ES2316316A1 - Sistema de suspension. - Google Patents
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- B62K25/286—Axle suspensions for mounting axles resiliently on cycle frame or fork with pivoted chain-stay the shock absorber being connected to the chain-stay via a linkage mechanism
Abstract
Sistema de suspensión para vehículos de al menos dos ruedas, que comprende un amortiguador lineal y una estructura basculable respecto del chasis del vehículo formada por al menos dos varillas unidas en ángulo, cuyo vértice soporta el eje de una rueda y cuyos extremos libres están unidos al chasis mediante respectivos elementos de unión superior e inferior, respectivamente, ambos de configuración triangular. El elemento de unión superior está unido articuladamente al chasis del vehículo por un primer vértice, unido articuladamente a un extremo del amortiguador por un segundo vértice y unido articuladamente a un extremo libre de la estructura basculable por su tercer vértice. El citado elemento de unión inferior está unido articuladamente al chasis del vehículo por un primer vértice, unido al otro extremo del amortiguador por un segundo vértice y unido articuladamente al otro extremo libre de la estructura basculable por su tercer vértice.
Description
Sistema de suspensión.
La presente invención se refiere a un sistema de
suspensión para vehículos de al menos dos ruedas, especialmente
apto para bicicletas, de los que comprenden al menos una estructura
rígida basculable respecto del chasis del vehículo y un
amortiguador.
Desde hace muchos años se han desarrollado todo
tipo de sistemas de suspensiones para bicicletas, los cuales
inicialmente tenían como único objetivo minimizar los efectos de los
baches del terreno en el ciclista.
A parte de dichos sistemas, en el sector de la
alta competición, se conoce otro tipo de suspensiones que tienen
por objeto superar otro tipo de inconvenientes, como por ejemplo el
efecto indeseado producido por la suspensión cuando el ciclista
aplica su fuerza sobre los pedales o el efecto de balanceo (conocido
como squat, término que se utilizará en adelante), que ocasiona una
compresión o descompresión de la suspensión que comporta una
innecesaria pérdida de la energía aplicada en el pedaleo y por lo
tanto que la eficacia del sistema de suspensión sea menor. De hecho
el efecto squat se puede cuantificar de la siguiente manera:
Primero, a partir del esquema de una bicicleta 2
(ver Fig. 1), se traza una línea horizontal LH a la altura del
centro de gravedad del sistema, en este caso la bicicleta 2 más el
ciclista, no representado. A continuación se traza una línea
vertical LV que pasa por el eje de la rueda delantera 22 de la
bicicleta 2 y perpendicular a la citada línea del centro de
gravedad. Así se obtiene una intersección entre ambas líneas que nos
indica el punto del 100% de anti-squat, es decir, el
punto ideal en el que el pedaleo del ciclista no afecta a la
compresión o descompresión del sistema de suspensión. Por encima de
este punto en la línea vertical se produce un valor superior al
100% de anti-squat, es decir, situación en el que la
suspensión se descomprime (se extiende) al aplicarse la fuerza del
pedaleo en la bicicleta. Contrariamente, por debajo del punto de
100% de anti-squat se produce un valor inferior al
100% de anti-squat, es decir, situación en este caso
en el que la suspensión se comprime.
Seguidamente se debe encontrar una línea oblicua
LO que intersecciona con la línea vertical, anteriormente descrita,
para saber el porcentaje de anti-squat en cada
punto de un sistema de suspensión. Siendo así, se traza otra línea
alineada LA con el tiro de la cadena de la bicicleta 2 y otra línea
oblicua LO' que une el eje de rotación de la rueda trasera 21 con
el centro de rotación instantáneo del elemento basculante,
produciéndose así una intersección que define un punto en la línea
oblicua LO que definirá el porcentaje de squat. El otro punto que
define dicha la línea oblicua LO es el punto en el que la rueda
trasera 21 entra en contacto con el suelo, formándose así dicha
línea LO que indica el porcentaje de anti-squat
disponible en ese momento y para este desarrollo en concreto, ya que
el anti-squat es dependiente de la posición del
sistema de suspensión y del desarrollo del conjunto, es decir, del
diámetro del plato y los piñones, con lo que dicha línea oblicua LO
variará según el sistema escogido, el ciclista y demás
variables.
Utilizando estos desarrollos se han dado a
conocer múltiples sistemas que intentan minimizar dicho efecto de
balanceo de la suspensión o squat, denominados sistemas
anti-squat, como por ejemplo el caso del sistema
descrito en la patente US6488301 que persigue una solución para
minimizar el efecto squat pero de manera errónea utilizando la
tensión de la cadena para contrarrestar el movimiento de la
suspensión, ocasionándose un defecto denominado pedal kickback, que
produce una tensión en la cadena que el ciclista nota a través de
los pedales. De hecho, en esta patente se pretende conseguir una
trayectoria del eje de la rueda trasera en forma de S con objeto de
minimizar el efecto de balanceo de la suspensión, pero en ningún
caso se han tenido en cuenta primero el estudio de
anti-squat para minimizar este balanceo.
Otro ejemplo de este tipo de sistemas de
suspensión, que tienen como objetivo solventar los efectos
producidos por el pedaleo del ciclista, es el documento
US20070024022. En dicho documento se describe un sistema de
suspensión para una bicicleta que comprende un cuadro, un triángulo
basculante, unos elementos de unión de dicho cuadro y triángulo
basculante y un amortiguador. Mediante este sistema se consigue un
comportamiento de la suspensión que parte inicialmente de un valor
de anti-squat superior al 100% y va disminuyendo a
continuación, de modo que la curva de squat tiene una pendiente
negativa en el principio del recorrido de la suspensión y al final
del recorrido, cuyo valor absoluto es inferior al de la pendiente de
la curva en las posiciones intermedias del recorrido de la
suspensión. Aún así, este sistema adolece del inconveniente de que
para conseguir un valor de squat adecuado el SAG (a continuación se
explicará que se entiende por SAG) que se ha de usar es muy crítico
en el funcionamiento, y el uso de un SAG no adecuado hace que el
sistema ya no funcione correctamente. En este sistema de suspensión
el tanto por ciento de squat disminuye en todo momento de modo que
se ha de partir siempre de un porcentaje de
anti-squat siempre superior al 100%, con lo que si
el ciclista cambia su posición encima de la bicicleta, como puede
darse cuando se pedalea de pie y se pone más peso sobre el tren
delantero, el SAG varía y hace funcionar el sistema de suspensión
por encima del 100% de anti-squat, haciendo que
éste no trabaje de forma correcta. También la modificación de los
ajustes estándar de un SAG dado por el fabricante, por ejemplo
cuando el piloto prefiere utilizar una suspensión más blanda o más
dura dependiendo del tipo de conducción que realice o de sus gustos
personales, puede producir el uso de un SAG no correcto afectando al
comportamiento total del sistema de suspensión de la bicicleta
haciendo que ésta no trabaje de forma correcta y comprometiendo el
confort del ciclista y la eficiencia del sistema de suspensión,
teniendo éste que escoger entre un funcionamiento óptimo o un
ajuste que sea de su agrado.
Se entiende por SAG el recorrido muerto que
tiene un amortiguador o sistema de suspensión una vez el piloto o
conductor está subido en el vehículo, bicicleta. Dependiendo de la
dureza del amortiguador éste puede ser mayor o menor, aunque
normalmente suele ser entre un 25% y un 35% del recorrido total del
sistema de suspensión. El SAG sirve para definir la posición de
reposo de la bicicleta con el piloto sobre la bicicleta y por lo
tanto para calcular el anti-squat del sistema, dado
que esa es la posición para el estudio del comportamiento del
sistema y la que más tarde el fabricante recomendará como SAG
óptimo para el perfecto funcionamiento de su particular sistema.
Este porcentaje varía dependiendo del fabricante que determina estos
valores o rangos de porcentaje en función de sus ingenieros, sus
probadores y según cada marca y/o modelo de bicicleta según su
recorrido de suspensión.
Como se puede comprobar todavía no se ha logrado
una solución total que permita solventar a la vez todos los
inconvenientes mejorando el comportamiento global del sistema de
suspensión. De hecho, por ahora los sistemas de suspensión son muy
críticos en el ajuste y el rango de funcionamiento ideal es muy
pequeño, (aproximadamente el funcionamiento óptimo está entre un 90
y 110% de anti-squat).
Por todo ello, se hace necesario un sistema de
suspensión de este tipo que tenga por objeto llegar a una solución
de compromiso que permita ampliar este rango de funcionamiento de la
suspensión y poder así solucionar los problemas antes mencionados
sin afectar a otras variables del sistema.
El sistema de suspensión para vehículos de al
menos dos ruedas objeto de la presente invención, es de los
especialmente aptos para bicicletas y comprende al menos una
estructura rígida basculable formada por al menos dos varillas
solidariamente unidas en ángulo, cuyo vértice soporta el eje de la
rueda trasera del vehículo y cuyos extremos libres están unidos al
chasis del vehículo mediante respectivos elementos de unión superior
e inferior, respectivamente, y un amortiguador lineal.
En esencia, el sistema de suspensión se
caracteriza porque el elemento de unión superior tiene una
configuración triangular en el que un primer vértice está unido
articuladamente al chasis del vehículo, un segundo vértice está
unido articuladamente a un extremo del amortiguador y un tercer
vértice está unido articuladamente a la estructura rígida
basculable; y porque el elemento de unión inferior también tiene una
configuración triangular en la que un primer vértice está unido
articuladamente al chasis del vehículo, un segundo vértice está
unido al otro extremo del amortiguador y un tercer vértice está
unido articuladamente a la estructura rígida basculable.
Ventajosamente, con este sistema de suspensión
se consigue optimizar la energía introducida en la bicicleta por el
ciclista, minimizando al máximo las pérdidas ocasionadas en el
pedaleo. Además, con este nuevo sistema, se aumenta el rango de
ajuste de la suspensión de manera que la posición del ciclista sobre
la bicicleta y su ajuste no sean tan críticos, consiguiéndose una
bicicleta mucho más polivalente. Con lo que el valor de SAG se hace
menos restrictivo que en otros sistemas conocidos abriendo el rango
de ajustes que el usuario puede realizar.
Según otra característica de la invención, los
dos extremos del amortiguador son susceptibles de modificar su
posición relativa respecto al centro geométrico del amortiguador,
siendo el amortiguador susceptible de comprimirse simultáneamente
por sus dos extremos.
Provechosamente, con esta disposición del
amortiguador en el que el amortiguador es susceptible de comprimirse
por los dos extremos simultáneamente, se consigue que el
amortiguador se desplace en menor medida, dado que el desplazamiento
en cada extremo del amortiguador es mucho menor que los conocidos
hasta el momento disminuyendo las inercias asociadas al sistema,
reaccionando éste de manera más suave a las variaciones del sistema
y facilitándose mejoradamente la absorción de los impactos debido a
que los extremos del amortiguador están sometidos a unas
aceleraciones menores; es decir, según la fórmula F=m\cdota a
igual masa si la aceleración es menor la fuerza necesaria también
disminuye, con lo que queda patente que disminuir el movimiento
relativo del amortiguador supone un clara ventaja contra uno que
únicamente lo comprime por un extremo.
De acuerdo con una realización preferida, el
movimiento relativo de los dos extremos del amortiguador al
comprimirse está comprendido en un rango entre un 50/50% para cada
extremo y 60/40% para cada extremo.
Ventajosamente con este sistema se consigue una
compresión del amortiguador más equilibrada para cada extremo como
se ilustrará más adelante en las Figs. 2 y 3a a 3c para el margen
del 50/50%, llegando incluso a un 60/40% en el peor de los casos en
las Figs. 4 y 5a a 5c, con lo que se minimizan al máximo las
posibles aceleraciones en cada extremo del amortiguador.
De acuerdo con otra característica de la
invención, el centro instantáneo de rotación de la estructura
rígida basculable, definido por la intersección de la prolongación
de una línea imaginaria que une el primer y el tercer vértice del
elemento de unión superior y la prolongación de otra línea
imaginaria que une el primer y el tercer vértice del elemento de
unión inferior, describe una trayectoria que tiene al principio del
recorrido, partiendo de una posición de reposo del vehículo sin
carga, una tramo ascendente, el valor absoluto de cuya pendiente
decrece paulatinamente hasta el punto de SAG [recorrido muerto de
la suspensión cuando el ciclista está subido en ella] a partir del
cual se inicia un tramo descendente hasta el final del recorrido de
la suspensión, que corresponde con la máxima compresión del
amortiguador.
Mejoradamente, con este comportamiento del
sistema de suspensión se consigue una respuesta óptima de
anti-squat que crece al inicio, desde la posición
inicial del sistema sin carga hasta la posición de reposo con el
ciclista encima de la bicicleta, también denominado tramo de
recorrido muerto por el peso del piloto, para decrecer hasta llegar
al final del recorrido. Siendo así, se consigue además una
respuesta al principio del 80% del anti-squat para
pasar a un 100%, en el que la suspensión se encuentra en equilibrio
y compensa totalmente la fuerza del pedaleo. Es decir, con esto se
consigue que el rango de uso del sistema de suspensión sea más
amplio y no sea tan crítico con el SAG como lo son los sistemas
conocidos hasta el momento en los cuales con una variación de la
posición del ciclista, como puede ser al subir por una rampa con
mucha inclinación, éste ha de poner más peso sobre la rueda
delantera para que ésta no se despegue del suelo haciendo que sobre
la suspensión posterior recaiga menos peso, con lo que el SAG se ve
afectado y el sistema de suspensión ya no trabaja dentro del rango
ideal de funcionamiento haciendo que la suspensión balancee.
De acuerdo con una realización preferida, la
prolongación de la línea imaginaria que une el primer y el tercer
vértices del elemento de unión inferior forma un ángulo entre 30º y
90º con respecto a una línea vertical que pasa por el primer vértice
del elemento de unión inferior. Además, la prolongación de la línea
imaginaria que une el primer y el tercer vértices del elemento de
unión superior forma un ángulo entre -50º y 10º con respecto a una
línea vertical que pasa por el primer vértice del elemento de unión
superior.
De acuerdo con otra característica de la
invención, el centro instantáneo de rotación de la estructura
rígida basculable está ubicado entre una línea vertical que pasa
por el eje de la caja de pedales y la rueda delantera del
vehículo.
Según otra característica de la invención, el
primer vértice del elemento de unión superior define el eje de
rotación para dicho elemento de unión, de modo que dicho elemento
de unión superior rota siempre en sentido contrario al de avance de
las ruedas del vehículo cuando se comprime, y siempre en sentido
contrario cuando el amortiguador se expande. El citado primer
vértice del elemento de unión superior se encuentra por delante de
una línea vertical que pasa por el eje de la caja de pedales, es
decir, entre dicha línea y la rueda delantera del vehículo.
De acuerdo con otra característica de la
invención, el primer vértice del elemento de unión inferior define
el eje de rotación para dicho elemento de unión, de modo que dicho
elemento de unión inferior rota siempre en sentido contrario al
sentido de giro del elemento de unión superior cuando el
amortiguador se comprime y se expande. El citado primer vértice del
elemento de unión inferior se encuentra alineado con respecto a una
línea vertical que pasa por el eje de la caja de pedales o entre
dicha línea y la rueda trasera del vehículo.
De acuerdo con otra característica de la
invención, el sistema se caracteriza porque la curva de
anti-squat tiene esencialmente la forma representada
en la Fig. 19. En concreto, la curva anti-squat
tiene una forma en la que se distinguen un primer punto A, que
ejemplifica el inicio de la curva; un segundo punto B, que
ejemplifica el punto de SAG; un tercer punto C, que ejemplifica un
punto justo después del SAG; y un cuarto punto D, que ejemplifica
el final del recorrido de la suspensión; en los que en el primer
punto A se define una línea tangente que determina una pendiente
positiva cuyo valor disminuye hasta un valor cero a medida que el
porcentaje total de recorrido de la suspensión se acerca al valor
del segundo punto B, y a partir del cual el valor de la pendiente
es negativo y disminuye hasta alcanzar el 100% del valor total del
recorrido de la suspensión.
En los dibujos adjuntos se ilustra, a título de
ejemplo no limitativo, distintas formas de realización del sistema
de suspensión según la invención. En dichos dibujos,
la Fig. 1 es una vista esquemática que muestra
como se encuentra el punto de squat en una bicicleta;
la Fig. 2 muestra una vista esquemática del
sistema de suspensión según la invención para un primer ejemplo de
realización;
las Figs. 3a, 3b y 3c son vistas esquemáticas
parciales de tres diferentes instantes en el recorrido del sistema
de suspensión de la Fig.2;
la Fig. 4 muestra una vista esquemática del
sistema de suspensión según la invención para un segundo ejemplo de
realización;
las Fig. 5a, 5b y 5c son vistas esquemáticas
parciales de tres diferentes instantes en el recorrido del sistema
de suspensión de la Fig.4;
las Figs. 6a, 6b, 6c y 6d son sendas vistas en
perspectiva de una bicicleta que lleva incorporada un sistema de
suspensión según la invención en posición de mínima compresión;
las Figs. 7a, 7b, 7c y 7d son respectivas vistas
en perspectiva de la bicicleta de las Figs. 6a a 6d en posición de
máxima compresión;
las Figs. 8, 9, 10 y 11 son distintas gráficas
de diferentes variables que definen el comportamiento del sistema de
suspensión de la invención para el ejemplo representado en la
Fig.2;
la Fig. 12 es la tabla de valores de las
variables correspondientes que definen las gráficas de las Fig. 8,
9, 10 y 11;
las Figs. 13, 14, 15 y 16 son distintas gráficas
de diferentes variables que definen el comportamiento del sistema
de suspensión de la invención para el ejemplo representado en la
Fig.4;
la Fig. 17 es la tabla de valores de las
variables correspondientes que definen las gráficas de las Figs. 13,
14, 15 y 16;
las Fig. 18 y 19 son sendas gráficas de la curva
anti-squat característica del sistema de suspensión
según la invención;
las Figs. 20 y 21 son una gráfica y un esquema,
respectivamente, del efecto producido en la tensión de la cadena
según el sistema según la invención; y
la Fig. 22 es una vista esquemática parcial de
la variación de ángulos \alpha y \beta según el ejemplo de la
Fig.2 y las Figs. 3a, 3b y 3c.
Tal y como se aprecia en los ejemplos de la Fig.
2 y la Fig. 4, el sistema de suspensión 1 está instalado en sendas
bicicletas 2 de descenso y cross country, respectivamente.
Para cada una de ellas, el sistema de suspensión
1 comprende dos estructuras rígidas basculables 4 (en
correspondientes laterales de la rueda trasera 21) respecto al
cuadro o chasis 3 de la bicicleta 2, formadas por dos barras o
varillas 4a y 4b solidariamente unidas en ángulo, cuyos vértices
soportan correspondientes extremos del eje de la rueda trasera 21
de la bicicleta 2 y cuyos extremos libres están unidos al chasis 3
de la bicicleta 2 mediante respectivos elementos de unión superior
e inferior 5 y 6, respectivamente. Además, el sistema de suspensión
1 está provisto de un amortiguador 7.
Los elementos de unión superior 5 e inferior 6
del sistema de suspensión 1 según las vistas en detalle de las
Figs. 3a, 3b y 3c de la bicicleta 2 representada en la Fig. 2 y las
Figs. 5a, 5b y 5c de la bicicleta 2 representada en la Fig. 4, son
de configuración triangular y están vinculados con el chasis 3, las
estructuras rígidas basculables 4 y el amortiguador 7 de una forma
particular, tal como se describe a continuación.
El elemento de unión superior 5 tiene una
disposición particular en el conjunto del sistema de suspensión 1 en
la que el primer vértice 5a está unido articuladamente al chasis 3,
el segundo vértice 5b está unido articuladamente a un extremo 7a
del amortiguador 7 y el tercer vértice 5c está unido articuladamente
a la estructura rígida basculable 4. Análogamente, el elemento de
unión inferior 6 también tiene una disposición particular en la que
el primer vértice 6a está fijado articuladamente al chasis 3 de la
bicicleta 2, el segundo vértice 6b está unido al otro extremo 7b del
amortiguador 7 y el tercer vértice 6c está unido articuladamente a
la estructura rígida basculable 4.
Por otro lado, el amortiguador 7 está anclado a
dichos elementos de unión 5 y 6 por sus extremos 7a y 7b, de modo
que el segundo vértice 5b del elemento de unión superior 5 está
unido al extremo 7a del amortiguador 7 y el segundo vértice 6b del
elemento de unión inferior 6 está unido al extremo 7b del
amortiguador 7.
Mediante está disposición del amortiguador 7, se
permite que dichos extremos 7a y 7b puedan modificar su posición
relativa respecto al centro geométrico del amortiguador 7
comprimiéndose el amortiguador 7 simultáneamente por los dos
extremos 7a y 7b a lo largo de todo el recorrido de la suspensión,
entendiéndose como el recorrido de la suspensión el conjunto de
diferentes posiciones que pueden adoptar todos los elementos del
sistema de suspensión 1 de la invención desde la posición de reposo
y sin carga de la bicicleta, pasando por la situación de reposo con
el ciclista en la bicicleta (posición SAG) y la superación de
baches, hasta la situación de máxima compresión del amortiguador 7
ó carrera máxima.
El movimiento relativo de los dos extremos 7a y
7b del amortiguador 7 al comprimirse consigue una compresión del
amortiguador 7 del 50/50% para cada extremo como se ilustrará más
adelante en las Figs. 2 y 3a a 3c para el ejemplo de la bicicleta 2
de descenso, llegando incluso a un 60/40% en el peor de los casos en
las Figs. 4 y 5a a 5c del ejemplo de la bicicleta 2 de cross
country, con lo que se minimizan al máximo las posibles
aceleraciones en cada extremo 7a ó 7b del amortiguador 7 e
independientemente de si el extremo superior 7a o inferior 7b es el
que se desplaza en mayor medida.
En las Figs. 3a, 3b y 3c se representan tres
instantes diferentes del recorrido de la suspensión para la
bicicleta 2 de descenso representada esquemáticamente en la Fig. 2,
en concreto, en la Fig. 3a se representa la situación inicial,
mínima compresión, en la Fig. 3b se representa la situación de SAG
(situación de reposo con el ciclista en la bicicleta) y en la Fig.
3c se representa la situación final del recorrido y de máxima
compresión del amortiguador 7.
Análogamente a las Figs. 3a a 3c, en las Figs.
5a, 5b y 5c se representan la situación inicial, mínima compresión,
la situación de SAG y la situación final del recorrido,
respectivamente, para la bicicleta 2 de cross country representada
en esquemáticamente en la Fig. 4.
Además de representarse en dichas figuras los
elementos que configuran el sistema de suspensión 1, se ha señalado
el centro instantáneo de rotación I de la estructura rígida
basculable 4 que describe en el tiempo y en el transcurso de todo
el recorrido de la suspensión una trayectoria T. El citado centro
instantáneo de rotación I está delante de una línea vertical 30 que
pasa por el eje de la caja de pedales, es decir, entre dicha línea
vertical 30 y la rueda delantera 22 de la bicicleta 2. Dicha
trayectoria T viene definida por la intersección de la prolongación
de una línea imaginaria 8 que une el primer 5a y el tercer 5c
vértices del elemento de unión superior 5 y la prolongación de otra
línea imaginaria 9 que une el primer 6a y el tercer 6c vértices del
elemento de unión inferior 6. En concreto, dicha trayectoria T
tiene una forma que viene definida por un tramo ascendente al
principio del recorrido (Fig. 3a y 5a), partiendo de una posición de
reposo del vehículo sin carga, el valor absoluto de cuya pendiente
decrece paulatinamente hasta el punto de SAG (Fig. 3b y 5b) a
partir del cual se define otro tramo, un tramo descendente, hasta
alcanzar el final del recorrido de la suspensión (Fig. 3c y 5c).
Tal y como se representa en al Fig. 22, la línea
imaginaria 9 del elemento de unión inferior 6 que forma un ángulo
\alpha entre 30º a 90º con respecto a una línea vertical 66 que
pasa por el primer vértice 6a del elemento de unión inferior 6. En
concreto, en el ejemplo representado en la Fig. 22, que ejemplifica
el caso de la Fig. 2 en sus distintos instantes reflejados también
en las Figs. 3a a 3c, el ángulo \alpha tiene un valor de 33º, 49º
y 87º para la situación de la Fig. 3a, 3b y 3c, respectivamente,
que se corresponden a la situación inicial, a la situación de SAG y
a la situación final del recorrido de la suspensión.
Además, en la misma Fig. 22 se representa la
línea imaginaria 8 del elemento de unión superior 5 que forma un
ángulo \beta entre -50º a 10º con respecto a una línea vertical
55 que pasa por el primer vértice 5a del elemento de unión superior
5. En concreto, el ángulo \beta tiene para este ejemplo un valor
de 8º, -4º y -29º para la situación de la Fig. 3a, 3b y 3c,
respectivamente, que se corresponde a la situación inicial, a la
situación de SAG y a la situación final del recorrido de la
suspensión.
En las mismas Figs. 2, 3a a 3c, 4 y 5a a 5c, se
ha representado con la letra F el arco que define el recorrido del
eje de rotación de la rueda trasera 21 durante todo el recorrido de
la suspensión y que encuentra su centro sobre la trayectoria T, el
centro del arco en cada momento es el punto I. Este define un arco
de radio y centro variable (punto I sobre la trayectoria T) durante
el movimiento de la suspensión desde su posición de mínima
compresión hasta el punto de máxima compresión siguiendo de la
manera más precisa posible el movimiento ideal de la cadena, por el
cual ésta no vería afectada su longitud y no variaría su
longitud.
Según esta evolución del centro de rotación
instantáneo I del triángulo basculable 4, posible gracias a la
disposición de los elementos de unión superior 5 y inferior 6
conjuntamente con la característica asociada a la amortiguación del
amortiguador 7 que permite su amortiguación por ambos extremos 7a y
7b simultáneamente, se consigue que, aunque al inicio no haya un
valor de tanto por ciento de squat elevado, se vaya incrementando
durante el inicio del recorrido de la suspensión y después disminuya
consiguiendo de dicha manera que el valor de
anti-squat nunca pueda ser superior al 100% aunque
el ciclista endurezca la suspensión o varíe la posición (la cual
ocasionará una variación en la línea LH representada en la Fig. 1,
y por consecuencia una variación en el valor de squat) sobre la
bicicleta, de manera que el comportamiento de la suspensión siempre
se encuentre dentro de un rango de anti-squat donde
al ciclista no le sea posible sentir el balanceo de la
suspensión.
De este modo, se logra pasar dos veces por los
mismos valores de squat (ver Fig. 18 y 19), haciendo que el rango
de funcionamiento del sistema en valores efectivos de
anti-squat sea mucho mayor al no estar limitado a
situaciones puntuales como en otros sistemas, es decir, aquí los
valores están duplicados dado que la curva
anti-squat crece y decrece pasando dos veces por los
mismos valores, mejorándose así la respuesta total del sistema de
suspensión
1.
1.
Por otro lado e independientemente del nivel de
anti-squat, que mantiene un mínimo efecto de la
pedalada sobre la suspensión, la suspensión mantiene un
endurecimiento al final del recorrido (el ratio de la suspensión va
decreciendo a medida que se llega al final del recorrido, ver Figs.
8 y 13) para evitar indeseados topes del amortiguador 7 al llegar
al final de su recorrido, haciendo posible de esta manera el poder
utilizar un amortiguador 7 con una dureza menor con lo que todas las
piezas de la bicicleta 2 se ven sometidas a menores esfuerzos de
fatiga.
De hecho, este sistema de suspensión 1 se adapta
específicamente según el tipo de amortiguador 7 a utilizar, ya que
evidentemente no es el mismo comportamiento el de un amortiguador 7
de un muelle metálico, comportamiento lineal, que el de un
amortiguador 7 de un elemento amortiguador de aire, comportamiento
muy progresivo, ni tampoco es la misma longitud y recorrido del
amortiguador 7, dado que existen diferentes medidas dependiendo del
ratio medio que se quiera obtener y del recorrido final que se
quiera obtener. Además, el ratio de la suspensión también se puede
adaptar a cada tipo de sistema de suspensión 1 y al uso que esté
dirigido, no comportándose de igual manera un sistema pensado para
una bicicleta 2 para el descenso (Fig. 2, 3a a 3c, 6a a 6d y 7a a
7d) que uno pensado para el enduro y el cross country (Fig. 4 y 5a
a 5c). Por ejemplo, en la Fig. 8 y en la Fig. 13 se representan
respectivamente el ratio de suspensión para la bicicleta 2 de
descenso y la bicicleta 2 de cross country.
Además, para la bicicleta 2 de descenso y para
la bicicleta 2 de cross country se representan en las Figs. 12 y 17,
respectivamente, la tabla de valores correspondientes al ratio y
otras variables que definen el comportamiento del sistema de
suspensión 1 para dichas bicicletas 2, y que determinan una serie de
gráficas en las que las Figs. 10 y 15 es la gráfica que representa
el valor de anti-squat a lo largo de todo el
recorrido de la suspensión, las Figs. 8 y 13 es la mencionada
gráfica del ratio de la suspensión [que se cuantifica de la
siguiente manera: el ratio es igual a la división de la variación
del recorrido de la rueda trasera 21 respecto de la variación del
recorrido del amortiguador 7, cuyo valor crece en la primera parte
del recorrido, para pasar por un punto neutro y entonces decrecer
hasta el final del recorrido]; las Figs. 9 y 14 son el recorrido
que sigue el eje de la rueda trasera de la bicicleta 2; y las Figs.
11 y 16 son la variación de la longitud de la cadena que se calcula
restando la extensión de la cadena en el sistema de suspensión al
valor de la extensión ideal que debería tener la cadena para que
ésta fuera nula, con esto se obtiene un diferencial igual a la
longitud de la tensión de la cadena a partir del cual puede
determinarse si el sistema al comprimirse tendrá o no un efecto de
retroceso en los pedales al coger un bache (el ya comentado pedal
kickback).
Tal y como se representa en la Fig. 3a mediante
las flechas F5 y F6, los elementos de unión superior 5 y inferior
6, rotan en sentido opuesto en todo el recorrido de compresión de la
suspensión del sistema de suspensión 1. Según este sistema de
suspensión 1, el primer vértice 5c del elemento de unión superior 5,
que define el eje de rotación para dicho elemento de unión superior
5, rota en sentido contrario al de avance de las ruedas desde la
posición de reposo de la bicicleta sin carga, mínima compresión del
amortiguador 7 (ver Fig. 3a), hasta el final del recorrido de la
suspensión, máxima compresión (ver Fig. 3c), pasando por la posición
de SAG (ver Fig. 3b) y en sentido contrario cuando la suspensión
vuelve a su situación inicial. Contrariamente, el primer vértice 6a
del elemento de unión inferior 6, que define el eje de rotación
para dicho elemento de unión inferior 6, rota en sentido contrario
al del elemento de unión superior 5 desde la posición de reposo de
la bicicleta sin carga (mínima compresión del amortiguador) hasta el
final del recorrido de la suspensión (máxima compresión) y en
sentido contrario cuando la suspensión vuelve a su situación
inicial.
Se puede decir pues que el elemento de unión
superior 5 y el elemento de unión inferior 6 contra rotan al
comprimirse el amortiguador 7, desde la posición de mínima
compresión del amortiguador 7 hasta la posición de máxima
compresión, y en sentidos opuestos cuando el amortiguador 7 retorna
extendiéndose de la posición de máxima compresión hasta la posición
de mínima compresión. En las Figs. 4a, 4b, 4c y 4d se representa
para una mayor compresión de la invención un ejemplo de realización
en tres dimensiones de la bicicleta 2 de descenso en el que el
amortiguador 7 está en la posición inicial de mínima compresión, y
en las Figs. 5a, 5b, 5c y 5d se muestra la misma bicicleta 2 que
las Figs. 4a a 4d en posición de máxima compresión del amortiguador
7. En las Figs. 6a y 6d en tres dimensiones también se puede
observar que, además de las varillas 4a y 4b que forman la
estructura rígida basculable 4, se prevé una tercera varilla 4c que
complementa la resistencia de toda la estructura y que configura
una estructura en forma triangular.
Siendo así, el comportamiento global del sistema
de suspensión 1 define una curva característica de la evolución del
anti-squat (Fig. 18) que permite un rango de
funcionamiento más amplio del sistema de suspensión 1.
Conviene mencionar que, ventajosamente, con este
sistema de suspensión 1 se consigue reducir los efectos de la
extensión de la cadena, creando un efecto denominado "pedal
kickback", (ver Figs. 11, 16 y 20) que ocasionan que cuando se
pasa por un bache el movimiento de la rueda se separa de la
trayectoria ideal de la cadena creando una tensión en la cadena que
hace retroceder las bielas, o elementos de unión 5 ó 6. De hecho, el
pedal kickback ocurre en sistemas en que la rueda trasera 21 se
aleja del cuadro al comprimirse el amortiguador 7 y la cadena
consecuentemente se estira creando este efecto. Esto ocurre por
ejemplo en el sistema descrito en la patente US6488301, citada en
los antecedentes de la presente invención, en el que se creía que
utilizando una trayectoria de rueda en forma de S, en que ésta se
alejara en gran medida de la trayectoria ideal de la cadena, se
conseguiría que la tensión de la cadena bloquease el sistema
haciendo que éste no se comprimiera, lo que en realidad si que
puede llegar a pasar pero a costa de sentir este molesto efecto en
los pedales denominado pedal kickback o retroceso y que hace que el
ciclista no pueda pedalear de manera continua. Pero, por el
contrario, debido a que el sistema de suspensión 1 consigue una
trayectoria F de la rueda trasera más parecida a la trayectoria
ideal F' de la cadena (sobre todo en las primera mitad del recorrido
donde el usuario se encontrará aplicando fuerza sobre los pedales)
(ver Fig. 21) y que es tangente al plato, se evita el efecto
kickback que ocurre en otros sistemas conocidos. En la Fig. 20 se
representa el movimiento característico de la rueda trasera 21 con
respecto a la caja de pedales de la bicicleta 2.
De forma resumida y a modo de conclusión, se
representa en las Figs. 18 y 19 la curva anti-squat
característica de este sistema de suspensión 1, en las que se
muestra en las abcisas el porcentaje total del recorrido de la
suspensión y en las ordenadas el porcentaje total del valor de
squat.
Como se observa en la Fig. 18 la curva se inicia
en un valor inferior al 100% de anti-squat para
luego aumentar al inicio del recorrido y disminuir paulatinamente
hasta el final del recorrido de la suspensión, pasando dos veces por
los mismos valores de anti-squat con lo que se
aumenta el rango de funcionamiento en valores deseados.
Además, en la Fig. 19, se señalan cuatro puntos
distintos a lo largo de dicha curva característica del
anti-squat del sistema de suspensión 1 que definen,
respectivamente:
Un primer punto A al inicio de la curva en el
que se traza una línea tangente que determina una pendiente
positiva que disminuye su valor hasta cero en el segundo punto
B;
Un segundo punto B en la situación de SAG cuya
línea tangente determina una pendiente nula (igual a cero) que
disminuye hasta valores negativos de pendiente;
Un tercer punto C, justo después del SAG, que
ejemplifica una tangente que determina una pendiente negativa cuyo
valor absoluto aumenta hasta un valor máximo en el punto D; y
Un cuarto punto D al final de la curva o
recorrido de la suspensión que determina una línea tangente,
pendiente, de valor máximo y negativo.
Con este sistema se consigue que el
anti-squat no solo funcione para un porcentaje X de
SAG en el amortiguador, es decir, cuando normalmente se aconseja un
25-30% de SAG en el amortiguador para el
funcionamiento óptimo de una bicicleta común, para este sistema
según la invención descrita anteriormente este rango se ve ampliado
a un 15-40%, comprendiendo en él los valores que
suelen ser máximos en otros ajustes de suspensión y ampliándose así
la versatilidad del producto con la consecuente mejora para el
usuario final de la bicicleta.
Dicho de otro modo, con este sistema de
suspensión se consigue el objetivo de hacer que los ajustes
estándar de las bicicletas puedan verse duplicados respecto a otros
diseños, haciendo que las bicicletas realizadas bajo este sistema de
suspensión sean mucho más polivalentes para diferentes tipo de
usuarios y condiciones de conducción.
Claims (13)
1. Sistema de suspensión (1) para vehículos de
al menos dos ruedas, especialmente apto para bicicletas (2), que
comprende al menos una estructura rígida basculable (4) formada por
al menos dos varillas (4a y 4b) solidariamente unidas en ángulo,
cuyo vértice soporta el eje de una rueda trasera (21) del vehículo y
cuyos extremos libres están unidos al chasis (3) del vehículo
mediante respectivos elementos de unión superior e inferior (5 y 6),
respectivamente, y un amortiguador (7) lineal, caracterizado
porque
a) el elemento de unión superior (5) tiene una
configuración triangular en la que un primer vértice (5a) está
unido articuladamente al chasis del vehículo, un segundo vértice
(5b) está unido articuladamente a un extremo (7a) del amortiguador
y un tercer vértice (5c) está unido articuladamente a uno de los
extremos libres de la estructura rígida basculable; y porque
b) el elemento de unión inferior (6) también
tiene una configuración triangular en la que un primer vértice (6a)
está unido articuladamente al chasis del vehículo, un segundo
vértice (6b) está unido al otro extremo (7b) del amortiguador y un
tercer vértice (6c) está unido articuladamente al otro extremo libre
de la estructura rígida basculable.
2. Sistema de suspensión (1) según la
reivindicación anterior, caracterizado porque los dos
extremos (7a y 7b) del amortiguador (7) son susceptibles de
modificar su posición relativa respecto al centro geométrico del
amortiguador, siendo el amortiguador susceptible de comprimirse
simultáneamente por sus dos extremos.
3. Sistema de suspensión (1) según la
reivindicación anterior, caracterizado porque el movimiento
relativo de los dos extremos (7a y 7b) del amortiguador (7) al
comprimirse está comprendido en un rango entre un 50/50% y un 60/40%
para cada extremo.
4. Sistema de suspensión (1) según una
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado
porque el centro instantáneo de rotación (I) de la estructura rígida
basculable (4), que describe una trayectoria (T), se define por la
intersección de la prolongación de una línea imaginaria (8) que une
el primer (5a) y el tercer (5c) vértices del elemento de unión
superior (5) y la prolongación de otra línea imaginaria (9) que une
el primer (6a) y el tercer (6c) vértices del elemento de unión
inferior (6).
5. Sistema de suspensión (1) según la
reivindicación anterior, caracterizado porque la longitud
del amortiguador (7) y las dimensiones de los elementos de unión
superior (5) y inferior (6) están adecuadas para que la trayectoria
(T) tenga al principio de su recorrido, partiendo de una posición
de reposo del vehículo sin carga, un tramo ascendente, el valor
absoluto de cuya pendiente decrece paulatinamente hasta el punto de
SAG a partir del cual se inicia un tramo descendente hasta alcanzar
el final del recorrido de la suspensión, que se corresponde con la
máxima compresión del amortiguador.
6. Sistema de suspensión (1) según la
reivindicación anterior, caracterizado porque la
prolongación de la línea imaginaria (9) forma un ángulo entre 30º y
90º con respecto a una línea vertical (66) que pasa por el primer
vértice (6a) del elemento de unión inferior (6).
7. Sistema de suspensión (1) según la
reivindicación 5 ó 6, caracterizado porque la prolongación
de la línea imaginaria (8) forma un ángulo entre -50º y 10º con
respecto a una línea vertical (55) que pasa por el primer vértice
(5a) del elemento de unión superior (5).
8. Sistema de suspensión (1) según una
cualquiera de las reivindicaciones 4 a 7, caracterizado
porque el centro instantáneo de rotación (I) está ubicado entre una
línea vertical (30) que pasa por el eje de la caja de pedales y la
rueda delantera (22) del vehículo.
9. Sistema de suspensión (1) según una
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado
porque el primer vértice (5a) del elemento de unión superior (5)
define el eje de rotación para dicho elemento de unión, de modo que
dicho elemento de unión superior rota siempre en sentido contrario
al de avance de las ruedas del vehículo cuando el amortiguador (7)
se comprime, y siempre en sentido contrario cuando el amortiguador
se expande.
10. Sistema de suspensión (1) según la
reivindicación anterior, caracterizado porque el primer
vértice (5a) del elemento de unión superior (5) se encuentra por
delante una línea vertical (30) que pasa por el eje de la caja de
pedales, es decir, entre dicha línea y la rueda delantera (22) del
vehículo.
11. Sistema de suspensión (1) según una
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado
porque el primer vértice (6a) del elemento de unión inferior (6)
define el eje de rotación para dicho elemento de unión, de modo que
dicho elemento de unión inferior rota siempre en sentido contrario
al sentido de giro del elemento de unión superior (5) cuando el
amortiguador (7) se comprime o se expande.
12. Sistema de suspensión (1) según la
reivindicación anterior, caracterizado porque el primer
vértice (6a) del elemento de unión inferior (6) se encuentra
alineado con respecto a una línea vertical (30) que pasa por el eje
de la caja de pedales ó entre dicha línea y la rueda trasera (21)
del vehículo.
13. Sistema de suspensión (1) según una
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado
porque la curva de anti-squat tiene esencialmente la
forma representada en la Fig. 19, en la que se distinguen un primer
punto A, que ejemplifica el inicio de la curva; un segundo punto B,
que ejemplifica el punto de SAG; un tercer punto C, que ejemplifica
un punto justo después del SAG; y un cuarto punto D, que
ejemplifica el final del recorrido de la suspensión; en los que en
el primer punto A se define una línea tangente que determina una
pendiente positiva cuyo valor disminuye hasta el valor cero a
medida que el porcentaje total de recorrido de la suspensión se
acerca al valor del punto B, y a partir del cual el valor de la
pendiente es negativo y disminuye hasta alcanzar el 100% del valor
total del recorrido de la suspensión.
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2008
- 2008-08-07 ES ES200802372A patent/ES2316316B1/es not_active Expired - Fee Related
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