自行车发展史

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    自行车是一种由人通过脚蹬来驱动的陆地交通工具，它具有两个车轮，通常被俗称为自由车、脚踏车或单车。自从18世纪问世以来，自行车一直深受人们的喜爱。如今，它已经成为人们进行运动和环保出行的首选方式。

    前世今生

    我国自行车的发明最早要追溯到公元300年左右的三国时期的蜀魏相争，诸葛亮发明木牛流马说起（图一）。比欧洲的达芬奇发明自行车草图早了1100多年。早在遥远的古代，我国就将木牛流马的原理用于了当时的战争。木牛流马是千年未解的历史之谜，它给了人们无尽的猜想，甚至有的人怀疑它的存在。

   《武侯传》中说：“木牛者：方腹曲头”，很明确地说明了腹与头的形状，腹是方形的，用来装粮食的箱子，这是定论。头是曲形的;，至少应有一个曲面的特点。“一脚四足”。耕牛有四条腿，很明显木牛要比耕牛多一个着地的脚，它明显区别于其他四足，有脚的形状。  “日行二十里”：说明木牛一天能走二十里，这个速度是很慢的，一个正常成年人步行每小时的路程是10-12里，二十里只是一个人两小时的路程。“人不大劳”：说明木牛是需要人操纵的，他只是一个省力的运输机械，并不是自动机械。这种古老的木牛流马的运动方式一直延续到清代康熙年间(1662—1722年) 的黄履庄。据《清朝野史大观》卷十一载： “黄履庄所制双轮小车一辆，长三尺余，可坐一人，不须推挽，能自行。行时，以手挽轴旁曲拐，则复行如初，随住随挽日足行八十里。”

    这是木牛流马的延续，也是自行车的雏形。可见我们的祖先很早就发明了木头自行车的原理，比法国的西夫拉克伯爵早了100多年。

    但是真正自行车在中国成为人们日常生活交通工具的时候是1868年清同治年间11月。上海首次由欧洲运来几辆自行车。其发展主要时期如下：

    折叠清朝时期

    同治十三年(1874年)，法国人米拉从日本运来人力车输送到上海，这种车称为“东洋车”，因其色黄又叫“黄包车”，成为代步工具。我国进入了自行车发展时期；

    折叠民国时期

    1937年日本人在中国上海、天津和沈阳三地先后开设自行车厂，但产量极微;1940年上海自行车厂(上海永久的前身)成立，使中国有了自已品牌自行车生产企业;由此开创并演绎了中国自行车行业历史上最辉煌的篇章，引领了几代中国人的自行车消费时尚。

    折叠新中国时期

    1949年中国自行车年产量共只有1.5万辆左右;1950年，新中国第一个全部国产化的自行车品牌“飞鸽”在天津诞生。1958年，上海267家小厂合并，组建成了上海自行车三厂，也就是凤凰自行车厂的前身。1974年诞生了金狮牌自行车，1976年建厂于常州。80年代，以“永久、凤凰、飞鸽、红旗、金狮”国内自行车行业五大品牌企业为首，中国共有自行车制造厂60余家，自行车零部件厂千余家，基本上形成了完整的生产体系。中国成为了世界上的自行车王国

    折叠编辑本段发明简史

    自1791年法国人Sicrac 骑着装两个木轮的“木马”在路易十六王宫的大草坪上奔跑时算起，自行车的出现已有两百多年历史了。不过Sicrac 的带轮木马还算不上是真正的自行车，因为他的木马没有车把，没有脚蹬，车子的驱动全靠他自己双脚的奔跑。20多年后，1817年德国的Drais 男爵为带轮木马装上活动车把，使木马的转向更为灵活，双脚能暂时离地滑行。这个被称为 “步行机器” (Laufmaschine) 的新发明在巴黎展出以后，很快成为风行19世纪欧洲的消遣玩意。

    1839年苏格兰人McMillan 在后轮装上脚蹬，实现了脚踏驱动前进，成为名副其实的自行车。1860年法国人Lallement 将脚蹬装在前轮，前轮设计得比后轮大，目的是想使每脚踏一圈前进的距离更长些。1870年英国人Starley 为提高前进速度，将前轮的直径增大到双脚刚好够得着脚蹬的程度。这种高轮车曾在欧美各国流行一时，被戏称为“1又1/4便士” (Penny-farthing)，因为高大的前轮带一个矮小的后轮恰似一个大硬币配一个小硬币。不过高轮车的设计思想也受到力学规律的惩罚。首先是骑这种车的难度很大，不经过杂技演员式的训练绝不敢骑。而且很不稳定，前轮一旦遇到障碍或需要紧急刹车时，高高在上的骑车人就会在惯性作用下朝前方摔下来。从安全因素考虑，要将前轮减小后轮增大，于是两个轮的大小逐渐变得完全相同。

    折叠编辑本段力学原理

    作为最普及的交通工具，自行车几乎人人会骑。但要回答为何静止时一推就倒的自行车却能稳定行驶的问题并不容易。自1899年剑桥学生Whipple 发表自行车力学论文开始，关于自行车力学原理的研究和讨论从未间断，发表的文献已近百篇，至今讨论仍在继续。

    关于自行车的稳定性，最流行也被普遍认可的解释是离心力效应和陀螺效应。1911年Appell 的经典力学教材《Traité de mécaniquerationnelle》里就已将自行车为对象，做了严格的力学分析。1948年Timoshenko 和Young 编著的高等动力学教材里，对自行车的离心力效应有详细的分析和数学推导。关于自行车陀螺效应的解释见于1911年Klein 和Sommerfeld，以及1950年Grammel为代表的陀螺力学著作。

    折叠离心力效应与陀螺效应

    根据以上分析，离心力效应的必要条件是前轮朝车身倾斜方向转动。而陀螺效应有助于完成此动作。设车体向左侧倾斜的角速度为ωx，前轮的动量矩为L，则产生沿垂直轴向上陀螺力矩Mz=-ωx×L。此力矩驱动前轮绕前叉轴朝倾斜方向转动产生角加速度，当角加速度随时间积累成角度          ψ 时，自行车就改变前进方向产生离心力效应。

    此外，当车体的倾斜角速度ωx 积累成倾斜角度θ 时，重力产生倾覆力矩mghθ。此力矩导致前轮的动量矩L 绕垂直轴进动，产生绕前叉轴的转动角速度ωz，形成与重力矩方向相反的陀螺力矩Mx=-ωz×L 与重力矩抗衡，使车体停止倾覆。而角速度ωz 的出现也有助于前轮完成正确的转向。

    由此可见，有两种陀螺效应同时存在：车体的侧向倾斜角速度ωx 产生的陀螺力矩 Mz 促使前轮绕前叉轴朝倾斜方向转动，使离心力效应发挥稳定作用。而侧向倾斜角θ 导致重力矩和与之平衡的陀螺力矩Mx 使车体停止倾覆，直接起稳定作用。