第1章 绪论
“低碳交通、绿色出行、强身健体、休闲娱乐”，也许是人们出行的*佳境界。哪种交通工具能让人们的出行变得更快捷、更便利、更安全、更绿色、更健康、更环保？答案也许是：自行车。自行车作为交通工具一方面改变了人们的出行理念：“四轮”向“两轮”的演变；另一方面改变了它的时空特性：从“低速(15km/h以下)”到“高速(30km/h以上)”，从“短距离(5km以下)”到“长距离(30km以上)”的发展。
21世纪以来，正当包括中国、印度、土耳其、越南、巴西、马来西亚、南非、俄罗斯等在内的发展中国家大力发展各自的高速公路和高速铁路时，欧洲的一些发达国家(如丹麦、荷兰、德国、英国、法国、挪威等)却另辟蹊径地纷纷兴建专门向骑行者开放的自行车高速公路。交通工具经历由“两轮”向“四轮”，再由“四轮”向“两轮”的演变过程，自行车经历由“低速”到“高速”的发展。“两轮”的交通出行，已经成为人们健康出行的*佳选择之一，因为从“四轮”回归到“两轮”能使人们的出行更加健康、绿色和环保。德国自行车高速公路示意图如图1.1所示。
图1.1 德国自行车高速公路示意图(一)
自行车高速公路是指路面平坦宽阔、专门用于骑行的城市间交通线路。这些专用通道两边虽然不是全封闭的，但全程没有交叉口，因此不用设红绿灯，便于快捷出行。虽然自行车高速公路在国外是统称，但是不同国家也有不同的称呼方法，即译法。
第一种译法：英美译法。自行车高速公路在英国和美国等国家称为cycle super highway或bicycle super highway，中文可以译为自行车高速公路。
第二种译法：丹麦译法。自行车高速公路在丹麦称为Cykelmotorvej(bicycle motorway或bicycle super highway)，中文可以译为自行车高速公路。
第三种译法：荷兰译法。自行车高速公路在荷兰称为Fietssnelweg或Snelfietsroute(bicycle highway，highspeed cycle route或fast cycle route)，中文可以译为自行车公路或者快速自行车路。
第四种译法：德国译法。自行车高速公路在德国称为Radschnellweg(fast bicycle path)，中文可以译为快速自行车车道。
总之，自行车高速公路到底是高速路，还是快速路，或是自行车专用道，目前国际上没有统一的标准和界定。本书统称为自行车高速公路(bicycle super highway，BSHW)。为了便于区别自行车高速公路和其他自行车交通，本书把自行车交通工具分为两种：高速公路自行车和普通速度自行车，分别简称高速自行车和普速自行车。
目前，世界上很多国家(丹麦、荷兰、德国、法国、英国、挪威、瑞典等)在规划、建设和运营自行车高速公路。但由于国家理念的差异，这些自行车高速公路在规划建设和管理上都有不同的特点，比较典型的是丹麦和德国。
(1) 丹麦自行车高速公路示意图如图1.2所示。2012年4月17日，丹麦的第一条自行车高速公路问世，该公路全长22km，连接首都市中心和郊区。该自行车高速公路全程配备先进的电子交通信号系统，以避免上下班高峰时段可能出现的拥堵。此外，沿途每隔1.6km设有一个服务站，其集中了自行车充气处、修理处和停靠休息室，为骑行者提供方便。
图1.2 丹麦自行车高速公路示意图
(2) 德国自行车高速公路如图1.3所示。德国正式开放了全程达100km、号称世界*先进的自行车高速公路。自行车出行者可以在已开放的路段高速通行，*高速度可达50km/h。
图1.3 德国自行车高速公路示意图(二)
1.1 自行车的组成元素
自行车不仅是一种低碳环保的交通工具，而且是一种强身健体的运动工具，更是一种时尚青春的生活方式。特别是在现代社会，自行车是一种没有等级区别的交通工具，是一种体现了“人人平等”的交通工具。所以，近年来人们越来越喜欢自行车这种交通工具。
1. 自行车的发展历史
自行车已经有二百多年的历史，也影响着世界各国人们的出行进程，成为人们出行*直接的交通工具。简单来说，自行车诞生于1815年的法国，当时的自行车没有中轴和脚蹬；1869年，法国人玛金对自行车进行了第一次改造，增加了前轮脚蹬；1890年，英国人将自行车的实心轮胎改造成空心轮胎，实现了自行车的第二次改造；1890年，自行车进行批量生产，开始进入千家万户，成为普通民众的出行工具[1]。自行车自身具有便捷、清洁、廉价、环保、健身、占地面积小的特点，被许多人推崇为发展绿色交通的对象。自行车简图如图1.4所示。
图1.4 自行车简图
2. 自行车的基本定义
自行车(bicycle，其中bi意指二，而cycle意指轮，即两轮车，也称为bike)，又称脚蹬车或单车，通常是两轮的小型陆上车辆。
自行车的动力以人力为主，人骑上车后，以脚踩脚蹬为动力，不需要燃料和其他能源。
自行车的优点是灵活方便、无能耗、无污染、噪声低、振动小、有益健康等；缺点是其出行受天气影响比较大。自行车实物图如图1.5所示。
图1.5 自行车实物图
3. 自行车的系统架构
目前，自行车是人类发明的*成功的一种人力机械，是由许多简单部件组成的复杂系统。自行车作为一种交通工具，由车架、轮胎、脚蹬、车把、链条、鞍座等20多个部件组成。自行车的车架是自行车的骨架，它所承受的人和货物的质量*大，一般自行车都有超过300kg的载重量。按照自行车各部件的工作特点，大致可分为自行车的导向系统、驱动系统、制动系统等三个组成系统[2，3]。
(1) 自行车的导向系统。自行车的导向系统由车把、前叉、前轴、前轮等部件组成，骑行者可以通过操纵车把来改变自行车的行驶方向并保持车身平衡。
(2) 自行车的驱动系统。自行车的驱动系统由脚蹬、中轴、链轮、曲柄、链条、飞轮、后轴、后轮等部件组成。人脚的蹬力是靠脚蹬通过曲柄、链轮、链条、飞轮、后轴等部件传动的，从而使自行车不断前进。
(3) 自行车的制动系统。自行车的制动系统由车闸部件组成，骑行者可以随时操纵车闸，使行驶的自行车减速、停驶，确保行车安全。
1.2 自行车的属性特征
自行车是一种“门到门”或“户到户”的个人交通工具。自行车比较适合短距离行驶，也可以实现15km，甚至20km以上的长距离出行。自行车的属性特征有以下几个方面：
(1) “时空便捷”——自行车的便捷性。自行车不像各种机动车受到时间和路面的条件限制，可以随时出行。因此，自行车具有时空的便捷性。自行车可以灵活地选择时间和路面，并从出发地直达目的地，而且一辆自行车的质量在15kg左右，便于存放，即使出现故障，也可以人工搬运。
(2) “节能环保”——自行车的环保性。自行车不产生废气、无排放物、噪声低、振动小、无能耗，具有节能环保的特性。自行车在行驶过程中完全靠人力，不会产生任何的污染，也不消耗能源，同时能够锻炼人的体能。
(3) “经济成本”——自行车的经济性。普通自行车的价格在200～500元/辆(欧洲为1000～5000元/辆)，虽然世界各国自行车价格不一，但是基本都在各国普通居民可以承受的范围之内。因此，自行车作为交通工具具有成本低的特性。
(4) “使用成本”——自行车的实用性。一方面，当自行车静止时，占地面积小，一辆自行车长度不超过2m，宽度不超过1m，与其他交通运载工具如轿车、货车相比占地面积小；另一方面，平均每辆自行车运行时需要的道路面积为9m2，而平均每辆轿车运行时需要的道路面积为40m2，约是自行车的4.5倍，所以自行车运行时占地面积也小。因此，自行车作为交通工具具有较强的实用性。
(5) “社会成本”——自行车的社会性。自行车与小汽车行驶1km的社会成本比较见表1.1(表中负值为社会效益)[4，5]。在高速公路等基础设施投资中，自行车属于低投入、高社会回报率的投资。因此，自行车作为交通工具具有低成本的社会性。
表1.1 自行车与小汽车行驶1km的社会成本比较(单位：元)
丹麦哥本哈根市政府研究成果表明，骑行1km能产生1克朗(1.1元左右)的社会效益，而开小汽车1km产生0.7克朗的社会效益。建设1km的自行车车道可在20年内实现净现值①42万克朗的社会效益。而在自行车带来的各种社会效益中，其对市民健康、空气污染与温室气体减排等的贡献显著。当然，也不能忽略自行车交通存在的不足，自行车交通存在的不足主要有以下几方面：
(1) 自行车出行的安全性差。自行车作为交通工具，在运行中干扰因素比较多，容易发生交通事故，特别是在碰撞情况下，骑行者极容易受伤。
(2) 自行车出行受人体属性限制。自行车可以作为交通工具，但不宜作为长距离的交通工具，特别是超过15km的长距离出行，人体会较难适应。
(3) 自行车出行受天气影响大。自行车作为交通工具，在出行时受风、雨、雪等天气影响较大，特别是在灾害天气环境下，很难完成出行任务。
(4) 自行车出行受地势影响较大。自行车作为交通工具，适宜于平坦地区，在坡度大于30°的道路上，骑行比较困难，人力很难完成。
(5) 自行车出行舒适性不好。自行车作为交通工具，骑行时间过长时人的身体会感到不舒服。无论是高温(25℃以上)环境还是低温(10℃以下)环境，都不宜长时间骑行。
1.3 公共自行车的发展历程
自行车作为一种低碳、高效、健康的出行方式，近年来受到了全世界的关注。虽然欧洲早在20世纪60年代就实施了第一代公共自行车系统，但自行车在世界范围内的大规模发展是近十年的事情，且与中国的公共自行车快速发展密不可分。公共自行车交通发展历经近60年，但总体可以划分为以下四代。
第一代公共自行车：萌芽阶段。公共自行车系统出现于1965年7月，荷兰阿姆斯特丹的一个无政府主义组织把一批自行车粉刷成白色，以供公众免费使用，
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