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變形金夯–折疊車體

101/03/03 瀏覽次數 22336
折疊式二輪自行車(以下簡稱折疊車)有便於攜帶的特性,加上歐、美、日等國擁有完整便捷的大眾交通運輸系統,因此在國外以折疊車結合鐵路、公路、船舶、飛機等大眾運輸方式,進行通勤、旅遊、休閒運動的情況相當普遍。近年來,政府除了在全國各地陸續建置深具特色且依山傍水、風景怡人的自行車道外,也大幅改善了各種大眾交通運輸系統的環境,而這些對車友日趨友善的因素也漸漸帶動了國內騎乘折疊車的風潮。

但這項在日常生活中常見的交通工具到底是誰發明的?而其百變的折疊方式中又有什麼樣的科學知識?

打開折疊車的歷史

有關折疊車的起源眾說紛紜,若依照專利文件的記載,可追溯到1894年美國麥可‧萊恩所發明的折疊車。他採用車體旋轉折疊的方式來減少全車的長度,以達到方便收納的目的。而在歐洲地區由於戰爭的關係,也有類似的發明。像是1896年法國軍官亨利‧薛拉,為因應軍事移防上的需求,也發明了一款折疊車並申請專利。

到了兩次世界大戰期間,折疊車更陸續配置在陸軍坦克車、海軍登陸艇和空軍傘兵上。以空軍傘兵配置的折疊車為例,傘兵在離機跳傘時,須手持折疊車並採取適當姿勢,以確保著陸時折疊車可先於傘兵著地。此外,車上還配有槍架可置放步槍,方便士兵在移防騎乘時使用。

但第二次世界大戰過後,就沒有太多的折疊車生產了,加上1950年代起,汽、機車的普遍流行,造成全球自行車產業的衰退。直到英國的艾力斯‧莫爾頓製造出16英寸小輪徑自行車,創新採用前後避震器的方式,大大減輕了因路面顛簸所造成騎乘的不舒適。這種新的想法也開創了1960年代中期發展的小輪徑自行車的榮景,雖非屬折疊車的車款,卻啟發了許多後繼折疊車的設計靈感,再次引發人們對折疊車的興趣。因此從1970年代起,歐洲就有許多國家開始陸續生產折疊車。

到了1980年代,有兩項折疊車歷史的重要事件發生。

一、1981年英國的安德魯‧理奇開始生產B牌折疊車。這起源於他所看到的某一款折疊車的造形,並自認能做出比這款折疊車更好的作品,因此就從原來的造景園丁轉業投入折疊車的製作,並生產至今,這款折疊車的銷售成績也十分亮眼。

二、1982年華裔韓德瑋博士推出第一臺D牌折疊車。他會跨足於折疊車領域和1975年的石油危機有關。因大量使用汽、機車,必會使無法再生的石油供不應求,他認為可以透過使用潔淨無汙染又便宜的自行車來解決。但是自行車僅方便用於短途旅程,對長途旅行卻不適用,必須結合其他環保的公眾交通運輸工具,因此韓氏的處方妙法是以便於攜帶可供短途騎乘的折疊車,搭配長途旅行的公共交通工具,解決過度依賴石油的問題,並達到環保愛地球的目的。

目前這兩種品牌的折疊車仍廣受消費者青睞,尤其是華人創立的D牌折疊車,現今的銷售量更是居折疊車市場的牛耳。由於地球能源有限,如何節能減碳已成為各國努力的重點。折疊車能結合日趨便捷的公眾交通運輸網,以環保又健康的方式解決「行」的問題,自行車製造商當然不會錯失商機,因此目前全球已有超過上百家的公司投入折疊車研發與生產的行列。

能屈能伸的折疊車體

折疊車具有一般自行車的功能,多使用高碳鋼、鋁合金、鉻鉬鋼等材料,而車體結構大多使用單一主桿(俗稱「龍骨」)的方式,較少採用傳統自行車架的上、下管形式。

為了方便收納折疊和便於攜帶,各家折疊車商的研發人員歷經多次電腦模擬和實作,才使折疊車伸縮自如。至於折疊機構應出現在車體的哪個部位、應使用何種的折疊方式、折疊次數應是多少等,這些因素都需要多方考量。整臺折疊車不僅要考量收納後的體積,更須注意整個車體展開後的強度和騎乘安全,因此設計和製造的難度確實比一般自行車高。

在解釋折疊車體構造之前,必須先知道「機構」是什麼。「機構」是機械的一部分,是利用機件間各種不同的傳動方式來達到目的,也是一種由機械零件(機件)和「運動對」依特定的運動方式所組構而成的裝置。

以折疊車體為例,為了讓車體方便折疊或開展,車體關鍵的部位大多採用兩兩活動的連結方式,好讓機件彼此之間可以產生相對運動。而這些一組組的機件就稱為「運動對」,每種「運動對」也會因相對運動方式的不同而有不一樣的名稱。在折疊車體中常運用的「運動對」有旋轉對、滑行對、圓柱對、球面對4種。

首先介紹「旋轉對」,它是指兩個機件有一個共同的中心軸,可以做相對旋轉的動作,像是剪刀、折疊刀、汽車車門等都屬這一類。「滑行對」是指兩個機件可以沿固定直線的方向做相對滑動,但無法做相對的旋轉運動,例如沿著窗框直線軌道開合的窗戶、電腦按鍵等都是。「圓柱對」則是指圓柱和相鄰的機件可以同時進行滑動和旋轉運動,如手動打氣筒、千斤頂、筆蓋等都是其中的例子。「球面對」是指可以讓兩個相鄰的零件只繞著一個固定點做旋轉運動,日常生活中的例子有機車的後照鏡、電玩搖桿等。

折疊五形大公開

目前市面上銷售的折疊車款式眾多,仔細觀察各車款的設計方式,雖看來各不相同,但仍有相似之處。一般而言,折疊車的車體主桿前上方和立管、手把連結;車體主桿的前下方和前叉、前車輪連結;車體主桿的後上方和座桿、座墊連結,車體主桿的後下方則分別和大齒輪組、踏板及後叉、後車輪連結。而減少車體體積的方式,不外乎縮短前後兩輪的距離、減低座墊和座桿、立管與手把的高度,進而達到折疊的效果。基本上車體的折疊方式可分為5大類型。

伸縮折疊 運用滑行對的原理,使車體以伸縮的方式拉近前後輪的距離,立管和手把採用旋轉對的方式旋轉向下,座桿和座墊則採圓柱對往下收納,使整車得以集中車身體積,達到折疊的效果。

橫向折疊(水平面) 把車體直接對折是一般人對折疊車最直覺的反應,這種橫向折疊的概念也是目前市面上最常見的折疊方式。它首先利用旋轉對的原理,把連結於立管的手把往下旋轉;再把坐墊連同圓柱形的座桿,向下旋轉並滑動(圓柱對);最後再利用旋轉的方式把車體沿水平面對折,以拉近前後輪的距離,進而減少車體體積並完成折疊。

縱向折疊(矢狀面) 這種折疊方式通常是使車架的主結構維持不變,再由前輪和後輪的支點處,個別把前輪(連同前叉)和後輪(連同後叉)往車架主結構處的矢狀面(即指車體的直行面,又稱縱切面)方向,分別往上方或下方旋轉折疊;然後把坐墊連同圓柱形的座桿向下旋轉並滑動(圓柱對),再把連結於立管的手把利用旋轉對的原理往下旋轉,使整體車身縮小體積,進而完成收納。

特殊折疊 若車體的折疊方式同時運用了橫向折疊和縱向折疊兩種設計方式,就可以把它歸類為特殊折疊車款。以收納體積小的英國B牌系列車款為例,它的折疊方式是先把後輪(連同後叉)朝車架主結構處,採縱向往下方並朝車架主結構方向旋轉折疊;前輪(連同前叉)則朝車架主結構處,採橫向沿水平面左右旋轉折疊並和後輪齊對;接著把連結於立管的手把,利用旋轉對的原理往下旋轉;最後再把坐墊連同圓柱形的座桿往下方旋轉滑動(圓柱對),以完成整車的折疊。

直立折疊 這種類型的折疊車款可以在前、後雙輪同時著地的情況下,把車體主結構沿著矢狀面的方向收納折疊,不需要使用單手或雙手把車體扶起後才能折疊。以造形結構有別於其他車款的S牌為例,其呈三角形的車架結構,在收納時須把接近地面的下管前方的卡榫按下鬆開,並把它提起後拿在手中,再把前輪連同前管運用接近手把處的萬向頭裡的球狀結構(球面對),往座桿和後輪方向旋轉併攏,再把下管卡入前管和座桿的間隙中就可完成。

目前收納體積最小的A牌亦採用這種折疊方式,它的外形類似英文字母「A」,收納的方式是採用「旋轉對」與「滑行對」的概念,把連結於雙輪的座桿和前管以「滑行對」縮短長度,並把它旋轉收納。這類型折疊車的特色在於收納過程十分簡單,不似其他車款繁複。

折疊車還有一項特點,就是廣納各種尺寸大小的車輪輪徑。16英寸以下的輪徑可使收納的體積變得更小,而目前已出現的最小輪徑是6英寸,其次是8英寸和12英寸輪徑。主流的輪徑尺寸則是:16英寸、18英寸和20英寸,其中20英寸輪徑的產品款式更是十分豐富,有多家廠牌公司所生產的折疊車都屬這一類。

綜觀折疊車的發明歷史,可以發現「科技始終來自於人性」。為因應戰爭的移防需求,折疊車在兩次世界大戰期間廣被使用,大量的需求也刺激了當時的生產與發展。後來雖曾因汽、機車的廣泛使用而沒落,但隨著能源逐漸匱乏,環保意識抬頭,便於攜帶的折疊車再次看到了春天的陽光!

由於折疊車具便於攜帶的特性,適合結合大眾運輸工具的複合式交通形式,不論通勤或旅遊,都可搭配使用,不只有益身體,又可節能減碳!因此折疊車在歐、美、亞洲等地正掀起一片熱潮,折疊車之風正方興未艾呢!

目前折疊車的款式雖百花齊放,但所採用的折疊方式,基本上不外乎伸縮折疊、橫向折疊、縱向折疊、特殊折疊與直立折疊5大種類。這些機構運用了「運動對」的原理,以方便車體的收納和開展。

對折疊車體有基本認識後,不知是否激發了您的好奇心,進而想深入探究呢?聰明的你或許能從這些前人的智慧結晶中,加以創新運用,發展出另一種嶄新的科技運用於折疊車上,為人類謀福祉!
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