自行车（Bicycle）这个词源于拉丁语中的两个词根，”bi”（两个）和”cyclos”（圆形）。这是因为自行车有两个圆形的车轮。自行车是一种人力驱动的交通工具，由两个轮子、一个车架和各种部件组成。它通过人们蹬踏脚踏板来转动车轮，实现前进的动力。
1499年，意大利画家、发明家列奥纳多·达·芬奇（Leonardo da Vinci）提出自行车的概念。1790年法国人西夫拉克(Comte de Sivrac)发明了第一辆自行车。
自行车主要是通过传动系统推动车轮前进。以及自行车的刹车系统可以控制减速或停止自行车。自行车按照骑行用途进行分类，主要是山地自行车和公路自行车以及城市自行车和折叠自行。自行车具有简单、高效和环保的特点，被广泛用于日常通勤、休闲娱乐和运动竞技等领域。
Velocipede是自行车最早的名称之一。”Velocipede”这个词来自拉丁语，意思是”快速移动的脚”。8早期的自行车是通过人们用脚来蹬动一个轮子，自行车设计还有很多不同的名称，如”Draisine”、9″Penny-Farthing”等，用以描述各种形式的人力驱动的车辆。10这些早期的自行车通常是通过人们蹬动脚踏板来驱动车轮。”Bicycle”一词最早被使用的确切时间和地点难以确定。然而，一般认为”Bicycle”一词的使用在19世纪中叶的欧洲得到了普及，可以追溯到1860年代至1870年代，当时随着自行车的改进和普及，11″Bicycle”一词在一些文献、广告和报纸中开始出现。12最终，这个词汇被接受并广泛用于描述这种新型交通工具。自行车在中国叫法的出现，根据目前的资料显示，最早出现在1866年清朝派出的第一个出洋考察团，当时考察团里成员张德彝在游记里使用到了“自行车”一词，于是自行车一词首次在中国出现，并被一直沿用至今。
1499年，意大利画家、发明家列奥纳多·达·芬奇（Leonardo da Vinci）设计了一种原始的自行车模型，尽管没有实际建造，但它预示了自行车的概念。1790年法国人西夫拉克(Comte de Sivrac)发明了第一辆自行车,被称为Celerifere,其构造简单,没有传动装置,主要依靠两脚蹬地驱车前进。
虽然这些早期设备和概念为自行车的发展提供了一些基础，但直到19世纪初期，1817年，德国发明家卡尔·冯·德莱斯（Karl von Drais）设计了一种早期的人力驱动车辆，被称为”Draisine”或”Dandy Horse”。它是一种没有脚踏板的木制车架，骑手通过推动地面来驱动前进。1860年，法国工程师皮埃尔·米歇尔·欧仁·米歇尔（Pierre Michaux）改进了自行车的设计，将一个脚踏板安装在前轮上。这种新型自行车被称为”Velocipede”，并成为早期自行车的先驱。
1885年，约翰·斯塔利在考文垂设计生产出了“罗孚牌”自行车，他成功解决了自行车设计中的四大关键问题，这款自行车几乎具备了现代自行车的所有元素，它开启了自行车的新纪元。约翰·斯塔利设计并制造了一种被称为”Rover Safety Bicycle”（罗弗安全型自行车）的自行车模型。这种自行车具有前叉和车闸、前后轮大小相同以保持平衡，并使用了钢管制成的菱形车架和橡胶车轮。这个设计使得自行车更加稳定、安全和舒适，成为现代自行车的基本样式。斯塔利对自行车的改进不仅包括结构设计方面，还涉及到生产工艺和机床的改进。他改进了许多用于生产自行车部件的机床，提高了生产效率和质量。这为自行车的大规模生产和推广奠定了基础，使得自行车成为一种广泛使用的交通工具。
1889年，爱尔兰籍的英国兽医邓洛普(John Boyd Dunlop)为了满足骑行的快速与舒适,设计了“充气轮胎”，使得自行车的骑行更加平稳和舒适。1890年代，自行车的大规模生产开始，在欧洲和美国成为流行的交通工具。自行车骑行也成为了一种普遍的娱乐活动。20世纪初，自行车的设计进一步改进，加入了后挡泥板、前刹车和变速器等功能，以提高骑行的效率和便利性。20世纪后半叶，随着科技的进步，电动自行车的出现为骑行提供了辅助动力。现代自行车技术继续发展，包括轻量化材料的应用、空气动力学设计的优化以及先进的变速系统等。
据明末清初小说家张潮编辑的中国文言短篇小说集《虞初新志·黄履庄传》记载，我国清朝初年的民间发明家黄履庄。黄履庄发明的自行车“长三尺许，约可坐一人，不烦推挽能自行；行住，以手挽轴旁曲拐，则复行如初；随住随挽，日足行八十里。”
用白话文来说，黄履庄发明的自行车“约长一米多，可以坐下一个人，只需要用手摇轴旁曲拐，车就能前进”，按照清光绪年间度量的 189 丈为一里计算，这辆车“一天能行约 46 公里路”。
自行车在1868年首次出现在中国的上海。当时，这辆自行车是由欧洲运来的，成为上海街头的一种新奇奢侈玩意。这辆自行车的形式是只有两个轮子，人们用两脚尖点地来推动。而在清朝同治七年（公元1868年），也有记载了国内出现自行车的场景，用诗句描述为“人如踏动天平,亦系前后轮,转动如飞,人可省里走路”。
1885年是自行车在中国发展历程中的重要时期。当时，一些洋行（如英商怡和、德商禅臣、法商礼康等）将自行车及零件列为”五金杂货类”输入上海，并在19世纪末在上海市场上获得了广泛的销售。此外，1897年是中国国内第一家自行车商行——同昌车行（凤凰牌自行车前身）成立的时间。这标志着中国国内真正拥有了自己的自行车，开始专卖自行车和零配件。1911 年，上海市邮政局从英国购入100 辆自行车，用于投递邮件。这是自行车作为一种交通工具第一次投入到上海。
1915年是中国自行车发展的重要时期。第一次世界大战结束后，邮电事业得到发展，自行车成为邮差的交通工具，从而导致对自行车的需求激增。在这个时期，上海市区出现了近20家自行车商店，形成了以老闸区（今黄浦区）为中心的自行车销售网络。1915年在有中国、日本、菲律宾三国参加的第二届远东运动会上，中国选手在一项自行车比赛中获得了亚军的成绩。
目前，中国已经成为世界上最大的自行车生产基地，拥有500多家整车生产厂和700多家零配件生产厂。世界前五大自行车制造商的主要基地都设在中国。根据中国自行车协会的数据，2020年中国自行车行业总产量达到1.17亿辆，同比增长15.3%。2021年总产量预计将突破1.2亿辆，继续保持世界最大的自行车生产和消费国的地位。
传动系统是自行车的核心部分，用于将骑行者的力量转化为动力并传递到车轮上。它包括脚踏板、曲柄、链条、前后变速器和齿轮等组件。骑行者通过踩踏脚踏板，驱动曲柄旋转，通过链条将动力传递给齿轮，从而推动车轮前进。
刹车系统用于控制自行车的速度和停止。通常包括前后两个刹车装置，如V刹车、碟刹车或滚子刹车。骑行者通过手柄或脚踏板上的刹车装置来施加力量，使刹车垫或刹车盘与车轮摩擦，从而减速或停止自行车。
悬挂系统用于提供舒适的骑行体验和增加对不平路面的适应能力。主要包括前叉悬挂和后避震系统。前叉悬挂连接前车轮和车架，通过弹簧和减震器减轻颠簸和震动。后避震系统通常由后减震器组成，安装在后车架和车轮之间，提供后部的减震功能。
转向系统用于控制自行车的转向和转弯。它包括前叉、转向管和转向柄。骑行者通过转向柄控制前叉的转向，使自行车沿着所需的方向行驶。
轮组系统包括车轮、轮辋、轮辐和轮胎。车轮连接在车架上，提供自行车的支撑和行驶功能。轮辋是车轮的外圆部分，轮辐连接轮辋和车轴，提供结构支撑和弹性。轮胎与地面接触，提供牵引力、减震和稳定性。
座椅提供骑行者的坐姿支撑和舒适性。它通常由泡沫填充和皮革或织物覆盖而成。座椅通常可以通过座杆进行高度和角度的调节，以适应不同骑行者的身高和喜好。
手把位于车把上，用于控制自行车的方向、刹车和变速。手把上通常装有刹车手柄、变速器和其他控制装置。通过手把的操作，骑行者可以控制自行车的转向、刹车和换挡。
自行车上通常配备前后灯光和反光镜等安全装置。灯光用于提供夜间骑行的照明，使骑行者更容易被其他车辆和行人注意到。反光镜可以帮助骑行者观察后方交通情况。
起动和停车系统通常由踏板和侧撑脚架组成。骑行者可以通过踩踏踏板来启动自行车的行进，而侧撑脚架可以支撑自行车在停车时保持平衡。
车架是自行车的骨架，由金属材料（如钢、铝合金、碳纤维等）制成。它提供了支撑和连接其他组件的结构。
自行车通常有两个车轮，分别安装在前后车架上。车轮由轮辋、轮辐和轮胎组成。轮胎提供了与地面的接触，提供了牵引力和减震功能。
链条通过前后变速器和齿轮传递力量，使骑行者能够通过踩踏脚踏板产生动力，并将动力传递到车轮上。
脚踏板位于自行车的车架上，骑行者通过踩踏脚踏板来推动车轮。脚踏板连接到曲柄，曲柄通过链条传递骑行者的力量。
自行车通常配备前后两个刹车系统，用于减速和停止。常见的刹车类型包括轮圈式、鼓式、碟式。
手把位于车把上，用于控制方向和平衡。手把上还配备刹车手柄、变速器和其他控制装置。
座椅提供骑行者的坐姿支撑和舒适性。座杆连接座椅和车架，可以调节高度以适应不同骑行者的身高。
前叉连接前车轮和车架，提供悬挂和减震功能，增加骑行的舒适性和稳定性。
转向系统包括前叉和转向管，用于控制自行车的转向和转弯。
自行车还可以根据骑行者的需求和用途配备不同的配件，如挡泥板、行李架、车灯、铃铛等。
自行车的法律规定主要涉及驾驶年龄限制、行驶规则和安全要求等方面
《中华人民共和国道路交通安全法实施条例》第七十二条 在道路上驾驶自行车、三轮车、电动自行车残疾人机动轮椅车应当遵守下列规定:(一)驾驶自行车、三轮车必须年满 12 周岁；(二)驾驶电动自行车和残疾人机动轮椅车必须年满 16 周岁;
自行车在道路上的行驶遵循一般的交通规则，例如遵守右侧通行原则。如果道路划分有机动车道、非机动车道和人行道，则机动车、非机动车和行人应分道通行。不得在道路上骑独轮自行车或者2人以上骑行的自行车；自行车、三轮车不得加装动力装置；不得在道路上学习驾驶非机动车。
在路段上横过机动车道时，驾驶自行车、电动自行车、三轮车应下车推行；路口有行人红绿灯的，自行车按行人红绿灯指示行驶。
自行车的物理原理涉及多个方面，包括动力传递、平衡与稳定性以及运动力学等。
自行车的动力来自骑手踩踏脚蹬产生的力。当骑手用脚蹬推动踏板向下踩时，通过连杆和链条传递给后轮的齿轮。后轮的齿轮通过链条与骑手的动力相连，产生驱动力将自行车推动向前。
自行车的平衡与稳定性是通过一系列物理原理来实现的。其中最重要的是陀螺效应，陀螺效应是指旋转体的旋转轴发生变化时，会产生一个力矩，使旋转体保持其原有的方向和角动量。在自行车中，前轮具有旋转的陀螺特性。当自行车向前行驶时，前轮会保持一定的旋转速度。当骑手试图改变自行车的方向时，例如向左转动车把，车把会转动前轮。根据陀螺效应，旋转的前轮会产生一个力矩，与转动方向垂直的力矩，阻止自行车倒下。具体来说，当骑手向左转动车把时，前轮会向左旋转。根据陀螺效应，前轮的旋转轴会产生一个力矩，使自行车保持其原有的方向。这个力矩会使自行车整体向右倾斜，形成一个与转向方向相反的力矩，使自行车恢复平衡。同样地，当骑手向右转动车把时，前轮会向右旋转，产生的陀螺效应会使自行车整体向左倾斜，以保持平衡。
自行车的运动力学涉及到力、速度、加速度等物理量。牛顿第一定律（惯性定律）说明了自行车在没有外力作用时将保持匀速直线运动或静止状态。牛顿第二定律（运动定律）描述了自行车运动时所受到的力与加速度的关系，即力等于质量乘以加速度。牛顿第三定律（作用与反作用定律）解释了自行车踩踏脚蹬时，脚对踏板施加的力将产生反作用力推动自行车向前。
自行车在高速行驶时还会受到空气阻力的影响。空气阻力与自行车的速度和前进方向有关，它会对自行车产生阻碍，使骑行者需要更多的力量来保持速度或提高速度。为了减少空气阻力，自行车的设计会考虑减小风阻，如改进车身形状、采用流线型的车架和骑手姿势等。