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《技术专题》后避震基准压缩/回弹阻尼浅析

Date:14.12.28

by chinabike

作者:CB 图帝    

使用FOX气压避震、Rock Shox全系避震的朋友,一定对后避震上的几个小标签产生过疑惑。比如老款RP23上的Compression Tune和Rebound Tune,CTD上的Velocity Tune和Rebound Tune。




Rock Shox Monarch、Vivid上的M/M





这些标签表示的是该后避震的“基准压缩/回弹阻尼”之不同,可以理解为外部可见的旋钮全开时的阻尼特性,来自于原厂预设。之所以原厂对基准阻尼进行区别化设定,主要缘于后避震受不同车架影响很大。要理解其中的关系,可以从三个概念入手。


概念一:杠杆比

对于避震前叉来说,其直接受到来自路面的冲击(无视轮胎形变),同型号前叉的阻尼系统不需要针对不同车架作区别化设计,通过外部的旋钮可以很方便地调整到位。但对后避震来说,其受力则要通过车架连杆传递,车架的专利、造型、取向不同,杠杆比(Leverage Ratio)也不同,这是车架参数中对后避震影响最大的一项。

杠杆比即某一单位后轮行程与后避震行程之比(注意是后避震行程不是避震器长度)。如Giant Anthem X后轮行程4英寸,后避震眼对眼165mm,行程1.5英寸,在最大行程时,杠杆比为4:1.5,约2.67:1。

根据杠杆原理,车架杠杆比越大,后避震受力越大,气压或弹簧磅数也要越高,主转点受力也更大;车架杠杆比越小,后避震行程越长,体积和重量更大。为了平衡这些优缺点,大部分的车架压缩比都在2-3之间,一般来说长行程车架杠杆比大于短行程车架。

同理,在后轮受同样冲击时,车架杠杆比越大,后避震被压缩的速率(Velocity)越快,为了达到平衡的避震效果,就需要增强阻尼来减小压缩速率;杠杆比越小,后避震被压缩的速率越慢,需要减弱阻尼来提升压缩速率。而同一款后避震,如RP23,适用于XC到AM的各型车架,车架特性千差万别,其外部的阻尼旋钮达不到这么广的调整范围。

因此,在车架厂商和避震厂商的友好合作下,以最常见的杠杆比范围为参考,大多数后避震在出厂时被预设了适中的基准阻尼强度,适配市场上占大多数的杠杠比在2.5:1上下的车架,基准阻尼较弱和较强的产品则分别适用于杠杠比约2:1和3:1的车架。通过分级,提高了后避震的适用范围和针对性,也省去了普通用户的调整之功。

在等级的标示上,主流厂家各有不同,常见的有以下几种
在FOX的产品中,L=Low,M=Medium,F=Firm





在Rock Shox的产品中,L=Low Leverage Ratio,M=Mid Leverage Ratio,H=High Leverage Ratio。 
       
压缩阻尼和回弹分别用蓝色和红色表示,和前叉统一。



概念二:杠杠比曲线

车架的杠杆比不并完全是定值,会随著不同的压缩行程而改变。

下图中,单转点的Orange Alpine杠杆比接近线性变化(直线),而且基本保持不变,这种特性称为固定率(Flat Rate)。



上图中,虚拟转点的Banshee Rune杠杆比变化呈曲线,前三分之二行程杠杆比减小,支撑性逐步上升,后三分之一行程杠杆比回升,配合气压后避震末段弹性系数陡然上升的特性,以模拟线性。

下图中,同样为虚拟转点结构的Santa Cruz Tallboy由于连杆设计的不同,杠杆比虽然也呈曲线变化,但前三分之一行程杠杆比增大,灵敏度上升,在20-50mm这段最常用的行程中工作积极,后段杠杆比下降,增强支撑性,应对大冲击有防止打底的作用。




这两款车架虽然杠杆比曲线开口方向截然不同,但总体看都是减小的趋势。如果将杠杆比的倒数(也就是每一单位车架行程相对的后避震行程)画成图形,则都是上升趋势,这种特性称为上升率(Rising Rate)。

下图中,Merida 99和Kona HeiHei又是不同的设计思路,杠杆比逐渐上升,配合气压后避震的特性来模拟线性。将杠杆比倒数画成图形,则是一路下降的趋势,这种特性称为下降率(Falling Rate)。




上升率的车架由于压缩速率逐渐趋小,因此在搭配后避震时偏向于原则基准阻尼较弱的型号,以保证在后段行程的避震效率。下降率的车架则偏向于基准阻尼强的型号。下图是Rock Shox Monarch Plus的对照表。




但实际运用中也并非绝对。杠杆比曲线基本相同的车架,因连杆设计、取向、厂家考量或后避震型号的不同,出厂所设的基准阻尼也可能不同。如下图2012年款BMC Speedfox 29''(左)和2013年款Fourstroke 29'',结构、行程和杠杆比曲线基本一致,但后避震的基准压缩阻尼却从强改成了弱。这两款车架是2.1左右的杠杆比,从理论上讲,选择弱阻尼更为合适。







市面上还有一些车架设置了多个后避震轴眼安装孔位,针对不同的骑行风格,通过不同的连杆推送角度,不仅实现行程和几何角度调整,也实现了杠杆比的变化。如Rocky Mountain的Ride 9系统,可以设置9个轴眼安装位置。



下图是Rocky Mountain Altitude 2013不同孔位的杠杆比曲线对比,编号参看官网(http://ride9.bikes.com/)右边的转盘。







虽然杠杆比曲线有所差别,但范围变化不算太大,其作为上升率车架,最大行程时2.2左右的杠杆比,厂商选用L级的基准压缩阻尼,符合理论。另一方面,更改孔位后,仍需要通过旋钮对阻尼作相应的调整,以平衡杠杆比曲线的变化。

概念三:垫片堆栈

目前高阶后避震广泛使用垫片式(Shimmed)阻尼器,以金属垫片堆栈(Shim Stack)或类似结构覆盖活塞上的过油孔,冲击时阻尼油压力推动垫片变形,使阻尼油流通。



不同的垫片厚度、数量和面积,会导致基准阻尼强弱不同。下图是Rock Shox Vivid后避震的原厂垫片构成,可以看出三级压缩阻尼垫片的明显差异。但回弹阻尼垫片基本一致,这是因为回弹阻尼受车架杠杆比影响相对较小,与弹簧弹性系数关系更大,不需要做太多区别化设计。



下图是Rock Shox Monarch RT3 M/M和L/L型号的垫片构成,回弹阻尼有些许不同。




这是玩家画的示意图:



下图是L/L垫片堆栈的实物,右边是压缩阻尼垫片,左边是回弹阻尼垫片,蓝色的是活塞。 



而堆叠方式,则会改变阻尼特性。例如,标准的堆叠方式是金字塔状的,但如果在两片较大的垫片中配置了若干个小垫片,则会降低这一阶段的阻尼强度。如将这一堆叠方式运用在压缩侧过油孔附近,即影响低速压缩阻尼。





此外,由于压缩阻尼和回弹阻尼的垫片可分别设定,针对特殊取向的车架和有特殊需求的用户,主流厂商也提供了基准压缩和回弹阻尼分别不同预设的产品,比如Rock Shox的M/L、M/H3等等。 




FOX也有Compression Tune L / Rebound Tune M之类的产品。工厂级(Factory Series)中还有针对特定车架做特殊调教的产品,用Custom Tune ID XXXX来标示。



对于负责任的厂商,上述的这些设定都需要建立在大量的研发和测试基础上。一个车架如果使用了基准阻尼不合适的后避震,很有可能无法调整到良好状态。也正是如此,零售车架一般都带有配套的后避震。

当然,高阶用户也可以通过专业技师或者自行调整垫片来适配自己的骑行风格。但对一般用户来说,除非有明确的目的,否则遵循原厂设定是最为稳妥的,大家在升级后避震时,要特别留意基准阻尼预设。而购买工厂流出的裸车架时,也应该对照杠杆比曲线和正规渠道产品来购买后避震。


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