Геометрия рамы велосипеда
Обсуждение размера колес, ширины и типа покрышек, уровня трансмиссии, материалов для изготовления рамы, конструкции тормозов – всё это мы умеем. А что же на счет геометрии? В среде опытных велосипедистов порой слышатся утверждения, мол какая-то рама катит быстрее, какая-то медленнее, но комфортнее; какая-то едет словно по рельсам, а другая очень нервная. Определяют эти характеристики они, разумеется, исходя из собственных ощущений от движения. Влияние же на эти ощущения оказывают геометрические показатели велосипеда, заложенные в его раму.
С геометрией экспериментируют абсолютно все производители велосипедов и выпуск новых моделей всегда сопровождается пояснениями по изменениям углов наклонов тех или иных труб. Вносятся эти изменения для того, чтобы сделать велосипед быстрее в своей стихии. Скорость конструкторы повышают с помощью комфорта райдера, а влияет на это, как вы уже поняли, геометрия велосипеда. То есть, приходится исходить из правила, что быстрый гонщик тот, которому удобно ехать.
Геометрия велосипеда на практике
Самый просто способ почувствовать разницу в геометрии – проехать на шоссейном и на горном велосипедах. Вы не поймете сначала, в чем эта разница вообще заключается. Однако со временем начнете ощущать, что руль на шоссейном велосипеде до безобразия нервный, вертлявый, выдерживать ровный курс довольно проблематично, руль постоянно норовит поворачивать и делает это с невообразимой легкостью, любой камушек на дороге выдергивает руль из рук.
На горном велосипеде руль окажется очень размеренным, резиновым, мягким, стабильным, вязким и более тяжелым. Наезд на камушек после шоссера покажет, что руль едва шелохнется, и в итоге сам вернется на необходимую траекторию. Нет у МТБ той остроты руля, а она здесь и не нужна, задачи совсем другие – удерживать велосипед на траектории в любых дорожных условиях. В связи с этим можно обратить внимание, что чем агрессивнее МТБ дисциплина, тем дальше переднее колесо вынесено от рамы, тем стабильнее в ходу велосипед окажется. Вы уже понимаете, что это необходимость.
Сравнение посадки на МТБ и шоссейнике также выявит разницу в геометрии велосипеда. Нет необходимости проводить оценку на глаз, достаточно просто проехаться немного и всё поймете. Идеология шоссейного велосипеда – скорость и эффективность, отсюда и агрессивная посадка. Под агрессивностью подразумевается низкое расположение руля, если оценивать визуально. В действительности по ощущениям это похоже на то, как будто ты на чем-то лежишь грудью и животом, руками за что-то держишься, а сзади тебя педали, от которых отталкиваться довольно удобно.
Ощущения от МТБ велосипеда совсем другие, там кажется, будто педали находятся впереди тебя, а сидишь ты на табуретке. Ноги в таком случае работают совсем иначе, шоссейной эффективности тут не видать. Вот не верьте на слово, а сами попробуйте почувствовать эту разницу, она сразу становится очевидной.
Сравнивать посадку МТБ и шоссе можно и по другим параметрам, однако ощущение расположения педалей и управляемость – самые яркие маркеры геометрии велосипеда, которые распознать проще простого.
Гравийные велосипеды, кстати, называются чем-то средним между МТБ и шоссе не просто так. На бумаге будет видно, что геометрия, если исходить из значений углов наклонов труб, действительно усредненная. Ощущения от движения это подтверждают – сидишь… лёжа на табуретке, а каретка где-то посередине, она не то чтобы спереди, но и вообще не сзади.
Сложно, да? На словах это описать проблематично, согласен. Именно поэтому существуют выкладки с геометрическими данными велосипеда. Опытные райдеры легко читают их и понимают чего примерно можно ожидать от каждого конкретного велосипеда. Далее мы остановимся на каждом геометрическом показателе в отдельности и увидим на что он влияет.
Таблица с геометрией Orbea Oiz M30 2021 года.
ЕТТ (эффективная длина верхней трубы)
Даже самые начинающие велосипедисты знают, что размер рамы определяется числовым, в дюймах, или буквенным обозначениями (S, M, L или 17”, 19”, 21”). Да, так обозначаются размеры преимущественно горных велосипедов. На шоссейных велосипедах, размерность чаще отмечается числами (48, 51, 56), величины эти измеряются сантиметрами. В обоих случаях размерность эта указывает на длину подседельной трубы. Измеряется она от центра оси кареточного узла до верхней крайней точки подседельной трубы. Разумеется, исключение составляют рамы, где подседельная труба сделана избыточно длинной, под очень короткий подседельный штырь.
На рисунке отмечена длина Seat Tube
В большинстве случаев, для новичков, указания размерности велосипеда в таком виде оказывается вполне достаточно. Даже не приходится делать поправку на диаметр колес. Ведь между 26-ми и 29-ми колесами разница огромная, которая учитывается производителем при разработке ростовки. Более искушенные райдеры этими данными уже не насыщаются, они знают, что две рамы, например, размером 19” в реальности могут отличаться очень сильно.
В моем опыте был именно такой пример. Рама хардтейл на 19” Specialized S-Works M5 была на несколько сантиметров длиннее рамы Author Traction на 21”. Очевидно, что первая рама рассчитана на меньший рост райдера, но длина ее оказывала существенное влияние на посадку и некоторые другие моменты. Получается, что стандартный параметр измерения размерности рамы является не очень-то универсальным, можно сильно промахнуться.
На рисунке отмечен ETT
Для того, чтобы лучше понимать размер на помощь приходит показатель геометрии ЕТТ – эффективная длина верхней трубы. Измеряется она от центра рулевого стакана до центра оси подседельной трубы или штыря в горизонтальной плоскости. Расположение верхней трубы при этом, значения не имеет, она может идти под наклоном, может быть согнутой или вовсе отсутствовать. Для нас имеет значение параметр ЕТТ, который по сути является воображаемой верхней трубой проходящей параллельно горизонту. Вооружившись информацией о длине подседельной трубы и ЕТТ, подобрать раму по своим параметрам становится куда проще. Легче понимать, как ты будешь вытягиваться, какой рама будет в ходу, как она будет управляться. Справедливости ради стоит сказать, что изменение ЕТТ влечет за собой изменение некоторых других геометрических показателей. Другими словами, если где-то (в ЕТТ) добавили 2 см, то откуда-то их забрали и это повлияет на ход велосипеда. Получается, что ростовка и ЕТТ в комплексе намного информативнее просто ростовки, но исчерпывающим показателем он не является. В среде профессионалов ЕТТ отходит в сторону в последние годы, уступая место более полным характеристикам, пришедшим с Запада. В среде любителей, напротив, ЕТТ стал учитываться чаще при подборе необходимого размера рамы, народ становится просвещеннее.
Если очень грубо, то ЕТТ влияет на посадку. Чем он меньше, тем ровнее будешь сидеть; чем он больше, тем сильнее будешь вытягиваться. Объяснение очень грубое, так как любой ЕТТ можно обыграть любой длиной выноса. Правда, изменение длины выноса скажется на управляемости велосипеда.
Рич и Стэк (Reach и Stack)
Собственно, а вот и те самые параметры, которые попирают авторитетность ЕТТ. Западные райдеры все чаще используют эти значения для более полной характеристики ростовки рамы. То есть, длина подседельной трубы остается актуальной, но добавляются два новых значения. Оба эти параметра используются всегда в паре, так как один без другого существовать просто не могут. Чтобы их увидеть необходимо провести две воображаемые линии. Первая пойдет от верхней точки рулевого стакана в сторону подседельной трубы параллельно горизонту. Вторая линия выходит из центра каретки строго вертикально вверх. Точка пересечения этих двух линий находится где-то над верхней трубой.
Reach измеряется от точки пересечения этих линий до рулевого стакана.
Stack измеряется от точки пересечения до центра кареточного узла.
Горизонтальная линия – Reach, вертикальная – Stack.
Вручную измерить и вычислить эти параметры невозможно, они определяются производителем.
Удобными эти показатели считаются потому, что характеристику посадки при их наличии увидеть намного проще. Представим, что у нас два шоссейных велосипеда, первый обладает размерностью Stack/Reach 550/400 мм, а второй 600/350 мм (числа взяты примерные, настоящим характеристикам они не соответствуют).
В первом случае мы видим приземистую и вытянутую посадку, которая называется агрессивной. Она позволяет гонщику ехать быстро и с минимальным коэффициентом лобового сопротивления. Во втором случае мы наблюдаем увеличение Stack и сокращение Reach, что соответствует более прямой и расслабленной посадке. Коэффициент лобового сопротивления на таком велосипеде будет больше, но и ехать на нем намного комфортнее, что намекает на покрытие больших дистанций с меньшей скоростью.
Если отойти от геометрии и сказать другими словами, то перед нами в первом случае гоночный аэро болид (Orbea ORCA AERO M20TEAM-D), а во втором эндуранс шоссейный велосипед (Orbea AVANT H30).
Хочется подчеркнуть, что оба велосипеда шоссейные, но посадка на них очень разная, а понять это без примерки вполне реально сравнивая показатели Stack и Reach.
Угол наклона рулевого стакана (Head Angle)
Рулевой стакан – это труба впереди велосипеда, где располагается рулевая колонка и шток вилки. Угол его наклона напрямую влияет на управляемость велосипеда. Измеряется этот угол между прямой проходящей через оси переднего и заднего колес и прямой выходящей из центра оси рулевого стакана. Для шоссейных велосипедов нормой считается угол в диапазоне 71-73 градуса, для МТБ углы колеблются около отметки 65 градусов.
На бумаге разница значительной не кажется, в реальности она весьма ощутима.
На рисунке отмечен Head Angle
Шоссейные велосипеды по своей природе получаются очень нервными и маневренными, в руль прилетает много вибраций, а вместе с этим в конструкцию приходит жесткость, необходимая для эффективного вкручивания. МТБ велосипеды более размеренные в рулении, менее маневренные, стабильные, легче преодолевают препятствия, и в то же время очень комфортные, так как более острый угол позволяет гасить больше вибраций. Об этом всём мы говорили в самом начале статьи, а теперь вы можете увидеть это в цифровом выражении.
Получается, что чем меньший градус угла наклона рулевого стакана, тем более горным велосипед получается. Чем агрессивнее МТБ дисциплина, тем меньше этот угол будет. И наоборот, чем больше угол наклона рулевой, тем ближе его геометрия к шоссейному велосипеду. Стоит заметить, кстати, что разные производители по-разному обходятся с этим параметром.
Компания Orbea, например, даже на бюджетной серии шоссейников для начинающих велосипедистов AVANT H60 предусматривает использование разных углов рулевой для разных размеров. Так для рамы 47 см наклон составит 71,2 градуса, а для рамы 60 см наклон окажется 73,5 градуса. В рамках одной модели разница огромная, но таковы уж особенности размеров. Та же картина нас ждет при рассмотрении горных велосипедов.
Однако далеко не все производители так поступают. Изменяемая в зависимости от размерности геометрия становится модной только последние пару лет, о чем компании довольно громко заявляют. Необходимы перемены в геометрии для того, чтобы независимо от размера рамы велосипед ехал одинаково предсказуемо, комфортно и эффективно. Здесь подразумевается, что на разных размерах будут располагаться люди с разными физическими параметрами. Несложно догадаться, что рама 47 см повезет райдера весом примерно 50 кг, а рама 60 см будет тащить велосипедиста весом более 100 кг. Больший вес человека сильнее деформирует вилку под нагрузкой, следовательно угол ее наклона можно сделать ближе к прямому, чтобы нивелировать этот эффект. Другими словами, конструкторы закладывают в вилку, например, 1 см упругой деформации без повреждения. При меньших углах рулевой добиться предела деформации легче, при более прямых углах для упругой деформации потребуется больше усилий. Поэтому для людей большого роста (и веса, разумеется) Orbea делает 73,5 градуса угол рулевой, а для ребят полегче 71,2 градуса. Оставить 73,5 градуса для маленьких размеров рам, конечно, можно, это вполне законно, но тогда велосипед значительно потеряет в комфорте. Вилка универсальна и ее размеры в зависимости от размера рамы не изменяются, решение поиграть с наклоном рулевой вполне оправдано.
То есть, оба человека получат примерно одинаковые ощущения по мягкости в движении на одной и той же вилке. Разница будет только в наклоне рулевого стакана, что, впрочем, скажется на управляемости.
Угол наклона подседельной трубы (Seat Angle)
Подседельная труба – труба в которую вставляется подседельный штырь. Хотя, думаю, что вы и так уже это прекрасно знаете. Угол ее наклона измеряется между прямой проходящей параллельно земле и прямой проходящей через ось подседельной трубы.
На рисунке отмечен Seat Angle
На управляемость этот угол влияния не оказывает. Оказывает он влияние на расположение райдера относительно каретки. Чем угол больше, тем ближе к рулю велосипедист расположен, каретка при этом остается “сзади”, крутить педали легче. Чем угол меньше, тем дальше от руля, а каретка остается “впереди”, крутить педали сложнее. Большие углы наклона подседельной трубы встречаются на агрессивных шоссейных велосипедах (Orbea Ordu M20i LTD - ТТ велосипед, для триатлона, посадка на нем очень агрессивная), так как позволяют максимально эффективно крутить педали. О комфорте можно забыть, про него думают в последнюю очередь.
Кроме того, угол этот позволяет сместить вес райдера назад, ближе к заднему колесу, чтобы эффективно его нагрузить и придать стабильности в движении.
Сказать, что на МТБ или шоссейных велосипедах углы наклона подседельных труб сильно разнятся, нельзя. Часто разница будет оставлять не более одного градуса.
Подседельные штыри, кстати, бывают с офсетом и без него. То есть, они или абсолютно прямые или с загибом назад в самом верху. Таким образом, если угол подседельной трубы не устраивает и райдер желает сидеть “перед” кареткой, то подбирается подседел с соответствующим загибом. И наоборот, если есть потребность оказаться дальше “впереди” каретки, подбирается подседел без офсета, прямой.
Цепные перья (Chainstay)
На рисунке отмечен Chainstay
Нижние перья заднего треугольника называются цепными. Измеряется параметр от центра оси заднего колеса до центра оси кареточного узла. Изменение длины будет регулировать расстояние заднего колеса до подседельной трубы и менять колесную базу. Чем перья длиннее, тем больше стабильности в движении велосипед получает. Чем короче перья, тем более нервным и маневренным становится его поведение. Сравнение стоящих рядом шоссейного и МТБ велосипеда сразу дает представление о разнице в этом параметре.
Колесная база (WheelBase)
На рисунке отмечен WheelBase
Колесная измеряется от центра оси заднего колеса до центра оси переднего колеса. Мы уже говорили о некоторых геометрических параметрах, оказывающих влияние на некоторые другие моменты. Так вот, влияние они оказывают на колесную базу. Уменьшение угла наклона рулевого стакана, увеличение длины цепных перьев и удлинение верхней трубы приводит к увеличению колесной базы. Чем она длиннее, тем стабильнее ведет себя велосипед. Чем база короче, тем маневреннее велосипед становится. Не секрет, что шоссейники обладают очень короткой базой. Она позволяет получать необходимую жесткость всего велосипеда, маневренность и управляемость.
МТБ велосипеды обладают более длинными базами. Причем, чем жестче дисциплина, тем длиннее велосипед. Речь идет о сравнении, например кросс-кантрийного и даунхильного велосипедов.
Стэндовер (Standover)
Еще один параметр, который многими игнорируется, хотя вполне исчерпывающе может ответить на многие вопросы при выборе велосипеда. Величина стэндовер измеряется от пола до “середины” верхней трубы. Характеризует она… способность райдера встать на ноги и не прищемить свои причиндалы при этом.
На рисунке отмечен Standover
Есть еще один способ поиска стендовера. Сделаем так, чтобы велосипед у нас оказался между ног. Теперь отходим немного назад, пока не упремся поясницей в седло. Все, точка стендовера найдена, она находится прямо под вашей промежностью. До этого нежного места должно оставаться несколько сантиметров. Рама не должна упираться, на ней не должно ничего лежать. Важно это учитывать с точки зрения безопасности, ведь соскочив с велосипеда можно и травму получить ненароком.
Высота каретки / Занижение каретки (BB Height / BB Drop)
Высота расположения каретки измеряется от пола до центра оси кареточного узла. Влияет высота эта на геометрическую проходимость велосипеда.
На картинке красным отмечен BB Height, а маленькой зеленой черточкой под номером 6 BB Drop
Чем каретка выше, тем выше проходимость, тем сильнее можно наклонить велосипед не останавливая вращение педалей. Другими словами, высоко расположенная каретка позволяет щеголять по бордюрам, камням и прочим радостям без риска повреждения передних звезд. Также высота каретки влияет на управляемость, так как регулирует высоту центра тяжести велосипеда с райдером на борту.
Занижение каретки это то же самое, но с некоторым отличием. Если “высота” измерялась от пола до каретки, то занижение измеряется от горизонтальной прямой проходящей через центры осей переднего и заднего колес до центра каретки. Отличие от первого параметра заключается в том, что второй неизменен никак и никогда. Высота же каретки (BB Height) может существенно изменяться в зависимости от выбранной ширины покрышек и диаметра колес.
Вылет вилки, офсет вилки, Trail (Rake)
На рисунке зеленым отмечен офсет вилки
Офсет вилки вылет вилки – смещение оси колеса относительно оси рулевого стакана. Наиболее наглядный пример – вилки старых велосипедов. Перья в их самой нижней точке имеют изгиб, который и формирует офсет. Изгиб этот нужен, как для повышения качества руления, так и для обеспечения необходимого уровня комфорта. На амортизированных вилках современных велосипедов офсет формируется вынесением дропаутов вперед относительно штанов и размещением ног в короне со смещением относительно штока вилки. Одна и та же модель хорошей вилки часто поставляется с разными значениями офсета, что позволяет райдеру настроить управляемость своего велосипеда в соответствии со своими потребностями.
На рисунке зеленым отмечен Trail вилки
Понятие “Trail” (он же Rake) по своей природе немного сложнее. Измеряется он между двумя линиями. Первая идет от центра рулевого стакана до самой земли сохраняя угол наклона рулевой, а вторая опускается строго вниз из центра оси колеса. Получается небольшой отрезок, который и называется Trail. Характеризует этот параметр управляемость велосипеда.
Чем меньше будет офсет вилки, тем большим получится Trail при неизменном угле наклона рулевой. Значит это, что велосипед будет ехать очень ровно и постоянно возвращаться на свою траекторию, но для поворота руля придется прикладывать больше усилий. Собственно, именно об этом я и говорил, называя руль горного велосипеда резиновым, он действительно тяжелее поворачивается в ходу. Увеличивая офсет мы сократим Trail и получим более управляемый и менее стабильный на курсе велосипед.
Кстати, офсет можно оставить в покое и начать менять угол наклона рулевого стакана. Увеличивая его, приближаясь к шоссейному значению, мы уменьшим Trail, велосипед станет острее рулиться. И наоборот, уменьшая наклон рулевой, делая его более пологим. мы увеличим Trail. Стабильность вырастет, руль потяжелеет. В общем, всё довольно просто.
Шоссейные велосипеды, как правило, более юркие и нервные в управлении, повторюсь, что обеспечивается небольшим значением Trail. При этом офсет шоссейной вилки всегда меньше МТБ, что позволительно из-за большего угла наклона рулевого стакана.
Как изменить геометрию своего велосипеда?
Даже если вы не сильно хотите менять геометрию своего велосипеда, она все равно меняется. Замена покрышек на более объемные отразится на управляемости, так как вы повлияете на значение Trail. Да, вот так просто. Trail подрастет, стабильности станет больше, но и рулиться велосипед будет немного тяжелее. Также изменится высота Standover и высота каретки. В реальности такие перемены почти незаметны. Хотя переход с колес 27,5 на 29 дюймов в рамках одной рамы, заставит вас почувствовать сразу всё. Получается, что на геометрию велосипеда влияет даже давление в покрышках. Чем оно меньше, тем ближе к земле оказывается ось переднего колеса, тем сильнее меняется Trail, а вместе с ним и управляемость. Более того, в движении этот параметр постоянно изменяется, ведь покрышка не железная и при разных условиях деформируется по-разному. И это еще не всё.
Использование амортизированной вилки влияет на геометрию велосипеда более других элементов. В момент ее полного сжатия изменяется длина колесной базы (колесо возвращается ближе к раме), изменяется угол наклона рулевого стакана и, как следствие, Trail. Меняется управляемость велосипеда до неузнаваемости, хоть и на короткое время. Вот не знаю, стоит ли говорить, что задний амортизатор на двухподвесе только подливает масла в огонь. Ведь его сжатие еще сильнее опустит каретку, изменит длину цепных перьев и… и повлияет еще на множество параметров.
Ну, и самое невероятное… когда вы садитесь на велосипед, вы неизбежно деформируете его раму, подседел и руль. Когда начинаете крутить педали, эффект деформации усиливается. Наезд на препятствия еще сильнее отзывается на геометрии. Другими словами, велосипед в движении под нами постоянно изменяется, только мы этого не ощущаем, ведь зачастую эти перемены незначительны.