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减轻膝盖压力与踩踏效率不可兼得? 还浮动锁片一个清白

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2017-12-30Locomo耐力运动研究院 流年

减轻膝盖压力与踩踏效率不可兼得? 还浮动锁片一个清白

[自行车之家 单车零件] 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。

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▲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》。

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▲ 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

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▲ 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。

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▲ 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。

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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)。

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▲ 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。

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