«Прогрессивная» геометрия велосипеда (которая теряет игру слов в оригинальном термине forward geometry :)

Видели же подобные картинки? Синька какая-то, но сейчас разберемся

Все эти размеры можно разделить на два типа:
• про то, как мы сидим на велосипеде и с ним взаимодействуем (байкфит, короче) и
• как он управляется и вообще ведет себя.

«Прогрессивная» геометрия — это про второе.

Самое важное, пожалуй, — трейл (trail). Это как у тележки в супермаркете или офисного кресла, только чуть сложнее

(А вы знали, что на кресло можно поставить гоночные колеса — еще и разных видов, в зависимости от покрытия — извините за оффтоп)

МИНИКАРТА | Трейл — Фронт-центр — Длина выноса — Выводы |

Так вот, трейл. Это производная от двух других параметров:
• угол рулевой трубы (оси, вокруг которой крутится руль) и
• сдвиг вилки, он же рейк (rake). Сдвинута у нас передняя втулка колеса от той самой оси, если что.

На картинке это, соответственно, head angle и fork offset. Последний (рейк / сдвиг вилки) я пометил оранжевым. Вообще, надо запомнить, что рейк нужен только для того, чтобы уменьшить трейл, если он получается слишком большим из за заваленной рулевой

Сам трейл показан зеленым — это горизонтальное расстояние «по земле» между отвесом от втулки и проекцией оси рулевой (технически более корректным является параметр «механический трейл», который измеряется от отвеса под втулкой перпендикулярно рулевой оси, но пока опустим это).

Как видно, трейл — это небольшой размер, обычно в пределах 10 сантиметров. Почему же он так важен?

Вы не поверите, но науке до сих пор не известно, почему велосипед стремится к равновесию. Если коротко, есть две теории:
• что за счет эффекта гироскопа или
• благодаря как раз-таки трейлу.

Подробнее можно, например, тут почитать: https://www.fastcompany.com/3062239/the-bicycle-is-still-a-scientific-mystery-heres-why

Так или иначе, трейл влияет на поведение велосипеда. Как у тележки из супермаркета или офисного кресла колесо выравнивается, когда мы их толкаем, — так и переднее колесо велосипеда стабилизируется в положении «прямо», когда его толкает заднее колесо.

И чем больше трейл, тем более стабильно колесо сохраняет прямолинейное направление — при той же скорости.

Уточнение про скорость важно. Велосипед обычно едет достаточно быстро, чтобы быть стабильным при более-менее любом плюсовом трейле. Но, как мы узнаем, есть нюанс :)

Так, ладно, меньше слов, больше картинок уже наконец. И сразу с козырных, ахах

Напомню, рейк (сдвиг вилки) нужен чтобы уменьшать трейл. Но, как можно видеть, рейк может вовсе отсутствовать — а трейл при этом всё равно будет умеренным. Это возможно при очень тупой рулевой. Тут еще нужно понимать, что на трейл влияет и радиус колеса. У этого трекового велосипеда колеса размером всего 24" (как у BMX). Если бы колесо было больше, то и трейл тоже

Вот еще пример странного велосипеда без рейка и с маленькими колесами. Несмотря на то, что здесь они еще меньше (16 дюймов), трейл получился наоборот больше — из-за заваленной рулевой

Еще один культовый складной велосипед с 16-дюймовыми колесами — и у него трейл, наоборот, малюсенький. Для этого появился-таки рейк, который хорошо заметен по изгибу вилки.

Но не очень понятно, почему у концептуально похожих великов так отличается этот самый «самый важный» трейл? Ладно, не будем пока углубляться в цирковые велосипеды, а перейдем уже наконец к нормальным

Возьмем групповой шоссейный велосипед. На классической модели хорошо виден изгиб вилки, но рейк может присутствовать и за счет любой другой ее формы — это непринципиально

За сто лет эволюции гоночных велосипедов они пришли к довольно узкому диапазону трейла — 55–60 мм. Для не слишком странных велосипедов это практически минимум (с одним исключением — об этом потом). То есть, в случае шоссейников мы говорим о маленьком трейле

А вот выше пример гравийного велосипеда с «прогрессивной» геометрией: заваленная рулевая, длинный передний треугольник рамы — и, следовательно, короткий вынос — ну и большой трейл. В частности, тут он — 92 мм. Это прям много

Более гламурный пример подобного гравийника — наимоднейшая Стигмата 4-го поколения, про прогрессивную геометрию которой вы могли слышать из каждого утюга в последнее время. Неудивительно, что это велосипед производителя, сделавшего имя на мтб: ведь прогрессивная геометрия приходит на гревелы именно оттуда.

Впрочем, давайте уже ясности ради придадим такому велосипеду более естественное для него положение

Вот он съезжает по градиенту около 20 %. Ой, а куда делся трейл? Ну, если присмотреться, совсем чуть-чуть всё таки осталось, так что всё ок. Конечно, подобные градиенты более характерны для гравийных дорог, но давайте поставим в такую же ситуацию дорожный велосипед с изначально небольшим трейлом

И вот тут уже трейл стал отрицательным. А это значит, что колесо будет пытаться вывернуться из прямого положения, делая велосипед нестабильным.

Кстати, я специально выбрал велик еще и с очень коротким передним треугольником — чтобы вы представили себя верхом и прям почувствовали, как «прогрессивный» гравийник на уклоне сбалансирован за счет выдвинутого вперед колеса, а короткий дорожный велосипед так и хочет перелететь через руль.

Итак, прогрессивная геометрия позволяет съезжать оттуда, откуда на шоссейнике хочется скорее сойти. И это достигается запасом по трейлу и растянутым передом — а именно расстоянием между кареткой/педалями и передним колесом. Оно называется фронт-центр (front-center) и мы об этом еще поговорим.

Только сперва вернусь к обещанному исключению, где трейл совсем-совсем маленький — даже меньше, чем у шоссиков

Это классический рандонёрский велосипед. На таких бреветчики ездят одаксы от 200 км до бесконечности (но всё же до 1500 обычно). У него супермаленький трейл по одной простой причине — спереди всегда висит сумка, вес которой в сочетании с нормальным трейлом сделал бы велосипед трудноуправляемым. А так вот норм

Собственно, вот и ответ на вопрос, почему у складного Бромптона столь малый трейл по сравнению со складной же Стридой на такого же размера колесах.

Теперь — фронт-центр

МИНИКАРТА | Трейл — Фронт-центр — Длина выноса — Выводы |

Как мы убедились выше, чем дальше переднее колесо от каретки, тем стабильнее велосипед на спусках — что хорошо. Так почему же шоссейные гонщики наоборот стремятся придвинуть колесо поближе: в том числе выбирая и без того компактные рамы на размер-два меньше в сочетании с удлиненным выносом?

За редкими исключениями гонки выигрываются либо на горных этапах, либо на финишном спринте. И там, и сям нужно вставать на педали и давить в них много ватт, опираясь на руль. Делать это гораааздо удобнее, если колесо находится под руками, а не где-то спереди. Отсюда — компактный фронт-центр и длинный вынос

МИНИКАРТА | Трейл — Фронт-центр — Длина выноса — Выводы |

Но тут геометрически внимательный читатель спросит: а зачем вообще городить все эти сложности с рейком и выносом, если можно просто удлинить передний треугольник, сдвинув рулевую ось вперед (на зеленую линию) — и получить такое же расстояние до руля и такой же трейл, вообще с нулевыми рейком и выносом? Что ж, есть полторы причины.

Чем длиннее вынос, тем на большее расстояние нужно переместить руки, чтобы повернуть руль. В этом смысле длинный вынос добавляет рулежке стабильности. Впрочем, это всего-лишь полпричины, чтобы делать длинный вынос, так как даже при коротком управление будет достаточно стабильным, если предусмотреть большой трейл (доказано любым современным мтб). Взглянем на, вроде бы, самый «прогрессивный» из гравийников — Evil Chamois Hagar

Очень короткий вынос + очень большой трейл = со стабильностью всё в порядке.

Реальная причина, почему гонщики выбирают длинные выносы, кроется в том, насколько на картинке выше дроп (низ руля) заходит за ось рулевой. Если спринтовать с таких дропов, мы получим фактически отрицательный вынос — а это означает почти полное отсутствие стабильности, невозможность уверенно упереться в руль.

Кстати, попробуйте абстрагироваться от длины выноса как такового и увидеть насколько впереди оси рулевой руки будут на пультах/пистолетах — даже при таком казалось бы коротком выносе. Так что уточним формулу выше:

Очень короткий вынос + очень большой трейл = со стабильностью на пультах/пистолетах всё в порядке.

А вот на дропах/низах — нет. Вот для этого шоссейным (и гравийным!) гонщикам и нужен длинный вынос.

Помните, там вон выше была Стигмата, которая так хвастается своей прогрессивной геометрией. Давайте посмотрим на нее же в сетапе Кигана Свинсона — кажется, сильнейшего гравийного гонщика на данный момент, — на котором он выиграл самую престижную гревел-гонку в 2023 году, Анбаунд-200

Пардон за отвлекающие цифры, не нашел картинки получше. На самом деле нас тут интересует другое число — 120 мм длина выноса на раме самого маленького в линейке размера S у спортсмена ростом 178 см. До свиданья, хваленая прогрессивная гревел-геометрия, увидимся где-нибудь за пределами соревновательного сезона.

Выходит, что Свинсон получил одновременно и длинный вынос, и большой трейл. Это влечет очень высокий запас стабильности (которая на его скоростях и так зашкаливает), а также два фактора, которые для него практически неактуальны, так как проявляются на очень низких скоростях — каковые не встречаются на гравийных гонках

1. Отсутствие оверлапа (overlap) — это когда носок туфли цепляет за покрышку при повороте руля: вот на фото знатный оверлап. Не то что туфля, педаль за колесо почти цепляется (и бонусом еще раз сочетание малого трейла с грузовой функцией спереди). Оверлап не беспокоит на больших скоростях, но при маневрировании по техничному рельефу на околопешеходной скорости может доставить неудобства или даже привести к падению

2. Существенный вил-флоп (wheel-flop) — это обратная сторона большого трейла, прямо пропорциональная ему. Тут нам будет полезно вспомнить про понятие «механический трейл», который в отличие от трейла «по земле» измеряется перпендикулярно оси рулевой (как на картинке выше).

Представьте себе: мы давим на руль сверху своим весом, но одной рукой чуть сильнее, чем другой. Колесо упирается в точку под втулкой (пятно контакта), но при этом стремится повернуться вокруг рулевой оси, которая устремлена в другую точку. Механический трейл — это рычаг, который возникает между этими точками (соответственно, опоры и вращения / приложения сил) и стремится повернуть колесо. Чем больше этот рычаг (трейл), тем резче колесо будет дергаться в сторону даже при небольшой разнице в давлении рук на руль.

Таким образом, большой трейл, с одной стороны, делает колесо стабильным — но с другой, делает нестабильной рулежку на околонулевой скорости. Опять же, неудобно при карабкании вверх в крутую гору, особенно на плохом покрытии. Помимо этого, если вы когда-нибудь обращали внимание, как размахивают колесом спринтеры при рывке, несложно догадаться, что они предпочитают низкий трейл с минимальным флопом.

(Ну и зацените заодно минусовой вынос на велосипеде выше — он уж точно не для спринтов :)

МИНИКАРТА | Трейл — Фронт-центр — Длина выноса — Выводы |

Вот и разобрались с геометрией передней части велосипеда. Позже будет еще и про зад, а пока — несколько категоричных выводов из вышенаписанного:

1) самые значимые геометрические параметры, влияющие на поведение велосипеда, в передней его части — трейл и фронт-центр

• главное преимущество большого трейла — запас стабильности, особенно на спусках, где трейл превращается из большого в обычный (вместо того, чтобы превратиться в слишком маленький или вовсе отрицательный)

• также у меня есть гипотеза, что именно из-за перехода небольшого трейла в отрицательный на крутых/скоростных спусках возникает вобблинг (wobbling) — опасное и плохо изученное явление

• основное преимущество низкого трейла — маневренность велосипеда, особенно при езде в крутую гору, где трейл превращается из низкого в обычный, но хотя бы не слишком большой (в основном актуально для маневрирования между соперниками в гонках)

• вторичный плюс низкого трейла — отсутствие вил-флопа, который особенно неприятно проявляется при езде в крутую гору (за счет одновременно геометрического увеличения трейла и низкой скорости)

...фронт-центр:

• главное преимущество длинного фронт-центра — равномерное распределение веса между колесами на крутых спусках, что позволяет там адекватно управлять и тормозить, а также увеличенный угол эндо (после которого происходит кувырок через руль)

• дополнительный плюс длинного фронт-центра — отсутствие оверлапа между носком туфли и поворачивающимся колесом

• основное преимущество короткого фронт-центра — удобная езда стоя на педалях с переносом веса вперед (чтобы упираться в руль не за колесом, усугубляя тем самым флоп, а над ним)

2) угол рулевой и рейк — хотя и указываются во всех таблицах как значимые параметры — на деле являются техническими; при их помощи регулируются трейл и фронт-центр, но сами по себе они особенного значения не имеют; иначе говоря, это параметры для производителя велосипеда, а не для ездока

3) практически единственный смысл маленькой ростовки с длинным выносом «как у про» — в том чтобы спринтовать с низов. Есть еще порочное мнение, что он способствует комплаенсу (спросите у клерка в своем банке), но тут уж либо жесткий вынос для спринтов, либо лапша для комфорта — и вообще, для последнего есть покрышки пошире.

На практике про-гонщики выбирают сочетание малой ростовки и длинного выноса еще и для того, чтобы занять более низкую, аэродинамичную позицию. При этом ничто не мешает производителям и спроектировать велосипед изначально низким, кроме того, что обычные люди на такое не смогут усесться, и поэтому никто не будет покупать :)

Совсем tl/dr:

«Прогрессивная» геометрия на гравийных велосипедах имеет множество преимуществ для обычных катальцев — и несколько недостатков для гонщиков, которые, впрочем, почти полностью устраняются классическим методом: уменьшение ростовки с соответствующим удлинением выноса