以前總是有許多的文章在討論要空力車還是爬坡車,而大多數的廠商也是兩種車都出,當然也是有少數如 PINARELLO 只有一種車,現在則是越來越多車廠有出全能車,甚至指出全能車不再分空力跟爬坡,那麼我們來看一下空力車架與全能車架的差異。

我們先來看 Cervelo 的空力車與全能車,把 S5 跟 Soloist 兩張圖疊在一起可以發現,就形狀上看起來幾乎是一樣的,也可以看到後叉下移的位置跟空力車一樣,只差在空力車架側面看起來比較粗壯,而全能車的管型則是採用 D 型管,所以側面看起來跟爬坡車差異不大,主要來說就是車架形狀跟空力車一樣,車架管型比較貼近爬坡車。

圖一
圖一:S5 與 Sololist

就性能方面 Cervelo 的官方說法則是,Soloist 大概比 S5 輕 250 g,也大概比 R5 重 250 g,空力則是比 S5 慢 190 g,而比 R5 快 126 g,這個空力單位可以去看頻道中另一部影片,有介紹一些空力表示法跟怎麼來的,當然空力減少多少一般人比較難去驗證,即便是用電腦跑模擬都是用商用軟體,而且通常也要跑很久,所以相較於重量大家很難有感覺,明顯之所以叫全能車,就是介於兩者之間,可以想成從蹺蹺板的兩端往中間走。

當然幾乎所有強調空力的車架側面看起來都很粗壯,就跟每個型狀的流體力學性質有關,主要就是如何讓空氣順順的流過車架而不減速,詳細的說明可以去看頻道中另一部影片。那麼來看一下美利達的空力車與全能車,全能車是由 Scultura 改過來的,原本的 Scultura 定位是爬坡車,現在技術進步爬坡車要低於 6.8 kg 易如反掌,可是三大賽的車又有 UCI 的規定,所以從爬坡車改過來也是滿合理的,可以看到就車架型狀來看兩車幾乎一樣,而車架管型則是空力車比較壯 跟 Cervelo 一樣,性能方面美利達的官方說法則是,在時速 45 配 60 板高的情況下,Scultura V 所需瓦數是 224.5 W,而 Reacto IV 所需瓦數是 217.7 W,但是能不能達到這個速度及維持多久是另一件事,現在的頂級 Scultura 大概是 6.95 kg 左右,非常接近 UCI 所訂出的下限,而相同配件的 Reacto IV 大概是 7.4~7.5 kg 左右。

圖二
圖二:Reacto 與 Scultura

那麼這邊整理了一些空力車與全能車,的叉架和前叉重量級兩車種重量差異,一般來說車廠大概都是給車架跟前叉重量,但實際上空力車座管通常是特規的,而且相同材質下也依定比原管或 D 型管重,當然像 S5 的把手也只能給 S5 用,但是 Reacto 與 Scultura 都可以裝同一種把手,所以其實整體差異還包刮了座管與把手,所以雖然相同尺寸的 Reacto 與 Scultura,車架與前叉重量只差 211 g,但是相同變速套件與輪組配下來,兩者重量差還是會來到 400 g 左右。

圖三
圖三:一些車架與前叉的重量

那麼我們這邊就來做一些假設,然後輸入這些參數來看看,在碧綠神木盃跟西進武嶺時間會差多少。假設只有車架 前叉跟座管有差外其餘都一樣,空力車較全能車重 300~400 g,空力車較爬坡車重 600 g,空力車風阻面積較全能車小 4%,較爬坡車小 8%,全程做個人計時,不煞車,當然每家的差異都越有不同,但是也不會離這些數字太遠。這邊的計算是利用數值建模的方式,寫下微分方程然後使用,Runge-Kutta 4th order 做計算。

先來看空力車與爬坡車在碧綠神木盃的差異,這邊的總重就是人+車+裝備等所有重量,圖中的每條線代表在總重是某個值得情況下,不同瓦數去該路段空力車與爬坡車的時間差,用空力車所花時間 – 爬坡車所花時間,若時間差為負則空力車較快 反之爬坡車較快,所以可以看到在前面的假設下,若是整個路段能夠維持均瓦 200 以上,那麼空力車的速度是會快過爬坡車的,當然在不同重量下所需要的瓦數不同,所以這邊把差異最接近的瓦數找出來,就可以知道當總重越小,兩者時間差越小時所需的瓦數就越小,所以如果本身瓦數夠大那建議選空力車。

總重 kg 65
67
69
71
73
75
77
79
81
83
均瓦 W 160 160 160 160 180 180 180 180 200 200
差異 s -5 -1 2 6 -6 -3 0 4 6 -4
圖四
圖四:太魯閣牌樓到碧綠神木 – 空力車與爬坡車

那麼再來看空力車與全能車的差異,可以看到當總重差為 300 g 時,若是整個路段能夠維持均瓦 220 以上,那麼空力車的速度是會快過爬坡車的,因為重量差跟風阻差都變小了,所以要更大的瓦數才能體現出差異,若是總重差為 400 g 時瓦數又要更大。

總重 kg 65
67
69
71
73
75
77
79
81
83
均瓦 W 180 180 180 180 180 200 200 200 200 200
差異 s -3 -1 1 2 3 -1 0 2 2 -2
圖五
圖五:太魯閣牌樓到碧綠神木 – 空力車與全能車

而路線換成是西進武嶺的話,因為坡度比較陡 所以需要的瓦數又會更大,如果重量差 300 g 的話,整段均瓦至少要 240 W 以上空力車才會較快,如果重量差 400 g 的話則是要 280 W。

總重 kg 65
67
69
71
73
75
均瓦 W 280 280 280 300 300 300
差異 s -3 -1 1 -2 0 1
圖六
圖六:太魯閣牌樓到碧綠神木 – 空力車與全能車

所以全能車主要是空力的車架配上 D 型管,若只有車架、前叉跟座管有差,以爬坡來看,瓦數大的人選空力車或是全能車,好過較輕的爬坡車 瓦數小的人則是選輕的就對了,當然實際狀況如何還是得根據實際參數計算,所以實際上爬坡時較輕的低框爬坡輪,也不一定會好過高框的板輪,還要看本身的體重跟瓦數決定,全能車確實給了市民組的車手一個好的選擇,而 UCI 卡個重量 6.8 kg 的下限在那邊,未來的爬坡車滿有可能被全能車取代的,空力車則因為 UCI 規則能夠再有變化。

公路車已經要從框煞改為碟煞了,當然還是有許多人使用框煞,原因就是輕,不可否認框煞一定會比較輕,爬坡也較快,這部影片就來探討碟煞與框煞的差異,框煞與碟煞最主要的差異在於重量與風阻面積,畢竟碟煞多了碟盤,迎風面積應該是會比較大,那我們來看看實驗結果到底會大多少吧,這邊有兩個不同的實驗,結果顯示差異不大,碟煞車因為碟盤與卡鉗都放在左側,所以左側的風阻面積會比框煞還要高,但是右邊就比框煞還要低,所以整體來看差不多,而就實際耗瓦的差異,在時速 48 時也只多了 1 瓦,可以當作是量測誤差,所以風阻面積就當作沒差。

圖七
圖七:碟煞與框煞車的風阻面積

https://www.bikeradar.com/features/road-disc-brakes-everything-you-need-to-know/ https://www.parcours.cc/pages/aerodynamics_disc

那麼在重量上碟煞車會重多少呢,碟煞車與框煞車主要差異在於前叉、後叉,多了碟盤,然後快拆比較粗,油壓碟內走線也不同,我們先來看官方宣稱的框煞與碟煞車架重量差異,就美利達的 Reacto 一級跟 Cervelo 的 R5,框煞與碟煞含前叉的重量差異大概只有 20~30 g,即便是次一級用 CF2 的車價也差約60 g 左右而已,所以基本上車架不會是重量的主要差異。


Merida say the rim brake CF4 frame comes in at 1,010g (with a 368g fork), while the disc version weighs a claimed 1,030g (398g fork).


https://roadcyclinguk.com/gear/gear-news/merida-launch-2018-reacto-aero-bike-lighter-aerodynamic-improved-comfort.html


Cervelo’s R5 is one of the lightest disc-equipped bikes on the market today (831 grams for the disc-equipped frame; the rim-brake frame actually weighs more, at 850 grams


https://www.velonews.com/gear/road-gear/review-cervelo-r5-disc/

而碟煞車除了車架與前叉會稍微重點外,當然還有多了碟盤與貫通軸快拆的重量,如果是用油壓碟煞的話內走線會也會要灌油,不過就這邊所提到的部分只有碟盤是多出來的,其他就只是因為配件不同而改用其他的而已,當然碟煞車雖然又貴又重,但至少制動性強,而且煞車也輕鬆,用碳框也不用怕燒框,這個就看每個人的取捨了。

那麼框剎車換成碟煞車到底會重多少呢,這邊找了美利達官網上 reacto 的資料,2019 年還有框煞與碟煞,資料也剛好還沒下架,裡面也有附上整車的重量跟配件,所以可以看到碟煞車比框剎車多了碟盤,RT900 160 mm 兩片重量約是 176 g,夾器跟煞變把也會改成碟煞的,重量差不多,另外這邊座管與輪組用的也不一樣,查了一下 PRC1400 DB65 碟煞版重約 1680 g,Racing Speed 55C 框煞版重約 1470 g,最後的參考重量只有多約 300 g 而已,如果用同一款輪組,重量差會更小,當然如果是二級變速與車架組也頂多重 400 g。

圖八
圖八:2019 Reacto 框煞與碟煞重量差 https://www.merida-bikes.com/zh-tw/

那麼多了這些重量爬坡會差多少呢,這邊就一樣用大家最喜歡看的武嶺來做計算,假設均瓦是 200 W 總重 83 kg ,在其餘條件都一樣下,碟煞車重 300 g 去做計算,先用這個條件去計算西進,東進跟富士山的時間,可以看到碟煞車的時間分別多了 41、50、19 秒,那麼如果騎碟煞車,時間要跟框煞一樣要多多少瓦,可以看到如果是這條件,那麼騎碟煞車要多 0.3 W。

碟煞車
框煞車
相同瓦數時間差異
相同時間瓦數差異
西進武嶺 14118 s 14077 s 41 s 0.3 W
東進武嶺 19144 s 19094 s 50 s 0.3 W
富士山 6485 s 6466 s 19 s 0.3 W

那麼可以來實際分析一下相同時間的瓦數差,對於人所產生的功率 會被以下五項給消耗掉,也就是重力、滾動阻力、空氣阻力、摩擦力和慣性。

P = P重力 + P滾動阻力 + P空氣阻力 + P零件間摩擦力 + P慣性

那麼若同一路段的完賽時間相同則表示速度相同,且在過程中都是穩定騎乘 速度變化不大,那麼在只有重量改變的情況下,瓦數消耗增加的,只有重力跟摩擦力消耗的瓦數而已。

dP空氣阻力 = dP零件間摩擦力 = dP慣性= 0

dP = dP重力 + dP滾動阻力dW

而因為其他條件一樣 所以瓦數改變與重量改變成正相關,也就是瓦數變化與重量變化是線性的。 在此做一些資料找尋及理論模擬,給出部分數據讓大家選車時有個依據。