Dołącz do czytelników
Brak wyników

Rowery

14 maja 2021

NR 49 (Maj 2021)

Czy rowery górskie mogą być szybsze?

0 173

Dynamika rozwoju rowerów MTB ostatnio się spłaszczyła. Nietrudno zauważyć, że największe innowacje już trafiły do wyczynowych modeli z najwyżej półki. Ale bardziej cywilne sprzęty też mogą być szybsze i bardziej komfortowe. Patrząc na sukcesję technologii, jaka ma miejsce w przypadku samochodów, to tylko kwestia czasu, aż w przeciętnych wersjach rowerów pojawią się rozwiązania dziś przeznaczone dla krezusów.

Kolarstwo górskie ma za sobą okres, który w dziejach świata odpowiadał rewolucji przemysłowej. Większość wprowadzonych rozwiązań wywołała bardzo dużą poprawę wygody użytkowania. Są wśród nich logiczne napędy 1×12, sztyce myk-myk, poprawiające pewność na zjazdach, czy zaawansowane układy tłumienia w amortyzatorach. Teraz przemysł zajęty jest ich upowszechnianiem i chwilę zajmie zanim będzie gotów na kolejny odważny skok technologiczny.
Wracając do postawionego w tytule pytania, zastanowimy się w tym artykule, czy rowery mogą być szybsze? Porównując rowery do samochodów, jako najbardziej rozwiniętej formy pojazdów kołowych, możemy zauważyć ciekawą rzecz. Jakie samochody są najszybsze? Oczywiście Formuły 1. Czy przypominają one samochody, którymi jeździmy? Absolutnie nie. Zatem już na wstępie można się domyślać, że obecnie rowery skoncentrowane na użytkowym aspekcie nie będą tak szybkie, jak wyścigowe maszyny.
Przeanalizujmy pierwsze, co dzieje się z rowerem podczas zjazdów. Problem jazdy w dół jest taki, że nie mamy aż tylu aspektów, nad którymi da się popracować. To, co tak naprawdę robimy, to hamujemy, skręcamy, pokonujemy przeszkody i sporadycznie się rozpędzamy. W związku z tym możemy popracować nad tym, żeby później hamować, szybciej pokonywać zakręty i nierówności, i efektywniej się rozpędzać. Jak to zatem osiągnąć?
 

POLECAMY

1. Rower firmy Structure Cycleworks, o futurystycznej konstrukcji ze zintegrowanym mechanizmem zawieszenia przedniego koła typu Linkage Fork.

 

2. Rower firmy Structure Cycleworks, o futurystycznej konstrukcji ze zintegrowanym mechanizmem zawieszenia przedniego koła typu Linkage Fork.


Hamowanie

Moja praca inżynierska traktowała o projektowaniu układu hamulcowego do roweru zjazdowego. Zrobiłem wtedy też dość wnikliwą analizę, czy stosowane powszechnie hamulce hydrauliczne tarczowe to na pewno najlepsza opcja. Okazało się, że bezapelacyjnie. Każdy  inny znany nam typ hamulców ma na tyle duże wady, że są bezużyteczne w kolarstwie grawitacyjnym. Zostaje (przynajmniej na aktualny stan techniki oraz możliwości materiałowo-wytwórcze) rozwój hamulców tarczowych. Co tutaj można usprawnić? Przede wszystkim możemy poprawić stabilność hamowania. Problem, który nie dotyka tak bardzo zawodników profesjonalnych, ale głównie amatorów, to zanikanie siły hamowania (z ang. fading), spowodowane przegrzaniem się układu hamulcowego, zarówno płynu, jak i zwyczajnie klocków i tarcz. Jak się przed nim bronić? Głównie tarczą, dosłownie. Moje obliczenia w pracy inżynierskiej wykazały, że ponad 90% ciepła, które wydziela się podczas hamowania, przypada na ową tarczę. To, co wydaje się sensowne, to zastosowanie przede wszystkim większego rozmiaru tarczy. Spodziewałbym się, że niedługo możemy zobaczyć tarcze nawet większe niż te zaprezentowane ostatnimi czasy przez Magurę tarcze o średnicy 220 mm i o zwiększonej z ~2 mm do 2,3 mm grubości, mając na uwadze również dynamiczny rozwój rowerów elektrycznych. Wada? Zwiększenie masy nieresorowanej. Na szczęście nie są to wartości, które możemy bardzo negatywnie odczuć. Nie bez znaczenia dla jakości hamowania jest temperatura płynu hamulcowego. Całkowita izolacja płynu od ciepła jest niemożliwa, więc można stosować takie, o jak najwyższej temperaturze wrzenia oraz… większe zaciski. Filigranowe i lekkie zaciski przeznaczone do XC nie dość, że dają mniejszą siłę hamowania, niż ich większe odpowiedniki do DH, to mają również mniejszą pojemność cieplną i powierzchnię wymiany ciepła. Zwróćmy uwagę, jak bardzo wielkością (i konstrukcją) różnią się zaciski w wyczynowych samochodach i motocyklach. Wada tego rozwiązania jest taka sama, jak w przypadku tarcz – masa nieresorowana. W związku z tym obecnie utrzymujący się trend, w którym zaciski w większości stają się czterotłoczkowe oraz większe, z pewnością jeszcze chwilę się utrzyma. Czy w takim razie jest jakiś sposób na obniżenie temperatury hamulców? Z pomocą wydają się przychodzić airducty, czyli kanały kierujące strugę powietrza na zacisk/tarczę, znane z szeroko pojętego motorsportu. Brzmi dobrze, ale niestety prędkości rozwijane na rowerze są na tyle niskie, że nawiewy tego typu nie byłyby zbyt efektywne. Sensowne wydają się za to tarcze z radiatorami, jakie oferuje Shimano i myślę, że w tej dziedzinie możemy spodziewać się rozwoju.
A co w kwestii wspomagaczy hamowania oferują motocykle czy samochody? Przede wszystkim ABS, który wspomaga przeciętnego kierowcę w skróceniu drogi hamowania. Czy to ma sens w rowerze? Według mnie nie do końca – w przypadku kolarza raczej dobrze czujemy moment, w którym przednie koło może stracić trakcję. Zresztą w wyczynowych samochodach żadnych systemów tego typu nie ma. Co prawda znane są próby wdrażania takich systemów, ale na razie odbywa się to bez większego echa.
Podsumowując, uważam, że przyszłością są większe i grubsze tarcze z różnego rodzaju radiatorami, a także zaciski, które są w stanie możliwie maksymalnie odizolować płyn hamulcowy od ciepła, mogące tym samym przejąć resztą ciepła na siebie. Może takie wydrukowane w 3D?
 

 3. Tarcza Magura MDR-P o zwiększonej grubości oraz opcji 223 mm, co znacząco zwiększa pojemność cieplną

 

Skręcanie

Skręcanie jest jednym z najbardziej skomplikowanych manewrów w dynamice jednośladów. Liczba czynników, które składają się na końcowy efekt, jest duża, a są to m.in. geometria roweru i tym samym pozycja kolarza, ustawienie zawieszenia czy opony. Wśród czynników wpływających na skręcanie od razu na myśl przechodzi trail i kąt główki. Jak wiadomo z fizyki, ów trail powoduje moment obrotowy, który w tym przypadku chce wyprostować nam kierownicę, stabilizując jednocześnie rower podczas skręcania. Im mniejszy kąt główki, tym wartość trail rośnie. Im mniejszy kąt główki, tym też koło ma większą tendencję do przechylania się na boki. Efekt? Sięgając do charakterystyk opon rowerowych, im bardziej pochylone jest koło względem podłoża i im kierownica skręcona jest o większy kąt, tym większą przyczepność opona generuje. Jak widać, to nie przypadek, że kąty główek stały się coraz mniejsze, a rowery coraz dłuższe. No właśnie, dłuższe, bo dłuższy rower, w tym samym łuku wymaga większego skrętu kierownicy oraz często mocniejszego pochylenia go w zakręcie. Ale czy istnieje granica? Myślę, że pomału się do niej zbliżamy. Rowery o bardzo dużym trailu (~150 mm) i małym kącie główki (poniżej 62o) stają się wręcz niesterowne przy niskich prędkościach, zatem optimum wydaje się kąt 63–64° z dość krótkim offsetem na widelcu. 
Oczywiście zbyt długi rower ogranicza sterowność, zwłaszcza na ciasnych trasach i daje poczucie dość bezwładnego. Jak widzicie, geometrie rowerów prawdopodobnie osiągają pomału złoty środek, ponieważ zbyt drastycznie nie zmieniły się na przestrzeni ostatnich kilku lat. Mam tu na myśli kąt główki, który dla roweru enduro, a ostatnio również i trail to ok. 64–65, odpowiednio długi reach i wysoki stack oraz stosunkowo krótki chainstay. Uważam, że w tym wszystkim kluczem do pełnego sukcesu jest wydłużenie chainstaya, przy zachowaniu pozostałych wymiarów. Ludzie również boją się długich tyłów, bo myślą, że ograniczy to zwinność. Na swoim przykładzie powiem, że niczego takiego nie zauważyłem, przesiadając się z mojej Capry XL (CS 432 mm) na Antidote’a CJ29 (CS 450 mm w dodatku z kołem 29”!). Efekt, oczywiście spotęgowany przez inne aspekty, jest wręcz zdumiewający i ma się uczucie nieskończonej przyczepności w zakręcie. Tak więc uważam, że w obecnej formie wygląda na to, że geometrie przednich trójkątów powinny się ustabilizować, ewentualnie mogą minimalnie się wydłużać, natomiast rozwojowym aspektem będzie dodanie kilku milimetrów do odległości pomiędzy osią suportu a tylnego koła.
Warto również wspomnieć o widelcach wielowahaczowych, tych brzydkich, dziwnych i podobno ciężkich ulepach. W wizjach projektantów mają zastąpić powszechnie stosowany teleskop, gdyż ten ostatni boryka się z problemami czułości na małe drgania sztywnością poprzeczną oraz zmianą geometrii w trakcie uginania się. Mechanizm w tego typu widelcu można projektować tak jak zawieszenie tylnego koła. W związku z tym, że jest to skomplikowany układ kinematyczny, konstruktor może wyciągnąć wiele korzyści. To, co najważniejsze, to np. stała długość trail; ścieżka koła, która, jak w przypadku układów tylnego zawieszenia typu high-pivot, może być lepiej dostosowana do pokonywania przeszkód oraz zmiana przełożenia układu, ponownie tak samo, jak w przypadku tylnych układów zawieszenia. Synergia wyżej opisanych cech jest w stanie poprawić prowadzenie w zakręcie, które oprócz samej kinematyki ruchu poprawia znacząco trakcję. Ale skoro tekst ten traktuje o przyszłości, to dlaczego piszę o czymś, co już jest? W zasadzie było. Niestety żaden z produkowanych na większą skalę widelców wielowahaczowych nie zadomowił się na rynku na dłużej. Dlaczego? Może zabrzmi to brutalnie, ale chyba nie jesteśmy jeszcze na to gotowi, bo konstrukcje takie są zauważalnie cięższe, nie tylko pod kątem masy, ale również wyglądu. Myślę, że kolejne lata przyniosą nam kilka ciekawych konstrukcji, które pozwolą zostać takim rozwiązaniom na dłużej.
O tyle, o ile trudno szukać inspiracji w samochodach pod kątem efektywniejszego skręcania, to możemy przyjrzeć się bliżej motocyklom. To, w co często wyposażone są motocykle, to tłumiki skrętu. Mają one niwelować efekt Shimmy, jednakże dla prędkości uzyskiwanych na rowerze górskim oraz na tak zróżnicowanym terenie, po jakim się poruszamy, jest to zjawisko wręcz pomijalne.
Nie bez znaczenia pozostaje również sztywność ramy. Przy obecnych trendach designerskich aspekt ten jest dość ograniczony, ponieważ cały czas stosowane są „płaskie”, to znaczy nieprzestrzenne w swej konstrukcji przednie trójkąty. O tyle, o ile jest to raczej złoty środek, pomiędzy masą, designem a sztywnością, to wiele potrafi zmienić układ zawieszenia. Sądzę, że będziemy obserwować rozwój zawieszenia opartego na wirtualnym punkcie obrotu wraz z krótkimi krzywkami oraz „zamkniętym” tylnym trójkątem, zwłaszcza w rowerach do cięższych zadań.
Podsumowując, żeby rowery szybciej skręcały, prognozuję wydłużenie kilku milimetrów do długości ogona. Ponadto przyszłością mogą okazać się wielowahaczowe przednie widelce, które nie tylko poprawią kinematykę skrętu, ale także zwiększą trakcję. Zwiększanie sztywności poprzecznej ramy wpłynęłoby korzystnie na prowadzenie roweru podczas skręcania.
 

4. Graficzne przedstawienie wartości trail ukazujący, jak zmienia się on zależnie od kąta główki i długości offsetu (im szerszy prostokąt, tym większy trail). 

Koła

Wraz ze wzrostem średnicy kół rośnie powierzchnia styku, a to zwiększa trakcję. Poprawia się przyczepność i w jeździe na wprost, i w zakrętach. Opony o większej średnicy zewnętrznej lepiej przetaczają się przez nierówności. Ale to nie koniec zalet. Rzadko poruszanym argumentem za wzrostem średnicy koła jest zwiększanie objętości. Opona/dętka inaczej poddaje się ugięciom, kiedy napór na ścianki może rozprzestrzenić się na większej powierzchni. Twardość narasta liniowo, co jest korzystniejsze i łatwiejsze do wyczucia przez jadącego, zwłaszcza po raptownym najechaniu na przeszkodę. Pomaga to także podczas pokonywania zakrętów. No to może opony większe niż 29” będą korzystniejsze? 
A i owszem, myślę, że gdyby wyeliminować potencjalne wady opony 32”, byłaby ona dobrym pomysłem na przednie koło. Wyzwaniem dla takiego formatu byłaby przede wszystkim jego duża masa. Negatywnie wpłynęłaby nie tylko na dynamikę napędzania, ale powiększyłaby niechybnie masę nieresorowaną oraz efekt żyroskopowy. Jako konstruktor uważam, że użycie tak dużego rozmiaru w enduro czy DH byłoby bardzo trudne, bo chcąc utrzymać sensowną geometrię, zaczęłoby brakować miejsca na koło przy kompresowaniu się zawieszenia. Także wysokość ramy (stack) znacząco musiałby wzrosnąć. Natomiast do ścigania w XC/Trail, dlaczego nie. Travis Brown – Test Menager Treka przeprowadził ciekawą rozmowę z Pinkbaikiem na temat zastosowania większych rozmiarów kół. Stwierdził w nim, że przy swoich 185 cm wzrostu, mając możliwość wykonania roweru custom oraz nabytą dotychczas wiedzę i doświadczenie, bardzo chętnie zdecydowałby się na wyścigowy rower do XC z kołami 36”. Stosowanie znacznie większych kół z tyłu, powodowałoby osłabienie i tak już mniejszej sztywności, niż w przypadku kół 27,5”. Myślę, że tutaj koła o skorupowej konstrukcji i wynikającej z tego większej sztywności mogłyby poprawić jakość prowadzenia.
Sądzę, że w rowerach typu XC/Trail, możemy się spodziewać większego rozmiaru kół, np. 32”, zwłaszcza z przodu. Zastosowanie tylnego koła o takim rozmiarze ma sens do, powiedzmy, 120 mm skoku. Później problemem okaże się ponownie geometria ramy, chyba że pomimo wszystko w dalszym ciągu jesteśmy w błędzie, a rowery powinny wyglądać jeszcze inaczej?
 

5. Graficzne przedstawienie różnic pomiędzy geometrią roweru z amortyzatorem przednim teleskopowym oraz wielowahaczowym. Wielowahacz pozwala na zachowanie nieomalże stałego traila oraz zmniejsza redukcję bazy kół podczas uginania zawieszenia.  Zawieszenie tylne oparte o krótkie ogniwa oraz z wahaczem „zamkniętym” w trójkąt poprawiającym ogólną sztywność ramy. 

 

6. Zawieszenie tylne oparte o krótkie ogniwa oraz z wahaczem „zamkniętym” w trójkąt poprawiającym ogólną sztywność ramy.

 

7. Nowy trek Session to przykład roweru z zawieszeniem o wysokim punkcie obrotu, ale z „otwartą” tylną częścią ramy.

 

8. Infografika przedstawiająca działanie układu rekuperacji energii z amortyzatorów Audi E-Rot.


Pokonywanie nierówności

W tej kwestii zostało już bardzo dużo zrobione, ale uważam, że też jeszcze bardzo dużo można zrobić. Amortyzacja rowerowa jest obecnie naprawdę na bardzo wysokim i zaawansowanym poziomie. Tłumiki nie odbiegają już znacząco od tych znanych z motocrossu czy innego typu motorsportu. Najtrudniejszą sztuką jest zapewnienie stabilności roweru, czyli dążenie do tego, żeby ten nie „zapadał się” podczas jazdy, przy zachowaniu jednoczesnej aktywności zawieszenia oraz przeciwdziałaniu zbyt łatwemu dobijaniu zawieszenia. Te zadania mają zapewnić trakcję i względny komfort jazdy. Można to osiągnąć z pomocą różnego rodzaju rozwiązań już dziś serwowanych nam przez producentów. Należą do nich np. częstotliwościowy układ tłumienia BOS czy system HBC od genialnej firmy EXT. Ten pierwszy wykorzystuje tłumik kompresji, uaktywniający się w zależności od drgań, jakie ma tłumić, a drugi system to swego rodzaju tłumik w tłumiku, uaktywniający się dopiero pod koniec skoku w tym przypadku dampera. Co warto zauważyć, oba rozwiązania dostaliśmy w spadku z motorsportu. W takim razie co dalej? Spójrzmy znowu na samochody i zobaczymy tam adaptacyjne lub aktywne zawieszenia. Fox już to ma i nazywa Live Valve. Czy to ma sens? Zapewne tak i w tym widzę na pewno kierunek, w którym podążać będą tłumiki w rowerach. Adaptacyjne zawieszenia to takie, w których możemy sami sterować tłumieniem. Znamy to nie od dziś, przecież blokowane z manetki dampery to pomysł niewiele młodszy niż koło. A gdyby pojawiła się możliwość przestawienia zawieszenia na np. jeden z 2–3 wcześniej zapamiętanych nastawów? Poprzez manetkę można by wybierać ustawienie, które w danym momencie wydaje nam się najbardziej potrzebne. Przykładowo: ustawienie na płaskie fragmenty, długie zakręty i wysokie prędkości albo takie do jazdy w terenie trudnym technicznie. Dla sportowców ma to tym większy sens, ponieważ trasy mają często mieszany charakter. To samo można sobie wyobrazić, jeśli chodzi o ciśnienie w ogumieniu. Tak działające rozwiązania stosowane są w samochodach terenowych poruszających się w bardzo trudnym terenie, m.in. po Islandii.
Tłumiki tłumikami, ale wciąż dużo do zrobieni...

Pozostałe 70% treści dostępne jest tylko dla Prenumeratorów

Co zyskasz, kupując prenumeratę?
  • 10 wydań czasopisma "bikeBoard"
  • Dodatkowe artykuły niepublikowane w formie papierowej
  • Dostęp do wszystkich archiwalnych wydań magazynu oraz dodatków specjalnych...
  • ...i wiele więcej!
Sprawdź

Przypisy