Подвеска мотоцикла служит двойной цели: улучшает управляемость и торможение автомобиля, а также обеспечивает безопасность и комфорт, обеспечивая комфортную изоляцию пассажиров автомобиля от дорожного шума, неровностей и вибраций.
Типичный мотоцикл имеет пару трубчатых вилок для передней подвески и маятник с одним или двумя амортизаторами для задней подвески. [1]
Наиболее распространенной формой передней подвески современного мотоцикла является телескопическая вилка . Другие конструкции вилок представляют собой балочные вилы, подвешенные на подрессоренных параллельных звеньях (не распространены с 1940-х годов) и конструкции с нижними ведущими звеньями, не распространенные с 1960-х годов.
Некоторые производители (например, Greeves) использовали версию качающегося рычага передней подвески в своих конструкциях для мотокросса. Односторонний вариант идеи также используется в мотороллерах, таких как Vespa .
Центрально -ступичное рулевое управление , разработанное Асканио Родориго на основе концепции, связанной с Массимо Тамбурини, представляет собой сложную альтернативную систему переднего маятника, которая включает в себя подвеску и рулевое управление, как это видно в таких проектах, как мотоциклы Bimota Tesi и Vyrus .
Скотт произвел мотоцикл с телескопической вилкой в 1908 году, [2] [3] и продолжал использовать их на некоторых моделях до 1931 года. [4] В 1935 году BMW стала первым производителем, выпустившим мотоцикл с телескопической вилкой с гидравлическим демпфированием, [5 ] ] хотя датская компания Nimbus в 1934 году производила телескопическую вилку без демпфирования. Сегодня в большинстве мотоциклов для передней подвески используются телескопические вилки. Вилку проще всего представить как просто заключенную в корпус длинную винтовую пружину с гидравлическим демпфированием избыточной энергии пружины. Они позволяют переднему колесу реагировать на неровности дороги, изолируя остальную часть мотоцикла от этого движения.
Верхняя часть вилки соединена с рамой мотоцикла с помощью тройного зажима для дерева (известного в Великобритании как «хомут»), который позволяет поворачивать вилки для управления мотоциклом. В нижней части вилки находится ось переднего колеса.
На обычных телескопических вилах нижняя часть или корпуса вил ( «ползунки вилки» в Великобритании) скользят вверх и вниз по трубкам вилки ( «стойки вилки» в Великобритании). Трубки вилки должны быть зеркально гладкими, чтобы масло не попадало внутрь вилки. Некоторые трубы вилок, особенно на ранних родстерах и внедорожных мотоциклах, заключены в защитные «гетры» из пластика и резины.
Вилы «перевернутого типа» (USD) , также известные как перевернутые вилы, устанавливаются в перевернутом положении по сравнению с обычными телескопическими вилами. Корпуса ползунков находятся вверху и закреплены тройными зажимами , а стойки стоек расположены внизу и прикреплены к оси . Такое расположение долларов США имеет два преимущества: (i) оно уменьшает неподрессоренную массу мотоцикла; и (ii) увеличивает жесткость на кручение , что может улучшить управляемость. Двумя недостатками вилок USD являются: (i) они дороже обычных телескопических вилок; и (ii) они могут потерять все демпфирующее масло в случае выхода из строя сальника. [ нужна цитация ] Вилки USD обычно встречаются на спортивных мотоциклах , хотя Honda Valkyrie оснащена вилками USD.
Подвески мотоциклов сконструированы таким образом, что пружины всегда находятся под сжатием, даже в полностью выдвинутом состоянии. Предварительная нагрузка используется для корректировки исходного положения подвески с учетом действующего на него веса мотоцикла и гонщика.
Разница между полностью выдвинутой длиной подвески и длиной, сжатой под весом мотоцикла и гонщика, называется «общим прогибом» или «гоночным прогибом». Общее провисание настроено для оптимизации исходного положения подвески, чтобы избежать выхода из нижней или верхней точки при нормальных условиях езды. «Дизайн» происходит, когда подвеска сжимается до такой степени, что она механически не может больше сжиматься. Максимальное выдвижение происходит, когда подвеска полностью выдвигается и больше не может выдвигаться механически. Увеличение предварительной нагрузки увеличивает начальную силу пружины, тем самым уменьшая общее провисание. Уменьшение предварительной нагрузки уменьшает начальную силу пружины, тем самым увеличивая общее провисание.
Некоторые мотоциклы позволяют регулировать предварительную нагрузку путем изменения давления воздуха внутри вилки. Клапаны в верхней части вилок позволяют добавлять или выпускать воздух из вилки. [6] Большее давление воздуха дает большую предварительную нагрузку, и наоборот.
В базовых конструкциях вилок используется простая система демпфирующих штоков , в которой демпфирование контролируется прохождением вилочного масла через отверстие. Несмотря на дешевизну производства, такие вилки сложно настроить, поскольку они имеют тенденцию давать слишком малое демпфирование на низких скоростях ползунка и слишком сильное демпфирование на более высоких скоростях ползунка. Любая настройка регулировки всегда будет компромиссом, приводя как к слишком мягкому, так и к слишком жесткому демпфированию. Поскольку вилки действуют как гидравлические демпферы, изменение веса масла в вилке приведет к изменению скорости демпфирования. Некоторые телескопические вилки имеют внешние регулировки демпфирования.
Более сложный подход — картриджная вилка , в которой используются внутренние картриджи с системой клапанов. [7] Демпфирование на низких скоростях ползуна контролируется гораздо меньшим отверстием, но демпфирование на более высоких скоростях ползуна контролируется системой гибких прокладок, которые действуют как перепускной клапан для масла вилки. Этот клапан имеет несколько таких прокладок различной толщины, которые закрывают отверстия в клапане и контролируют демпфирование вилки на высоких и средних лежачих полицейских.
Некоторые прокладки (или «листовые рессоры») поднимаются с небольшой силой, позволяя жидкости течь через отверстие. Другие пружины требуют большей силы для подъема и обеспечения потока. Это дает вилке отклоняющееся демпфирование, позволяя ей быть жесткой на небольших неровностях и относительно мягкой на больших неровностях. Кроме того, пружины (или прокладки) пропускают поток только в одном направлении, поэтому один набор пружин контролирует демпфирование сжатия, а другой — демпфирование отбоя. Это позволяет настраивать демпфирование отдельно.
Эмуляторы картриджей — это запасные части, которые заставляют вилки со штоками амортизаторов вести себя практически как вилки с картриджами. [8] Демпфирующее отверстие в штоке амортизатора сделано настолько большим, что оно практически не влияет на демпфирование, и вместо этого функцию демпфирования берет на себя «эмулятор». Эмулятор имеет очень маленькое отверстие для демпфирования на низких скоростях вилки и регулируемый набор прокладок для демпфирования на высоких скоростях.
Газонаполненные вилки с картриджами , которые стали доступны в 2007 году, состоят из газонаполненных картриджей, установленных в стандартных вилках . Этот комплект подходит для гонок суперспортивного класса, где правила запрещают полную замену вилки, но разрешают модификацию оригинальной вилки.
Задействование тормозов движущегося мотоцикла увеличивает нагрузку на переднее колесо и уменьшает нагрузку на заднее колесо из-за явления, называемого переносом нагрузки . Подробное объяснение и пример расчета см. в разделе «Торможение» статьи «Динамика велосипедов и мотоциклов» .
Если мотоцикл оснащен телескопической вилкой , дополнительная нагрузка на переднее колесо передается через вилки, которые сжимаются. Такое укорочение вилок приводит к тому, что передняя часть велосипеда опускается ниже, и это называется провалом тормоза . Телескопические вилки особенно подвержены этому, в отличие от ведущих конструкций звеньев.
Погружение на тормозах может сбить с толку гонщика, у которого может возникнуть ощущение, что его вот-вот выкинет через переднюю часть мотоцикла. Если мотоцикл ныряет настолько далеко, что достигает нижнего предела передней вилки, это также может вызвать проблемы с управляемостью и торможением. Одна из задач подвески — поддерживать контакт между шиной и дорогой. Если подвеска достигла нижнего предела, она больше не движется должным образом и больше не помогает поддерживать контакт.
Хотя чрезмерное клевание при торможении сбивает с толку, а опускание вниз может привести к потере сцепления с дорогой, определенное клевание при торможении уменьшает наклон и след мотоцикла, позволяя ему легче поворачивать. Это особенно важно для гонщиков, выполняющих торможение на входе в поворот.
Погружение тормозов с телескопической вилкой можно уменьшить, увеличив жесткость пружин вилки или увеличив демпфирование сжатия вилки. Однако все эти изменения делают мотоцикл менее приятным при езде по неровным дорогам, поскольку передняя часть будет казаться более жесткой, в 1980-х годах различные производители пытались обойти это с помощью методов защиты от клев, таких как:
С появлением картриджных вилок, которые обеспечивают более демпфирование на низких скоростях и менее демпфирование на высоких скоростях, чем предыдущие вилки с демпфирующим стержнем, отдельные механизмы защиты от погружения, как правило, вышли из употребления.
Еще один способ уменьшить или устранить провал тормозов в телескопических вилках — использовать реактивное звено или моментный рычаг для соединения тормозных компонентов с рамой мотоцикла через тройной зажим.
Некоторые конструкции вилок смягчают, устраняют или даже изменяют клевант, не влияя при этом на переднюю подвеску. Вилка Earles относится к числу последних; при резком торможении передним тормозом передняя часть мотоцикла фактически поднимается. Вилка Telelever от BMW спроектирована так, чтобы практически исключить проваливание, и могла бы быть разработана так, чтобы полностью исключить его, если бы производитель захотел это сделать. Передняя вилка с ведущим звеном, например, используемая на некоторых мотоциклах «Урал» , также может быть сконструирована так, чтобы уменьшить или исключить клевант.
Модель Saxon-Motodd (продаваемая BMW как Telelever ) имеет дополнительный маятник, который крепится к раме и поддерживает пружину. Это приводит к увеличению наклона и следа во время торможения, а не к уменьшению, как в случае с традиционными телескопическими вилками.
Hossack/Fior (продаваемый BMW как Duolever ) полностью отделяет подвеску от рулевого управления. Он был разработан Норманом Хоссаком , но использовался Клодом Фиором и Джоном Бриттеном на гоночных велосипедах. Сам Хоссак описал эту систему как «вертикально управляемую». В 2004 году BMW анонсировала K1200S с новой передней подвеской, основанной на этой конструкции.
Односторонняя передняя подвеска с маятником использовалась на Yamaha GTS1000 , представленном в 1993 году. В GTS использовалась передняя подвеска RADD, Inc., разработанная Джеймсом Паркером. Односторонняя вилка с балкой использовалась на немецком мотоцикле Imme R100 в период с 1949 по 1951 год, [9] а скутер Vespa имеет одностороннюю вилку с продольным рычагом . Совсем недавно, между 1998 и 2003 годами, скутер ItalJet « Dragster » также использовал одностороннюю подвеску маятника, хотя, в отличие от GTS1000, у него не было верхнего рычага управления; верхняя часть подвески на Драгстере служила только для передачи рулевого управления.
Рулевое управление по центру ступицы характеризуется маятником, который проходит от нижней части двигателя/рамы до центра переднего колеса вместо вилки.
Преимущества использования системы рулевого управления с центром ступицы вместо более традиционной мотоциклетной вилки заключаются в том, что рулевое управление с центром ступицы разделяет функции рулевого управления, торможения и подвески.
При использовании вилки тормозные силы передаются через подвеску, что приводит к ее сжатию, расходуя большой ход подвески, что чрезвычайно затрудняет преодоление неровностей и других неровностей дороги. Когда вилка ныряет, геометрия рулевого управления мотоцикла также меняется, делая мотоцикл более нервным, и, наоборот, при ускорении он становится более ленивым. Кроме того, работа рулевого управления через вилку вызывает проблемы с застреванием , снижая эффективность подвески. Длина типичной мотоциклетной вилки означает, что они действуют как большие рычаги вокруг передней бабки, требуя, чтобы вилка, передняя бабка и рама были очень прочными, что увеличивало вес велосипеда.
Гонщик на выносливость «Несси», построенный гоночной командой Mead & Tomkinson , использовал адаптированную версию центрально-ступичного рулевого управления Difazio , [10] при котором тормозные силы направлялись на раму через поворотную вилку (а не через рулевую головку ). . Это позволило обеспечить нейтральное рулевое управление и отсутствие провала тормозов.
Хотя передняя подвеска была почти повсеместно принята до Первой мировой войны, некоторые производители не использовали заднюю подвеску на своих мотоциклах до окончания Второй мировой войны. Однако мотоциклы с задней подвеской предлагались публике до Первой мировой войны. Среди них следует отметить ASL 1909 года, который имел как переднюю, так и заднюю пневматическую подвеску, [11] Indian Single 1913 года с маятником, подвешенным на листовой рессоре , и мотоцикл 1913 года. Папа с колесами опирался на пару плунжеров, каждый из которых подвешивался на винтовой пружине . [12]
На нескольких мотоциклах до и сразу после Второй мировой войны использовалась плунжерная подвеска , в которой вертикальное перемещение задней оси контролировалось плунжерами, подвешенными на пружинах. [13]
Известные производители мотоциклов с плунжерной подвеской включают Adler , Ariel , BMW , BSA , Indian , MZ , Saroléa , Norton , Cossack/Ural и Zündapp .
Хотя плунжерная подвеска могла быть сложной, с пружинением и демпфированием как на сжатие, так и на отбой, она имела три недостатка (по сравнению с почти универсальным маятником , пришедшим на смену), а именно: (i) ход колеса был ограничен, (ii) колесо могло выйти за пределы требуемой вертикальной оси, и (iii) его производство и обслуживание обходились дороже.
Базовый маятник мотоцикла представляет собой четырехугольник, одна короткая сторона которого соединена с рамой мотоцикла с помощью подшипников так, что он может поворачиваться. [14] Другая короткая сторона — это задняя ось, вокруг которой вращается заднее колесо. Длинные стороны соединены с рамой мотоцикла или задним подрамником с помощью одного или двух амортизаторов с винтовыми пружинами.
В серийных мотоциклах маятники не совсем прямоугольные, но их функцию легче понять, если представить их как таковые.
Когда маятник имеется только на одной стороне мотоцикла, это называется односторонним маятником . В 1981 году компания BMW представила односторонний маятник (монорычаг) на мотоциклах своей модели R 80 GS. Яркие примеры включают Honda VFR800 и BMW серий R и K. Односторонние маятники облегчают снятие задних колес, хотя обычно увеличивают неподрессоренную массу задней подвески. Это связано с тем, что для обеспечения жесткости на кручение, такой же, как у обычного (двустороннего) маятника, требуется дополнительный материал. [ нужна цитата ] По этой причине спортивные мотоциклы редко используются с такой установкой. Заметными исключениями являются Ducati 916, который предназначался для гонок на выносливость, MV Agusta f4, имеющий полый салон для снижения веса (также доступна версия из магния), и Ducati 1098, который получил односторонний маятник исключительно для причины укладки. [ нужна цитата ]
На многих мотоциклах с карданным валом приводной вал находится на одной из длинных сторон маятника. Яркие примеры включают все модели BMW после 1955 года до использования BMW односторонних маятников, Урал , множество близнецов Moto Guzzi , Honda Goldwing , Yamaha XS Eleven и Yamaha FJR1300 .
BMW серий R и K сочетают в себе приводной вал, расположенный в поворотном рычаге, с односторонним маятником, и эта комбинация продается как Paralever . В новых мотоциклах Moto Guzzi используется аналогичная конструкция, продаваемая как CA.RC («CArdano Reattivo Compatto» - компактный реактивный привод вала).
У мотоциклов с цепным приводом заднюю ось обычно можно регулировать вперед и назад по отношению к маятнику, чтобы отрегулировать натяжение цепи, но на некоторых моделях (например, некоторые четырехтактные Triumph и BSA 1971/72 года, а также Ducati 860 GTS и Darmah 900 с) выполните регулировку в точке поворота маятника.
Гидравлические амортизаторы, используемые в задней подвеске мотоциклов, по существу такие же, как и в других транспортных средствах.
Мотоциклетные амортизаторы немного отличаются тем, что в них почти всегда используется винтовая пружина. Другими словами, пружина задней подвески представляет собой винтовую пружину, установленную над амортизатором или вокруг него.
Что касается регулировки, задние амортизаторы охватывают диапазон от отсутствия каких-либо регулировок до регулировки только предварительной нагрузки и гоночных амортизаторов с регулировкой длины, предварительной нагрузки и четырех различных видов демпфирования. Большинство амортизаторов имеют внутренние масляные резервуары, но некоторые имеют внешние, а некоторые предлагают демпфирование с помощью воздуха.
Ряд компаний предлагают задние амортизаторы для мотоциклов, изготовленные по индивидуальному заказу. Эти амортизаторы собираются для конкретной комбинации мотоцикла и водителя с учетом характеристик мотоцикла, веса водителя и предпочитаемого им стиля езды/агрессивности.
Двойной амортизатор относится к мотоциклам, имеющим два амортизатора. Обычно этот термин используется для обозначения определенной эпохи мотоциклов и чаще всего используется при описании внедорожных мотоциклов.
В конце 1970-х и 1980-х годах конструкция и характеристики задней подвески мотоциклов претерпели огромные изменения. Основной целью и результатом этих достижений было увеличение хода заднего колеса, измеряемого тем, насколько далеко заднее колесо могло двигаться вверх и вниз. До этого периода пристального внимания к характеристикам задней подвески большинство внедорожных мотоциклов имели ход задних колес около 3,5–4 дюймов (9–10 см). В конце этого периода большинство этих мотоциклов имели ход задних колес примерно 12 дюймов (30 см). В начале этого периода для достижения такого уровня производительности использовались различные конструкции задней подвески. Однако к концу этого периода повсеместно была принята и использовалась конструкция, заключающаяся в использовании только одного амортизатора (вместо двух). Характеристики подвески с одним амортизатором значительно превосходили характеристики мотоциклов с двойным амортизатором. Соответственно, это конструктивное различие легко используется для классификации мотоциклов. За исключением системы Bentley и Draper ( машины New Imperial и Brough Superior ) и системы HRD (позже Vincent ), разработанной и запатентованной в 1920-х годах, только с 1980-х годов мотоциклы с моноамортизатором стали нормой, термин «твиншок» теперь используется для классификации старинных мотоциклов. Это различие важно тем, что оно включает классы, используемые для соревнований на старинных мотоциклах. Например, гонки по старинному мотокроссу проводятся для старых мотокроссовых мотоциклов. Чтобы не допустить доминирования более эффективных мотоциклов с моноамортизатором в соревнованиях, существуют отдельные классы соревнований для мотоциклов с моноамортизатором и с двойным амортизатором, что не позволяет им напрямую конкурировать друг с другом.
На мотоцикле с задней подвеской с одним амортизатором одиночный амортизатор соединяет задний маятник с рамой мотоцикла. Обычно этот единственный амортизатор находится перед задним колесом и использует рычажный механизм для соединения с поворотным рычагом. Такие рычаги часто предназначены для увеличения скорости демпфирования задней части автомобиля. [15] В 1972 году компания Yamaha представила систему задней подвески с одним амортизатором Mono-Shock на своих мотоциклах, участвующих в чемпионате мира по мотокроссу . [16] Подвеска, разработанная Люсьеном Тилкенсом, стала настолько успешной, что другие производители мотоциклов разработали свои собственные конструкции одиночных амортизаторов. [16] Версия Honda называется Pro-link , версия Kawasaki — Uni-Trak , а версия Suzuki — Full-Floater . [17] [18] Устройство Honda Unit Pro-Link , использовавшееся сначала на гонщике Honda RC211V MotoGP , а затем на спортивном мотоцикле Honda CBR600RR 2003 года , предназначено для изоляции рамы и рулевой головки от нежелательных сил, передаваемых задней подвеской через наличие верхнего крепления амортизаторов внутри подрамника заднего маятника, а не соединения его с самой рамой. [19]