当厂家在推出新的自行车型号时，通常都会反复强调新款车型的刚性、重量、舒适度或空气动力学性能得到提升。在这些参数中，刚性是最受重视的，这是使一台自行车在力学传递上尽可能高效的关键因素。但是，在刚性这个笼统的概念下隐藏着众多的细节。
在厂家为了卖货提到的一堆卖点中，总是出现“增加刚性”，这其实是一个许多人谈论但很少有人理解真正含义的参数。然而，就像自行车的重量一样，许多人都高估了刚性增加的作用，刚性也不一定是越强越好。
什么是刚性
在开始分析该参数的含义之前，首先要做的是阐明什么是刚性。根据工程学中常用的定义，刚性是结构元件（对自行车来说是车架）抵抗因施加外力而引起的形变的能力。
这就是为什么当我们谈论刚性时，大多数人会立即想到我们施加在踏板上的力，以及每次踩踏时车架侧向变形的程度。
然而，这只是影响车架的力之一，其他力，例如过弯时离心力的影响，对路面凸起的反应，以及道路上遇到的其他不规则路面冲击，往往都没有被大家考虑在其中。
开发自行车的工程师必须考虑到所有这些方面，从而实现不仅能给车提供极强的刚性输出，还能提供正确的冲击吸收能力，同时使整车尽可能的轻。
因此，在谈论车架的刚性时，我们必须在车架的不同区域评估它，这样你会发现这个参数是一处比一处有意思。
简单来说，实现尽可能高的刚性不是问题。只需堆料即可，特别是原材料的抗拉伸强度够大，就可以获得更坚固的结构。除了材料外，管材的横截面也很重要。横截面越大，刚性越大。但副作用就是重量必然也会增加。
碳纤维的排列当然也是非常重要的。目前主流方式依靠对单向纤维的不同排布，单项纤维的特点是在纤维排列方向上刚性高，但在垂直于纤维的方向上刚性很小。这使工程师有可能根据每块纤维布的定位方式在车架的不同区域实现对应用途。
想要做到完美搭配，需要进行非常复杂的计算工作，幸运的是，21世纪的工程师们主要通过使用有限元分析软件（FEA）在高性能计算机上完成，工程师们可以使用该软件生成数百个虚拟车架并模拟它们对施加不同力的响应情况。
车架设计目标是实现平衡，并仅在需要刚性的地方增加刚性。为此，我们在自行车车架中定义了几种类型的刚性。
硬朗踩踏——侧向刚性
首先，我们通常考虑最多的一个指标是侧向刚性，厂家在他们的实验室中通过在五通上施加负载以模拟踩踏施加的力来测量该参数。这个刚性主要测量的是每次我们的腿踩下曲柄时五通区域形变的程度，有趣的是侧向刚性一定是越高越好，因为通过最小化横向位移，可以使我们产生的矢量力成为向后轮传递的最大力。
此外，后三角也必须足够硬，以免在链条将力传递到后部时产生形变。
这是我们这些自行车评测者试图评估一台车急加速难易程度的参数，这一性能尤其受到爬坡车手和冲刺车手的重视，他们要求自行车在发动进攻或面临大集团冲刺时依旧能保持全力输出。然而，在巡航速度下，可以说市面上的大部分车架都有非常高的踩踏效率，因为功率的输出更加平稳且跟我们这些普通爱好者的输出差距不大。
为了实现高五通侧向刚性这一目标，厂家一直致力于选择更宽的五通和30 mm的曲柄组。后下叉往往也是非常粗壮的，尤其是在它们的侧面，不过为了不影响后轮的兼容性也不会太过火。五通和后下叉往往都会使用不对称设计，以平衡对驱动侧和非驱动侧产生的不同力的响应。此外不同的碳布排列也会将该效果尽可能最大化。
精准操控——扭转刚性
一个更加重要但很少被提及的参数是扭转刚性。这定义了车架在不同力下的扭曲程度。这种扭转会影响前后车轮的对齐，因此对自行车的操控性有明显影响，尤其是在过弯时。
高速过弯时，自行车向过弯线路内侧施加向心力，从而产生离心力，离心力会让我们有向线路外运动的趋势。由于前叉和后三角形的结构差异，前后车轮受到的力并不相通，因此会导致车轮会在移动线路上产生一定的错位。
对骑乘者来说，我们会将此描述为操控不精准。大概就是，当骑乘者像使用画笔一样在弯道画出一道行车线时，自行车给你的反馈并不像你希望的那样紧致。相反，当一台车在这个参数上表现出色时，不仅很容易画出曲线，而且只需简单的动作，就可以将车指向弯心，并且在切过弯心后以一个十分均匀的渐进性逐渐回正你的纵向压弯角度，并且在过弯行车线中突然改变车头方向的反应也会更快，总的来说就是整个过弯的操控都会变得轻快直接，并不会有那些刚性较差车型的迟钝感。
为了防止车架容易扭曲，厂家通常会对叉身进行补强，并且使用更大尺寸的舵管，事实上，碗组轴承逐年增大，已经从传统的1英寸发展到现在经常在下碗出现的1.5英寸轴承。这也是自行车的下管通常截面最宽大的原因，因为它是车架结构的主要支撑部分。
但还有另一个方面需要考虑。那就是侧向刚性和扭转刚性必须相互平衡，才能使车架在不做出任何妥协的情况下发挥最佳性能。另一方面，当路面状况并不完美时，前后轴上过强的侧向刚性会使自行车难以骑行，因为它会在每次路面冲击后都产生反弹。所以要考虑的方面远远不止这些。
平顺前行——垂直刚性
如果对前面的几点的目标都是是实现尽可能强的刚性，那么，在垂直平面中，则恰恰相反：要有一定的刚性，以免引起弹跳效应，但同时，又要有足够的形变能力来化解路面的不规则性。
这是一个非常难以调整的参数，因为它受骑手体重的影响，而自行车的设计要考虑到各种不同类型的车手。当然，目前我们已经可以通过对车手的大数据分析，来推断出使用某个尺码车手的平均身材，从而使工程师能够更准确地调整这个参数。
通常来讲，与侧向刚性一样，车架管型的截面以及碳布的排列对垂直刚性都会有比较明显的影响，而对垂直刚性的调教，也力求在不影响侧向刚性的情况下，实现吸振能力与传力效率的完美平衡。
垂直刚性通常会对空气动力学产生影响，因为气动管型会增大管型的垂直截面，总而增加垂直刚性，并在水平截面上变小，会影响侧向刚性，这与车架所寻求的完全相反。
解决这一难题的方法通常依靠截背型的虚拟尾翼管型以及增加管型的水平截面积，但是，这不仅对重量有影响，也会对空气动力学性能有影响。
如果自行车太硬或太软怎么办？
正如我们在开始时所说，如果刚性的绝对值非常重要的话，使用现代材料让自行车无比坚硬是一件非常简单的事情。然而，我们很少有人能够在这样的车上坚持一个多小时，不仅因为路面变化会很快震碎我们的手臂和背部，还因为对任何微小操作的反应过快，迫使我们时刻保持紧张。
其实，在历史上的某个特定时期，我们曾经拥有过这样的车，尽管他们在你第一脚踩踏尤其是加速时会感觉无比美妙，但很快就会发现，这样的车在现实世界并不实用，随着公里数的流逝，他对我们的伤害远大于增益，或是在每个下坡的弯道上，他除了能给我们过强的过弯信心之外，并没有什么正面反馈。相信大家都还记得21世纪初盛行的全铝合金竞赛车型吧，那些都是真正的“两个轮子一根杆，没啥别的就是干”。
而另一个极端是，我们曾经将他们视为“棉花车”的车型。大概就是那种需要持续不断高强度输出才能维持续航速度的车，并且你会觉得你超过一半的功率都化为乌有，更不用说，当你加速时老年人一样的响应了。
这样的车也会唤醒人们在过弯走线时的噩梦回忆，相信拥有中端钢架公路车的车手们都能懂我的意思，虽然这样的车我们可以称之为“造型优雅，质感豪华”，但懂得都懂。
经过以上的介绍，我们大概知道了在大多数情况下，更高的刚性一定会更受欢迎，但一定要是在车架每个区域进行严谨测试，并最终将各项指标达成完美平衡。总而言之，多年来车架的总体刚性明显增加，在最新一代车型上，你可能只需要踩几脚，而在一台可能是十年前的同款车型上可能就需要多踩很多脚。通过这样的对比，你就能非常直观的感受到车架设计知识的发展，设计工具的丰富，材料素质的进步对自行车性能的巨大影响。
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