Чтиво

От переводчика

Перевести эту статью меня заставило и свойственное мне техническое любопытство, и, главное, фактическое отсутствие в Рунете грамотного, подробного, пусть и чуть занудного объяснения, чем же, черт его дери, «телелевер» круче обычной вилки. То есть на уровне «понимаю, но объяснить не могу» рассказов о бэховской придумке вагон и тележка. А вот внятно, четко, по-немецки изложить, в чем же цимес, на это мало у кого хватает умения и желания.

Подвеска BMW Telelever против обычной телескопической вилки: что лучше?

Оригинал: http://www.dinamoto.it/dinamoto/8_on-line_papers/Telelever or forks/Telelever_eng.html
Автор: Vittore Cossalter
Перевод: Роман Никитин

Силы, возникающие в передней подвеске при торможении

При торможении в передней подвеске мотоцикла начинают действовать две силы:
— сила Nt, возникающая от перераспределения веса между осями мотоцикла;
— суммарная тормозная сила Ff. Приведем ее к переднему колесу (согласно правилу переноса векторов сил, можно двигать вектор вдоль оси его действия).

Сила перераспределения веса пропорциональна суммарной (перед + зад) тормозной силе и высоте центра масс мотоцикла, и обратно пропорциональна длине колесной базы.


На Рис. 1 показаны силы, которые действуют на переднюю подвеску. На Рис. 2 показано, как они на нее действуют. Красная линия показывает движение точки контакта покрышки с дорогой при загрузке от торможения, и соответственно хода подвески при сжатии. Проще говоря, траекторию движения оси колеса. Ход подвески зависит от угла между вектором результирующей силы и вектором движения оси колеса (в случае с обычной вилкой это прямая). Максимальный ход подвески будет достигнут, если эти два вектора окажутся параллельны друг другу.
Зелеными стрелками показаны результирующие силы от двух упомянутых ранее силовых факторов: силы перераспределения веса и силы торможения. В обоих случаях произведено векторное разложение этих сил на красную линию — траекторию движения оси колеса.
Чтобы подвеска не «клевала» при торможении, необходимо уменьшить значение суммарного значения проекции обеих действующих сил вдоль линии движения оси колеса. Другими словами, траектория движения колеса при сжатии подвески должна быть перпендикулярна линии действия результирующей силы.
Если траектория движения оси колеса перепендикулярна плоскости дороги, то действовать на подвеску, сжимая ее, будет только сила перераспределения веса, и подвеска будет частично избавлена от эффекта «клевка» (он в любом случае останется, поскольку центр массы системы «мотоциклист + мотоцикл» находится выше точки контакта покрышки с дорогой).
Чтобы полностью избежать эффекта «клевка» при торможении, нужно добиться такой ситуации, когда траектория движения подвески будет перпендикулярна результирующей силе (перераспределение веса + тормозная).

Угол между результирующей силой и направлением движения подвески задает показатель эффективности «антиклевка», иначе называемый «угол клевка». Если он составляет 0°, подвеска наиболее подвержена «клевку» при торможении, если угол 90°, то подвеска полностью избавлена от этого эффекта.

Телескопические вилки

Давайте рассмотрим мотоцикл с классической телескопической вилкой.
Рассмотрим ситуацию, когда работает только передний тормоз. Соотношение между силой, сжимающей подвеску, и тормозной силой от действия переднего тормоза, таково:

Как видим из формулы, это соотношение зависит в основном от угла наклона вилки (кастора).

Следующая диаграмма показывает изменение этого соотношения для мотоцикла со следующими характеристиками геометрии: радиус колеса Rr=297 mm; колесная база p=1475 mm; отношение высоты центра масс к колесной базе h/p=0.5, вылет (геометрический, не привязанный к конструкции траверс) вилки d=30 mm.
Максимальную склонность к «клевку» подвеска демонстрирует при угле наклона вилки примерно 63°; уменьшение этого значения слегка улучшает «антиклевочность» телескопической вилки (обычно угол наклона вилки находится в диапазоне от 22° до 35°).

Вилка BMW Telelever

Эта оригинальная схема подвески базируется на пространственном механизме RSPS, который имеет две степени свободы.
Рычаг S-S посредством сферического шарнира вращается вокруг неподвижной оси. Это движение порождает дополнительное угловое движение ног вилки. Оставив за кадром возможность поворота вилки (и колеса) вокруг сферических шарниров, можно рассматривать работу подвески как работу в плоскости.
Особенно стоит отметить, что внутри ног вилки Telelever нет привычных пружин или демпфера, и соответственно инерционность ног в направлении «вокруг оси поворота колеса» меньше, чем у традиционных телескопических вилок.

Сравнение подвески Telelever с классической телескопической вилкой

Какими должны быть идеальные кинематические характеристики передней подвески?
Для примера, во время торможения:
— будут ли трейл (вылет колеса) и угол наклона вилки увеличиваться, уменьшаться или оставаться постоянными?
— будет ли значение колесной базы меняться или останется постоянным?
Эти вопросы, возможно, не имеют универсального ответа, однако необходимо отличать разные ситуации:
— торможение происходит при прямолинейном движении;
— торможение происходит при вхождении в поворот.

В первом случае важно, чтобы трейл оставался постоянным (или незначительно увеличивался) для достижения большей траекторной стабильности.
Более того, ограничение сжатия вилки важно с позиции стабилизации мотоцикла. Наконец, колесная база не должна уменьшаться, чтобы ограничить значение перераспределения веса мотоцикла.
Во втором случае, то есть при вхождении в поворот, предпочтительно небольшое уменьшение трейла, потому что большая нагрузка на переднее колесо при торможении требует большего поворачивающего усилия, чтобы заправить мотоцикл в поворот.

На следующих диаграммах показаны варианты разных значений угла наклона вилки, трейла и колесной базы для двух мотоциклов: с классической вилкой и подвеской Telelever. В последнем случае данные соответствуют геометрии BMW R1100R и, возможно, они не идеально точны, но достаточны для понимания общей картины.


Таким образом, с позиции кинематических характеристик, основные различия между двумя типами вилок будут следующими (при ходе передней подвески 130 мм).

Трейл:
Телескоп: 120 мм -> 91 мм
«Телелевер»: 120 мм -> 150 мм

Колесная база:
Телескоп: 1483 мм -> 1428 мм
«Телелевер»: 1483 мм -> 1472 мм

Кастор:
Телескоп: 27,5° -> 22,8°
«Телелевер»: 27,5° -> 32,0°

«Угол кивка»:
Телескоп: 47,6°
«Телелевер»: 65°

Стоит отметить, это чисто кинематические показатели, зафиксированные при статическом нагружении конструкции. Более полный и качественный ответ на вопрос «что лучше, Telelever или обычная вилка» можно дать только по результатам изучения динамических характеристик двух мотоциклов, оснащенных двумя разными типами вилок, но с одинаковыми значениями жесткости пружин и параметров амортизаторов.

Конец статьи

Необходимое дополнение от переводчика

Приведя таблицу с расчетными данными, автор сослался на другие параметры и не удосужился объяснить, в чем, собственно, преимущества и недостатки одной или другой конструкций. Восполняю теоретическими (!) выкладками.

Как видно из таблицы, подвеска Telelever и обычная при сжатии вилки обеспечивают:
изменение трейла: телескоп уменьшает, Telelever увеличивает. Это значит, что курсовая стабильность падает в случае с телескопом и увеличивается для Telelever.

• изменение колесной базы: уменьшается для телескопа, остается практически постоянной для Telelever. Вывод такой же: мотоцикл с Telelever более стабилен при торможении.
• изменение угла наклона вилки: уменьшается на телескопе, увеличивается на Telelever. Здесь все сложно. С одной стороны, телескоп предпочтительнее по части отношения результирующей силы к силе сжатия (см. Рис. 5 по тексту выше), а с другой, мотоцикл с более крутой вилкой, опять же, менее стабилен в смысле курсовой устойчивости, и тут Telelever, безусловно, предпочтительнее.
• «Угол кивка»: безусловное преимущество подвески Telelever. Собственно, ради этого всего она и затевалась.

Необходимое заключение от переводчика

Надо понимать, что приведенное выше исследование — чистой воды теория. В реальности поведение мотоцикла зависит еще от кучи факторов, кроме уже описанных. Тем не менее, общая суть этой инновации, я думаю, данный материал объясняет.

P.S. от переводчика

Поскольку я профессионально занимаюсь созданиями велосипедов вот уже с 2006 года, то мимо меня, конечно же, не могла пройти модель велосипеда (!) BMW с упомянутой уже подвеской Telelever. Вот она.