С таким огромным количеством терминов (четырехрычажка, псевдочетырехрычажка, виртуальная точка вращения, многозвенная и плавающая трансмиссия), которые используются для описания различных конструкций полноподвесочных рам, а также массой аббревиатур производителей, с которыми приходится иметь дело, не удивительно, что многие велолюбители оказываются сбиты с толку.
Но вообще-то существование такого количества терминов не удивительно, поскольку подвеска – это очень сложная система. В данных рекомендациях покупателю, состоящих из трех частей, мы постараемся приоткрыть завесу тайны над этим загадочным миром и рассказать правду, всю правду и ничего, кроме правды.
Теория подвески
При том, что большинство производителей заявляют, что достигли одного и того же конечного результата со своими полноподвесочными велосипедами, и используют для описания своих систем малопонятные фразы, такие как «нейтральные на 100%» и «полностью активные», есть ли какие-либо реальные различия при езде? На этот вопрос можно ответить просто: да. А то, что заявляют производители, не всегда является правдой.
Важно помнить, что конструкция подвески разрабатывается проектировщиками с учетом не одного фактора. Геометрия велосипеда, жесткость, вес, мгновенное соотношение плеч рычага, анти-скват/натяжение цепи, настройка амортизатора – все это должно быть учтено при проектировании комплексно. Все эти факторы взаимодействуют, чтобы обеспечить те ездовые качества, которыми обладает велосипед: ни один параметр не возникает из ниоткуда.
Место точки вращения
Две самые распространенные на рынке конструкции подвесок, встречающиеся в различных вариантах, – это одношарнирные и четырехрычажные системы. Первая конструкция очень проста: заднее колесо крепится к кантилеверу или свингарму с шарниром на переднем треугольнике и амортизатором между ними.
Модель Cannondale Rush имеет простую одношарнирную конструкцию подвески
В четырехрычажной подвеске используется еще один шарнир на нижнем пере и вспомогательные звенья для дополнения четырех рычагов. Это создает виртуальную или плавающую точку вращения: геометрия этих звеньев определяет точное положение данной точки, а также точки, которая называется мгновенным центром вращения, и которая будет рассмотрена ниже.
Модель Ellsworth Epiphany имеет более сложную четырехрычажную систему с шарниром нижнего пера.
Самая известная четырехрычажная система – это Horst Link, патент на которую принадлежит Specialized. Более подробно эти конструкции подвесок, а также еще четыре распространенные системы, будут рассмотрены во второй части данных рекомендаций.
Одним из самых распространенных заблуждений относительно подвески является то, что четырехрычажная и многошарнирные системы делают педалирование более эффективным, чем одношарнирные, каким-то образом разъединяя подвеску и трансмиссию.
Это не всегда так. На самом деле, когда плавающая точка вращения определенной конструкции расположена в том же месте, что и в одношарнирной системе, при педалировании и ускорении они будут вести себя абсолютно одинаково. Ключевым фактором является расположение точки вращения, поскольку оно определяет траекторию оси заднего колеса, а также то, как подвеска будет реагировать в любой конкретный момент времени.
При определенных конфигурациях плавающей точки вращения она может оказаться в физически невозможном месте, например, внутри колеса или в нескольких метрах перед велосипедом. Кроме того, при сжатии подвески плавающая точка вращения может перемещаться, что дает конструктору большую свободу при проектировании траектории оси или других характеристик.
Так, где же лучше всего разместить точку вращения? Это зависит от того, чего конструктор хочет добиться от своей системы. Положение точки вращения оказывает непосредственное влияние на траекторию задней оси, например, обратная траектория может быть более чувствительна к ударам, чем вертикальная траектория, но также имеет некоторые положительные и отрицательные стороны.
Когда задняя ось движется далеко от каретки, возникает отдача на педали. Верхняя ветвь цепи стремится к удлинению (растяжение цепи) поэтому что-то должно произойти: натяжение оказывает действие на шатуны, как будто пытаясь развернуть их в обратную сторону.
Вы почувствуете это через педали, и при некоторых передаточных отношениях данный эффект усиливается. Для многих этот эффект является нежелательным, и простым решением будет расположить точку вращения очень близко к каретке. Это уменьшает растяжение цепи, но приводит к появлению еще одного фактора – раскачки при педалировании.
Раскачка и анти-скват
Один человек по фамилии Ньютон однажды сказал: «Каждое действие имеет равное противодействие». И это правило действует, когда мы нажимаем на педали и набираем скорость: велосипед движется вперед, и наш вес смещается назад. Этот постоянный эффект движения/ остановки и смещение веса приводят к ритмичному сжатию и распрямлению амортизатора, и возникающий эффект называется раскачкой при педалировании.
Существует два варианта решения данной проблемы. Один из них – использовать демпфирование сжатия или платформенное демпфирование/блокировку амортизатора для сопротивления сжатию; другой – разместить точку вращения таким образом, чтобы натяжение цепи и движущие силы при педалировании стремились распрямить подвеску.
Это сбалансирует тенденцию амортизатора сжиматься при педалировании и называется «анти-скват». 100% анти-скват – это идеальный баланс сил. Сам скват – это эффект приседания задней части велосипеда при ускорении во время педалирования. Оба метода могут быть эффективными, но есть некоторые сложности.
Дополнительное демпфирование амортизаторов и платформенное демпфирование могут подавлять работу подвески при преодолении небольших неровностей, а значительный анти-скват приводит к появлению уже знакомой нам отдачи на педали, вследствие требуемого положения точки вращения. Большинство разработчиков вынуждены согласовывать отдачу на педали и раскачку с положением шарниров и получаемыми в результате траекториями осей.
Если при педалировании четырехрычажные конструкции ведут себя так же, как одношарнирные, то, при прочих равных условиях, казалось бы, имеет смысл отдать предпочтение менее сложной одношарнирной системе. Однако, когда амортизатор приводится в движение соединением, как в четырехрычажной системе, это позволяет конструктору регулировать сжатие амортизатора на протяжении хода и получаемую в результате жесткость подвески.
Это увеличивает гибкость системы. Некоторые одношарнирные конструкции имеют звенья, применяемые как раз по этой причине, например, в Commencal Meta или Kona Dawg, чтобы получить один шарнир с коромыслом (такая система называется псевдочетырехрычажной) или сложную одношарнирную систему.
В байках серии Meta от Commencal применяется одношарнирная конструкция с приводом коромыслом.
Технически эти конструкции все равно являются одношарнирными, поскольку колесо может изгибаться вокруг главного шарнира. Если вы внимательно посмотрите на большинство велосипедов Konas, то увидите шарнир на верхнем, а не на нижнем пере. Однако четырехрычажные и одношарнирные конструкции могут вести себя совершенно по-разному при торможении.
Мгновенный центр
Каждая часть плавающего четвертого рычага в четырехрычажной системе имеет собственную виртуальную точку вращения и общую вторую точку, которая называется мгновенным центром вращения. Мгновенный центр можно использовать для расчета уровней анти-скват, того, как система реагирует на торможение, а также фактического местоположения плавающей точки вращения и траекторию оси.
Ее легко рассчитать: проведите прямую через шарниры верхнего звена, затем проведите вторую прямую через шарниры нижнего звена, и точка их пересечения и будет мгновенным центром. При сжатии подвески она будет изменяться.
Можно сказать, что все части четвертого рычага ходят под углом 90 градусов к линии, проведенной от него к мгновенному центру, или вращаются вокруг нее в этот момент. Фактическая плавающая точка вращения будет также лежать на этой прямой, и расчет множества мгновенных центров при сжатии подвески позволяет найти плавающую точку вращения.
Тормозные эффекты
Возникающие при торможении силы стремятся вращать часть поверхности шины, соприкасающуюся с дорогой, вокруг мгновенного центра, причем его место определяет, какое влияние тормозные силы оказывают на подвеску. При некоторых положениях подвеска сжимается (тормозной скват) или распрямляется (растяжение подвески при торможении).
При торможении наш вес движется вперед, распрямляя амортизаторы. Поэтому скват может быть полезен для поддержания ровной геометрии в противовес данному эффекту, однако он может стать причиной жесткости подвески и потери тяги, а распрямление может нарушить геометрию, но увеличивает тягу.
Конструктор может разместить мгновенный центр таким образом, чтобы создать желаемый баланс сил. Две конструкции могут иметь одинаковую виртуальную точку вращения для задней оси, одинаковую траекторию оси, но при этом разные мгновенные центры.
На четырехрычажной системе конструктор может отрегулировать поведение подвески при торможении независимо от того, как она действует при ускорении. При одношарнирной системе это невозможно, поскольку мгновенный центр всегда находится там, где главный шарнир, но четырехрычажный механизм обеспечивает дополнительную гибкость, и это было первоначальной причиной создания Horst Link.
Варианты конструкции
Существует множество вариантов конструкции задней подвески, и все они имеют несколько отличные друг от друга характеристики. Во второй части данных рекомендаций мы рассмотрим шесть наиболее распространенных вариантов устройства рамы.
Есть много видов подвесок, и каждая имеет свои достоинства и недостатки, однако наиболее важным фактором остается велосипедист.
Словарь терминов
Траектория оси: Это виртуальный путь движения оси заднего колеса, и, следовательно, движения колеса при сжатии подвески (например, при ударе о препятствие). Траектория оси определяет некоторые характеристики управляемости.
Брейк-джек (растяжение подвески при торможении)
– это распрямление задней подвески. Оно может улучшить точность движения колес, но нарушает геометрию вследствие расширения задней подвески и сжатия передней, и увеличивает жесткость вилки.
Брейк-скват (приседание при торможении): Брейк-скват – это сжатие задней подвески при торможении. Оно может сделать подвеску более жесткой, но в целом способно сбалансировать геометрию велосипеда, поскольку обе стороны сжимаются вместе. Большинство велосипедов в определенной степени склонны с сквату.
Растяжение цепи: Сжатие подвески сначала заставляет колесо отодвинуться от каретки, что вызывает удлинение цепи (растяжение), которое компенсируется пружиной заднего механизма.
Мгновенный центр: Мгновенный центр вращения – это виртуальная точка в пространстве: в отдельный момент времени можно сказать, что все остальные точки вращаются вокруг мгновенного центра. При работе подвески мгновенный центр перемещается, и в разных точках хода он будет находиться в разных местах.
Подвеска с регрессирующей жесткостью: См. «Жесткость подвески».
Отношение плеч рычага: Это соотношение хода подвески и сжатия амортизатора. Соотношение 2:1 с 4-дюймовым ходом подвески на оси дает 2 дюйма хода вала амортизатора. У многих конструкций значения изменяются во время хода. В настоящее время применяются значения между 2:1 и 3:1. Более высокие соотношения увеличивают напряжение на амортизатор и снижают чувствительность на небольших неровностях.
Подвеска с линейной жесткостью: См. «Жесткость подвески»
Раскачка при педалировании: Это ощущение, которое испытывает велосипедист в результате воздействия педалирования/трансмиссии на заднюю подвеску и того, как наша масса реагирует на ускорение. Она усиливается при неравномерном педалировании и смещении веса велосипедиста при движении. При определенных положениях шарнира натяжение цепи и движущие силы используются для противодействия раскачке.
Отдача на педали (кикбэк): При слишком сильном растяжении цепи в случае удара о неровность во время педалирования возникает отдача на педали. Когда данной силе противодействует педалирование, это делает подвеску более жесткой. В некоторой степени большинство конструкций действуют таким образом, однако определенные системы способны вызывать дополнительное сжатие подвески. Это происходит, когда траектория оси приближается к каретке, что можно наблюдать у некоторых конструкций с плавающей точкой вращения, например, на начальных этапах у Santa Cruz VPP и на более поздних этапах вертикальных траекторий оси. Это называется про-скват.
Платформенные амортизаторы: Платформенные амортизаторы спасают определенные одношарнирные конструкции и конструкции с плавающей точкой вращения, которые изначально склонны к раскачке, т.е. те, у которых точки вращения расположены близко к каретке. Эти амортизаторы используют низкоскоростное встроенное демпфирование при сжатии для преодоления чрезмерной активности данных конструкций. Они действуют за счет некоторой чувствительности к небольшим неровностям. Другие амортизаторы могут быть полностью заблокированы, поэтому не будут двигаться вообще (при равномерном подъеме), а некоторые платформенные амортизаторы, например, такие как Fox RP23, имеют трехступенчатую настройку платформы (слабый, средний и максимальный уровень), поэтому вы можете отрегулировать их по своему желанию.
Подвеска с прогрессирующей жесткостью: См. «Жесткость подвески».
Саг (Величина проседания под нагрузкой): Ход подвески, вызванный весом велосипедиста, на неподвижном велосипеде. Обычно он устанавливается на 20-30% от возможного хода.
Скват: Скват – это приседание задней части велосипеда с подвеской при ускорении, которое является реакцией на педалирование.
Жесткость подвески: Существует три типа жесткости подвески: прогрессирующая (повышающаяся), линейная и менее распространенная регрессирующая. Подвеска с прогрессирующей жесткостью становится более жесткой в конце хода амортизатора; это типичное устройство велосипедов для кросс-кантри. Подвеска с регрессирующей жесткостью в конце хода становится сверхмягкой и гораздо легче движется во время хода (т.е. до нижнего предела), а жесткость линейной подвески на протяжении хода не изменяется.
