如何解釋自行車的平衡原理？

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本人僅負責搬運

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在1869年到1970年這一百年間發表的許多論文，對自行車行駛的穩定性，提出了各種模型，也列出了不同類型的微分方程組。不過其中影響比較大的一種說法，就是自行車前輪的陀螺效應，以至於在許多通俗讀物中都以這種觀點來解釋自行車的穩定性。

對於陀螺效應自行車穩定性的解釋。我們簡要地來做說明。你拿一枚硬幣，讓它在平面上滾動。如果起始時刻讓它略微傾斜，比方說如圖4傾向左側，你就會發現，它會向傾斜的這方拐彎，當傾斜角變得愈大時，拐彎的曲率也愈大。最後到傾倒為止。

圖4 滾動的硬幣

現在我們把這個現象從力學上加以分析。傾斜的硬幣受一個由作用在中心的重力和地面支撐力所形成力偶的作用。就是在這個力偶作用下硬幣滾動才發生拐彎。現在我們把以上滾硬幣的情況化歸為圖5。令圖中的圓盤為硬幣，它以，圓盤的法線為OH，圓盤所受的力矩以力F與支撐處與之方向相反的力，其力矩的大小以M表示。現在用握起來的右手四指的方向表示力矩作用的旋轉方向。那麼伸直的拇指的方向便是圓盤法線H旋轉的方向。也就是說圓盤繞Y軸以角速度ω來旋轉，這就是圓盤拐彎所要求的角速度。就是說。旋轉圓盤，如果不受外力矩，它會按照慣性，方向不變地轉動下去，如果受一個外力矩的作用，它的轉動方向會轉動，其轉動的方向的按照上述右手法則，而且轉動的角速度ω的大小是與力矩M的大小成比例的。這就是所說的陀螺效應。

熟悉了以上的結果，我們來討論陀螺效應如何能夠使自行車行駛穩定。設在行進時自行車欲向左側傾倒，即前輪向左傾斜，這時騎車人操縱把手使前輪向左轉，這相當於給前輪一個向左旋轉的力矩，在這個力矩作用下，根據右手定則，前輪會由傾斜向直立方向運動。同樣如自行車欲向右傾倒，即前輪向右傾斜，這時騎車人通過把手使前輪向右轉，這相當於給前輪一個向右旋轉的力矩，在這個力矩作用下，根據右手定則，前輪會由傾斜向直立方向運動。由此，自行車自然會穩定地向前行駛。

圖5 圓盤受力矩的運動示意圖

無論從力學原理上來說，還是從騎車人的實際經驗來看，以上自行車陀螺效應的解釋都是行得通的。所以近百年中，這種觀點流行比較普遍，以至於在許多科普書籍中，大半也是介紹這種觀點的。不過對於這種看法，也有人提出異議。著名物理學家索墨菲說：「由車輪的構造看出，陀螺效應是很小的。如果要加強陀螺效應，就應當儘可能用重的車輪的邊緣和輪胎取代輕的。即便如此，這樣弱的陀螺效應對於系統的穩定性才會有少許的貢獻。」

除了陀螺效應的解釋外，1948年鐵木辛科和楊在他們所著的《高等動力學》一書中，還提出了另外一種解釋。這就是，當自行車往一側傾斜時，騎車人就用把手將前輪轉向同一側，由於前輪轉了一個角度，自行車的行進就沿著繞傾斜側的圓周，這時，離心力向圓周外，就會把自行車扶正。由這個解釋，可以得出結論，自行車的速度愈快，所產生的離心力便愈大。所以自行車行進的速度愈快自行車便愈容易控制。不過，這種解釋與人們的經驗有點差別。當人們在平地上把一輛自行車推行到一定速度並且撒手，自行車會無控制地穩定地前行一段，這時，即使在中途擾動它一下，它也能夠回復穩定。這說明，自行車本身在沒有駕駛的條件下便有能夠穩定前行的機制。

1970年，在《今日物理》雜誌上，英國人大衛·駿斯（ David E.H. Jones）發表了一篇文章[3]。這篇文章對後來的研究影響很大。文章報道了作者自製了一輛沒有前輪陀螺效應的自行車（圖6），照樣能夠穩定地行駛。文章用事實證實了陀螺效應對於自行車行駛的穩定性不是主要的。

駿斯的辦法是，在普通自行車前輪邊上，再增加一個平行的輪子，這個輪子通過傳動與前輪旋轉方向相反，旋轉速度相同，這樣從整體上說就抵消了前輪的陀螺效應。儘管這樣，這輛自行車，仍然能夠行駛自如沒有任何困難

圖6 駿斯的無陀螺效應的自行車

既然陀螺效應不是自行車穩定前行的主要因素。而且即使沒有駕駛，在一定速度之下自行車前行也是穩定的，於是就需要尋求新的使自行車穩定的因素。

圖7 普通自行車的構造

駿斯最後的結論，是基於我們平常的經驗。當我們將自行車直立時，自行車前輪是向前而沒有偏轉角的。如果我們讓自行車傾斜一個角度，相應地，自行車的前輪也就會隨之偏轉一個角度。這說明，前輪的中心高度是由自行車的傾斜角與前輪的偏轉角的函數。在自行車傾斜時，前輪會偏轉，以使前輪的重心（即前輪的輪心）取最低的位置。之所以能夠這樣，是和自行車構造中設計有一個「前輪尾跡」的長度有關。駿斯用計算機計算了前叉點（即過前輪中心水平線與前叉直線部分的延長線的交點）與自行車的傾斜角和前輪偏轉角的關係。他稱之為「駕駛幾何」（steering geometry）。有了這個結果，就能夠解釋自行車行駛的穩定性問題了。

原來當行駛的自行車有一個傾斜角時，自行車的前輪由於有「前輪尾跡」的緣故，會自動向傾斜的一側產生一個偏轉角，由於有這個偏轉角，自行車靠轉彎的離心力便會扶正。因之即使沒有人駕駛，在一定的速度之下，直行的自行車，運動也是穩定的。

駿斯還研究了前輪尾跡為負的情形。這種情形下，自行車是很難於駕駛的。因為當自行車傾斜時，它的自然狀態，是前輪向穩定行進所需要的反方向偏轉。由此他的結論是自行車的穩定性主要取決於「前輪尾跡」的長度，而陀螺效應只起很次要的作用。所以在設計自行車時，「前輪尾跡」的尺寸，是衡量自行車控制性能的一個很重要的數據。

圖8 前輪尾跡為負的情形

至此，你也許認為關於自行車行駛的穩定性問題，應當可以塵埃落定了。其實，事情還在發展。到2011年，五位學者在《科學》雜誌上發表了一篇文章[4]。他們論證在既沒有陀螺效應也沒有前輪尾跡的條件下，自行車照樣可以行駛得很穩定。他們通過一個自行車的模擬品進行實驗（圖9A）。還是增加一個與前輪反轉的輔助輪子，以消除前輪的陀螺效應（圖9B）。前輪尾跡是一個很小的負值。這樣的「自行車」在無人操縱的條件下，照樣行駛得很穩定（圖9C）。他們並且對這個模型進行了理論探討，列出了方程組，並且討論了它的穩定行駛範圍。他們的研究說明，自行車雖然構造很簡單，但在一定的質量分布情形下，實際上是一種能夠自動控制其行駛穩定的交通工具。其原因既不是陀螺效應，也不是前輪尾跡。

圖9 沒有陀螺效應和前輪尾跡的自行車模型

參考文獻

[1]F.J.W.Whipple,Thestability of the motion of bicycle, QuarterlyJournal of Pure and Applied Mathematics, 30,312(1899).

[2] Timoshenkoand Young, Advanced dynamics, McGraw-Hill Book Company, New York,1948

[3] Jones, David E. H. "Thestability of the bicycle" . Physics Today23 (4): 34–40.(1970).

[4] D. G. Kooijman, J. P.Meijaard, J. M. Papadopoulos, A. Ruina, and A. L. Schwab , A bicycle can be self-stable withoutgyroscopic or caster effects. Science332 (6027): 339–342. (April 15,2011).

本文引用地址：http://blog.sciencenet.cn/blog-39472-770407.html 此文來自科學網武際可博客，轉載請註明出處。

看到這個問題下面一堆自我感覺良好甚至嘲笑題主和認真回答問題的答主的人，我簡直忍不了了
針對部分答主，如果你看到這個問題時，腦子裡第一反應是圓周運動的話，我只能很sorry地說，你的知識水平離理解這個問題差太遠了。不要以為剛體是個很簡單的問題，不要以為知道個轉動慣量就懂剛體動力學了，naive好么。如果你連剛體動力學的歐拉方程都沒聽說過，真的聽我一句勸，不懂不必強答。
高票答案的分析很到位，很清晰。認真說兩句，且不說自行車這麼複雜的東西，就一個一般的剛體，其普遍情形下的運動，目前是沒有解析解的。更別提自行車這麼複雜的構造了。生活中很多看似日常的現象都表現出超出預料的複雜。不是搞物理的人不認真，而是這世界本身遠不止你認為的那麼easy

不是角動量哦，分鐘物理已經解釋了
http://www.bilibili.com/video/av2659132

具體理論不懂
搬幾個視頻

1、有人在操控，輪子不轉也能基本保持平衡

【開眼界】碉堡了，老大爺騎自行車展示超牛逼平衡能力

2、輪子不轉，方向也鎖定，亦有可能保持平衡

Lit Motors C1：撞不翻的自平衡電動汽車

3、自行車在有一定速度的條件下有自穩定的現象

【分鐘物理】自行車是怎麼保持平衡的

更新補充：

4、電腦控制，輪子不轉控制方向可保持平衡

本田黑科技平衡輔助系統摩托車也能無人駕駛了

可用採樣定理和帶寬解釋。方向調整速度（代指系統在重心對地投影縱向平面左右穿越速度，與車速和轉把角速度有關，轉把可以很快，車速越快越穩，越慢越容易倒）大於重力加速度了在水平方向的分量。相當於「採樣速度大於信號頻率的2倍」這樣一種思考上的存在…即，調整速度比倒的速度快、那就不會倒。

本想研究一下自行車自動平衡功能，無意中看到了這棟老樓，下面講講我對這個問題的兩點看法吧：
第一點，在騎行過程中前後輪的陀螺穩定性（與轉動慣量和騎行速度均有關）是非常重要的。因為這個特性延緩了自行車傾倒的過程，這樣騎行者有足夠的時間去調整整車重心（通過調整前輪方向和身體重心），只要能夠保證重心在合理的範圍內，自行車就不會傾覆。這也就解釋了為何低速時維持自行車平衡要比高速騎行要難一些，以及靜止狀態下一般人難以保持自行車平衡。其實原因很簡單，因為陀螺穩定性削弱或消失，導致自行車傾覆的速度加快，以至於接近甚至超過了人的反應速度，所以這種狀態下維持平衡難度就大很多了。前面帖子中對無陀螺效應自行車的探討並沒有考慮到自行車後輪的陀螺效應以及騎行者重心調整著兩個重要影響因素。
第二點，自行車和騎行者的重心位置也是至關重要的。水平面上直線運動的物體如若保持平衡，重心位置是至關重要的，重心必須落在支撐面內才能平衡，否則就會傾倒或產生傾倒趨勢。若不能很好地控制重心位置，那就只能請陀螺穩定性來幫忙了，通過陀螺的進動效應來增加傾倒時間，以便騎行者及時調整。

如果自行車傾斜，而不調整龍頭，自行車就會傾倒，調整龍頭，則給自行車一個扭矩，使自行車恢復到不傾斜的位置。

用角動量來解釋的，真的是不懂裝懂。
自行車的平衡原理，是人的小腦。

一個離心力的問題也能扯出來這麼多。
轉動慣量可以解釋陀螺的穩定，鐵環的穩定，但不適合解釋自行車的穩定，根本區別在於，陀螺也好鐵環也好，都是整體在轉動，轉動慣量保證了運動姿態不會輕易被改變，也就是運動姿態的穩定性。但自行車的平衡性說的並不是運動姿態不會被改變，而是被改變後可以自發回正。

正常行駛的情況下，自行車傾斜的時候會向偏轉的那一邊轉，這時就產生了離心力，離心力與車輪與地面之間的（側向）摩擦力綜合作用驅使自行車回正，摩擦力起了支點作用。
所以：
1.不移動的自行車傾斜的時候不產生離心力，所以會傾倒。
2.不能轉向的自行車傾斜的時候不能形成曲線運動，也不產生離心力，因此也會傾倒。
3.在離心力驅使下，自行車重心回正後由於慣性會繼續向另外一側偏，此時又產生相反的離心力……周而復始，所以移動可轉向的自行車在沒有人為干預的情況下遇到擾動會S形前進。
4.如果速度不夠快，產生的離心力不足以將自行車的重心扶正，那麼它還是會倒。
5.在非常光滑的平面上（比如冰面），自行車很難平衡，一方面是因為摩擦力不足導致難以轉向形成離心力，另一方面，即使形成了離心力，由於側向摩擦力太小，無法對車輪形成支撐點，導致本應該向另一側傾倒的自行車變成了打滑，然後就bia嘰了。在結冰路面上騎過車的人對此應該感受頗深。

同樣的原理不僅可以解釋自行車的平衡，還適用於滑板，輪滑，溜冰，滑雪，衝浪等可能不存在轉動慣量的運動。

其實是這個問題本身有歧義，平衡性和平衡的穩定性是兩個不同的概念。

這個問題應該是一個很簡單的問題，即自行車行駛起來以後自行車受到的側向力會變成自行車轉彎的向心力，即在靜止狀態下因為側向力會往一側倒下的自行車，由於自行車行駛起來，自行車不會因此而倒下只會因此而轉彎，而騎車者也有足夠的時間來糾正自行車的運動姿態。
所以這個問題其實和人造衛星不會掉在地球上是同樣的道理。
當人造衛星速度速度足夠大了，引力只等於向心力了，這個時候引力就只會帶著衛星繞地球旋轉一樣

我來，正確答案如下

題主說自行車平衡，大家回答自行車如何平衡

我覺得都是錯的，自行車是不平衡的

如果把行進的自行車拍下，慢速回放，從前後看，會發現自行車是左右擺動的。把兩個輪子連成一條線，車的重心是在這條連線的左右兩側來回擺動。

其實重心永遠處在左右晃動之中，是不平衡的。大家不要想複雜了，三個點才能穩定在平面上立足；自行車就兩個輪子，兩點接觸地面，兩個點怎麼可能平衡？這跟靜止和行進無關的，兩個點就是不能平衡。

那些說車子平衡的，咱把自行車龍頭鎖死，筆直向前，你的車還能平衡不？鎖死，筆直向前的龍頭，你騎給我看看？

我們通過龍頭左右擺動，讓自行車的重心左右擺動。就是說如果自行車的重心偏左了，我們讓龍頭往左邊跑，讓車整體的重心偏向右邊，這樣車就不會往左邊倒了；等車的重心偏向右邊的時候，我們再讓龍頭往右，讓車的重心往左偏。然後再偏向右邊；再偏向左邊……就這樣周而復始。車的重心不停的左右擺動。但是要注意這種重心左右擺動是極其輕微的，我們自己都不會注意

但是靜止的自行車為什麼不能「平衡」呢？因為靜止的情況下，無法通過龍頭來調整重心和車輪的相對左右位置。就是說兩個輪子連成一條線，如果車的重心在這條線的左邊，那車子就真的往左倒了；

我們說的小孩學會騎自行車，這個「會」指的就是熟練掌握通過龍頭調整重心的技巧，條件反射一樣

其實答案很簡單啊，就是地面支持力的向心分量（地面支持力等於向下的重力和向心的分量的矢量之和，其中這個向心分量其實是由於需要和離心力平衡而產生的）與圓周運動的離心力平衡。

兩輪自行車在騎行過程中，前後輪總是存在一定夾角。也就是說，如果按照其自行前進的軌跡來說，總是一個圓弧的形狀，因此總是受到離心力的作用。為了達到作用力的平衡，自行車也會因此向內傾斜一個角度，就像大家看到高速摩托車在轉彎時發生大角度的傾斜。

當人們改變前輪方向時，顯然圓弧的半徑發生變化，離心力也隨之減小。那麼為了達到平衡，自行車傾斜的角度也要發生變化，讓支持力的向心分量減小。這種變化是通過人們調整姿勢，改變人+自行車的聯合重心與自行車與地面接觸點的角度來實現。所以你看摩托車從極度傾斜轉為直線前進時，先發生改變的是人的身體相對於摩托車上移。

當人們沿著直線運動時，由於前輪的不穩定性，自行車其實是沿著左右不斷變化的大圓弧運動，而人體通過不斷調整姿勢改變。可以認為是以上兩種情況的聯合作用。

原文還沒看過，但是一直不覺得是個問題啊？

附圖一張

這個問題我可以說幾句。

首先，無論是人騎行的情況，還是無人狀態下的自行車，對平衡保持最為關鍵的就是車把的轉角。車把的轉動會導致行駛軌跡曲率半徑發生改變，由離心力的作用自動扶正車體。舉個簡單例子，如果大家留意一下，在直線行駛時，當你發現自行車有想左傾倒的趨勢時，你會自動向左轉動車把，這時車瞬間向左做圓周運動（曲率半徑很大，不易察覺），此時車體由於慣性會向右擺。而後車體重心投影又落回兩輪接地點的連線之上，這次平衡算是基本恢復了。

再說說無人狀態下自行車自動平衡的原理。首先從運動學和動力學角度看，自行車算的上是個複雜的系統，各部分的運動牽連關係比較複雜，兩輪對地面又有非完整約束（Nonholonomic constraints，在不考慮輪胎打滑的時候）。在這種前提下並不做簡化時，無法寫出拉格朗日方程的顯式形式，自然對平衡恢復力矩的分析也較為複雜。第一個回答者提到的《科學》中的論文就討論的這樣一件事。他們在儘可能保證模型精確的情況下，在理論上分析了可能影響平衡的各種因素，最終得出之前說的車把轉動的影響是主導。另一方面，一些實驗也證明了其他因素是可以忽略的。

那麼在無人狀態下為什麼會自動轉動？核心在於1.車把轉動軸與地面不是垂直的有一個夾角（cast angle），2.前輪接地點與車把轉動軸與地面的交點有一個距離（trail distance）。由於這兩點的存在加之合理的車體-前輪質量分布，會造成這種，車體向左傾，車把自動左轉的性能。當然了，這對於平衡也不是在任何情況下都靈的。試想，當速度過低時，即便很大的轉角也無法提供足夠的離心力（直接向左傾倒）；車速過大時，離心力過大，會導致車身甩到另一側（向右傾倒，或反覆擺動，直至完全倒下）。那篇文章在經過線性化之後，給出了再典型車體幾何-質量分布參數下，可以自動穩定的速度範圍。

然後再說說有人騎行的情況。這問題屬於一類『人在迴路』問題（human in the loop）。無論騎自行車，滑滑板，衝浪，走鋼絲等等原理接近。都是人在不斷訓練之後形成了一種不易察覺的條件反射般操作習慣（想左倒，向左轉）。舉個例子，隨便找個棒球棒、黃瓜或燈管之類，立於掌心，也是它向左傾你向左推這樣的。而現代自行車的這種設計（cast angle、trail distance）本身就有自動轉動的趨勢，所以人操作起來就更方便省力。不同人的騎行技術不同，主要取決於不同的迴路延遲和迴路控制增益，包括視覺、前庭平衡覺和肌肉-骨骼系統。

可能有人又要問，那撒把騎車有是怎麼回事？原理還是一樣的，目的是要前輪向有利平衡的方向轉動。比如，整個人車向左倒時，人上半身主動向右斜，加劇車想左傾，由於上述性質，車把自然左轉。有的車易於撒手騎行，有的不易，區別在於這種幾何-質量分布的不同，車把轉動軸是否過緊和不同車胎地面摩擦的影響。

引申一步，人在騎行時要像左轉應該如何操作呢？你可能會發現，你會首先向右轉車把一個十分微小的角度，先讓車體有向左倒得趨勢，然後順勢向左轉車把，進入彎道穩定轉彎。這就是這類欠驅動非最小相位系統（underactuated and non-minimum phase）的一個特點了。類似的，可以掌心立個黃瓜，再走個複雜軌跡體會一下。這是一類在保持平衡的前提下，進行位置變化的問題：欠驅動系統的跟蹤問題。有摩托車駕駛經驗的或看公路摩托比賽的就會注意到騎手會比較劇烈的調整上半身來適應和影響車身的傾斜。

擴展一步，在零速度條件下，為什麼還有人能平衡呢？這個主要靠改變身體姿勢實現和附加車把轉動來實現。前文提到，車體傾斜會使車把轉動。同時，在車把轉動後，就算靜止也會對重心的位置有個小小的調整。但主要還是靠人身體的運動。其實這是個二級倒立擺或體操機器人（acrobot/pendubot）的問題。類似於女子體操的平衡木。

控制變數法。
設想一輛自帶動力裝置的自行車和另一輛生物駕駛的自行車，當然是後者能平穩行駛，所以得出結論：生物是自行車穩定行駛的必要條件。
這個推理過程沒問題吧？
自行車平衡的原理是什麼？這個問題可以抽象成高蹺的原理是什麼，進一步抽象成生物能平穩站立原理是什麼。後者如此簡單的物理模型總不能再強行代入轉動慣量守恆、陀螺定軸性、向心加速度這些物理定律了吧？
解釋自行車的平衡原理，按照照廣大答主自答或引用的結論，如果單說是轉動慣量守恆後（或者陀螺定軸性），我可以用滑冰運動員在冰面滑行的例子反駁；如果說單是與車把轉動相關的原因，我可以用獨輪車的例子反駁；如果說單是因為圓周運動中的向心力和摩擦力平衡作用，我可以用硬幣滾動行進不易歪倒來反駁；如果單是因為快速行進，我依然可以用自行車慢騎比賽反駁。
以上例子有何共性？凡是有生物參與的行進運動更易維持穩態。
試想設計一台自動騎車機器人，人們會從哪些方面入手，這些方面大概就是問題的答案。感測系統、運算系統、作用系統，大家發現這恰恰是與人類反射弧類似的了嗎？
在這裡想跟大家分享一種系統論相關的思維，與其單單以自行車為研究對象，不如將自行車與人看作一個系統。自行車系統平衡的原理是什麼？我想絕大部分是因為人反射弧不間斷做出的反饋調節吧。其除過人為因素的其他機理，正是各位答主給出的分析結論。顯然各位答主都忽略了作為自行車系統之一的占最主要因素——人。
原諒我把這個看上去是物理領域的問題引到了腦科學的圈子。我想人維持平衡的內在調節機制才是問題的答案。運動信息處理中心小腦、感受加速度的半規管、骨骼肌這些才是自行車系統平衡的重要環節。要問人類為什麼能感受並迅速處理外界複雜的物理信息，這還不算是腦科學的問題嗎？允許我再給這個問題加個腦科學標籤吧。
是因為人體參與，自行車系統才得以平衡。一定會有人問人體究竟依賴何種物理定律去調節本不穩定的自行車以達到穩態呢？問大腦吧。要是再問大腦究竟是怎樣理解應用物理定律的，那我可就要再給這個問題加上唯心主義的標籤了。

很多人過分強調了人在這個系統中的作用，認為人腦在潛意識裡做出一些微小的平衡操作來幫助自行車平衡，其實沒有人，只給自行車一個初始速度，只要大到一定的閥值，它總能平穩的行駛一段時間，後來因為摩擦力降低了速度，它才會倒。大的圓形鋼圈，厚度很細，你把它立在原地立刻就倒，而你給他一個初速度，他就能向前平穩地滾動很遠，這種系統中根本沒有人工的參與，只有參照物，物體和相對速度。
到現在這個系統的原理都是未解之謎，我說的是真的，沒人能用現有的物理學知識簡單的解釋這個現象，曾經看到有一位自以為很厲害的家長吐槽孩子學校的一個教授講解這個問題，他認為這個教授講的是一派胡言，我卻認為這個教授可能講出了最接近的真理，這個教授是這麼說的：對於空氣的相對速度，使空氣對扁平狀物體（這裡是自行車）產生了風壓，而速度一旦達到一個閥值，兩邊的氣壓能足夠大到將物體夾在中間，就像飛機一樣，機翼的一個微笑的弧度，讓機身下方的風壓大於了機身上方的風壓，所以飛機能夠起飛，從這點來看，自行車的運動系統和飛機的運動系統是如此的相似，你要是在自行車左邊或者右邊按個帶有弧度的片狀物體，風壓不平衡，也會讓自行車倒下。
再說一個這個解釋的證據：
你如果讓自行車單純的相對地面運動，無論初始速度多大，自行車也會倒下，比如你讓自行車運行在跑步機上，它對於空氣沒有相對速度，形成不了風壓，就會倒下，這個實驗我沒做，腦補的，但是預期是會倒下的。
另外，很多人提到了圓周運動，提到了陀螺儀原理，其實自認為也是無關緊要的，想像一下把自行車的輪轂換成冰刀，從滾動摩擦變成了滑動摩擦，滾動摩擦摩擦係數小，滑動摩擦摩擦係數大，在滑動摩擦下，冰刀負載的自行車速度會很快降下來（除非在冰面上，冰表面μ很小），但是不會影響初始時自行車的平衡，直到速度降到閥值以下自行車才會倒，而如果在μ很小的冰面上，用冰刀負載自行車依然能夠平穩運行很久。
所以自行車的平衡之謎，跟滾動的輪轂是沒多大關係的，關鍵還是相對速度和空氣的壓力，如果現在能夠到真空環境或稀薄空氣的環境（比如月球上）中騎一騎自行車，如果騎不起來，就能證明這套理論的正確性了。

其實全沒說到點子上。
自行車不倒主要是因為受過訓練的人通過移動身體重心同時控制車把，讓人和車的重心一直在兩個車輪接地點的連線上。

自行車不倒說穿了就是；往哪邊倒就往哪邊拐，想往哪邊拐就往哪邊倒。

例子：
1.騎車時有別人碰到車把會摔倒。
2.不扶車把，只通過移動身體重心也可以騎自行車。
3.自行車轉彎時一定要先向轉彎方向傾斜身體，再扭轉車把。只不過騎車人自己都察覺不到罷了。
4.騎車的時候被人猛推一下，一定會本能的往傾斜的方向打車把。
思考題：兩輪摩托駕照為什麼不能騎三輪摩托?

嚴重贊同最後的結論。
其實自行車平衡不倒最主要的因素就是前輪微小的轉向使車輛質心與車輪接觸點的連線保持在90度左右，而這種微小的轉向調整恰恰是初學自行車的人需要攻破的技術大關。
另外前輪的caster（主銷後傾角）確實是個不錯的設計，它可以在車輛傾斜時，自動賦予前輪一個轉向力矩，從而幫助騎車者更好地微調車輛動態。
至於陀螺效應的影響，不妨來試試高轉速原地燒胎，看看到底有多大的影響。

說下我的理解,自行車動平衡一定是多種因素共同的結果

不可能因為一種原理看似沒效果,就否認他的價值

1.陀螺原理,這個毋庸置疑

2.高速階段前傾前叉,力臂分解,自動回正力臂加大,高速比低速更穩定

3.毫無疑問人的作用,開過車或者騎過車的人都知道,即便是走直線,也是角度不斷微調的結果,本身身體不停踩踏就是個重心不斷改變的過程,即便是走直線也面臨方向的不斷微調,人腦的動平衡效果不可忽視.

PS:關於風壓論,在下十分不贊同,自行車的速度沒有快到可以利用風壓的程度,而且無論幾千克10幾千克的自行車在低速就能保持平衡,可以讓車平衡的風壓,人不可能感受不到,會有明顯潛水壓力的感覺.就不要提滾筒騎行台了,就輪圈的那點面積.15公里的配速,跟飛機根本沒法比,這個風壓根本無法解釋

我這麼覺得自行車的平衡很簡單呢？
自行車的平衡是一個負反饋系統，並且反饋的速度和效果非常快。
直線行駛時，即如果自行車偏向一邊，那麼前輪的轉向會迅速加大離心力來糾正這個傾斜。而自行車從發生傾斜到摔倒需要很長時間，但是前輪轉向帶來的離心力變化卻來得非常快。能迅速糾正自行車發生的傾斜。糾正過頭了也沒關係，前輪再往另外一側轉向就好了。
轉彎時同理。
反饋過程：自行車傾斜----&>前輪轉向----&>產生與傾斜方向相反的離心力----&>糾正傾斜
在一個負反饋系統中，如果反饋速度(前輪轉向帶來的離心力變化)遠大於自身變化速度(從收到干擾到摔倒)，那麼系統一定是穩定的。
體現在自行車上，這種穩定就是左晃右晃，但是不倒。

有人騎的自行車能穩定前進是因為有人騎。
沒人騎的自行車能穩定前進我們仍然不知道為什麼，參考下面這篇文章，裡面解釋了已有自行車穩定理論以及為啥不對http://science.sciencemag.org/content/332/6027/339