也是密不可分）
鈦合金因為它獨特的特性，隨著技術的發展，尤其我前文提到鋁合金車架技術的進步2要素，焊接技術和更粗管徑的配管，讓21世紀的鈦合金車架比90年代的車架更具有騎乘的可靠性同時保有較高舒適性，對於具備獨立思想和已經建立對器材成熟的購買需求的玩家，尤其是資深玩家和發燒友，具有難以抵抗的吸引力。
3.碳纖維車架
碳纖維其實只是碳纖維車架的原料之一，實際上是我們對CFRP（碳纖維增強複合材料）的簡稱。關於對碳纖維技術的探索始於50年代，70年代進入量產時期，最核心的技術掌握在一些日本品牌手中。如今已經越來越多的可以在生活中看到用到，應用在自行車上也有逾40年歷史，1977年Exxon Graftek G1可 作為最早的複合型碳纖維車架代表之一，但其結構借鑒了鋼架的Lug形式同時管徑也差不多，而且因為粘合材料不穩定，發生過連接脫落等事故，（那時Exxon除了可以獲取成型碳管還沒有加工碳纖維管材的技術條件）慢慢隨著碳纖維技術的進一步普及，1980年代末，越來越多的歐美廠家想要藉助這種廣泛應用於航空航天領域的材料製造自行車，現在回顧過去，很多品牌都號稱自己是碳纖維車架的先行者，但是真的在歷史上具有里程碑意義的碳纖維車架幾乎只有一個答案：Colnago C35，這是第一款量產的單殼體碳纖維車架，當時是在法拉利的協助之下完成研發，因為在此之前法拉利剛剛量產了Enzo的遺作F40，是一款劃時代的超級跑車，當時就大量的應用到CFRP和凱夫拉縴維等軍工／航太技術，Colnago和法拉利強強聯手，基本上是在暗示人們「Colnago就是自行車中的法拉利」（這一波營銷真是妙）所以1989年C35的量產基本上標誌著自行車車架技術進入碳纖維時代。
而在此次評選中落選的Lotus 108賽車雖然和C35一樣採用單殼體碳纖維技術，也是由英國賽車的先鋒旗幟蓮花親力打造的劃時代產品，但是由於UCI規則的限制，這款在空氣動力學外觀具有劃時代意義的產品沒有機會延續他的傳奇，不過作為最具代表性的碳纖維車架並堪稱稀世珍寶的作品也就蓮花108莫屬了。
碳纖維車架這30多年短暫的發展史中，經歷的技術革新多到不勝枚舉，從最一開始的鋁合金Lug粘合碳管，再到為了降低成本採用後三角與鋁合金車架粘合的「碳鋁複合」車架，直到如今各類單殼體（一體成型）前後分體式成型、公母接粘合和最流行的管對管粘合等等（詳細製作方法可以參考我的偶現輪帝P11的這篇博文：漫談車架接管技術_philipeleven_新浪博客 本人不再做贅述）碳纖維車架從最一開始的高級奢侈品到如今成為競技自行車的主流，無論公路山地甚至CX公路越野和最近流行的Gravel甚至旅行車、雪地車，碳纖維已經完全走進千家萬戶，甚至可以定製屬於你的專屬幾何的定製車都可以買到全碳纖維的車架，而且價格越來越親民，粘合碳纖維的環氧樹脂性能也越來越好，碳纖維的模量也越來越高，「又輕又硬」已經不是夢想。
曾幾何時C35的車架重量遠超1Kg，雖然比那時鋼架1800克上下的重量輕了不少，可是如今連Giant TCR ADV系列都可以做到800多克的車架，更有甚者像崔克Emonda和AX lightness的超輕爬坡架普遍低於700克，包含前叉碗組甚至不超過1千克的產品都做得出來，更重要的是碳纖維本質上是一種需要高溫定型的材料，環氧樹脂作為粘合劑具有極高的可塑性，碳纖維車架可以完全參考計算機模擬的力學模型設計車架的造型，碳布堆疊的厚度和碳布本身的模量高低，還可以充分滿足空氣動力學外形的而「自由設計」車架的造型，這個特性決定了碳纖維必然成為如今最主流的車架材質。
————————————————未完待續，12月2號繼續更新————————————
安利一發老回答，裡面介紹還算詳細。
https://www.zhihu.com/question/54542717/answer/139836637
我覺得除了碳纖維材料的普及，
還有電子變速的推廣，
以及空氣動力學的應用。
功率計
圖片來自美騎網 SRM發布Shimano 11速牙盤功率計
難道不是bike fitting么
公路自行車方面，我想想。。。
手變，鎖踏，壓縮車架，碳纖維材料，氣動造型「自行車運動」的技術革新，有運動兩個字，那麼答案一定要有：
葯
cp家的變速器
島野家的手變
giant家的壓縮車架
鵝牌的氣動車
開口胎
減震器
鎖踏
油碟
碳纖維零部件
電子變速
功率計
這些應該都屬於革命性的產品吧
首先肯定是材質鋼-鋁-碳的變化帶來的改變是最大也最直接的
還有就是從梁變到手變，再到現在的電變
剎車系統近兩年在公路車上出現了碟剎，甚至還有液壓系統，這個變化帶來的影響目前還不好說，至少碳輪不用擔心爆框了。
還有一個很重要的技術革新，就是自鎖結構的腳踏...從最初的踏板，又出現了狗嘴，現在出了look系列的自鎖之外還有棒棒糖，個人是棒棒糖擁躉，太贊了
至於花鼓，輻條，以及各種編法帶來的影響，就不說了，哦，想到了破風把，氣動車架的出現也帶來了很大的影響。
山地車最大的變化應該是減震系統的出現吧，從前減震叉，帶鎖，到雙減震軟尾，讓山地自行車運動的玩法變多了，極限也更高了
功率計算不
個人感覺是先追求輕量化，輕量化遇到瓶頸了，開始攻克空氣動力。從鋼到鋁，從鋁到碳，鈦合金也有，老梅花的國管的鋼架超漂亮，cervelo的氣動架也科技感十足，帥的一比
這兩年真空胎的普及以及公路自行車碟剎的應用
阻尼避震器的應用，真空胎的應用
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