Учебное пособие

Современный велосипед

Задняя подвеска велосипеда

Пружинная и рессорная задние подвески впервые появились еще в Х1Х-м веке. Периодически выпускались байки с задней подвеской и в ХХ-м веке, но их расцвет начался только в 90-е годы в разгар «Второй Великой Технологической Революции велосипеда». В середине 90-х велосипеды с двумя подвесками дошли до широких масс.

Принципиально задняя подвеска велосипеда отличается от передней только тем, что заднее колесо не поворачивает. Казалось бы, что может быть в этом случае проще — подвешивай заднее колесо на одном-единс-твенном рычаге и все, больше ничего не надо! Поначалу так и делали. Но со временем выявились значительные недостатки простейшей подвески, и велосипедных дел мастера взялись за ее совершенствование. Точки, на которых фокусировалось их внимание, следующие:

• задняя подвеска велосипеда нагружена значительно больше, чем передняя, что отчасти снимает вопрос ее чувствительности. Однако тут же возникает другая проблема: нагрузки, прилагаемые к рычагам подвески и заднему амортизатору, весьма значительны, и требуют повышенного внимания к их конструкции. При этом велосипед должен оставаться как можно более легким, то есть элементарное усиление дополнительным металлом противопоказано;
• подвеска должна эффективно отрабатывать неровности и при этом не раскачиваться в такт педалированию. И если вилка качается, в основном, когда байкер привстаете седла и крутит педали стоя,то задний амортизатор подвержен раскачке, даже когда велосипедист спокойно сидит в седле и крутит педали равномерно;
• конструкция задней подвески должна по возможности исключать боковую деформацию, то есть обладать значительной боковой (латеральной) жесткостью. Поначалу этот фактор не принимался особенно в расчет, но по мере распространения двухподвесов для соревновательных дисциплин это стало важным.

На сегодняшний день работы по совершенствованию задней подвески ведутся одновременно в трех направлениях. Во-первых, совершенствуется кинематика подвески, то есть взаимное расположение рычагов и шарниров. Во-вторых, разработчики амортизаторов активно применяют платформенные технологии в задней подвеске. И наконец, велосипедные инженеры поставлены перед задачей сотворить одновременно и технически, и эстетически выверенную конструкцию. Последнее, как показывает практика, зачастую очень нелегко - редко когда технический рационализм идет нога в ногу с внешним видом велосипеда.

Рис. Подвески
1 - основной рычаг (свингарм), 2 - дополнительный рычаг, 3 - соединительный рычаг

Система подвески велосипеда Specialized Epic оснащена платформенным амортизатором Brain, который содержит в себе специальный инерционный клапан (в отдельном бачке). Клапан реагирует на удары со стороны заднего колеса. Когда велосипед едет по ровному покрытию, инерционный клапан закрыт, и подвеска «жесткая», что минимизирует раскачку.

Рис. Система подвески велосипеда Specialized Epic
1 - Передний треугольник, 2 - Линк Хорста (верхнее перо), 3 - Основной рычаг(свингарм) подвески, 4 - Верхний рычаг подвески, 5 - Главный шарнир, 6 - Шарнир линка Хорста, 7 - Шарнир между линком Хорста и верхним рычагом подвески, 8 - Шарнир верхнего рычага подвески, 9 - Нижняя точка крепления амортизатора, 10 - Верхняя точка крепления амортизатора, 11 - Амортизатор Brain, 12 - Сменный «петух»

Основные типы подвесок

Если смотреть на разделения типов подвесок по принципиальному признаку, то всего существует три основных типа:

• однорычажная, со свингармом Гирвина. Представляет собой тот самый простейший тип подвески, когда заднее колесо закреплено на одном спаренном рычаге и качается вокруг одного шарнира. Современные конструкции Гирвина просты, надежны, эффективны в работе и приятны глазу. Врожденный порок такого рода подвесок - достаточно слабая боковая жесткость, во всяком случае, в сравнении с другими типами. Подвеску со свингармом Гирвина применяет огромное множество фирм, в их числе и такие именитые, как Cannondale и Santa Cruz;
• одношарнирная многорычажная. Разновидность подвески Гирвина, в которой основной рычаг (свингарм) опущен вниз, между ветвями цепи, а сверху добавлены дополнительные рычаги, передающие усилие к амортизатору и добавляющие подвеске боковой жесткости. Важно понимать, что траектория движения оси колеса, как и в случае с подвеской Гирвина, является частью правильной окружности с центром в основном шарнире (обычно он расположен около каретки);
• четырехрычажная, она же многорычажная. Отупомянутой выше отличается тем, что траектория колеса не является частью правильной окружности с центром в фиксированной точке. Подобного рода подвеска сегодня представлена двумя схемами: классической 4-рычажной с линком Хорста и новомодной подвеской с виртуальной осью вращения (VPP- virtual pivot point). Первая разновидность визуально очень похожа на одношарнирную многорычажную с той разницей, что шарнир около оси заднего колеса расположен не на верхнем рычаге подвески (обычноего называют верхним пером по аналогии с конструкцией хард-тейлов), а на нижнем. Такая схема была разработана Хорстом Лейнером и впоследствии запатентована фирмой Specialized. Преимущества данной схемы -меньшая зависимость работы подвески при торможении. Реактивные силы, возникающие при торможении, не так сильно «затупляют» подвеску, как на одношарнирных схемах.

Вторая разновидность имеет общее наименование VPP и является дальнейшей эволюцией 4-рычажной схемы. Здесь рама велосипеда условно разделена на два треугольника - передний и задний. Между собой они соединяются с помощью двух пар коротких рычагов. Тщательно выверенная кинематика этой подвески позволяет одновременно и бороться с нежелательной раскачкой, и при этом наделить подвеску очень высокой чувствительностью. И разумеется, VPP-подвеска также разгружена от действия сил торможения. Подобную схему используют фирмы Santa Cruz, Intense и множество других. В последнее время в велосипедной индустрии наблюдается просто-таки настоящий бум подвесок с виртуальной осью вращения.

Дополнительные (нетрадиционные) типы подвесок

1. Подвеска I-Drive - однорычажная, с одним основным шарниром. Однако, кареточный узел заключен в т. н. рычаг Dogbone («собачья кость»), который находится в отдельном блоке. С одной стороны он подвижен вместе с основным рычагом (свингармом), а с другой — удерживается от продольного перемещения гибким рычагом (Flexbone). В более «свежих» версиях гибкий рычаг заменяют на жесткий. В результате подвеска совмещает в себе плюсы и однорычажной конструкции (слабая раскачка), и многорычажной (слабая отдача на цепь).

I-Drive известен уже довольно давно. Первая схема I-Drive представляла собой достаточно сложную конструкцию с эксцентриковым кареточным узлом. В новых I-Drive громоздкий и тяжелый эксцентрик заменен на т. н. «god bone system» — систему рычагов, основным из которых является один, похожий на косточку для собаки. Основная идея I-Drive - избежать влияния педалирования на работу подвески, заменяя вертикальное перемещение каретки горизонтальным. Специфика кросс-кантрийных велосипедов I-Drive - высокая надежность при относительной простоте подвески, хорошая работа, действительно слабая раскачка.

Модели предыдущих лет имели отличительную особенность: укороченный до 5,5” в длину амортизатор, что вызывало проблемы совместимости.

2. Схема LRS - Low Ratio Suspension - подвеска с малым плечом. Применяется на байках Specialized Epic. Это вариант 4-рычажной схемы с линком Хорста. Причем используется короткий I-Link, к которому крепится задний амортизатор, - он расположен практически параллельно верхнему рычагу (перу) заднего треугольника. Преимущества: компактность, классическая геометрия и высокая жесткость рамы на изгиб и скручивание. возможность использования длинного подседельного штыря, удобство установки фляги на раме. Подвеска имеет малое плечо, и ход колеса равен ходу штока амортизатора (соотношение 1:1), в отличие от других схем, имеющих соотношение плеч 2,5-3,5:1. Это позволяет уменьшить давление воздуха или предварительное сжатие пружины в заднем амортизаторе и повысить чувствительность подвески.

Это одна из лучших, если не лучшая задняя подвеска для кросс-кан-три гонок и марафонов. Основное преимущество - низкая рычажность (соотношение хода подвески к ходу штока амортизатора 1:1) и наличие инерционного клапана в амортизаторе Brain. Первое дает высочайшую чувствительность амортизатора, а второе — просто лучшая реализация платформенного демпфирования, на которой доводилось ездить.

Недостатков у этой рамы почти нет. Разве что некоторых чуть смущает смещенный назад баланс веса рамы, это из-за заднего расположения амортизатора. Но этот недостаток, по большому счету, таковым не является.

3. URT - United Rear Triangle - объединенный задний треугольник. Идея казалась достаточно оригинальной. Каретка переводится на задний треугольник и вместе с ним, цепью и системой поворачивается относительно переднего треугольника. Таким образом, практически исключается влияние привода на работу подвески. Есть еще одно название такой подвески - «схема с фиксированной длинной цепи». Действительно, во многих других схемах задний треугольник, поворачиваясь относительно шарнира, натягивает или ослабляет цепь, меняя ее длину.

Рис. Софтейл BIANCHI CAMOSXC CARBON FS Travel 80 мм 1 - заднии амортизатор DТ Swiss ХМ 180 (31-37,5мм), 2 - шарнирный узел для увеличения латеральной (боковой) жесткости рамы, 3 - верхние перья, 4 - гибкие вставки нижних перьев, 5 - трубка для переднего переключателя

В схеме URT это исключено. Иногда применялась подвеска URT с вынесенной осью вращения, когда шарнир располагался на нижней трубе впереди подседельной трубы. Эта система позволяла улучшить работу по сравнению с однорычажной схемой, так как при педалировании стоя, во время рывка или подъема в гору недостаток в подвижности подвески обращается в плюс - не тратится энергия на раскачку подвески. Но выявились некоторые недостатки, и главный -это практически полное «отключение» подвески, когда байкер едет, стоя на педалях. Особенно это заметно у конструкций с вынесенной осью вращения. Удивительно, но чтобы переехать через корень или въехать на бордюр, надо сесть на седло! Поэтому схемы с вынесенной осью вращения вымерли в процессе конструктивной эволюции. А классическая схема URT применяется сейчас довольно редко. Из байков с URT подвеской, популярных в прошлом, наиболее известными можно назвать Klein Mantra и Ibis Sweet Spot.

4. Софтейлы. Представляют собой короткоходные двухподвесы, у которых вместо основного нижнего шарнира, на изгиб работают нижние перья (стальные, титановые или карбоновые) или специальные вставки. Гибкость и упругость задних перьев позволяет уменьшать размеры заднего амортизатора. Подвески такого типа используются только в кросскантри и имеют ход до 100 мм.

Достоинства софтейлов - это:

• упрощение конструкции - на один шарнир меньше;
• немного меньший вес.

Недостатки, к сожалению, есть продолжение достоинств:

• сложная, продвинутая технология изготовления нижних перьев;
• отсюда высокая цена;
• не подходят для экстремальных дисциплин.

Некоторое время назад софтейлы практически вымерли как класс, вытесненные легкими короткоходными двухподвесами. Тем не менее, все более широкое использование углепластика (карбона) позволяет конструкторам снова вернуться к софтейловой схеме. Например, легендарный Cannondale Scalpel, короткоходный кросс-кантрийный двухподвес и в первом, и во втором своем поколении остается именно софтейлом. Есть похожая разработка у компаний Orbea (модель OIZ), Sintesi (модель 601) и BIANCHI (CAMOS XC CARBON).

Важное из теории

В передней подвеске велосипеда (амортизационной вилке) все очень просто: направление перемещение колеса прямолинейно и совпадает с осью амортизатора, расположенного в одной из ног вилки. В задней подвеске все куда сложнее.

Во-первых, траектория движения колеса не прямолинейна, а ближе к окружности. В подвесках типа VPP траектория и вовсе может быть особо вычурной, вплоть до S-образной. Во-вторых, продольная ось амортизатора чаще всего не только не соответствует движению колеса, но и вообще располагается под произвольным углом к основным рычагам подвески. В-третьих, сами рычаги, а также точки их крепления, невозможно расположить где хочется - от этого страдают характеристики подвески.

Все это приводит к тому, что задняя подвеска современного двухпод-веса - самая технически сложная его часть. Конструкторы бьются над совершенствованием каждой ее характеристики, выкраивая миллиметры и выверяя градусы. Рассматривать все характеристики - долгое и скучное и занятие, но с основными лучше все же познакомиться.

• Траектория движения оси колеса. Почему-то многие считают, что этот параметр имеет первостепенную важность. Это не совсем так. Траектория движения влияет на «мягкость» обработки неровностей, а также изменение базы велосипеда - расстояния между осями переднего и заднего колес по ходу сжатия подвески. В большинстве случаев траектория движения оси колеса является результирующей характеристикой, полученной на выходе после выбора других характеристик. Тем не менее, почти все производители стараются сделать траекторию таковой, чтобы в начальный момент сжатия подвески ось заднего колеса двигалась или вертикально вверх, или с некоторым сдвигом назад, так отработка неровностей получается наиболее гладкой. Тем не менее, слишком увлекаться этим сдвигом нельзя, так как от этого страдает следующая характеристика.
• «Рывок цепи». Возникает из-за увеличения расстояния между точками касания цепи к ведущей и ведомой звездам. При очень большом значении при сжатии подвески виртуальное удлинения цепи вызывает ее рывок назад, что выражается в повороте педалей против хода движения велосипеда. Интенсивность рывка зависит от конструкции подвески и текущей выбранной передачи (особенно актуально для передних звезд).
• расположение мгновенного центра вращения задней подвески. От этого фактора напрямую зависит то, как будет вести себя велосипед при педалировании. Грамотно выбранный мгновенный центр вращения позволит «развязать» велосипед от действия подвески, то есть минимизировать влияние педалирование на работу подвески. В 4-рычажных схемах мгновенный центр вращения изменяет свое расположение по ходу сжатия подвески. С одной стороны, это добавляет головной боли разработчикам, а с другой -позволяет оптимизировать его размещение в наиболее деликатной зоне малых ходов подвески, критичной к раскачке при педалировании.
• Характеристика сжатия. Представляет собой зависимость силы, действующей на ось колеса и/или шток амортизатора в зависимости от текущего значения хода подвески. Это одна из основных характеристик, задающих поведение подвески. Изменяя график характеристики сжатия, можно придавать подвеске линейную или, наоборот, прогрессивную работу, а также задавать режимы работы подвески на разных ее ходах. Кроме того, данная характеристика завязана на тип амортизатора. Пружинный амортизатор с полностью линейной собственной характеристикой требует одной характеристики сжатия подвески, а воздушный с прогрессивной собственной характеристикой - другой.

Все остальные характеристики кинематики имеют второстепенную значимость.