减轻膝盖压力与踩踏效率不可兼得? 还浮动锁片一个清白

   2017-12-28 10:15

自行车的自锁脚踏问世已经超过30年,带有横向浮动设计(Float)的脚踏/锁片系统始于Time,其设计出发点是希望减轻膝关节的压力。

说来也有意思,对于这一想法,很多车手和爱好者并不买账,他们“固执”地认为,使用带有横向浮动设计的锁片会在骑行中损失能量。持该观点最为知名的车手当属阿壮。

阿壮在其职业生涯的绝大多数时间里都坚持只使用固定式无浮动的锁片(如Shimano SPD-SL红色锁片)。如果你google一下,仍然可以在网上搜索到相关报道。

001.png

▲Shimano SPD-SL锁片提供三种不同的选择

目前所有主流的自锁脚踏系统都已支持横向浮动,但在自行车爱好者中间,关于横向浮动是否真的有利于减少运动损伤风险,或是否会影响踩踏力传输的争论仍在继续。事实上,在学界早已有这方面的专门研究。

本期学术派我们就来回答关于锁片是否有必要横向浮动的疑问。本文出自1995年11月的《Journal ofApplied Biomechanics》(应用生物力学期刊),题为《The Effect ofClipless Float Design on Shoe/Pedal Interface Kinetics and Overuse KneeInjuries During Cycling》(Wheeler, Gregor, and Broker, 1995),译作《骑行中自锁脚踏浮动设计对的鞋/踏板动力学和膝关节过度使用伤的影响》

14547811_1270358099682079_7403019907303997440_n.jpg

▲ Speedplay锁片提供多达±15度的可调浮动角度

由于骑行中的动力来源于下肢的往复蹬伸动作,因此在自行车运动中,下肢是运动伤害的高发场所,其中又以膝关节相关的运动损伤最为常见。

作用于踏板平面垂直轴的力矩(记做Mz)被认为是与膝关节负荷和由过度使用引发的膝痛相关的动力学参数。

Broker和Gregor在1990的研究中发现,骑行中作用于踏板的压力中心点并不和踏板的物理中点相一致,而是在一个踩踏周期中沿前-后,左-右方向移动变化的(约2.5cm)

(小编注:这也就意味着现有某些商用Bike Fitting设备追求踏板压力点位于踏板轴中心的设置并没有理论依据。)

本研究将探讨锁片的浮动/固定设计对于下肢生物力学、运动伤害以及有效力传输的交互影响。

实验内容

time.jpg

▲ 最早提出浮动式锁片设计概念的Time自锁脚踏

实验在UCLA(加州大学洛杉矶分校)的生物力学实验室进行,由34位有经验的自行车手志愿参与。其中27名车手没有骑行相关的膝痛,被分配到“无膝痛”组(KPF)。其余7位车手均有不同的膝痛情况。

实验测试由车手携带自己的自行车在骑行台上进行,每人进行9次测试:3种踏板系统(狗嘴套,自锁踏板加固定锁片,自锁踏板加浮动锁片)X 3种负荷(150w, 250w, 350w),踏频自选。数据采集自加装了三维测力计的狗嘴脚踏,ShimanoPD-1056和Time自锁脚踏。

图片4.png

▲ 从左至右依次:狗嘴脚踏,ShimanoPD-1056和Time自锁脚踏

为了方便理解,下图为作用于左脚踏的力和力矩之示意图。可以看到+Mz即使脚跟向外撇(内八字)的力矩,而相反地,-Mz意味着使脚跟向内(车架)撇的力,也就是外八字。

05.png

实验结果

首先,让我们来看下在250w负荷时,三种脚踏系统的对Mz力矩的影响。

如下图所示,在一个踩踏周期中,90-180度这段发力踩踏阶段,使用固定式锁片的Mz要明显大于使用狗嘴套和浮动锁片的情况(峰值出现于约110度)。

图片6.png▲ 左图为左踏板,右图为右踏板,负荷为250w,实线为狗嘴套、方块为固定式锁片、菱形为浮动式锁片

再来看下固定式锁片在150w、250w、350w三种不同负荷下,力矩Mz的情况。如下图所示,Mz的峰值与骑行负荷正相关,这意味着骑行强度越大,膝关节受损的风险也随之加大。

图片7.png

▲ 左图为左踏板,右图为右踏板,使用固定式锁片,实线为150w、方块为250w、菱形为350w

到目前为止我们已经可以基本确认,动式的锁片对于减少Mz峰值有帮助,也就意味着降低了膝关节损伤的风险

然后我们再来看看大家所关心的问题,浮动式锁片是否会影响踩踏发力。如下图所示,在恒定负荷下,作用于三种踏板系统的有效力(作用于踩踏圆周切线上的力)并没有明显差异。

图片8.png

▲ 左图为150w负荷,右图为350w负荷,实线代表狗嘴套、方块代表固定式锁片、菱形代表浮动式锁片

上面的实验数据来自无膝痛组的27名受试者。研究人员又对7名已有膝痛的车手做了分析,如下图所示,7人中的其中一名车手,其一个踩踏周期中的Mz形态和无膝痛的车手有非常明显的差异,这也就说明Mz对于骑行中的膝关节损伤是一个较为敏感的指标。

图片9.png

▲ 左图为左踏板,右图为右踏板,在250w负荷下,有膝痛的车手KB(黑点)的Mz,与27人无膝痛组均值的比较(实线)

实验数据表明,骑行中作用于踏板平面垂直轴的力矩Mz的大小与膝关节损伤有显著的关联,而使用浮动式的锁片产生的Mz要明显小于使用固定式锁片,同时踩踏有效力没有区别。

对于广大车友而言,应该选择带浮动的锁片,而且完全不必担心会因此损失踩踏力。“浮动锁片会影响踩踏力”的流言可以就此被终结了。

开元观点

之所以选择这篇论文推荐给大家,是因为我在做Bike Fitting的过程中,惊讶地发现居然还有这么多车友在选择固定式的锁片,居然还有车店在向顾客推荐使用固定式的锁片,居然还有这么多自行车爱好者不了解锁片有不同的选择而是随便购买一副装上就用。

我认为有必要以一种科学和严谨的方式向大家普及下浮动式锁片的必要性,同时打消大家关于踩踏发力损失方面的疑虑。

038214d9bb0f36728d391e07ae890fec_2_0_art.png有意思的是,连固执于使用固定式锁片多年的阿壮,都在2012年就换上了Speedplay脚踏。对于锁片是不是需要浮动,你还有什么可纠结的呢?

media_5F00_25181143.jpg


文:Broker&Gregor 编译:王开元 编辑:HCY

转载自微信公众号Locomo耐力运动研究院《流言终结者:使用浮动式锁片会损失踩踏力 | 学术派》

1506605244869625.jpg

关键词搜索:浮动锁片

上一篇:骑行课堂 | 只要犯了这5个错误 你的骑行台算是白买了
下一篇:最新变速套件混搭兼容性整理 内含后拨最大齿容数惊人真相

《骑行家》版权所有,请勿转载,如有需要请至底部链接联系我们
广告

微信扫一扫了解更多

二维码