Подвеска мотоцикла: амортизаторы и телескопическая вилка

Наткнулся в англоязычном Интернете на прекрасную статью по подвескам мотоциклов, выкладываю ее перевод, поскольку информация изложена просто, понятно и достаточно полно. Статья почти научно-популярная, крутым теоретикам читать не советую, но тем, кто хочет разобраться в видах подвесок мотоциклов, не вникая глубоко в детали, она будет очень кстати. Фактически, собрана самая полезная для простого пользователя информация.

Да, и для владельцев мотоциклов BMW эта статья будет иметь отдельный интерес, поскольку в ней целый параграф посвящен видам подвесок мотоциклов этой марки.

Предыстория.

Варианты подвесок мотоциклов настолько же разнообразны, как и у автомобилей. Конечно, на мотоцикле всего два колеса, но это и заставляет инженеров уделять подвескам более пристальное внимание. Самым распространенным вариантом задней подвески мотоцикла является маятник с двумя амортизаторами или маятник с одним амортизатором (моноамортизатором). Самым распространенным вариантом передней подвески является телескопическая вилка. Хотя, как ни странно, до сих пор распространены мотоциклы в стиле круизер, вообще не имеющие задней подвески — так называемый «хардтейл» («сухая рама» или»сухарь»). В этом случае ось заднего колеса проходит через раму. Это своеобразная дань истории, ведь вплоть до 20-х годов прошлого века единственное, что находилось между дорогой и задницей ездока были пружины под седлом и давление в шинах.

Изготовление своими руками

Фирменный заводской подкат — это хороший и удобный инструмент для ремонта мотоцикла. Но цены на такие устройства достаточно высоки. Также достаточно тяжело будет подобрать подставку для конкретной модели мотоцикла. Многие фирмы предлагают универсальные стоики. Но, как показывает практика, не всегда универсальный подкат имеет функции для конкретного мотоцикла.

В этом случае можно сделать мотоподкат своими руками по найденным в интернете чертежам. Самодельный подъемник можно идеально подогнать под размер своего байка. Изготовить его довольно просто, но для этого требуется много времени и большая аккуратность, так как он должен обладать идеальной геометрией. В противном случае работать с ним будет довольно проблематично.

Существуют два способа для подъема мотоцикла за заднее колесо. В первом случае подъем осуществляется при помощи втулки, установленной в ось колеса. В таком положении удобно проводить работы с цепью.

При втором варианте на втулках делается резьба и они крепятся к маятнику. В таком положение удобно менять колеса. При изготовлении центрального каркаса подката понадобится помощь сварщика. Все углы должны быть идеально вымерены и надежно сварены. Ведь от точности замеров и качества сварки зависит безопасность и удобство при работе.

В заключение хочется сказать, что если есть возможность, то лучше приобрести хороший фирменный вариант. Если же вы ограничены в деньгах, то довольно просто изготовить подъемник для мотоцикла своими руками. Чертежи можно с легкостью найти в интернете. Качественный подкат будет незаменимым помощником в ремонте и обслуживании любимого байка.

В двух словах о геометрии мотоцикла.

Прежде чем вы окунетесь в мрачный мир технических терминов, изложенных в данной статье, нелишним было бы уяснить базовую логику работы подвески любого мотоцикла. Следующая иллюстрация отображает основные термины, с которыми вам придется столкнуться.

Steering Axis — ось управления; Rake Angle — «рейк», угол наклона вилки; Trail — «трейл», расстояние на земле между осью колеса и линией, продленной от оси рулевой колонки; Wheelbase — колесная база, расстояние между осями переднего и заднего колес мотоцикла.

На спортбайках небольшой рейк, из за которого трейл также не велик. Маленький трейл дает меньше устойчивости и стабильности, но зато позволяет сделать мотоцикл более легкоуправляемым и маневренным. Напротив, чопперы, круизеры и кастомы имеют большой рейк. Больше рейк — больше трейл, что делает такие мотоциклы стабильными и устойчивыми на прямой, но зато они тяжело рулятся. Обычно на мотоциклах рейк колеблется в промежутке 5 градусов. К примеру, спортбайк Yamaha R1 имеет угол наклона вилки в 24 градуса, тогда как у круизера BMW K1200LT он составляет 26,8 градусов.

Клевки при торможении.

Одним из недостатков телескопических вилок является их тенденция сжиманию при торможении, что приводит к тому, что мотоцикл «клюет носом». Такие клевки больше всего зависят от геометрии конкретного мотоцикла. При торможении вы замедляете движение мотоцикла вперед. Сила инерции куда-то девается, и этим «где-то» и является передняя вилка. Поскольку телескопическая вилка находится под углом к вертикальной оси мотоцикла и под углом к вектору силы, толкающей мотоцикл вперед, часть этой силы сжимает подвеску. Вспомним школьный курс физики. Усилие, передаваемое под углом, равно основному усилию, умноженному на косинус угла. Помните, что угол рейка рассчитывается от вертикальной оси? Поэтому-то угол, о котором мы говорим, фактически равен разнице между 90° и углом рейка, то есть, является дополнительным углом к рейку. А поскольку синус и косинус являются являются взаимно обратными функциями, косинус рейка будет равняться синусу дополнительного угла. Так что для рейка в 25° градусов мы можем использовать как синус дополнительного угла (65°), так и синус рейка.

Посмотрите на рисунок справа и представьте, что рейк нашего мотоцикла равен 25°. Тогда сила, которая воздействует на переднюю вилку мотоцикла, будет равна силе торможения (breaking force) умножить на синус угла рейка. Для наглядности возьмем до смешного малую силу торможения в 1 ньютон. Тогда наш расчет быдет выглядеть следующим образом: 1*sin(25)=0,4226 или 42,26%. То есть, 42 % от силы торможения распределяется на вилку и давит на пружины и масло. А теперь подставим реальные цифры. Представим, что ваш вес равен 100 кг., а мотоцикл весит 165 кг. Сила торможения = масса*ускорение. Нажав на тормоз, вы легко можете достигнуть замедления в 1G, то есть, в 9 м/с?. В этом случае сила торможения: 265 кг *9 м/с?= 2385 ньютонов. Если 42% от этой силы давят на пружины и масло мотоцикла, вилке приходится справляться с усилием около 1000 ньютонов, что равняется 100 кг. веса. Как будто вы перенесли на вилку мотоцикла весь вес своего тела — вот почему мы чувствуем клевок.

Первый выстрел в войне с клевками произвел концерн Honda, когда в 1969 году инженерами этой компании была разработана система TRAC («Torque Reactive Anti-Dive Control»), но использовалась она в конструкции единичных мотоциклов вплоть до 80-х годов прошлого века. В те времена гидравлика передней вилки мотоцикла находилась во взаимодействии с гидравликой тормозов и больше всего запомнилась по Kawasaki GPZ900R, антиклевковая система которого была названа AVDS («Automatic Variable Damping System» — «Автоматически Изменяемая Система Демпфирования»).

AVDS состояла из дополнительного гидравлического цилиндра, расположенного внизу каждого из перьев вилки и соединенного с суппортами. Идея заключалась в том, чтобы использовать давление тормозной жидкости, возникающее в суппортах, для того, чтобы через плунжер закрыть клапан, перекрывающий проход вилочному маслу, и тем самым увеличить жесткость вилки. Более жесткая подвеска уменьшала клевки.

Звучало неплохо, но многие невзлюбили эту систему за одну особенность поведения мотоцикла на плохих дорогах. При торможении на разбитой дороге поездка на мотоцикле больше напоминала падение с лестницы, поскольку все неровности дороги через жесткую вилку передавались на раму мотоцикла и, конечно же, на ездока. Также это создавало повышенную нагрузку на сальники вилки мотоцикла, что приводило к необходимости их частой замены. С тех пор эти детские болезни были устранены, а наработки тех лет зачастую используются в конструкции вилок современных мотоциклов.

TRAC.

Хондовская система TRAC несколько отличалась от AVDS Кавасаки. По мнению Honda, гидравлические системы имеют два основных недостатка. Во-первых, дополнительная гидравлическая магистраль давала эффект «ватности» тормозов. Во-вторых, такие системы взаимозависимы друг от друга. Поэтому инженеры Honda решили, что их система должна приводиться в действие через поворот самого тормозного суппорта. Это делало систему абсолютно независимой от тормозного контура. Тормозные суппорта не был жестко закреплены на перьях, а находились на подвижных скобах. При нажатии на тормоз сила трения, возникающая между тормозными колодками и тормозными дисками, сдвигала суппорта, суппорт давил на клапан антиклевковой системы, установленный непосредственно в перья мотоцикла. Примерно таким же образом работали системы Yamaha и Suzuki, но Хондовская система выгодно отличалась от конкурентов тем, что сносно работала на разбитых дорогах. Все дело в том, что клапан системы TRAC был плавающим и удерживался на своем месте при помощи пружины. Таким образом, при наезде на кочку, масло успевало заполнить пространство за клапаном, что фактически отключало систему. Умно, да?

Продолжаем цикл статей по электронным системам современных мотоциклов. Предыдущие вы можете найти в моих постах. На этот раз подошла очередь поговорить об электронных подвесках. Тема достаточно сложная, подробное описание было бы целой монографией с большим количеством математики, поэтому буду сильно сокращать и упрощать, делая упор в основном на практических аспектах.

Для начала разберемся, что такое «электронная подвеска», и при чем тут вообще электроника. Тем более, что в этой области есть определенная путаница в названиях, то она «электронная», то «адаптивная», то «активная», то еще что-то в этом роде. Вообще говоря, электронику в подвесках можно применять разными способами, что создает несколько совершенно разных типов электронных подвесок:

• Электронно-регулируемая подвеска.
• Полуактивная подвеска, она же адаптивная.
• Активная подвеска..

Начнем с самого простого, а именно с электронно-регулируемой подвески. Это на самом деле обычная регулируемая подвеска, но вместо ручной регулировки применяются электроприводы, которые управляются блоком электроники. Это наиболее простой и наиболее распространенный вариант, типичный его представитель — BMW ESA. По принципу работы, и по принципу регулирования такая подвеска ничем не отличается от обычной, но для того, чтобы изменить ее настройки, не нужно крутить руками, достаточно просто нажать пару кнопок. Чаще всего настройки такой подвески завязаны с режимами езды мотоцикла, а также можно выбрать нагрузку, например езду с пассажиром. Никаких дополнительных датчиков, кроме, собственно датчиков положения регуляторов, там нет, да и не нужны. Такая подвеска довольно удобна, но по своим свойствам, и по диапазону регулирования она ничем не отличается от обычной. Регулировка происходит достаточно медленно, и иногда можно слышать жужжание привода. Чаще всего такая подвеска регулируется не плавно, а заранее заданными «ступеньками», которые могут быть завязаны на другие режимы мотоцикла, или на заранее предустановленные градации нагрузки, типа один, с багажом, с пассажиром, с пассажиром и багажом. Но если залезть в меню, то можно выставить подвеску более точно (не на всех мотоциклах).

Устроено это примерно вот так, на примере ESA:

Видно, что все регулировки на своих обычных местах, но вместо ручных крутилок установлены сервоприводы, большой занимается предварительным поджатием, где нужен большой момент, а двигатели поменьше регулируют демпфирование сжатия и отбоя. Вот этот большой привод и жужжит своим редуктором.

На Гусе ESA отлично работает, и ее разные положения очень неплохо чувствуются. Это удобно, едешь по трассе — поставил одни настройки, съехал на грунт — другие, для этого даже не надо останавливаться.

Но надо понимать, что электронно-регулируемая подвеска не дает ничего, кроме удобства. Впрочем, очень многие мотоциклисты ленивы, и вообще никогда не регулируют подвеску, которая всегда находится в некоем среднем положении, заданном с завода. Вот такому человеку электронное регулирование может помочь использовать мотоцикл более полноценно, потому что нажать пару кнопок может любой, а часто вообще ничего не надо делать, достаточно просто переключить режим езды, и подвеска придет в наиболее подходящее для этого режима положение.

Но, как вы сами понимаете, никакого особенного волшебства в электронно-регулируемой подвеске нет. Для того, чтобы добавить это самое волшебство в подвеску, надо делать что-то гораздо более сложное.

В идеале, конечно, нужно вообще избавиться от стандартной схемы задемпфированного упругого элемента, и сделать так, чтобы подвеска перестала быть колебательной системой. Вместо этого положение неподрессоренной массы нужно контролировать непосредственно, заставив его полностью следовать всем неровностям дороги, и сохраняя более или менее неподвижное положение подрессоренных масс. По сути дела нужно сделать обычный стабилизатор, примерно такой же, какой стабилизирует, например, положение танковой пушки. Или объектива видеокамеры. То есть сделать активную подвеску.

Этого можно достичь, поставив между неподрессоренной и подрессоренной массой какой-то достаточно быстродействующий и мощный линейный двигатель (актуатор). Если дополнить его акселерометром на подрессоренной массе, и включить этот акселерометр в контур отрицательной обратной связи, который будет управлять усилием на этом актуаторе, можно (в теории), добиться очень хорошей работы подвески в любых дорожных условиях и в любых ситуациях. Система управления будет управлять усилием, просто пытаясь обнулить вертикальные ускорения подрессоренной массы, а минимальные ускорения неподрессоренной массы — это и есть главная задача подвески, как таковой.

Такой актуатор может быть гидравлическим, то есть по сути обычным гидроцилиндром. Естественно, что при этом понадобится достаточно мощная гидравлическая помпа, и достаточно быстродействующая система клапанов. Такая система может быть даже не электронной, а сугубо механической, и такие системы известны еще с 50-х годов. Конечно же, одного актуатора недостаточно (его возможности по отработке мелких неровностей ограничены быстродействием как самого актуатора, так и задержками контура управления), поэтому дополнительно ставится еще и упругий элемент, например пружина или воздушная подушка. Интересно тут то, что этот упругий элемент может ставиться не непосредственно, а в качестве гидроаккумулятора.

Можно также поставить электрический актуатор, как например, в маглевах.

Актуатор активной подвески может (теоретически) устанавливаться вместо всех остальных элементов, таких как упругий элемент и демпфер. Но на практике обычно работает либо последовательно, либо параллельно с «обычными» элементами, и служит для того, чтобы добавлять нужный импульс в нужный момент. Существует огромное количество различных схем, позволяющих применять внешнюю энергию к подвеске, но все они достаточно громоздки и сложны, так что актуальны в основном для автомобилей.

Активная подвеска имеет массу преимуществ, и может работать просто идеально, лучше, чем любой другой тип подвески. Помимо этого она может выполнять и дополнительные функции, например поднимать и опускать корпус ТС, выравнивать его, наклонять для удобства посадки и высадки, и много чего еще.

Минусов тоже много. Во первых, такая подвеска весьма большая и тяжелая, поскольку кроме самого актуатора требуется также достаточно мощный источник энергии для его работы. Сама эта энергия тоже должна откуда-то браться. Эта подвеска также весьма сложна, и конечно же, из-за своей сложности не очень надежна.

Для мотоциклов активная подвеска слишком тяжела, и требует слишком много энергии, поэтому не применяется. Однако, для мотоциклистов не все потеряно, потому что помимо настоящей активной подвески существует также полуактивная, или адаптивная схема.

Механическая схема полуактивной подвески практически не отличается от обычной, и точно так же содержит упругий элемент, и демпфер, который может демпфировать сжатие и отбой. И так же как в электронно-регулируемой схеме, регулировка предварительного поджатия и демпфирования выполняется при помощи электроприводов. Механически полуактивная подвеска вообще почти не отличается от электронно-регулируемой, и как правило, полуактивные подвески и делаются на основе обычных подвесок с электронным регулированием.

Базовый принцип работы полуактивной подвески в общем-то ясен из ее второго названия, мы же помним, что она является адаптивной. Если снабдить подвеску датчиками ускорений на подрессоренной и неподрессоренной массе, а также датчиком положения штока демпфера, то в любой момент времени можно получить достаточно полную информацию о происходящем как с подвеской, так с и транспортным средством вообще. Если постоянно анализировать эту информацию, то можно динамически подбирать настройки подвески, исходя из текущих условий движения. Это и есть, собственно, адаптация.

Конечно же, для того чтобы адаптация работала хорошо, и была достаточно полезной, быстродействие регуляторов подвески должно быть достаточно большим. Обычно этого не требуется для предварительно поджатия (да его и все равно нельзя сделать быстро, не применяя излишне мощных приводов), но регулировка демпфирования должна быть весьма быстрой.

Такая регулировка может быть сделана двумя способами. Первый — это динамически управляемая система клапанов, работающая примерно так же, как и при обычной регулировке, только побыстрее.

Есть и второй способ — можно динамически менять вязкость самой жидкости в демпфере, пользуясь тем, что существуют магнитореологические жидкости, меняющие свою вязкость в зависимости от напряженности магнитного поля. Звучит сложно, но по факту это просто взвесь мелких (очень мелких) намагничивающихся шариков в масле. Если залить такую жидкость в обычный амортизатор, и надеть на него катушку электромагнита, то можно получить амортизатор, который будет менять свои характеристики в очень широком диапазоне, просто следуя за силой тока в этой катушке.

На мотоциклах применяется гидравлическая схема динамического регулирования, основой которой служит достаточно обычный конический клапан, управляемый соленоидом. В зависимости от положения, он меняет свою пропускную способность, и тем самым может регулировать демпфирование. Поджатие пружины регулируется как обычно, при помощи сервопривода, то есть обычного моторчика с редуктором. Может быть кто-то и будет применять магнитный способ регулирования демпфирования, но пока что мне о таких решения не известно. Хотя магнитная схема имеет свои преимущества, и в общем-то более надежна. Возможно, она будет применяться на задних амортизаторах.

В отличие от электронно-регулируемой подвески, полуактивная подвеска также снабжена набором датчиков. Это акселерометры на неподрессоренных массах, в случае мотоцикла на пере вилки и на маятнике задней подвески. Также устанавливаются акселерометры подрессоренной массы, их как правило два, один установлен в передней части рамы, над передней подвеской, второй обычно располагается около центра масс мотоцикла, и часто это просто часть IMU, то есть часть инерциальной платформы, которая нужна, например, для углового АБС, управляемого вилли и стоппи, и тому подобных вещей. Амортизаторы подвески также снабжаются датчиками положения штока, чтобы управляющая электроника могла понимать текущее состояние подвески, реагировать соответственно.

Также, естественно, у подвески имеется собственный ECU, к которому подключены все эти датчики, а также клапаны регулирования и приводы предварительного поджатия. Этот ECU связан с другими электроными системами мотоцикла, или даже может быть частью общих мотоциклетных «мозгов» (чаще нет, потому что подвеску делают отдельные компании).

Кроме того, к ECU подвески подключается датчик давления передней тормозной магистрали, я потом расскажу, зачем это нужно.

В процессе езды электроника постоянно анализирует данные, поступающие с акселерометров, и подстраивает подвеску (фактически, демпфирование сжатия и отбоя), исходя из результатов этого анализа. По характеру колебаний подвески можно с определенной долей уверенности судить от том, по какой именно дороге в данный момент едет мотоцикл, и настроить демпфирование соответствующим образом. О результатах этой подстройки можно судить по колебаниям подрессоренных масс, их, конечно же, нужно сводить к минимуму. Подвеска при этом работает как обычно, но естественно, ее характеристики постоянно, и достаточно быстро меняются. Этот процесс также зависит от текущего режима езды, установленного мотоциклистом. В спортивном подвеска будет настраиваться в одном диапазоне, в дорожном в другом, в эндуро в третьем, и т.д. Кроме того, режим езды также может влиять на настройку предварительного поджатия, она конечно же не меняется на постоянной основе (этот процесс слишком медленный), но может быть выставлена при смене режима.

Сама по себе адаптация подвески под текущие условия весьма полезная вещь, и она избавляет мотоциклиста от необходимости настраивать подвеску, щелкая кнопочками, тем более что электроника, располагающая более полными данными, и запрограммированная специалистами, может справиться с этой работой даже лучше, чем средний мотоциклист. Но согласитесь, это тоже звучит как-то скучновато, и никакого особенного волшебства тут тоже нет, ну адаптируется подвеска, и что? Хочется же, чтобы она работала так же волшебно, как работает настоящая активная, то есть чтобы она не просто адаптировалась под текущие условия, но и была активным стабилизатором. И к счастью, это в определенной степени возможно даже при полуактивной схеме подвески. Давайте разберемся, что тут можно сделать.

Самое главное техническое отличие полуактивной подвески от обычной электронно регулируемой — как раз в клапане, регулирующем демпфирование. Вместо того, чтобы медленно крутить шаговичком нечто вроде жиклера, в полуактивной подвеске соленоид перемещает конусный клапан, и он может перемещать его довольно быстро. Быстро — это значит примерно 10 мс на перемещение от одного крайнего положения в другое. Вообще говоря, это быстрее, чем обычно перемещается сам шток демпфера, то есть такой клапан уже можно использовать не только для подстройки, но и для динамического управления уже в процессе каждого отдельного хода подвески. Это конечно не настоящий актуатор активной подвески, но при должном подходе может получиться что-то очень похожее — регулируя сечение клапана на каждом ходе подвески, можно достичь практически полного управления усилием.

Второе отличие тоже очень важно. Оно в том, что диапазон регулировани демпфирования в полуактивной подвеске может быть гораздо больше, чем в обычной. Например, раз в 10. Вот, например, как это выглядит в подеске Ducati Multistrada:

Конечно же, обычной подвеске, даже если она регулируется электроникой, такие диапазоны не нужны, мало того, они и вредны. В большей части этих диапазонов подвеска вообще по сути дела перестает работать, становясь либо простой пружиной без демпфирования, либо наоборот — ломом, практически без амортизации. Но если у нас реализовано динамическое управление (а не просто адаптация), то эти большие диапазоны становятся очень интересными, потому что именно они как раз и позволяют извлечь из обычной схемы такой результат, который скорее свойственен активной схеме подвески. Как раз потому, что появляется возможность на короткий период времени загнать характеристики демпфирования туда, куда в обычной подвеске они не попадут никогда.

Так что же такое это динамическое управление полуактивной подвеской, и почему оно так важно?

Для начала рассмотрим специфические ситуации.

При экстренном торможении мотоцикла очень важно как можно быстрее нагрузить переднюю подвеску, то есть перенести вес мотоцикла на переднее колесо, потому что только после этого передний тормоз может по настоящему включиться в работу. Как мы помним, ECU подвески получает данные с датчика давления передней тормозной магистрали, и это дает возможность определить момент начала торможения, и немедленно «зажать» переднюю подвеску при помощи клапана, регулирующего демпфирование сжатия. Так как это происходит очень быстро, подвеска быстро загружается, и можно спокойно тормозить. Причем, что важно, степень этого «зажатия» может быть очень большой, мы же помним, что регулировка демпфирования имеет очень большой диапазон, и может превратить подвеску буквально в лом (этого невозможно достичь обычной регулировкой). Конечно же, подвеска становится столь жесткой только на очень короткий период времени, но этого вполне достаточно для правильного начала торможения. Это, собственно, и есть антиклевковая функция электронной подвески, она особенно важна на мотоциклах с АБС, потому что АБС и передняя подвеска при резком торможении могут создать резонансную пару. Таки образом, мотоцикл с современной полуактивной подвеской не только не «клюет» при торможении, но и позволяет тормозить более эффективно, и применять более простые техники торможения.

Аналогично подвеска может предотвратить проседание задней подвески при резком разгоне. Момент разгона определяется при помощи IMU, и задняя подвеска точно так же временно «зажимается».

Естественно, что для правильной реакции данных с датчика давления или акселерометра недостаточно, чтобы реагировать правильно и безопасно, используются также данные положения штока демпфера, то есть положения самой подвески.

Но это все частные случаи, хотя и безусловно очень полезные. Динамическое управление работает не только в этих случаях, вообще говоря оно работает всегда, и очень сильно улучшает качество и возможности подвески мотоцикла. Давайте рассмотрим эту работу более подробно.

Как я уже писал, клапаны, регулирующие демпфирование подвески, имеют весьма высокое быстродействие, порядка 10 мс на полную перекладку клапана. То есть, клапан может работать с частотой примерно 50 Гц. Это весьма большая частота, которая позволяет управлять демпфированием подвески непосредственно в процессе каждого ее хода, если конечно эти колебания подвески имеют частоту, скажем, не более 25 Гц. То есть, мелкие частые неровности подвеска отрабатывает как обычно, но при возникновении более крупных препятствий подвеска, фактически, превращается в активную, то есть может отрабатывать эти препятствия, как активный стабилизатор.

Работает это примерно так же, как и на настоящей активной подвеске, только исполнительным органом становится не актуатор, задающий усилие на подвеске, а гидравлический клапан, задающий степень демпфирования.

Так же как в активной подвеске, существует контур обратной связи, в который включаются данные акселераторов, и демпфирование изменяется постоянно, непосредственно реагируя на колебания подвески. И вот тут начинаются интересные подробности. Вообще говоря существует несколько основных алгоритмов работы активной или полуактивной подвески, которые очень сильно влияют на ее поведение, и на то, что ощущает мотоциклист. Главных из них два:

• Skyhook
• Groundhook

Я не буду вдаваться в математические подробности, но у этих алгоритмов есть принципиальные различия. Skyhook в первую очередь предназначен для того, чтобы минимизировать колебания подрессоренных масс, фактически контур обратной связи пытается обнулить эти колебания, насколько это возможно. Groundhook, напротив, ориентирован в первую очередь на то, чтобы колесо максимально точно следовало дороге. Именно поэтому они так и называются, первый как бы подвешивает мотоцикл в воздухе, второй «приклеивает» колеса к дороге. Конечно же, они не используются в чистом виде, реальные алгоритмы скорее что-то среднее, тем не менее, есть два четких направления, по которым идут создатели электронных подвесок для мотоциклов, и они достаточно сильно различаются на практике.

Самым известным вариантом полуактивной подвески является, конечно же, DSS, то есть Ducati Skyhook System, который Ducati делает вместе с компанией Sachsс 2013 года. Именно применение алгоритма Skyhook в управлении подвеской и делает Multistrada столь комфортной, при этом без малейшей потери управляемости и спортивности на асфальте. Однако, при езде по грунту DSS показывает себя не с самой лучшей стороны, фактически на грунте активность подвески никак себя не проявляет.

В подвеске WP, которая устанавливается на KTM SAS, Triumph Tiger, и некоторые другие мотоциклы, подход прямо противоположный — основой является алгоритм Groundhook. Этот алгоритм держит колеса на дороге, и обеспечивает заметно лучшую управляемость в сложных условиях, особенно на грунтовках, но гораздо менее комфортен.

Надо понимать, что ни один из этих подходов не лучше и не хуже другого, а технически эти подвески устроены вообще практически идентично, разница только в алгоритмах активного регулирования. Просто компании ставили перед собой несколько разные цели, и соответственно, получили различающийся результат.

Есть также случаи, когда полуактивная подвеска практически является именно адаптивной, не извлекая каких-то заметных преимуществ от динамического управления. Как ни странно, это BMW Dynamic ESA, где слово «динамический» вынесено аж в название. Причем в случае обычной кинематики подвески, например на S100XR, работа D-ESA чувствуется хотя бы в антиклевковой функции, а вот в случае Telelever гуся D-ESA фактически работает как обычная адаптивная подвеска, работа динамических алгоритмов почти не заметна. Впрочем, это может быть связано с самой кинематикой телелевера.

Конечно же, работа динамических алгоритмов сильно связана с выбранным режимом езды. Однако, влияют не только режимы. Наиболее современные системы также связаны с IMU, и могут также изменять свое поведение в поворотах, в том числе выступая в качестве активного стабилизатора. В сочетании с антиклевковой функцией, это достаточно сильно улучшает активную безопасность мотоцикла.

На данный момент системы электронных подвесок на мотоциклах уже достаточно развиты, хотя все еще относятся к первому поколению. Они вполне способны очень сильно изменить поведение мотоцикла, ощущения от езды, и сделать мотоцикл заметно более безопасным, особенно в сочетании с другими электронными системами. Наилучших результатов обычно достигают совместные действия производителя подвески и производителя мотоцикла — подвеска достаточно тщательно настраивается на конкретный мотоцикл, и интегрируется с другими его системами. Однако, вполне доступны комплекты полуактивных подвесок, которые можно установить на модели, на которых полуактивная подвеска никогда не предусматривалась. Например, елка делает комплект апгрейда для Multistrada 1200 2010 модельного года.

Вообще говоря, если вы видите, что мотоцикл оснащен электронной подвеской, это далеко не всегда означает одно и то же. Есть подвески, полностью реализующие возможности электронного управления, то есть имеющие в своем составе алгоритмы обратной связи, и являющиеся действительно полуактивными. Это, например подвески Ducati, KTM и Triumph. Причем, в них используются разные алгоритмы, и не стоит ждать от подвески WP на KTM лучшего комфорта, применяемый там алгоритм улучшает сцепление колес с дорогой, но на неровностях вас все так же будет потряхивать. Есть подвески, которые ограничиваются только адаптивными алгоритмами, таких, собственно, большинство, и самая известная из них — D-ESA. Обычно они построены на основе электронно-регулируемых подвесок, то есть не имеют быстродействующих клапанов, и применять алгоритмы обратной связи на них просто невозможно. Например, подвески Ёлинз относятся именно к этой категории. Но и у таких адаптивных подвесок тоже есть различия. Такие как D-ESA, используют набор акселерометров на колесах, для того, чтобы определять свойства дорожного покрытия, и подстраиваться под него. Другие, например Ohlins Mechatronics, вообще не имеют датчиков, и полагаются на «мозги» мотоцикла, которые могут выбирать режим подвески, например исходя из манеры езды мотоциклиста.

Позвольте теперь закончить тем, с чего, собственно и начал, то есть с краткой классификации электронных подвесок, на фоне вышесказанного она будет более понятна.

1. Обычная подвеска. Состоит из двух основных элементов, упругого (то есть накопителя энергии) и демпфера (он как раз отводит энергию).Самая главная проблема обычной подвески — весьма узкий диапазон работы, заданный, собственно, ее схемой и конструкцией.
2. Регулируемая подвеска. Отличается от обычной тем, что основные параметры подвески можно регулировать, в некоторых пределах, на самом деле не очень больших. Обычно регулируется предварительное поджатие, демпфирование сжатия и отбоя, по отдельности, и иногда еще рабочий ход пружины (то есть жесткость подвески). Такое регулирование позволяет довольно сильно расширить возможности подвески, сдвигая достаточно узкую рабочую область в пределах более широкого диапазона, и подстраивая ее к предполагаемым условиям езды.
3. Электронно-регулируемая подвеска. Отличается от регулируемой тем, что регулировка производится дистанционно, при помощи сервоприводов. Конструкция, диапазоны регулирования и все остальное не отличаются от обычной регулируемой подвески, да и работает такая подвеска точно так же. Но возможности еще более расширяются, потому что регулировка может быть произведена очень быстро и просто, в том числе путем простой смены режима езды. Можно также назвать эту подвеску дистанционно регулируемой.
4. Адаптивная подвеска. Отличается от электронно-регулируемой тем, что регулировка может производиться автоматически, в зависимости от тех или иных условий. Это могут быть достаточно простые варианты, которые настраиваются исходя из режима езды, и каких-то действий мотоциклиста. Например энергичной или плавной езды, скорости, входа в поворот (если есть связь с IMU), и т.д. Могут быть и более сложные варианты, которые анализируют непосредственно работу самой подвески, при помощи дополнительных датчиков, установленных на мотоцикл, обычно это акселерометры на неподрессоренных массах, и датчики хода штоков демпферов. Такая подвеска может подстраиваться уже к конкретному дорожному покрытию. Механическая и гидравлическая схема такой подвески практически не отличается от обычной. Регулировка (адаптация) происходит примерно с той же скоростью, как и на дистанционно регулируемой подвеске, как правило используются обычные клапаны с приводами от шаговых двигателей.
5. Полуактивная подвеска. Конструктивно отличается от предыдущих вариантов использованием гораздо более быстродействующих клапанов регулировки демпфирования, кроме того эти клапаны имеют на порядок больший диапазон регулировки. Схема управления включает в себя обратную связь между акселерометрами на подрессоренной или неподрессоренной массе, и клапанами регулировки демпфирования, а также включает в себя те или иные алгоритмы динамической стабилизации. Быстродействие электроники позволяет использовать непосредственное управление демпфированием в процессе каждого рабочего хода подвески. Как правило используются дополнительные алгоритмы, предотвращающие клевок при торможении, проседание, и т.д. Некоторые версии также могут стабилизировать мотоцикл в поворотах, то есть имеют обратную связь не только с акселерометрами, но и с гироскопами IMU.

Это конечно очень условное деление, встречаются и такие конструкции, которые сложно отнести к какой-то конкретной группе из перечисленных. Например, некоторые варианты Touratech имеют быстродействующие клапаны, но не используют алгоритмы обратной связи, и не имеют связи с акселерометрами. Такая подвеска технически устроена как полуактивная, а работает примерно как электронно-регулируемая. Однако она имеет датчики перемещения штоков, и может быстро реагировать на резкие перемещения, довольно сильно расширяя диапазон работы.

И надо понимать, что электронное регулирование — это особенность самой подвески, а вот адаптивность, и тем более активная стабилизация — это уже свойства системы подвеска-мотоцикл. Одна и та же подвеска типа Oilins Mechatronics может быть как дистанционно-регулируемой при установке в качестве афтермаркета, так и адаптивной, если ставится как сток и интегрируется с ECU мотоцикла (как, например, на Multistrada 2010).

По всей видимости, по мере развития этой темы, полуактивные подвески постепенно будут вытеснять обычные (что уже произошло на топовых моделях). Причина примерно та же, что и с карбюраторами — для того, чтобы достигать хороших характеристик, обычные подвески нужно делать очень сложными механически, уже существуют варианты, в которых несколько разных гидросхем работают совместно, переключаясь в зависимости, например, от скорости перемещения штока. Понятное дело, что есть вполне естественные пределы такого рода усложнений, тем более что и настраивать такую систему тоже очень сложно (можно вспомнить те же карбюраторы последних серий). В полуактивной подвеске таких же и даже лучших результатов можно достичь, просто модифицируя алгоритмы работы. В конечном итоге полуактивная подвеска будет просто дешевле и легче, чем такая же традиционная.

Следующая статья будет про Cornering ABS.

Рулевые демпферы.

Как уже было сказано, при небольших значениях рейка вилки, мотоцикл легко и быстро рулится, но страдает отсутствием стабильности на малых скоростях. Это не является большой проблемой на спортбайках, которые требуют точного управления, и при этом передвигаются довольно быстро. Проблемы начинаются, когда вы наезжаете на достаточно большую кочку. Вилка мотоцикла сжимается, колесная база уменьшается, мотоцикл теряет стабильность, переднее колесо пляшет из стороны в сторону. И так до того момента, как вилка не разожмется, и колесная база не вернется к своей первоначальной длине.

Как только это происходит, гироскопический эффект, возникающий на переднем колесе, заставляет мотоцикл «мотать головой». Гироскопический эффект заставляет переднее колесо мотоцикла болтаться из стороны в сторону. В ряде случаев руль болтается так сильно, что задевает грипсами бензобак мотоцикла. Обычно все это заканчивается хайсайдом, когда мотоцикл выбрасывает ездока вперед, через себя.

В свое время такое поведение мотоцикла послужила причиной для отзыва партии Suzuki TL 1000S по окончании пары недель после того, как они попали на витрины мотосалонов. И эта же причина заставила инженеров заняться разработкой рулевых демпферов для мотоциклов.Рулевой демпфер — отличная вещь для использования на треке и если вы не до конца доверяете своему мотоциклу. Всего существует два основных вида рулевых демпферов: линейный и роторные. Линейные демпферы представляют из себя гидравлический цилиндр и шток с поршнем, онда из сторон крепится к рулю мотоцикла, другая — к раме. Такие демпферы по своему внешнему виду походи на амортизаторы и не включаются в работу при нормальной езде, но, как только начинается расколбас, демпфер принимает на себя большую часть нагрузки.

Также встречаются роторные рулевые демпферы. Они крепятся на рулевую колонку мотоцикла над подшипником и работают за счет увеличения силы сопротивления рулевой колонки резким движениям влево-вправо. Сопротивление достигается гидравликой демпфера. Просто попробуйте ударить кулаком по одной из ручек руля при установленном рулевом демпфере — и поймете принцип его работы.

Подвеска мотоцикла — передняя вилка.

Конструктивно телескопические вилки современных мотоциклов являются эволюцией рычажной вилки — так называемой вилки «Гирдер». Гирдер был одной из первых попыток улучшить контроль над вилкой мотоцикла, но он имел один серьезный минус: при наезде на кочку колесная база мотоцикла уменьшалась, что приводило к потере стабильности. Этот недостаток преследует различные конструкции передних подвесок мотоциклов и сейчас, поэтому у вас есть шанс поймать расколбас даже на современном мотоцикле. Вскоре появится статья по передним подвескам, а пока переходим к задним.

Путём прогресса

Не стоит думать, что современные конструкции подвески мотоциклов идеальны — у них есть множество недостатков, которые вызваны применением компромиссных решений. За счёт этого инженеры многих крупных компаний ведут работу в направлении разработки принципиально иной подвески мотоцикла. Так, пару лет назад была представлена комфортабельная и удобная в управлении пневматическая подвеска, однако пока не удалось решить проблемы, связанные с её надёжностью — в баллоны попадает слишком много пыли и грязи. Кроме того, многие инженеры пытаются адаптировать автомобильную двухрычажную подвеску, которая имеет почти идеальную кинематику. Однако единственным относительно удачным экземпляром, в котором получилось реализовать эту идею, является сверхтяжёлый Dodge Tomahawk со стоимостью, измеряющейся в миллионах долларов.

Задняя подвеска мотоцикла.

Два амортизатора, обычный маятник.

Вариант подвески мотоцикла, который стал классическим. Н-образный маятник, прикрепленный одним концом к раме мотоцикла, амортизаторы с пружинами крепятся напрямую к маятнику. Это все, на что вы могли рассчитывать при покупке практически любого мотоцикла в течение долгих лет его эволюции. Этот вид подвески стал оттесняться другими видами только в 80-х годах, когда стали доступны высокопрочные материалы, позволившие перейти к другой геометрии задней подвески. Но этот немного устаревший дизайн до сих пор встречается на многих современных мотоциклах. Минусом такой подвески является ее гибкость при экстремальной езде. Этот недостаток может быть устранен только увеличением жесткости всей конструкции, следовательно, увеличением неподрессоренной массы, мешающей полноценной работе подвески.

Моноамортизатор, старая конструкция, обычный маятник.

Первая система подвески с моноамортизатором появилась на гоночных мотоциклах в 1977 году. Вообще-то в качестве экспериментов такой вид подвески то возникал, то пропадал аж с 1930-х годов, но в массовое производство пошел только в начале 1980-х.

Авторство самого термина «моноамортизатор» принадлежит Ямахе (Хонда, к примеру, использовала термин «Про Линк»). Основное преимущество заключалось в возможности уменьшить вес мотоцикла путем перестройки геометрии задней подвески мотоцикла и устранения одного из амортизаторов. Сам амортизатор по-прежнему крепился напрямую к маятнику, но располагался по центру, почти горизонтально.

Моноамортизатор, новая конструкция, обычный маятник.

Новая конструкция задней подвески предусматривала крепление моноамортизатора не напрямую к маятнику, а через систему соединений.

В конструкцию добавилась прогрессия, а сам амортизатор стал располагаться более вертикально, что положительно сказалось на его функциях, а «клетка» сложной конструкции была заменена на обычный Н-образный маятник. Для разработки такой конструкции инженерам понадобилось лишь немного больше сварки и более крепкий материал.

Моноамортизатор, маятник с консольным креплением заднего колеса.

Вершина эволюции задних подвесок мотоциклов на сегодняшний день — это моноамортизатор с консольным маятником. Это суперлегкая и супержесткая конструкция, которая используется, к примеру, на Honda VFR800.

Основным преимуществом такой конструкции является возможность быстрой замены заднего колеса мотоцикла. Это преимущество не так заметно, если вы выезжаете на своем мотоцикле покататься только по выходным, но механики гоночных команд Moto-GP оценили экономию времени на эту процедуру. Консольный маятник должен быть изготовлен из высокопрочных материалов и иметь выверенную конструкцию, поскольку вся нагрузка ложится на одно единственное плечо. Если классические маятники должны, в основном выдерживать нагрузки на изгиб, то консольный маятник также должен держать нагрузки на скручивание. Именно поэтому маятники такой конструкции по своей форме достаточно массивные и имеют несколько ребер жесткости.

Виды подставок для мотоцикла

На сегодняшний день подкаты зарекомендовали себя как очень удобные устройства для ремонта и сервиса байка. Каждый владелец мотоцикла, который сталкивался с ремонтом своей техники, задумывался о приобретении такого устройства. Подкат позволяет владельцу железного коня установить его очень устойчиво для проведения ремонта. Очень удобен подкат при замене колеса — он позволяет вывесить мотоцикл и тем самым легко снять колесо.

Можно сказать, что самодельный подкат — это подставка под мотоцикл своими руками, только без стола. При наличии колес подъемник легко перемещается в заданное место для проведения ремонта. Малые габариты устройства позволяют использовать его в местах с ограниченным пространством.

Виды подставок:

• задняя — для обслуживания задней части мотоцикла;
• передняя — для обслуживания передней части мотоцикла.

Подъемник переднего типа имеет в комплекте адаптер, который позволяет свесить колесо для проведения ремонта. Адаптер подбирается под конкретную модель байка. Такой подкат подходит для ремонта передней вилки. Сделанный своими руками подкат для автомобиля идеально подойдет для хранения машин в зимний период. Он обладает простой конструкцией и не требует особых знаний для работы с ним.

Немного более конструктивно сложен подкат заднего типа. Он представляет устройство L-образной конструкции с ручкой. Оснащается фиксаторами, задача которых, надежно удерживать колесо. Ширина фиксаторов подбирается под конкретное колесо. Такие подкаты в основном используют ремонтные сервисы, так как они позволяют поднимать вес до 300 кг. С помощью такого подката можно вывесить мотоцикл таким образом, чтобы подвеска была максимально разгружена. Благодаря такой возможности довольно просто заменить цепь.

Один амортизатор или два? Вспенивание масла в амортизаторах.

В старые-добрые времена на всех мотоциклах стояло по два задних амортизатора. В ходе эволюции конструкцию из двух амортизаторов сменил моноамортизатор. Вопрос: почему?

А ответ достаточно прост. В системе из двух амортизаторов они расположены достаточно близко к заднему колесу. Это означает, что поршень внутри амортизатора сдвигается практически на то же расстояние, которое проходит маятник. Крупные кочки заставляют поршень пройти расстояние в 10 сантиметров вверх, а потом вниз, что дает эффект вспенивания масла внутри амортизаторов. Когда масло по своей консистенции начинает напоминать фраппучино, амортизаторы начинают отрабатывать неровности гораздо хуже.

Система с моноамортизатором подразумевает крепление прямо у основания маятника. Маятник ходит вверх-вниз на то же расстояние, но поршень амортизатора проходит гораздо меньшее расстояние, чем в случае с парой амортизаторов. А современные системы прогрессий дополнительно смягчают нагрузку на амортизатор. Таким образом, моноамортизатор легче стправляется с крупными кочками и быстрее отрабатывает мелкие. Забегая вперед, хочется отметить, что, читая параграф о подвесках BMW вы поймете, почему крепеж амортизатора на первом Паралевере в последствии сместили к самому основанию маятника — именно потому, что первоначальная конструкция с креплением у заднего колеса не давала никаких преимуществ перед такой же конструкцией подвески с двумя амортизаторами.