Подвеска мотоцикла выполняет двойную функцию: улучшает управляемость и торможение транспортного средства, а также обеспечивает безопасность и комфорт, надежно изолируя пассажиров от дорожного шума, неровностей и вибраций.
Типичный мотоцикл имеет пару вилочных труб для передней подвески и маятник с одним или двумя амортизаторами для задней подвески. [1]
Наиболее распространенной формой передней подвески для современного мотоцикла является телескопическая вилка . Другие конструкции вилок — это балочные вилки, подвешенные на подпружиненных параллельных рычагах (не распространены с 1940-х годов) и конструкции с нижним ведущим рычагом, не распространенные с 1960-х годов.
Некоторые производители (например, Greeves) использовали версию маятникового рычага для передней подвески в своих конструкциях для мотокросса. Односторонняя версия этой идеи также используется в мотороллерах, таких как Vespa .
Рулевое управление с центральным расположением ступицы , разработанное Асканио Родориго на основе концепции, связанной с Массимо Тамбурини, представляет собой сложную альтернативную систему с передним маятником, которая включает в себя подвеску и рулевое управление, как это видно в таких проектах, как мотоциклы Bimota Tesi и Vyrus .
Скотт выпустил мотоцикл с телескопическими вилками 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 гидравлически демпфированными телескопическими вилками, [5] хотя датская компания Nimbus производила недемпфированные телескопические вилки в 1934 году. Большинство мотоциклов сегодня используют телескопические вилки для передней подвески. Вилки можно проще всего понять как просто заключенные в кожух длинные спиральные пружины с гидравлическим демпфированием избыточной энергии пружины. Они позволяют переднему колесу реагировать на неровности дороги, изолируя остальную часть мотоцикла от этого движения.
Верхняя часть вилок соединена с рамой мотоцикла в тройном зажиме (известном как «yoke» в Великобритании), который позволяет поворачивать вилки для управления мотоциклом. Нижняя часть вилок несет ось переднего колеса.
На обычных телескопических вилках нижняя часть или корпус вилки ( «слайдеры вилки» в Великобритании) скользят вверх и вниз по трубкам вилки ( «стойки вилки» в Великобритании). Трубки вилки должны быть зеркально гладкими, чтобы запечатать масло вилки внутри вилки. Некоторые трубки вилки, особенно на ранних родстерах и внедорожных мотоциклах, заключены в защитные «гофрированные чехлы» из пластика/резины .
Вилки «вверх ногами» (USD) , также известные как перевернутые вилки, устанавливаются перевернутыми по сравнению с обычными телескопическими вилками. Корпуса слайдеров находятся вверху и закреплены в тройных зажимах , а трубы стоек — внизу и закреплены на оси . Такое расположение USD имеет два преимущества: (i) оно уменьшает неподрессоренную массу мотоцикла; и (ii) оно увеличивает жесткость на кручение , что может улучшить управляемость. Два недостатка вилок USD: (i) они дороже обычных телескопических вилок; и (ii) они могут потерять все свое демпфирующее масло в случае выхода из строя сальника. [ требуется цитата ] Вилки USD обычно устанавливаются на спортбайках , хотя в Honda Valkyrie использовались вилки USD.
Подвески мотоциклов сконструированы таким образом, что пружины всегда находятся под сжатием, даже когда полностью вытянуты. Предварительная нагрузка используется для регулировки начального положения подвески с учетом веса мотоцикла и водителя, действующего на нее.
Разница между полностью выдвинутой длиной подвески и длиной, сжатой весом мотоцикла и гонщика, называется «полным провисанием» или «гоночным провисанием». Полное провисание устанавливается для оптимизации начального положения подвески, чтобы избежать проседания или выхода за верхний предел при нормальных условиях езды. «Проседание» происходит, когда подвеска сжимается до точки, в которой она механически не может больше сжиматься. Проседание происходит, когда подвеска полностью выдвигается и больше не может механически выдвигаться. Увеличение предварительной нагрузки увеличивает начальное усилие на пружине, тем самым уменьшая общее проседание. Уменьшение предварительной нагрузки уменьшает начальное усилие в пружине, тем самым увеличивая общее проседание.
Некоторые мотоциклы позволяют регулировать предварительную нагрузку путем изменения давления воздуха внутри вилок. Клапаны в верхней части вилок позволяют добавлять или выпускать воздух из вилки. [6] Большее давление воздуха дает большую предварительную нагрузку, и наоборот.
Базовые конструкции вилок используют простую систему стержня-демпфера , в которой демпфирование контролируется прохождением масла вилки через отверстие. Хотя такие вилки дешевы в производстве, их трудно настраивать, так как они, как правило, дают слишком малое демпфирование на низких скоростях слайдера, но слишком большое демпфирование на более высоких скоростях слайдера. Любая настройка регулировки всегда будет компромиссом, давая как слишком мягкое, так и слишком жесткое демпфирование. Поскольку вилки действуют как гидравлические демпферы, изменение веса масла вилки изменит скорость демпфирования. Некоторые телескопические вилки имеют внешние регулировки для демпфирования.
Более сложный подход — это картриджная вилка , которая использует внутренние картриджи с системой клапанов. [7] Демпфирование на низких скоростях слайдера контролируется гораздо меньшим отверстием, но демпфирование на более высоких скоростях слайдера контролируется системой гибких прокладок, которые действуют как перепускной клапан для масла вилки. Этот клапан имеет ряд таких прокладок различной толщины, которые закрывают отверстия в клапане для управления демпфированием вилки на неровностях высокой и средней скорости.
Некоторые из прокладок (или «листовых пружин») поднимаются с небольшой силой, позволяя жидкости течь через отверстие. Другие пружины требуют большей силы для подъема и пропускания потока. Это дает вилке дегрессивное демпфирование, позволяя ей быть жесткой на небольших неровностях, но относительно мягкой на более крупных 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 устанавливать демпфирование отдельно.
Эмуляторы картриджей — это детали вторичного рынка, которые заставляют вилки со стержнем демпфера вести себя фактически как вилки со стержнем демпфера. [8] Демпфирующее отверстие в штоке демпфера 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 низкой скорости вилки и регулируемый набор прокладок для демпфирования на высокой скорости вилки.
Газонаполненные картриджные вилки , которые стали доступны в 2007 году, [ нужна цитата ] состоят из газовых картриджей, установленных в стандартных вилках. Этот комплект подходит для гонок класса суперспорт, где правила запрещают полную замену вилок, но разрешают модификацию оригинальных вилок.
Применение тормозов движущегося мотоцикла увеличивает нагрузку, прикладываемую к переднему колесу, и уменьшает нагрузку, прикладываемую к заднему колесу, из-за явления, называемого переносом нагрузки . Подробное объяснение и пример расчета см. в разделе « Торможение » статьи «Динамика велосипеда и мотоцикла» .
Если мотоцикл оснащен телескопическими вилками , дополнительная нагрузка на переднее колесо передается через вилки, которые сжимаются. Это укорачивание вилок приводит к тому, что передняя часть мотоцикла опускается ниже, и это называется нырянием тормоза . Телескопические вилки особенно подвержены этому, в отличие от конструкций с ведущими звеньями.
Клевки тормозов могут сбивать с толку водителя, который может почувствовать, что его или ее вот-вот выбросит через переднюю часть мотоцикла. Если мотоцикл ныряет так далеко, что передняя вилка касается дна, это также может вызвать проблемы с управлением и торможением. Одной из целей подвески является помощь в поддержании контакта между шиной и дорогой. Если подвеска достигла дна, она больше не движется так, как должна, и больше не помогает поддерживать контакт.
В то время как чрезмерное торможение вызывает беспокойство, а проседание может привести к потере сцепления, определенное торможение уменьшает наклон и след мотоцикла, позволяя ему легче поворачивать. Это особенно важно для гонщиков, которые торможение на трассе на входе в повороты.
Клевки тормозов с телескопическими вилками можно уменьшить, увеличив жесткость пружин вилки или увеличив демпфирование сжатия вилки. Однако все эти изменения делают езду на мотоцикле по неровным дорогам менее приятной, так как передняя часть будет казаться более жесткой, в 1980-х годах различные производители пытались обойти это с помощью методов борьбы с клевками, таких как:
С появлением картриджных вилок, которые обеспечивают большее демпфирование на низких скоростях и меньшее демпфирование на высоких скоростях, чем предыдущие вилки со стержневыми демпферами, отдельные антиклевковые механизмы, как правило, вышли из употребления.
Другим методом уменьшения или устранения «клевка» при торможении в телескопических вилках является использование реактивной тяги или моментного рычага для соединения тормозных компонентов с рамой мотоцикла через тройной зажим.
Некоторые конструкции вилок смягчают клевки, устраняют их или даже обращают их вспять, не влияя отрицательно на переднюю подвеску. Вилка Earles относится к последним; при резком торможении передним тормозом передняя часть мотоцикла фактически поднимается. Вилка Telelever от BMW разработана для почти полного устранения клевков и могла бы быть разработана для полного их устранения, если бы производитель решил это сделать. Передние вилки Leading Link, такие как используемые на некоторых мотоциклах Ural , также могут быть разработаны для уменьшения или устранения клевков.
Saxon-Motodd (продаваемый BMW как Telelever ) имеет дополнительный маятник, который крепится к раме и поддерживает пружину. Это приводит к увеличению наклона и выноса 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, хотя использовался Клодом Фиором и Джоном Бриттеном на гоночных мотоциклах. Сам Хоссак описал систему как «управляемую вертикальную подвеску». В 2004 году BMW анонсировала K1200S с новой передней подвеской, которая основана на этой конструкции.
Односторонняя передняя маятниковая подвеска использовалась на Yamaha GTS1000 , представленном в 1993 году. GTS использовала переднюю подвеску RADD, Inc., разработанную Джеймсом Паркером. Односторонняя балочная вилка использовалась на немецком мотоцикле Imme R100 между 1949 и 1951 годами, [9] а скутер Vespa имеет одностороннюю вилку с продольным рычагом . Совсем недавно, между 1998 и 2003 годами, скутер ItalJet " Dragster " также использовал одностороннюю маятниковую подвеску, хотя в отличие от GTS1000 не было верхнего рычага управления; верхняя часть подвески на Dragster служила только для передачи рулевого управления.
Рулевое управление с центральным расположением ступицы характеризуется маятниковым рычагом, который простирается от нижней части двигателя/рамы до центра переднего колеса вместо вилки.
Преимущества использования рулевого управления с центральным расположением ступицы вместо более традиционной мотоциклетной вилки заключаются в том, что рулевое управление с центральным расположением ступицы разделяет функции рулевого управления, торможения и подвески.
С вилкой тормозные силы передаются через подвеску, ситуация, которая приводит к сжатию подвески, используя большой ход подвески, что делает борьбу с кочками и другими неровностями дороги чрезвычайно сложной. Поскольку вилки ныряют, геометрия рулевого управления мотоцикла также изменяется, делая мотоцикл более нервным, и наоборот, при ускорении становится более ленивым. Кроме того, работа рулевого управления через вилку вызывает проблемы со сцеплением , что снижает эффективность подвески. Длина типичной вилки мотоцикла означает, что они действуют как большие рычаги вокруг головной стойки, требуя, чтобы вилки, головная стойка и рама были очень прочными, что увеличивает вес мотоцикла.
Гоночный автомобиль на выносливость «Nessie», построенный гоночной командой Mead & Tomkinson , использовал адаптированную версию рулевого управления Difazio hub-center , [10] в которой тормозные усилия направлялись на раму через поворотную вилку (а не через рулевую колонку ). Это обеспечивало нейтральное рулевое управление и отсутствие клевка тормозов.
В то время как передние подвески были почти повсеместно приняты до Первой мировой войны, некоторые производители не использовали заднюю подвеску на своих мотоциклах до окончания Второй мировой войны. Однако мотоциклы с задней подвеской были предложены 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 Pope 1913 года с колесами, поддерживаемыми парой плунжеров, каждый из которых подвешивался на спиральной пружине . [12]
Несколько мотоциклов до и сразу после Второй мировой войны использовали плунжерную подвеску , в которой вертикальное движение задней оси контролировалось плунжерами, подвешенными на пружинах. [13]
Известными производителями мотоциклов с плунжерной подвеской являются Adler , Ariel , BMW , BSA , Indian , MZ , Saroléa , Norton , Cossack/Ural и Zündapp .
Хотя плунжерная подвеска могла быть сложной, с пружинением и амортизацией как при сжатии, так и при отбое, она имела три недостатка (по сравнению с почти универсальной маятниковой подвеской , которая пришла ей на смену), а именно: (i) ход колеса был ограничен, (ii) колесо могло смещаться от требуемой вертикальной оси и (iii) она была более дорогой в производстве и обслуживании.
Базовый маятник мотоцикла представляет собой четырехугольник, одна короткая сторона которого соединена с рамой мотоцикла подшипниками, так что она может поворачиваться. [14] Другая короткая сторона — это задняя ось, вокруг которой вращается заднее колесо. Длинные стороны соединены с рамой мотоцикла или задним подрамником одним или двумя амортизаторами с винтовыми пружинами.
В серийных мотоциклах маятники не совсем прямоугольные, но их функцию легче понять, если рассматривать их именно так.
Когда маятник присутствует только на одной стороне мотоцикла, это известно как односторонний маятник . В 1981 году BMW представила односторонний маятник (моно-рычаг) для мотоциклов на своей модели R 80 GS. Известные примеры включают Honda VFR800 и BMW R- и K-серии. Односторонние маятники облегчают снятие заднего колеса, хотя они, как правило, увеличивают неподрессоренную массу задней подвески. Это связано с дополнительным материалом, необходимым для придания одинаковой жесткости на кручение обычной (двусторонней) установке маятника. [ необходима цитата ] По этой причине спортивные мотоциклы редко используют эту установку. Известными исключениями являются Ducati 916, который был предназначен для гонок на выносливость, MV Agusta f4, который имеет полую внутреннюю часть для снижения веса (также доступна версия из магния), и Ducati 1098, который был снабжен односторонним маятником исключительно из соображений стиля. [ необходима цитата ]
На многих мотоциклах с приводом от вала приводной вал находится в одной из длинных сторон маятника. Известные примеры включают все модели BMW после 1955 года до использования BMW односторонних маятников, Урал , многие твины Moto Guzzi , Honda Goldwing , Yamaha XS Eleven и Yamaha FJR1300 .
BMW R- и K-серии сочетают карданный привод, заключенный в маятниковом рычаге, с односторонним маятниковым рычагом, и эта комбинация продается как Paralever . Более новые мотоциклы Moto Guzzi используют похожую компоновку, продаваемую как CA.RC («CArdano Reattivo Compatto» - Компактный реактивный карданный привод).
У мотоциклов с цепным приводом заднюю ось обычно можно отрегулировать вперед и назад по отношению к маятнику, чтобы отрегулировать натяжение цепи, но у некоторых моделей (например, у некоторых четырехтактных мотоциклов Triumph и BSA 1971/72 годов, а также у Ducati 860 GTS и Darmah 900) регулировка осуществляется в точке поворота маятника.
Гидравлические амортизаторы, используемые в задних подвесках мотоциклов, по сути, такие же, как и в других транспортных средствах.
Мотоциклетные амортизаторы немного отличаются тем, что они почти всегда используют спиральную пружину. Другими словами, пружина для задней подвески — это спиральная пружина, которая устанавливается поверх или вокруг амортизатора.
С точки зрения регулировки задние амортизаторы охватывают диапазон от отсутствия каких-либо регулировок до регулировок только предварительной нагрузки и гоночных амортизаторов с регулировками длины, предварительной нагрузки и четырьмя различными типами амортизации. Большинство амортизаторов имеют внутренние масляные резервуары, но некоторые имеют внешние, а некоторые предлагают амортизацию с помощью воздуха.
Ряд компаний предлагают изготовленные на заказ задние амортизаторы для мотоциклов. Эти амортизаторы собираются для определенной комбинации мотоцикла и водителя, принимая во внимание характеристики мотоцикла, вес водителя и предпочитаемый им стиль езды/агрессивность.
Twin shock относится к мотоциклам, которые имеют 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 годов конструкция и эксплуатационные характеристики задней подвески мотоциклов претерпели колоссальные усовершенствования. Основной целью и результатом этих усовершенствований было увеличение хода заднего колеса, измеряемое тем, насколько далеко заднее колесо могло двигаться вверх и вниз. До этого периода интенсивного внимания к эксплуатационным характеристикам задней подвески большинство внедорожных мотоциклов имели ход заднего колеса около 3,5–4 дюймов (9–10 см). В конце этого периода большинство этих мотоциклов имели ход заднего колеса около 12 дюймов (30 см). В начале этого периода для достижения этой степени производительности использовались различные конструкции задней подвески. Однако к концу этого периода конструкция, состоящая из использования только одного амортизатора (вместо двух), была общепринятой и использовалась. Производительность подвесок с одним амортизатором значительно превосходила производительность мотоциклов с двумя амортизаторами. Соответственно, это различие в конструкции легко используется для классификации мотоциклов. За исключением систем Bentley и Draper ( машины New Imperial и Brough Superior ) и HRD (позже Vincent ), которые были разработаны и запатентованы в 1920-х годах, только с 1980-х годов мотоциклы с моноамортизатором стали нормой, термин «twinshock» теперь используется для классификации винтажных мотоциклов. Это различие важно, поскольку оно обеспечивает классы, используемые для соревнований винтажных мотоциклов. Например, гонки по винтажному мотокроссу проводятся для старых мотоциклов для мотокросса. Чтобы не допустить доминирования в соревнованиях более эффективных мотоциклов с моноамортизатором, существуют отдельные классы соревнований для мотоциклов с моноамортизатором и с двумя амортизаторами, что не позволяет им напрямую соревноваться друг с другом.
На мотоцикле с одноамортизаторной задней подвеской один амортизатор соединяет задний маятник с рамой мотоцикла. Обычно этот одинокий амортизатор находится перед задним колесом и использует тягу для соединения с маятником. Такие тяги часто проектируются для обеспечения возрастающей скорости демпфирования для задней части. [15] В 1972 году Yamaha представила систему одноамортизаторной задней подвески 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 одноамортизаторных амортизаторов. [16] Версия Honda называется Pro-link , версия Kawasaki — Uni-Trak , а версия Suzuki — Full-Floater . [17] [18] Система Pro-Link компании Honda , впервые использованная на гоночном мотоцикле Honda RC211V MotoGP , а затем на спортивном мотоцикле Honda CBR600RR 2003 года , предназначена для изоляции рамы и рулевой колонки от нежелательных сил, передаваемых задней подвеской, за счет размещения верхнего крепления амортизаторов внутри подрамника заднего маятника, а не соединения его с самой рамой. [19]