2014年，美國(guó)年青建筑師克列諾夫（M.Klenov）和安格洛夫（M.Angelov）向公眾展示了一個(gè)被稱為“Halfbike”的有趣產(chǎn)品。這個(gè)看起來(lái)有些怪異的設(shè)計(jì)將一輛普通自行車大修大改，去掉了車身和坐墊，精簡(jiǎn)得只剩下帶前輪的前叉、踏板和兩個(gè)小后輪。雖然輪子數(shù)目比一般自行車還多了一個(gè)，但后輪很小又能折疊，整個(gè)體積縮小了一半。沒(méi)有坐墊不能坐騎，騎車人只能站立蹬踏板，靠身體動(dòng)作控制方向。騎這種車一定很累，但從鍛煉協(xié)調(diào)性和平衡能力的觀點(diǎn)考慮，Halfbike不失為一種新潮的運(yùn)動(dòng)器具。


　　比較下圖就能發(fā)現(xiàn)，新出現(xiàn)的“Halfbike”與19世紀(jì)風(fēng)行歐美各國(guó)的“高輪車”何等相似。1870年英國(guó)人斯塔利（J.K.Starley）發(fā)明了這種被戲稱為“1又1/4便士（Penny-farthing）”的高輪車。因?yàn)楦叽蟮那拜啂б粋€(gè)矮小的后輪恰似一個(gè)大硬幣配一個(gè)小硬幣。將大輪縮小，小輪增加成兩個(gè)，車架和后輪之間裝上特殊設(shè)計(jì)的聯(lián)結(jié)鉸，古典的高輪車就演變成新潮的Halfbike。


Halfbike

19世紀(jì)的高輪車

　　從力學(xué)觀點(diǎn)分析，Halfbike與普通自行車最大的差別是沒(méi)有車架，而是將固定前輪的前叉作為車身直接與后輪聯(lián)結(jié)。如車身向兩側(cè)傾斜，并列的雙后輪要保持與地面接觸，不允許隨車身一同傾斜。車身與后輪的聯(lián)結(jié)必須為二自由度萬(wàn)向鉸，才能保證車身連同前輪仍具有相對(duì)后輪的傾斜和轉(zhuǎn)向兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。
　　普通自行車由于前叉轉(zhuǎn)軸傾斜引起地面正壓力的附加力矩而導(dǎo)致所謂“腳輪效應(yīng)”，成為影響自行車穩(wěn)定性的重要因素。由于上述構(gòu)造差異，Halfbike不存在這種附加力矩，腳輪效應(yīng)也就不存在了。


Halfbike簡(jiǎn)化的受力圖

　　從網(wǎng)站上公布的視頻可以看出，騎車人利用身體左右晃動(dòng)就能靈活改變行進(jìn)方向。這種特殊的操縱方式就是靠上述特殊構(gòu)造得以實(shí)現(xiàn)的。假設(shè)騎車人向左側(cè)晃動(dòng)，使人車系統(tǒng)的質(zhì)心向左側(cè)產(chǎn)生短暫的加速度。車體以一個(gè)速度勻速行進(jìn)時(shí)，地面對(duì)前后輪沿水平軸的切向摩擦力自行平衡。由于質(zhì)心沿垂直軸無(wú)運(yùn)動(dòng)，重力與法向支承力的平衡也不受影響。
　　上圖為簡(jiǎn)化的的受力圖，上述保持平衡的重力、法向支承力和切向摩擦力均予省略，僅繪出側(cè)向摩擦力使表達(dá)更為清晰。摩擦力成為維持曲線運(yùn)動(dòng)的向心力，車體得以沿曲線軌跡穩(wěn)態(tài)行進(jìn)。當(dāng)騎車人向右回歸原位時(shí)，必出現(xiàn)短暫的反向加速度，側(cè)向摩擦力與相關(guān)的力矩和角加速度均隨之反向。車體與前輪繞軸的角速度從增長(zhǎng)轉(zhuǎn)為下降。當(dāng)減至零時(shí)車體恢復(fù)直行。

　　Halfbike的另一特點(diǎn)是用前輪驅(qū)動(dòng)代替了普通自行車的后輪驅(qū)動(dòng)。蹬車加速時(shí)前輪的摩擦力向前，后輪的摩擦力向后，與普通自行車恰好相反。前輪的驅(qū)動(dòng)力扣去后輪的摩擦力，與騎車人加速產(chǎn)生的慣性力構(gòu)成一對(duì)力偶，使前輪的正壓力減小。如加速度過(guò)大，以致正壓力減小到零時(shí)，前輪即解除約束離地使車身向后傾翻。不過(guò)實(shí)際上這種可能性并不大，因?yàn)檎局T車的人不大可能使車子加速到這種程度。
　　停止蹬車使車子自由滑行時(shí)，前后輪的摩擦力都向后，與騎車人減速的慣性力構(gòu)成力偶使后輪的正壓力減小，車身可能向前傾翻[4]。古典高輪車為提高前進(jìn)速度加大了前輪直徑，卻給重心高高在上的騎車人帶來(lái)了減速導(dǎo)致前翻的危險(xiǎn)。這也是后來(lái)高輪車朝低輪化發(fā)展的重要原因。Halfbike的前后輪都明顯縮小，騎車人的重心低了許多，在減速度不太大的一般情況下這種危險(xiǎn)性可得以避免。
　　Halfbike的出現(xiàn)打破了自行車延續(xù)兩百多年的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)和騎車方式，問(wèn)世以來(lái)頗受年輕族群的青睞。兩位發(fā)明人同屬一個(gè)稱作Kolelinia的研究室，是一群年輕人組成的致力于探尋新型城市交通系統(tǒng)的發(fā)明團(tuán)隊(duì)。Halfbike雖不能替代傳統(tǒng)自行車，但改革者對(duì)傳統(tǒng)概念的破除和創(chuàng)新改革的勇氣和精神卻很值得贊揚(yáng)和提倡。

神奇的Halfbike：站著騎的自行車

圖文簡(jiǎn)介

2014年，美國(guó)年青建筑師克列諾夫和安格洛夫向公眾展示了一個(gè)被稱為“Ha......