[转帖]人力变速车的出力、档位与车速（入门感受篇）
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。<br/> <br/>一、人肉马达的特点：<br/>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。<br/>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。<br/> <br/>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。<br/>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。从运输经济上来讲，人力车翻越上千米高的山头约需消耗一碗大面，而同样费用的汽油则够摩托车载人翻越三次以上的。所以脱离了体育锻炼的意义来讲，长途旅游还是用轻摩较好。<br/> <br/>二、平地车速与所需功率的关系：<br/>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人体，在一般的理论计算上也还大致可以如此推算。<br/>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。<br/> <br/>三、山地车上坡与顶风所需的功率计算：<br/>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。<br/>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。<br/> <br/>四、山地车的变速比：<br/>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。<br/>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。<br/>在实际使用中考虑到链条不宜过分偏斜牙盘齿面的问题，一般情况下会使用28齿小前盘达搭配后面的34、24、22齿后牙盘，做到0.82、1.17、1.27等三种变速传动比。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。<br/>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。<br/>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。<br/> <br/>五、档位与车速的搭配：<br/>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。<br/>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。<br/>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。<br/>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。。。<br/> <br/>-------------------------------------------------<br/> <br/>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：<br/>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。<br/>使用前中牙盘有 11.77MA、12.9MA、14.2MA、15.6MA、17.7MA 等五种车速。<br/>使用前大牙盘有 19.9MA、22.4MA、25.6MA 等三种车速。<br/>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。<br/> <br/>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：<br/>使用前小牙盘有9.2MA、13.1MA、14.2MA 等三种车速，<br/>使用前中牙盘有 17.7MA、19.4MA、21.3MA、23.4MA、26.5MA 等五种车速，<br/>使用前大牙盘有 29.9MA、33.6MA、38.4MA 等三种车速。<br/>但能将山地车踩到如此极速的业余人士较少见，曾亲眼目睹“山地情怀”著名猛人竹青，在狂追轻摩之时玩过43MA，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。）。。。 <p>睡觉了 明天再看</p><p></p>
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