[極限自行車專區]—我需要三盤嗎?

[極限自行車專區]—我需要三盤嗎?

“我需要三盤嗎?”
如果你當著我的面問這樣的問題,我會睜大眼睛,看著你說:
“不需要!
“你需要的,是四盤”

這當然是一句玩笑話,但基本上表達了我個人的觀點 – 業餘車友往往高估了自己的爬坡實力,也常常以過低的踩頻上坡.底下,我會用科學的數字來佐證我的觀點.不過,我先從三個基本的原則討論起.

第一,我們可能要問自己,我要用這部車來做甚?顯然的,如果我們騎的路線都很平坦,那當然沒有買三磐,或CT磐的必要.反之,如果你需要挑戰各式各樣的坡,而且你只打算持有一部車的話,那你自然需要一部有寬鬆低速齒的車,最好是1:1左右.

第二,我們不能以比賽,或訓練的強度來估算自己在極限自行車運動所需的齒比,在300km以上的活動時,我們可維持的騎車強度比平常低一截,這時我們需要以更寬鬆的齒比來爬坡,讓輸出維持在合適的強度.

第三,對於極限自行車來說,一個合適的齒比,指的是在絕大多說狀況下,你可以坐在座墊上以上合適的踩頻上坡,這也是比較有效率的騎車方法,而不是被爬坡跟太重的齒比強迫站起來抽車,而抽車的最主要目的是促進下肢的循環(屁股跟雙腿),絕不是拿來爬一個超出你能力的坡.

底下,我用上次介紹的物理學來計算最理想的90轉踩頻來爬一段中等難度6%的坡所需的功率.我們仍舊假設一個車手+裝備+車子的重量為75kg.另外假設後輪用的是11-28的飛輪,而前面用標準雙盤, CT盤以及三盤各需要多少功率.在做這樣的計算之前,我們必須知道用90轉時以最鬆的齒比車速是多少,要算出這個就不能不知道公路車輪子的直徑,有趣的是,公路車700C輪子並不是大家以為的700mm,實際尺寸跟輪胎有關,在裝上23mm的跑車胎時總直徑是668mm.所以三種狀況以最低齒前進的秒速是:
V(39/28) = 39/28x90x0.668x3.14/60 = 4.382 (m/s)
V(34/28) = 34/28x90x0.668x3.14/60 = 3.820 (m/s)
V(30/28) = 30/28x90x0.668x3.14/60 = 3.371 (m/s)
套入上次網誌的公式,所需功率是
W(39/28) = 0.1x4.382x75+0.185x(4.382+0)^2x4.382+75x9.81x4.382x0.06 = 241.9 (瓦)
W(34/28) = 0.1x3.820x75+0.185x(3.820+0)^2x3.820+75x9.81x3.820x0.06 = 207.6 (瓦)
W(30/28) = 0.1x3.371x75+0.185x(3.371+0)^2x3.371+75x9.81x3.371x0.06 = 181.2 (瓦)

以北宜公路來說,穩定爬坡多半介於4-6%,少數急彎會一下子超越6%,但都很短,基本上6%是算中等難度的坡.

從上一篇網誌可以發現,雙盤所需的功率略低於武嶺冠軍的平均功率,而三盤剛好是在台灣被稱為爬坡高手的最低門檻,所以,意思就是說,只有接近台灣的登山王可以被建議用雙盤,但後面用28齒的傳動系統來爬一個中等難度的坡.而臺灣的爬坡高手在北宜這樣中等強度的坡也需要用CT或是三盤比較理想.

古今中外,在自行車界流行著一種偏見,就是要一個車友承認自己需要三盤跟要一個男人承認自己性無能一樣困難,如果不更困難.我想從這些數字就不難理解我們長久以來的看法到底是偏見或是事實.

以上的結論是基於”中等難度”的坡下,以”比賽強度”來爬所需要的齒比,在更高難度的坡以極限運動強度來爬時所需要的齒比就更鬆了,這就不難理解為什麼在Randonnee中會有車友用旅行三磐(44-30-22)或登山車的飛輪及後變速器,或者是法國TA廠出品,86mm BCD的小雙盤(44~46配26~30).而橫越美國大賽(RAAM)的高手中也不乏用旅行三盤的.

我相信有些車友會主張當坡度到一定程度時,本來就很難要求以最佳踩頻(90轉)來爬,所以有些人會覺得上面的計算比較保守,但不要忘了,6%只是”中等難度”的坡,想想8%, 10%, 12%的坡並不是非常少見,所以如果我們的齒比只夠爬6%的坡顯然會為我們在更陡峭的坡時帶來麻煩.

就PBP而言,它的坡如果是很陡的(8-15%),一定都很短,很長的一定都不陡(3-5%),理論上你不需要太低的齒比.相對的,BMB(Boston-Montreal-Boston)及掏金熱(Gold Rush Randonnee)就有一兩個長坡,坡度維持在10-15%達數公里,有就是超出所有職業等級的坡(beyond category),對於這樣的坡,我想很難去準備夠低的齒比,讓我們在騎完500-800km後還有足夠的出力(240瓦?)騎上去,你可以想像當你”連續”爬完所有9省道的坡(北宜,蘇花,花東,南迴)後”緊接著”要從大禹嶺爬上武嶺,在這種狀況下,即便是以三盤的傳動系統,絕大多數車友也難逃牽車的命運,這時大概只有類似登山車的齒比才有可能騎上去,所幸兩相比較,牽車也沒慢多少.所以我們可以不去理會這種極端的狀況.

然而,車友常常從爬坡圖當中低估PBP的爬坡難度.我想,我們都知道要弄斷鐵絲並不見得需要一把斧頭,當你把它反覆折個數十次就會把它弄斷了,某種程度上,PBP的坡就像這樣,多半不長,但往往短而急,而且”地無三里平”,你可以把它想像成折鐵絲的過程,而把你的腳當成是鐵絲,如果你經常被迫站起來抽車的話,那恐怕沒多久身體就匱乏了.

我相信要設計一個合適的傳動系統並不容易,基本上你很難假設一套簡單的條件來模擬真實的狀況.但如果我們想那麼做,我們至少需要能回答以下幾個問題:
1. 我們要車子爬多陡的陂?
2. 當爬這坡時踩頻是多少?這影響你能不能坐著騎.
3. 在爬這樣的坡,以你設定的踩頻來騎時,你身體的工作區間在哪(有氧區,無氧區)?
我個人的建議是,在一段8%的坡,你可以80轉的踩頻坐在座墊上往上爬,並將身體維持在有氧運動區間(<80%最大心跳).這表示在10%的坡時,你的踩頻大概要降到60轉才能維持類似的輸出,而當坡度高於10%時或你想用更高的踩頻,你就很難將身體維持在有氧運動區間,相信這樣的假設並不會過於保守,也不至於太樂觀.底下我們來計算不同傳動系統所需要的功率:
A. 前雙盤(53x39)+後11-28
B. 前CT(50x34)+後11-28
C. 前三盤(52x39x30)+後11-28
A. 以39/28, 80轉的秒速是: 39/28x80x60x.668x3.14/3600=3.895 m/s
B. 以34/28, 80轉的秒速是: 34/28x80x60x.668x3.14/3600=3.396 m/s
C. 以30/28, 80轉的秒速是: 30/28x80x60x.668x3.14/3600=2.996 m/s
則總功率是:
WtA = 0.1x3.895x75+0.185x(3.895+0^2)x3.895+75x9.81x3.895x0.08= 269.43(瓦)
WtB = 0.1x3.396x75+0.185x(3.396a+^2)x3.396+75x9.81x3.396x0.08= 232.60(瓦)
WtC = 0.1x2.996x75+0.185x(2.996+0^2)x2.996+75x9.81x2.996x0.08= 203.82(瓦)
從這幾個數值,對照鐵屁股之役(埔里-武嶺挑戰)的成績,我們不難發現:
1. 除非你是台灣登山王,不然想以雙盤騎Randonnee並不實際 (WtA).
2. 除非你能在3個半小時內上到武嶺,不然CT盤可能也會讓你在Randonnee吃點苦頭(WtB).
3. 即使你是4小時能騎上武嶺的”高手”,用三盤配28齒飛輪騎Randonnee也沒你想像的容易 (WtC).

從上篇網誌到現在,跟據不同的狀況來估計,我們不難發現一般中等體型的業餘車手的”可持續出力(功率)”大約是:
1. 50-100瓦: 很少騎車的一般大眾.
2. 100-150瓦: 有運動習慣,或每週騎100km以內的”遊憩行自由車愛好者”.
3. 150-220瓦: 規律騎車,有訓練方法,或年度里程數至少在5000-10000公里的車友.
4. 220瓦以上: 嚴格執行訓練計劃,年度里程不少於10000公里的積極自行車愛好者.
附帶說明的,這些數值都是跟據總重75公斤的計算,壯碩的車友功率更高,但同時爬坡需要更高的功率,所以實際速度反而可能較低.而車友往往混淆自己”最大功率”(3-5秒最大輸出),”最大可持續最大功率”(20分鐘最大平均輸出),及耐力模式(endurance mode)輸出.一般來說,中等身材的健康男性可以在瞬間輸出高達400-800瓦,但可持續性功率(20分鐘),往往低到瞬間最大功率的1/3~1/5(80-250瓦),而在極限自行車當中,一般出力又只有最大可持續最大功率的7-8成(90~170瓦),這些都是在選擇極限用自行車傳動系統時不可不知的.

底下的表是用EXCEL產生各種齒比在不同踩頻的最低速及其在不同坡度所需的功率,如果車友不是很認同我的假設,或者有不同的偏好(較低或較高的爬坡踩頻),那可以跟據底下的數值自行判斷需要的傳動系統:
最低速(公尺/秒)
飛輪 28 32
齒盤 39 34 30 30
60 2.921546 2.546989 2.247343 1.97895
70 3.40847 2.971487 2.6219 2.308775
80 3.895394 3.395985 2.996457 2.6386
90 4.382319 3.820483 3.371014 2.968425
100 4.869243 4.244981 3.745571 3.29825
110 5.356167 4.669479 3.286712 3.628075
120 5.843091 5.093977 4.494686 3.9579

功率(瓦特)
坡度 轉速 39/28 34/28 30/28 30/32
6% 60 155.4965 134.5959 118.1638 103.6366
6% 70 183.3562 158.3164 138.7424 121.5134
6% 80 212.1128 182.6311 159.7294 139.669
6% 90 241.8947 207.6252 181.1829 158.1432

8% 60 198.4871 172.0749 151.2335 132.7569
8% 70 233.5118 202.0418 177.3237 155.4871
8% 80 269.4335 232.6031 203.8222 178.496
8% 90 306.3805 263.8436 230.7874 201.8236

10% 60 241.4776 209.5538 184.3031 161.8771
10% 70 283.6674 245.7672 215.905 189.4607
10% 80 326.7543 282.575 247.9151 217.323
10% 90 370.8663 320.062 280.3918 245.504

12% 60 284.4681 247.0327 217.3728 190.9974
12% 70 333.8231 289.4926 254.4862 223.4343
12% 80 384.075 332.5469 292.008 256.15
12% 90 435.3521 376.2804 329.9963 289.1844

15% 60 348.954 303.2511 266.9773 234.6778
15% 70 409.0565 355.0808 312.3581 274.3947
15% 80 470.0561 407.5048 358.1473 314.3905
15% 90 532.0808 460.608 404.403 354.7049

接下來,我們來研究一個完全相反的問題,那我們需要怎樣的齒比來應付高速的狀況?
變速自行車傳動系統的變速範圍主要受限於後便速器的可變長度(角度),即便公路車的可變範圍較登山車小,但也有3-5倍的空間(最高速到最低速齒),加上踩頻可在60到120轉間變換,這相當給我們6-10倍的變速空間,理論上這應該綽綽有餘,但事實上卻不是這樣,那究竟出了甚麼問題?

我想絕大多數車友都有這樣的經驗,當前面打入53,52甚至50的大盤時,飛輪基本上就很難用到15齒以下,也就是說,有很多檔位對我們來說是完全不需要的.
底下表格是在使用11齒飛輪,不同大盤(53, 52, 50, 45),不同踩頻下的速度,單位是公里/小時:
最高速(公里/小時)
11
轉速 53 52 50 45
60 36.38244 35.69598 34.32305 30.89075
70 42.44618 41.64531 40.04356 36.03921
80 48.50992 47.59464 45.76407 41.18767
90 54.57366 53.54397 51.48458 46.33612
100 60.6374 59.49329 57.20509 51.48458
110 66.70114 65.44262 62.9256 56.63304
120 72.76488 71.39195 68.64611 61.7815
從這個表,你可以查到在用11齒飛輪下,用53,52, 50大盤以90轉前進的速度分別是54.6, 53.5, 51.5公里/小時,這個速度在平路無風的獨力狀態下需要高達758, 720, 648瓦的出力來推動.這基本上都不是我們業餘車友能達到的,而這個速度對職業選手而言,也只有在團隊合作或計時賽才能到達的速度.

底下表格是在平路無風下,使用11齒飛輪,不同大盤(53, 52, 50,),不同踩頻下所需要的功率,單位是瓦特,從這些數值不難理解為甚麼我們用不到最高的幾檔:
平路無風功率(瓦)
轉速 53&11 52&11 50&11 45&11
80 553.7053 526.6576 475.3896 362.8625
90 758.181 720.2394 648.3823 491.0121
100 1010.396 958.9094 861.4581 648.3823
110 1315.656 1247.677 1119.071 838.2199
120 1679.264 1591.553 1425.674 1063.772

相信會有車友主張,車子本身應該有更高的齒比用以應付下坡,順風,以及跟車的狀況,關於順風以及跟車,我絕對同意,但關於下坡,我會先想到煞車,而不是再加速,而且,每小時60公里的速度也已經很快了,除非是職業車手,一般是不需要冒著危險在下坡奮力加速.所以,我們在這裡就僅止於順風及跟車的狀況的探討,而兩者的行為是很類似的.

底下表格是在平路10km/hr順風下,使用11齒飛輪,不同大盤(53, 52, 50,),不同踩頻下所需要的功率,單位是瓦特,從這些數值,我們還是得到同樣的結論,即便在10km/hr順風下,多半車友還是用不到最高幾檔:
平路10km/hr順風功率(瓦)
轉速 53&11 52&11 50&11 45&11
80 386.3217 365.8868 327.4459 244.6613
90 543.6311 514.11 458.5892 339.117
100 742.8484 701.8075 624.6254 458.5892
110 989.2779 933.989 830.0081 606.3247
120 1288.224 1215.664 1079.191 785.57

接下來,我們計算在平路20km/hr順風下,使用11齒飛輪,不同大盤(53, 52, 50),不同踩頻下所需要的功率,單位是瓦特,從這些數值,我們還是得到同樣的結論,即便在20km/hr順風下,車友還是用不到最高幾檔:
平路20km/hr順風功率(瓦)
轉速 53&11 52&11 50&11 45&11
80 257.4083 242.8604 215.7949 159.1234
90 372.3603 350.443 309.6254 223.9683
100 523.3883 491.886 433.1585 309.6254
110 715.7967 672.1993 590.8478 419.3416
120 954.89 896.3925 787.1469 556.3636

最後是假設在平路30km/hr順風下,使用11齒飛輪,不同大盤(53, 52, 50),不同踩頻下所需要的功率,單位是瓦特,30km/hr的穩定順風是很難碰到的,但即便如此,對業餘車友來說,53,52的大盤也用不到最高檔,而50齒大盤也只勉強可以用到最高檔.
平路30km/hr順風功率(瓦)
轉速 53&11 52&11 50&11 45&11
80 166.9651 157.5783 140.4365 106.249
90 244.3684 229.2384 201.4909 145.5659
100 352.0159 329.1451 287.0574 201.4909
110 495.212 462.3081 401.5898 277.2708
120 679.2611 633.7373 549.5419 376.1523

我們從這些數值不難發現,車廠過度高估業餘車友的能力,而且某種程度上也忽略的極限自行車這個市場所需要的低齒比,結果把寶貴的齒比放在我們不需要的高速端,但在低速端又沒有提供夠低的齒比.

簡單來說,我們可以得到底下兩個結論:
5. 47或48齒以上的大齒盤對極限自行車友及業餘來說完全沒有必要,即便是世界頂級職業車手也有極少數使用CT盤傳動系統,從這就不難理解對業餘而言,CT盤的50齒仍舊是太高的齒比.
6. 從低速而言,業餘車友,尤其是極限自行車愛好者,需要的是1:1的傳動系統,甚至更低.

基於這兩個條件,我試著去找市面上比較接近的傳動系統,在往年,美國車友的解決方式(尤其是協力車)有:
方法1. 旅行三盤,或一些給旅行車用的雙盤,這些齒盤的BCD多半在64-96間,而不是雙盤的130或CT的110,所以常常只能連曲柄一起換掉才能做到.
方法2. 後面用Shimano登山車的變速器(Derailuer- XT, XTR),配上IRD的11-34飛輪,這些deraileur可以跟Shimano的STI公路車的相容,更有趣的是,據說這樣可以讓XT, XTR變10速.

方法1的問題是:這些零件都不是我們公路車友常聽到的高級套件(Dura-Ace Ultegra, Record, Chorus),看起來比較復古,重量多半也不輕,這對於騎碳纖車架的許多美國車友是個心理障礙,好處是結構簡單可靠,所以在旅行車中很受歡迎.

關於方法2,網路上聽到有一部份人說:“這雖然可行,變速也都沒有問題,但很明顯的,這樣設定的變速品質並不如一般中高階的公路變速系統”.

極限自行車(Randonnee/Ultra Cycling)的聖杯(Holy Grail)?
在偶然的狀況下,我發現了一組SRAM在2009年新推出給登山車的傳動系統XX,在多年的等待後,登山車也進入10速時代,據說Shimano也將在金年稍後推出10速的XTR.我個人儘量避免把我的blog變得太商業化,但這個新的設計,以及整個市場驅勢,可以說是”好的不像真的”(too good to be true).

首先,藉由10速的引入,SRAM XX揚棄了傳統的3盤登山車大盤,正式宣告登山車進入雙盤時代,國際上有一派觀點,就是說當變速器進入10, 11速時代,而且可從11齒一路到28齒,那三盤已經沒有必要,對這樣說法鼓吹最力的就是SRAM,所以他們已經不做三盤了,而是以CT盤來滿足業餘的需求,對這樣的主張,我基本上贊同,但對7-8成的業餘來說,CT盤的齒比仍舊偏高,尤其是在Randonneur上.

接著,新的XX傳動系統跟SRAM的公路車傳動系統是兼容的,也就是說,你可以在公路車彎把上裝上你慣用的Red或Force STI變速桿,但其它XX變速系統,你也可以最大程度保留原來的Red或Force系統,而只把後變速器換成XX,配上11-32或11-36的飛輪.就網路上我找到的資料,基本上SRAM XX可以跟Red, Force幾乎做任何形式的組合.

SRAM XX提供3種大盤,39/26, 42/28, 45/30,其中以45/30對公路車比較合適,而飛輪則有11-32及11-36,重量卻輕到可能讓人看了掉下巴的200g初頭,11-32對一般公路車已經很夠用了,唯一的問題是缺少13及15齒(11-12-14-16-18-20-22-25-28-32).

如果我們用XX 45/30的大盤,配上11-32的飛輪,參照前面的表,可以發現在上坡時,以30-32齒前進,除非坡度到達13%以上,不然你仍舊可以將出力維持在200瓦以下,類似的陂,三盤(30-28)需要220瓦以上,而CT盤(34-28)需要250瓦左右.對於訓練有素的車友來說,這樣的齒比到15%的坡時都還不是問題.至於高速端,以45-11前進時,除非順風高達30公里以上,不然齒比仍舊夠用.而且以120轉踩頻時仍可達到接近62公里的時速.所以這樣的車真的會是一部”趴趴走”(go anywhere)的車.

這樣的傳動系統對Randonneur來說是非常合適,希望很快的將來網路上會有測試報告,如果可行的話,我會考慮這樣的系統.網路上對這產品討論不少,而且不限於Randonneuring車友,這樣的齒比其實還適用於協力車,cyclecross,輕旅車(light touring),所以市場相當龐大,這有助於這類產品的普及及價格的下滑,目前這套傳動系統得的售價仍高達SRAM Red的水準,相信當XT, XTR加入的話會把價格往下拉,不過,看來這件事在2011年前的PBP還不會發生.
但很可惜的,XX 45/30的大盤最後並沒有進到生產線,我打算寫信給SRAM或SHIMANO做這個建議,42/28的雖然可用,但前42配後11在50km/hr以上就無用武之地了.不過以42/28配11-28仍舊是質輕的爬坡利器.

跟本地的美國人相比,我的體重算是輕的,在爬坡上相對佔了優勢,我可以相當的時間站著騎上坡,而不至於太疲憊,我最常用50/33(用110BCD的CT盤換上33)的大盤配上11-28的飛輪仍舊是本地車友當中比較重的了,雖然我可以在這邊相當難的坡以60轉左右的踩頻上去,並維持很合理的心跳(<160),在多數車友眼裡,這還算合理,但如果可以的話,最佳化的踩頻是80-90,所以,如果有45-30的大盤,我會第一時間換上.

50~53齒大盤的另一個問題是方便性,無論你用上面的數學算式或自身的經驗,你都會發現39~45齒的大盤會更方便,主要原因是當你大盤放在39~45齒時,你可以最大程度的用到11-28齒中間的任一個飛輪,而且絕大多數時間並不須要變換大盤檔位,相對的,如果你的大盤是50~53,在多數狀況下,11-14的飛輪幾無用武之地,相對的,爬陂時候常要把大盤變到30~39.沒有人在非必要的情形下希望頻繁變前大盤,也不希望變前大盤而”落鏈”,更不希望這發生在環法賽時,最不希望的,是你損失的剛好是你沒有運動精神的對手贏你的短短19秒.

如果你現在正在考慮買一部新車來準備PBP或未來的Randonneur,那你不彷把這篇網誌的數字多看一下,好好用力的想想選用不同齒比帶來的後果,而且很誠實的回答自己”我自己目前的實力在那?”,對於自己”未來實力”的預期都是不切實際的.