自行车性能

黄色的布拉德利·威金斯球衣，完成2011CritériumDuauphiné.

重型货车由SCO制造的丹麦可以携带超过100公斤（220磅）。

一个自行车的性能非常有效。根据活力一个人必须支出旅行给定的距离，骑自行车是最有效的自动运输方式.^[1]以货物自行车的重量可以承受总重量，这也是货物运输的最有效手段。

机械效率

从机械角度来看，骑手传递的能量的99％踏板传输到车轮（清洁，润滑的新链400 w），尽管使用齿轮机制将其减少1-7％（清洁，润滑良好拨链器），4–12％（带有3速轮毂的链）或10–20％（带有3速轮毂的轴驱动）。每个范围内的效率较高，以较高的功率水平和直接驱动（集线器齿轮）或大型驱动齿轮（拨链器）的形式达到。^[2]^[3]

能源效率

一个人旅行自行车在16–24 km/h（10–15 mph）时，仅使用行走所需的功率是人类运输的最节能手段。^[4]空气阻力随着速度正方形的增加，需要越来越高力量相对于速度的输出。骑手位于一个的自行车仰卧位被称为卧式自行车或者，如果被空气动力学覆盖整流罩为了达到非常低的空气阻力Velomobile.

赛车自行车的重量轻，允许腿部自由运动，使骑手保持舒适的空气动力学位置，并具有高齿轮比和低滚动阻力。

在牢固的地面上，一个70公斤（150磅）的人需要大约60瓦特^[5]以5 km/h（3.1 mph）行走。同一个人在同一地面上，具有相同功率输出的地面，可以使用普通自行车以15 km/h（9.3 mph）的速度行驶，^[6]因此，在这种情况下，骑自行车的能量消耗是步行相同距离的三分之一。上坡和下坡的速度因斜坡和骑手的努力而变化。上坡骑自行车需要更多的功率来克服重力，因此速度较低，而探测器则高于在平坦的骑行条件下。通过中等努力，骑自行车的人可以踩踏8-10 km/h的倾斜度为8-10 km/h。骑在草地上，沙子，泥浆或雪也会减慢骑手的速度。在不下坡的情况下，自行车骑手很容易在陡峭的斜坡上轻松达到20-40 km/h的速度，速度为5％，速度超过50 km/h。

能量输出

活跃的人可以在每公斤体重（未经训练），3.0 W/kg（FIT）和6.6 W/kg（顶级男性运动员）之间产生1.5瓦的体重（未经训练）。5 w/kg大约是雄性业余层最高层的水平。^[7]在一小时内的最大持续功率水平范围为200 w（NASA实验组“健康男人”）至500 W（男人世界小时记录）。^[8]

能源输入

人体的能量输入是食物能量，通常在千瓦[kcal]或公元焦耳[KJ = KWS]。这可能与旅行的一定距离和体重有关，从而提供诸如KJ/（km∙kg）之类的单位。食品消耗的速度，即在一定时间内消耗的数量，是输入功率。这可以在kcal/day或j/s = w（1000 kcal/d〜48.5 w）中进行测量。

可以通过测量氧气吸收或长期食物消耗来确定这种输入功率，假设没有重量的变化。这包括仅仅用于生活所需的力量，称为基础代谢率BMR或大致静止的代谢率.

还可以通过将输出功率除以肌肉效率。这是18-26％。从上面的示例中，如果假定一个70公斤的人以15 km/h的速度骑自行车，则假定肌肉效率为20％，大约为1 kJ/（km∙kg）额外的需要食物。用于计算全部的旅行中所需的食物，必须首先将BMR添加到输入功率中。如果70公斤的人是一个老的，矮个子的女人，那么在所有其他情况下，她的BMR可能是60W。^[9]以这种方式查看此示例中的效率有效减半，大约2 kJ/（km∙kg）全部的需要食物。

虽然这显示了一个大相对的低功率骑自行车所需的食物增加，实际上几乎没有注意到，因为可以用50克坚果或巧克力覆盖一个小时的骑自行车的额外能量成本。随着长而快速或上坡骑自行车，额外的食物需求变得明显。

为了完成效率计算，消耗的食物类型决定了总体效率。为此，必须考虑生产，分发和烹饪所需的能量。

典型的速度

这是一个显示丘陵地形上可变自行车速度的图。

在公用事业骑自行车中，有很大的变化。直立的老人跑车可能会少于10 km/h（6.2 mph），而钳工或年轻人可以轻松地在同一骑自行车上进行两倍。为了哥本哈根骑自行车的人，平均循环速度为15.5 km/h（9.6 mph）。^[10]骑手的健身和节奏，自行车轮胎压力和尺寸，齿轮比，地形的斜率会影响骑手的整体速度。为平坦的城市环境设计的自行车可能具有固定的齿轮或三个速度和自行车设计，专为丘陵地形，拖拉重量或更快的行驶速度具有更多的齿轮。在竞争激烈的骑行中，使用更大的链条，较轻的材料，空气动力学设计和空气动力学效应，从而增加了可持续高速的高速Peloton。由于各种骑自行车的人在风头转弯，然后落在静止状态下，该小组可以在延长距离上保持更高的速度。一种团队计时赛产生相同的效果。

现代骑自行车的人使用速度表或循环计算机测量，记录和共享几个变量，包括速度，梯度，距离，时间，斜坡，斜率，瓦特，功率，温度，GPS数据，路线，甚至心率。

自行车速度记录

最高速度正式记录任何人类动力的车辆（HPV）在水平地面和平静的风中，没有外部辅助工具（例如运动起搏和风块，但包括定义的重力辅助量）为144.18 km/h（89.59 mph），2016年由Todd Reichert设置为Todd Reichert。ETA Speedbike，一款精简的卧式自行车。^[11]在1989年跨美国竞争，一群HPV在短短5天内越过美国。^[12]^[13]^[14]^[15]在完全盖好的条件下，在常规直立位置骑自行车骑自行车的最高速度为82 km/h（51 mph），超过200 m。^[16]该记录是由吉姆·格洛弗（Jim Glover）创下的莫尔顿AM7在温哥华举行的Expo86世界博览会期间举行的人类动力速度锦标赛。最快的自行车速度滑流为296公里/小时（183.9英里/小时），由丹妮丝·穆勒·科内克（Denise Mueller-Korenek）于2018年在Bonneville Salt Flats上设置。这涉及在牵引车后面滑动。

自行车速度摇摆

危险的转向摇摆可能会在高速上发生，骑行没有手在较低速度的手柄杆上，而前叉则用pan弹加权时。

减轻体重和旋转质量

为了更快的上坡和加速，企业竞争降低了赛车自行车的重量。这UCI将在批准种族中使用的最小自行车重量设置为6.8公斤。^[17]

减少质量的优势

为了以恒定的速度骑自行车，重量减轻仅节省了一定的功率，相反，它有益于添加空气动力学改善形式的质量。但是对于陡峭的攀爬，可以直接感觉到任何体重的减轻。例如，减少了总系统重量（自行车，骑手和行李的总和）的10％将节省近10％的功率。

加速时也直接感受到质量的减少。例如，分析循环计算器存档2022-01-15在Wayback Machine对于带有500克较轻的轮子的短跑运动员，给出0.16 s/188 cm的时间/距离优势。在一个标准种族，如果骑手必须刹车进入每个角落，那么这会浪费为热量。对于40 km/h的平坦标准，1 km电路，每圈4个角，每个角的10 km/h速度损失，持续一小时，将有160个角落“跳跃”。对于90公斤的骑手和自行车，与以稳定的速度相比，这增加了大约三分之一的努力，并且质量减少了总系统重量的10％（自行车，骑手和行李的组合），因此可以给出约3％优势。

灯轮的优势

轮胎和轮辋的质量必须线性加速和旋转。可以表明，典型发出轮子的轮辋和轮胎质量的效果有效地翻了一番。因此，减少质量是特别明显的冲刺和角落“跳”标准.^[18]

需要电源

关于减肥和轮胎优化和空气动力学优化的相对重要性的激烈辩论很常见骑自行车。通过计算移动自行车和骑手的功率要求，可以评估空气阻力，滚动阻力，坡度电阻和加速度的相对能量成本。

有一些众所周知的方程式力量克服各种电阻的必要主要是速度的函数：

使用典型值的部分功率组件与速度图
气阻力最初非常低，并且随速度的立方体增加。
起初滚动阻力功率更高，但仅轻轻上升。
攀登5％的成绩几乎与持续加速度相同，为0.5 m/s².

空气阻力

动力 ${\ displayStyle p_ {d}}$ 需要克服防空或阻力是：

{\ displayStyle p_ {d} \，= {\ tfrac {1} {2}}}} \，\ rho \，v_ {r}^{3}^{3} \，c_ {d}

在静止的空气中，或

{\ displayStyle p_ {d} \，= {\ tfrac {1} {2}}}} \，\ rho \ \，v_ {a}^{2}^{2} \，v_ {r}

逆风

在哪里

{\ displayStyle \ rho}

是空气密度，海平面约为1.225 kg/m^3和15度。C。^[19]

${\ displaystyle v_ {r}}$ 是相对于道路的速度，

${\ displaystyle v_ {a}}$ 是明显的逆风，

${\ displaystyle c_ {d} \，a}$ 是一个特征区域乘以其相关的阻力系数.

概念明显的风仅当它来自真正的逆风或逆风时，才直接适用。然后 ${\ displaystyle v_ {a}}$ 是标量总和 ${\ displaystyle v_ {r}}$ 以及逆风或 ${\ displaystyle v_ {r}}$ 和尾风。如果这种差异为负 ${\ displayStyle p_ {d}}$ 必须被视为援助而不是抵抗。但是，如果风具有侧向分量，则必须用矢量和矢量总和计算出明显的风，尤其是在简化自行车的情况下，侧向和阻力的计算变得更加复杂。适当的治疗涉及考虑表面上的力乘坐帆.

阻力系数取决于对象的形状和雷诺数，这本身取决于 ${\ displaystyle v_ {a}}$ 。但是，如果 ${\ displayStyle a}$ 是个横截面面积， ${\ displayStyle c_ {d}}$ 对于骑手在直立的自行车上的通常的骑自行车速度，可以大致近似为1。

滚动阻力

动力 ${\ displayStyle p_ {r}}$ 为了克服轮胎滚动阻力是（谁）给的：

{\ displayStyle p_ {r} = v_ {r} \，mg \ cos（\ artctan s）c_ {rr} \ about v_ v_ {r} mgc_ {rr}}}

其中G是重力，名义上是9.8 m/s^2，M为质量（kg）。^{[需要澄清]}近似可以与滚动电阻的所有正常系数一起使用 ${\ displaystyle c_ {rr}}$ 。通常认为这是独立的 ${\ displaystyle v_ {r}}$ （道路上的自行车的速度）尽管它认识到它会随速度的增加。对滚筒机制的测量值可为各种轮胎膨胀至最大推荐压力，低速系数为0.003至0.006，在10 m/s时增加了约50％。^[20]

攀登力量

这垂直攀爬力量 ${\ displayStyle p_ {s}}}$ 上坡 ${\ displayStyle s}$ 是（谁）给的

{\ displayStyle p_ {s} = v_ {r} mg \ sin（\ arctan s）\ about v_ {r} mgs}

.^[21]

这种近似接近小的实际解决方案，即正常等级。对于极陡峭的斜率，例如0.35，近似值的高估约为6％。

因为这种力量用于增加势能在自行车和骑手的情况下，它在下坡时将其作为动力，除非骑手制动器或行驶速度快于所需的速度。

加速的功率

动力 ${\ displayStyle p_ {a}}$ 为了加速自行车和骑手，总体m加速度A和旋转的车轮具有质量 ${\ displayStyle m_ {w}}}$ 是：

{\ displayStyle p_ {a} \ about v_ {r}（m+m_ {w}）a}

近似是有效的 ${\ displayStyle m_ {w}}}$ 假定会集中在轮辋和轮胎上，并且没有滑动。因此，对于此计算，可以对此类车轮的质量进行两次计数，而与车轮尺寸无关。

因为这种力量用于增加动能在自行车和骑手中，除非骑手制动器或行驶速度比所需的速度快，否则它会在减速时返回并且不会丢失。

总功率

{\ displaystyle p \，=（p_ {d} \，+p_ {r} \，+p_ {s} \，+p_ {a} \，）/\ eta \，}

在哪里 ${\ displaystyle \ eta \，}$ 是本文开头描述的驱动序列的机械效率。

鉴于这个简化的方程式，可以计算一些感兴趣的值。例如，假设没有风，就会获得以下功率输送到踏板（瓦特）的结果：

175 w对于90 kg自行车 +骑手，在平面上以9 m/s（32 km/h或20 mph）的速度（克服空气动力阻力的76％）或2.6 m/s（9.4 km/h或5.8）MPH）在7％级（克服空气动力阻力的努力的2.1％）上。
在平面上以11 m/s（40 km/h或25 mph）为90 kg自行车 +骑手300 W（克服空气动力阻力的83％）或4.3 m/s（15 km/h或9.5 mph）在7％级（克服空气动力阻力的努力的4.2％）上。
165 w对于65 kg自行车 +骑手，在平面上速度为9 m/s（32 km/h或20 mph）（克服空气动力阻力的82％）或3.3 m/s（12 km/h或7.4 h或7.4MPH）在7％级（克服空气动力阻力的努力的3.7％）上。
在平面上以11 m/s（40 km/h或25 mph）为65 kg自行车 +骑手285 W（克服空气动力阻力的87％）或5.3 m/s（19 km/h或12 mph）在7％的级别上（克服空气动力阻力的6.1％）。

将自行车 +骑手的重量降低1千克，在平面时以9 m/s的速度将速度提高0.01 m/s（在A中为5秒32 km/h（20 mph），40公里（25英里）TT）。7％级的同样降低价值为0.04 m/s（90千克自行车 +骑手）至0.07 m/s（65千克自行车 +骑手）。如果一个人爬了1小时，节省1磅将增加69米（225英尺）和110 m（350英尺） - 对较重的自行车 +骑手组合的影响较小（例如，0.06 km/h（0.04 mph）* 1 H *1,600 m（5,200英尺）/mi = 69 m（226 ft））。作为参考，大攀登环法自行车赛和Giro d'Italia具有以下平均成绩：

Giro d'Italia^[22]

Stelvio Pass= 24.3公里的7.45％；
COLLE DELLE FEASESTRE= 18.6公里的9.1％;
Colle dell'Agnello= 22公里的6.5％；
Passolanciano-Maielletta，也称为Blockhaus = 9.4％，超过22公里；
计划De Corones= 5.2公里的10％；
Mortirolo= 12.5公里的10.4％；
蒙特Zoncolan= 10.1公里的12％;

环法自行车赛

Tourmalet= 7％
Galibier= 7.5％
Alpe d'Huez= 8.6％^[23]
蒙特文图= 7.1％。

也可以看看

参考

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外部链接

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[21] 正弦经常被忽略；有关正确的处理[1]

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