WZAJEMNE ODDZIAŁYWANIE – Kinematyka zawieszenia

Konstrukcje zawieszeń to dziś odrębna dziedzina wiedzy, ewoluująca i niewolna od sporów. Czym wyróżnia się więc dobre zawieszenie w fullu? Czytelników z technicznymi ambicjami zapraszamy do świata zawieszeń.



WPROWADZENIE



Spokojnie i wydajnie jak hardtail pod górę, mięciutko w dół. Z grubsza tak można by ująć wymagania dotyczące fulla. To jednak, co brzmi jak proste zadanie, od początku istnienia amortyzacji z tyłu przyniosło niezliczone próby rozwiązań. Jednozawiasowce, czterozawiasowce z przegubem Horsta, zawieszenia VPP, a nawet takie kurioza, jak wahliwa belka. Niektóre genialne pomysły wpłynęły na rozwój roweru górskiego, inne zniknęły w odmętach historii. Pozostałe rozwiązania różnorodnością dowodzą, że nie ma czegoś takiego jak optymalne zawieszenie. Wprost przeciwnie, trzeba szukać kompromisów, a dochodzić do nich różnymi drogami. Jakie sprzeczności trzeba pogodzić?

 

ZAŁOŻENIA OGÓLNE - IC


Dla funkcjonowania zawieszenia wielkie znaczenie ma przede wszystkim umiejscowienie głównego punktu obrotu (IC – Instant Center). Wokół niego obraca się tylne koło, to sedno zawieszenia.
Oprócz stosunku przełożeń (skok w stosunku do skoku tłumika) szczególnie istotna jest krzywa, jaką pokonuje koło. Opisuje ona drogę, po której porusza się tylna oś w trakcie ugięcia. W zależności od systemu (np. jednozawiasowego albo czterozawiasowego) i położenia głównego punktu obrotu krzywe te mogą się różnić. Istnieją zawieszenia, które są w stanie sprawić, że tylne koło będzie uciekać od przeszkody do tyłu.

W innych zawieszeniach tylne koło porusza się raczej wertykalnie albo nawet po łuku do przodu, w związku z czym musi wychylać się w kierunku uderzenia. Na pierwszy rzut oka wychylenie do tyłu/góry wydaje się być optymalne. Gdyby tylko nie ta wydajność pedałowania.

 

ZAŁOŻENIA OGÓLNE - NAPĘD

 

Ponieważ siła mięśni jest ograniczona, w grę wchodzą Anti‑Squat i cofanie pedałów. Gdy tylko rower przyspiesza, punkt ciężkości jadącego przesuwa się do tyłu za sprawą bezwładności Co się dzieje? Tylne zawieszenie jest ściskane (Squat), w związku z czym powstaje niepożądane pompowanie i tym samym tracona jest energia pedałowania. By temu zapobiec, wykorzystuje się kinematykę naciągu łańcucha. Dzięki sprytnemu umieszczeniu głównego punktu obrotu łańcuch rozciąga zawieszenie, sprawiając, że się podnosi (Anti‑Squat). Tył podczas przyspieszania pozostaje spokojny. Duży Anti‑Squat zawsze jednak oznacza mocne cofanie pedałów. Ponieważ łańcuch ciągnięty jest w obie strony. Gdy tylne koło, przejeżdżając przez przeszkodę, wędruje do góry, w fullach z dużą wartością Anti‑Squat następuje mocne ciągnięcie łańcucha do tyłu, korba się cofa. Co jest naturalnie złe dla ekonomii pedałowania.

 

ZAŁOŻENIA OGÓLNE - HAMULEC


Wreszcie wpływ na zawieszenie ma nie tylko napęd, ale i tylny hamulec. W zależności od umieszczenia punktu obrotu niektóre z nich wykazują tendencję do osiadania lub podnoszenia się, co wpływa na geometrię jazdy i może utwardzać zawieszenie. Każdy z tych czynników ma wpływ na własności jezdne. Ponieważ ideał nie istnieje, w rozwoju zawieszeń chodzi o to, by poszczególne elementy dobierać do kategorii rowerów lub własnych upodobań.

 

Kinematyka zawieszenia

 

1 ANTI‑SQUAT


Squat oznacza kucanie i opisuje osiadanie zawieszenia przy przyspieszaniu. Za sprawą bezwładności środek ciężkości całego systemu (CG – Center of Gravity) zostaje z tyłu i przyspiesza z opóźnieniem, co prowadzi do niepożądanego uginania się (czerwona strzałka). Przeciwdziała się temu za pomocą naciągu łańcucha (Anti‑Squat). Jeśli łańcuch ciągnie zawieszenie tak bardzo (zielona strzałka), że system pozostaje w równowadze, mówimy o 100 procentach Anti‑Squat. Wartością Anti‑Squat można sterować za pomocą przesuwania głównego punktu obrotu (IC – Instant Center).

 

kinematyka zawieszenia

 

2 ANTI‑RISE


Rise oznacza podnoszenie się i w kinematyce używane jest w połączeniu z wpływem hamowania na zawieszenie. W trakcie hamowania ciężar (CG) przesuwa się znad tylnego koła nad przednie. Zawieszenie z tyłu podnosi się (Rise, czerwona strzałka), co na stromych zboczach może prowadzić do wrażenia przelatywania przez kierownicę. Z pomocą umiejscowienia głównego punktu obrotu (IC) siła tylnego hamulca może być użyta w ten sposób, że będzie przeciwdziałała podnoszeniu się zawieszenia (Anti‑Rise, zielona strzałka). Jeśli siła hamowania utrzymuje tył w pozycji neutralnej, wartość Anti‑Rise wynosi 100%. W zawieszeniach wielozawiasowych wpływ ma także mocowanie hamulca (na widełkach podsiodłowych albo łańcuchowych).


SYSTEMY TYLNYCH ZAWIESZEŃ


Z zasady rozróżniamy rowery z zawieszeniem jednozawiasowym, dysponującym stałym głównym punktem obrotu i takie, które mają wirtualny, wędrujący punkt obrotu (VPP).

 

KRZYWA, PO KTÓREJ WĘDRUJE KOŁO


 

POSTĘP DZIĘKI ANTI‑SQUAT


Wysoka wartość Anti‑Squat została w kinematyce łatwo zrównana z wysoką wydajnością. Jak duży Anti‑Squat jest jednak naprawdę potrzebny? I od którego momentu naciąg łańcucha ma negatywny wpływ?


W przypadku rozwoju zawieszeń rowerowych, wobec hasła wydajność, nie sposób przejść obojętnie obok pojęcia Anti‑Squat, czyli „platformy mechnicznej”, która uspokaja tył przy przyspieszaniu i zapobiega niepożądanemu osiadaniu i bujaniu. Dzieje się to dzięki naciągowi łańcucha generowanemu przez jadącego, przeciwdziałającemu ugięciu zawieszenia. Dzięki pozycjonowaniu punktu obrotu (IC) można wpłynąć na to, jak mocno tył za sprawą naciągu łańcucha będzie się podnosił.

 


Graficznie wielkość Anti‑Squat można przedstawić jak na rysunku powyżej. Punkt przecięcia między czerwoną prostą, osią tylnego koła (A) a głównym punktem obrotu (IC) i przebiegiem łańcucha (zielona prosta) jest decydujący. W zależności od wybranej zębatki z przodu i z tyłu zmienia się i wartość Ati‑Squat. Dzięki trendowi w kierunku jednej zębatki z przodu optymalizacja Anti‑Squat dla konstruktorów stała się trochę łatwiejsza. Nie muszą już też iść równie często na kompromis.

Gdy połączy się linią prostu punkt styku tylnej opony z podłożem przez punkt przecięcia zielonej i czerwonej linii, można odczytać wielkość wartości Anti‑Squat w procentach na prostej przechodzącej przez przednie koło Przy wartości 100% punkt ten znajduje się dokładnie na wysokości systemowego środka ciężkości. Inaczej mówiąc, przy 100% Anti‑Squat naciąg łacucha jest tak mocny, że geometria pozostaje stbilna, a system pozostaje w równowadze. Jeśli łańcuch rozciąga zawieszenie zbyt mało, by stworzyć równowagę sił, wartość Anti‑Squat wynosi mniej niż 100%. W związku z tym, że w rowerze podczas pedałowania nie istnieje równomierny moment obrotowy i sprzęt z każdym obrotem korby jest przyspieszany, sensowne wydaje się dobranie wartości Anti‑Squat między 100 a 150 procent (rysunek dolny), by zapobiec huśtaniu (Pedal Bob).


Dlaczego właściwie Anti‑Squat nie może być jeszcze wyższy? Gdy wartość Anti‑Squat rośnie, zwiększa się też efekt cofania pedałów. Poza tym amortyzacja pracuje mniej chętnie i czule, bo naciąg łańcucha ma duży wpływ na zawieszenie. Dlatego rowery z dużą wartością Anti‑Squat przelatują przez dywany korzeni mniej komfortowo, gdy naciska się na pedały.

Wskazówka: ponieważ przebieg łańcucha (zielony) ma wpływ na Anti‑Squat, mała zębatka lepiej przeciwdziała bujaniu. Większa sprawdza się za to, gdy zawieszenie pozostaje stabilne, ale mocno cofają się pedały.


 

ZACHOWANIE PODCZAS HAMOWANIA


Rower nie jest tylko przyspieszany, ale i wyhamowywany, co także ma wpływ na amortyzację. Tylny hamulec może powodować podskakiwanie zawieszenia i jego niechcianą pracę.

 

 

Stromy teren, kluczowe miejsce, jadący hamuje. Ciężar przesuwa się na przednie koło, powstaje wrażenie przelatywania przez kierownicę. W zleżności od konstrukcji zawieszenia w tym momencie może ono pogarszać albo poprawiać sytuację, bo zawieszenie albo się wypiętrza, albo pozostaje neutralne, albo osiada. Tu także istotny wpływ ma położenie punktu obrotu (IC), bowiem siła tylnego hamulca może zostać użyta, by zapobiegać odbiciu zawieszenia. W rowerach z wysokim punktem obrotu i wartością Anti‑Rise ponad 100% zawieszenie podczas hamowania ugina się. Poprawia to pozycję na stromiznach, ale okupione jest szarpaniem hamulca, ponieważ zawieszenie się utwardza. Wśród rowerów enduro wartości Anti‑Rise są jednak raczej niewielkie.

 

W ROWERACH O SKOKU WIĘKSZYM NIŻ 150 MM ZAPEWNE PRZYJMIE SIĘ ROLKA


Giacomo Grosshagenbrock, projektant zawieszeń i szef 77designz


Bike: W waszym biurze projektujecie kinematykę również dla innych producentów. W porównaniu ze starszymi modelami zawieszenia bardzo się poprawiły. Co według ciebie w nowoczesnych rowerach jeszcze szwankuje?


G. G.: O wielu aspektach kinematyki myślę inczej niż większość. Często wartość Anti‑Squat jest zbyt niska i nie jest sensownie podzielona między przełożeniami. To samo dotyczy zbyt niskiego Anti‑Rise, w związku z czym podczas hamowania powstaje silne wrażenie przelatywania przez kierownicę. Także krzywa, po której poru- sza się koło, zwykle wygięta do przodu, nie jest idealna, zostaje się więc na przeszkodach.

 

 

 

 

W waszym prototypie enduro (na zdjęciu) stosujecie raczej niekonwencjonalne rozwiązanie z rolką pośredniczącą. Jaki kryje się za tym pomysł?


Podstawowy pomysł polegał na tym, by otrzymać optymalną krzywą ruchu tylnego koła, tak, by rower utrzymywał łatwo szybkość, a rozstaw kół tak bardzo się nie skracał. By to osiągnąć, potrzebny jest wysoko umieszczony punkt obrotu, co niesie jednak za sobą dwa problemy. Po pierwsze, utwardzanie się pod wpływem tylnego hamulca i po drugie, bardzo duży Anti‑Squat, co sprawia, że pedały mocno kopią. By pozbyć się pierwszego problemu, po prostu przesunęliśmy Instant Center (IC) do przodu i wykorzystaliśmy klasyczną konstrukcję z przegubem Horsta. Tym samym uzyskaliśmy idealną wartość Anti‑Rise 80%, dzięki czemu geometria pozostaje stabilna, a zawieszenie nie utwardza się przy hamowaniu. Drugi problem udało się rozwiązać za pomocą rolki. Anti‑Squat można więc dowolnie ustawiać, wielkość zębatek nie odgrywa już żadnej roli. Dzięki idealnemu przebiegowi Anti‑Squat mamy na podjazdach duże wsparcie zawieszenia, a na zjazdach zawieszenie pozostaje otwarte, z niewielkim kopaniem pedałów po przekroczeniu Sagu.


Czy to naprawdę rozwiązanie, czy dodatkowe części, tarcie i waga nie stanowią problemu?


Zależy od zastosowania, przy czym świetna kinematyka także przy wspinaczce przeważa nad wadami. A w praktyce strata watów związana z rolką jest niezauważalna. Wyższa waga, około 70 gramów (rolka i dłuższy łańcuch), to bardzo dobra inwestycja. W przypadku rowerów do ścigania nie ma to jednak sensu, bo przy mniejszym skoku zalety nie są tak zauważalne.

 

 

MOŻLIWOŚCI ZAWIESZEŃ ENDURO


Na przykładzie naszego testu enduro wzięliśmy pod lupę i zbadaliśmy zawieszenia. Przegląd wydajności i wpływu hamulców.


Kinematyka zawieszenia

 

 

Artykuł jest uzupełnieniem naszego obszernego testu porównawczego "Enduro High-End: Zabójcy związków"

 

Przeczytaj również:

 

Złoty środek - hardtaile i fulle do ścigania

Enduro MTB Series 2019

Bike Maraton Miękinia! Nie ma złej pogody na MTB!

Komentarze do artykułu