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


  比較下圖就能發現,新出現的“Halfbike”與19世紀風行歐美各國的“高輪車”何等相似。1870年英國人斯塔利(J.K.Starley)發明了這種被戲稱為“1又1/4便士(Penny-farthing)”的高輪車。因為高大的前輪帶一個矮小的后輪恰似一個大硬幣配一個小硬幣。將大輪縮小,小輪增加成兩個,車架和后輪之間裝上特殊設計的聯結鉸,古典的高輪車就演變成新潮的Halfbike。


Halfbike

19世紀的高輪車

  從力學觀點分析,Halfbike與普通自行車最大的差別是沒有車架,而是將固定前輪的前叉作為車身直接與后輪聯結。如車身向兩側傾斜,并列的雙后輪要保持與地面接觸,不允許隨車身一同傾斜。車身與后輪的聯結必須為二自由度萬向鉸,才能保證車身連同前輪仍具有相對后輪的傾斜和轉向兩個轉動自由度。
  普通自行車由于前叉轉軸傾斜引起地面正壓力的附加力矩而導致所謂“腳輪效應”,成為影響自行車穩定性的重要因素。由于上述構造差異,Halfbike不存在這種附加力矩,腳輪效應也就不存在了。


Halfbike簡化的受力圖

  從網站上公布的視頻可以看出,騎車人利用身體左右晃動就能靈活改變行進方向。這種特殊的操縱方式就是靠上述特殊構造得以實現的。假設騎車人向左側晃動,使人車系統的質心向左側產生短暫的加速度。車體以一個速度勻速行進時,地面對前后輪沿水平軸的切向摩擦力自行平衡。由于質心沿垂直軸無運動,重力與法向支承力的平衡也不受影響。
  上圖為簡化的的受力圖,上述保持平衡的重力、法向支承力和切向摩擦力均予省略,僅繪出側向摩擦力使表達更為清晰。摩擦力成為維持曲線運動的向心力,車體得以沿曲線軌跡穩態行進。當騎車人向右回歸原位時,必出現短暫的反向加速度,側向摩擦力與相關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轉為下降。當減至零時車體恢復直行。

  Halfbike的另一特點是用前輪驅動代替了普通自行車的后輪驅動。蹬車加速時前輪的摩擦力向前,后輪的摩擦力向后,與普通自行車恰好相反。前輪的驅動力扣去后輪的摩擦力,與騎車人加速產生的慣性力構成一對力偶,使前輪的正壓力減小。如加速度過大,以致正壓力減小到零時,前輪即解除約束離地使車身向后傾翻。不過實際上這種可能性并不大,因為站著騎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,前后輪的摩擦力都向后,與騎車人減速的慣性力構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速度加大了前輪直徑,卻給重心高高在上的騎車人帶來了減速導致前翻的危險。這也是后來高輪車朝低輪化發展的重要原因。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性可得以避免。
  Halfbike的出現打破了自行車延續兩百多年的傳統結構和騎車方式,問世以來頗受年輕族群的青睞。兩位發明人同屬一個稱作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的發明團隊。Halfbike雖不能替代傳統自行車,但改革者對傳統概念的破除和創新改革的勇氣和精神卻很值得贊揚和提倡。

神奇的Halfbike:站著騎的自行車

圖文簡介

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