山地自行车爱好者认为,山地车的精髓就是避震前叉。它也是整辆车中科技含量最高,价格最昂贵的零件之一。
　　制图 | 无右
　　1974年,一群美国年轻人发明了自行车的新玩法。他们爬上加州森林防火道的坡顶,再从崎岖的道路上疾驰而下。这就是山地自行车运动。但是,这种刺激的运动方式,一般的单车是经受不住的。即使单车不散架,骑车的人也会颠簸得受不了。这就是自行车避震前叉最早出现的原因。最初的避震前叉结构很简单,就是两个套管中的一根弹簧,能够吸收在崎岖路面上行驶时的冲击能量。但是,他们发现这远远不够。
　　
　　不仅仅是减震
　　
　　2008年10月3日,美国犹他州的锡安国家公园,红牛坠山赛(Red Bull Rampage),被称为世界上最疯狂、最让人热血沸腾的山地车比赛正在进行。一位车手从高达5米的悬崖上跃下。悬崖下面是松软沙石构成的斜坡,是绝妙的落地点。2秒钟后,人和车一起落地,避震前叉被压缩了160毫米,吸收了大部分下落的能量,车手得以保持平衡。坠山成功了吗?不。这时被压缩到极限的避震前叉突然弹起,将车手整个往后掀翻,摔倒在一片尘土中。事后的检查表明,这辆车避震前叉中的油阻尼(oil damper)系统故障失效,导致了回弹失控摔车。
　　避震前叉吸收能量的真正秘诀,就是回弹阻尼系统。众所周知,弹簧吸收了多少能量,还会原样把它们释放出来,廉价的前叉只能靠摩擦来吸收这部分能量。而高档前叉的价值很大程度就体现在油阻尼系统。它的原理很简单,就是让有黏性的油通过一个小孔流出,于是减缓了弹簧回弹的速度,消耗了它的能量。一些大门上也有这样的阻尼设计,用来减缓关门的速度。通过调节小孔的大小,也可以调节阻尼的速度,以适应不同的路面:例如大石头的崎岖路面可以增大阻尼,小碎石路面可以减小阻尼,相当于一个可以调节范围的滤波器。
　　
　　气压与润滑
　　
　　对于分秒必争的比赛来说,接下来的问题就是重量了。阻尼的重量不能省,除了使用轻量的铝合金材料,还有个办法就是把沉重的弹簧换成空气,这样的避震前叉被称作气压前叉。它又要面对一系列技术问题:除了空气的密封、压缩量的调节,还有一个头痛的问题是门槛效应(stiction)。早期气压前叉会让车手感觉到强烈的“卡”的感觉,避震的运动很“干涩”。这个现象的原因是密封圈两侧的空气压力不同,会让静摩擦力变得非常大。解决的办法就是使用“双气室系统”,增加一个负气室(negative air),从反方向来抵消静摩擦力的影响。调节好正负气室的气压之后,骑乘的车手评价道,感觉好像“悬浮”在崎岖路面上飞行。但是这些复杂的结构也增加了成本。世界大赛中最常用的双气室前叉Rockshox SID的重量轻达1300克,但是价格超过3000元人民币。相比之下,廉价的弹簧前叉重达2400克以上,售价在400元人民币附近。
　　
　　锁死与智能
　　
　　但是,过度的润滑也带来了能量损耗。特别是在爬坡的骑行中,每踩一脚都会使得前叉压缩,消耗掉额外的能量。另一种功能应运而生,这就是锁死(lockout)。只需要拨动一个小旋钮,就能让避震前叉完全不能动作。它的原理和油阻尼系统有异曲同工之妙,只要关闭阀门,完全切断油液的流动,前叉当然也就无法活动了。上坡路结束,到了下坡需要使用避震时,又可以旋动按钮,打开活门,让前叉正常的工作。
　　锁死系统仍然不是完美的解决方案。如果遇到起伏不断的上下坡,不断的锁死、打开显然很麻烦,如果忘记了打开锁死还可能损伤前叉。Fox品牌的X系列前叉使用了所谓的“智能避震”来解决这个问题,一个小装置使得前叉在遇到来自路面的冲击时才会有动作,而自动忽略掉车手蹬踏的压力。但是问题依然存在,这样复杂的系统昂贵而且容易损坏。自行车避震前叉的进化还远远没有结束。
　　
　　Tips:
　　山地车的前叉
　　锁死旋钮
　　可以通过接入的钢线,控制前叉的锁死与解除锁死。
　　预压调节器
　　可以设定预压,当冲击超过这个压力时,前叉就开始动作。
　　Motion Control压缩总成
　　为了防止前叉在锁死状态下受到损坏,可以在突然受到冲击的情况下解除锁死的自动装置。
　　回弹调节阀
　　通过改变阻尼油通过的小孔大小,调节回弹阻尼。
　　回弹阻尼旋钮
　　从这里可以手动调节回弹阻尼阀。
　　负气室气嘴
　　从这里给负气室打气,打得越多前叉感觉越润
　　正气室气嘴
　　从这里给正气室打气,打得越多前叉感觉越“硬”,大体重的车手需要打更多的气。
　　双气室总成
　　隔开正气室和负气室的装置,同时为前叉提供弹力。