Шоссейный велосипед: конструкция и особенности

Введение

Велосипед, предназначенный для шоссейных гонок

Шоссейный велосипед, также известный как гоночный велосипед, – это велосипед, разработанный для соревнований по шоссейному велоспорту, виду спорта, регулируемому правилами Международного союза велосипедистов (UCI). Шоссейные велосипеды создаются для достижения максимальной производительности с соблюдением правил UCI. Они спроектированы для минимизации аэродинамического сопротивления, сопротивления качению и веса, а также для баланса между необходимостью жесткости для эффективности педалирования и определенной гибкостью для комфорта. По сравнению с велосипедами, не предназначенными для гонок, шоссейные велосипеды жертвуют комфортом ради скорости. Руль-баран расположен ниже седла, чтобы обеспечить гонщику более аэродинамичную посадку. Переднее и заднее колеса расположены близко друг к другу, что обеспечивает велосипеду быструю управляемость, предпочитаемую опытными гонщиками. Передаточные числа переключателя скоростей подобраны с небольшим шагом, чтобы гонщик мог поддерживать оптимальный каденс. Однако шоссейные велосипеды должны обеспечивать безопасное маневрирование в плотной группе гонщиков (пелотоне) и быть достаточно комфортными для езды в гонках продолжительностью шесть часов и более. Велосипеды и большинство колес, используемых в профессиональных соревнованиях, должны быть одобрены UCI и поступать в коммерческую продажу. Профессиональные шоссейные команды часто используют прототипы велосипедов и оборудования до их появления в продаже. Шоссейные велосипеды обычно разрешены для использования на дорогах общего пользования и широко применяются для тренировок и повседневных поездок.

Различие между дорожными и другими велосипедами

Велосипеды для гонок на велодромах – это трековые велосипеды; велосипеды для гонок по бездорожью – это горные велосипеды, велосипеды для циклокросса, гравийные велосипеды или велосипеды для спидвея. Велосипеды, участвующие в гонках по правилам Международной ассоциации транспортных средств с человеческим приводом, включают обтекаемые велосипеды с лежачим положением, которые на ровной местности являются самыми быстрыми велосипедами в мире. Велосипеды с лежачим положением были исключены из определения велосипеда UCI 1 апреля 1934 года. Велосипеды для индивидуальных гонок на время – это подмножество шоссейных велосипедов, предназначенных для соревнований на время. Правила UCI для этих велосипедов менее строгие, чем для "гонок с массовым стартом" (см. правила 1.3.020–1.3.023). Велосипеды для триатлона регулируются правилами Международного союза триатлона (ITU), которые допускают более современные технологические разработки, чем правила UCI. Благодаря меньшему сопротивлению воздуха и более удобной посадке для педалирования, шоссейные велосипеды, как правило, более эффективны на гладких дорогах. Велосипеды для циклокросса, используемые для гонок по бездорожью, ближе к шоссейным велосипедам, чем к горным. Они оснащены более широкими шинами с протектором, которые менее эффективны, чем шоссейные шины на высоких скоростях на асфальтированных дорогах. Гравийные велосипеды произошли от велосипедов для циклокросса и представляют собой велосипеды с рулем-бараном, предназначенные для езды по ухоженным, но не асфальтированным дорогам, часто на очень большие расстояния.

Рама

Рама дорожного велосипеда должна, согласно правилам UCI, быть построена с использованием "основного треугольника" из трех прямых трубчатых элементов – верхней трубы, нижней трубы и трубы подседельной. Эти три трубы, а также другие части рамы, не обязательно должны быть цилиндрическими, и многие гоночные велосипеды имеют рамы с альтернативными формами. Традиционно верхняя труба гоночного велосипеда почти параллельна земле, когда велосипед находится в нормальном вертикальном положении. Однако некоторые гоночные велосипеды имеют верхнюю трубу, наклоненную вниз к задней части велосипеда; "компактная" геометрия рамы была популяризирована компанией Giant. Производители рам свободны в выборе любого материала для изготовления рамы. На протяжении большей части истории шоссных гонок рамы велосипедов изготавливались из стальных труб, а алюминиевые и титановые сплавы также успешно использовались в гоночных велосипедах. Велосипеды для гонок из этих трех материалов все еще доступны в продаже и используются некоторыми любителями или в винтажных гоночных классах. Однако практически все профессиональные велогонщики сейчас используют рамы, изготовленные из различных композитных материалов на основе углеродного волокна, а типичная современная карбоновая рама весит менее 1 кг (2,2 фунта). Особенно с момента появления карбоновых рам, форма труб, составляющих раму, все больше отклоняется от традиционного цилиндра, либо для изменения ходовых характеристик велосипеда, снижения веса, либо просто для достижения стилистической дифференциации. Однако недавняя тенденция в дизайне рам дорожных велосипедов – это трубы, которые, как утверждается, снижают аэродинамическое сопротивление, перенимая многие конструктивные особенности от велосипедов для индивидуальных гонок на время, и большинство команд высшего уровня используют велосипеды с аэродинамической формой труб хотя бы время от времени. В отличие от горных велосипедов, большинство дорожных велосипедов не имеют специальной подвески. Основную амортизацию обеспечивают шины, мягкие вставки в одежде велосипедиста, седло и обмотка руля. Колеса, рамы и вилки обладают ограниченной гибкостью, а производители настраивают толщину и конструкцию труб рамы, чтобы найти оптимальный баланс между жесткостью рамы (желательной для эффективности педалирования, особенно при спринте) и комфортом езды. Кроме того, некоторые производители предлагают гоночные велосипеды с дополнительными точками изгиба или с использованием материалов, поглощающих вибрацию, в ключевых точках рамы для повышения комфорта.

The frame of a road bicycle must, according to the UCI regulations, be constructed using a "main triangle" with three straight tubular shapes—the top tube, down tube, and seat tube. These three tubes, and other parts of the frame, need not be cylindrical, however, and many racing bicycles feature frames that use alternative shapes. Traditionally, the top tube of a racing bicycle is close to parallel with the ground when the bicycle is in its normal upright position. Some racing bicycles, however, have a top tube that slopes down towards the rear of the bicycle; the "compact" frame geometry was popularized by Giant. Frame manufacturers are free to use any material they choose in the frame. For most of the history of road racing, bicycle frames were constructed from steel tubing, and aluminium and titanium alloys were also used successfully in racing bicycles. Racing bicycles in these three materials are still commercially available and are still used by some amateur racing cyclists or in vintage racing classes. However, virtually all professional road racing cyclists now use frames constructed from various carbon fiber composite materials, and a typical modern carbon fiber frame weighs less than 1 kg (2.2 lbs). Particularly since the introduction of carbon fiber frames, the shape of the tubes that make up the frame has increasingly diverged from the traditional cylinder, either to modify the ride characteristics of the bicycle, reduce weight, or simply achieve styling differentiation. However, a recent trend in road bicycle frame design is tubing claimed to reduce aerodynamic drag, adopting many design features from time trial bicycles, and the majority of top level teams use bikes with aerodynamic tube shaping at least some of the time. Unlike mountain bikes, most road bicycles do not have a dedicated suspension. The majority of damping is provided by the tires, padding in a cyclist's clothing, seat, and handlebar tape. Wheels, frames, and forks provide a limited amount of flex, and manufacturers tune the thickness and construction of frame tubing to offer the best compromise between a stiff frame (desired for pedalling efficiency, particularly when sprinting) and ride comfort. Additionally, a few manufacturers offer racing bicycles using additional flexing points or vibration absorbing materials at key points in the frame for additional comfort.

Колеса и шины

Большинство дорожных велосипедов используют велосипедные колеса 700C (622 мм диаметр посадочного места борта), с соответствующими шинами шириной 23–28 мм. Широкие шины стали более распространенными в 2010-х годах, поскольку более точные измерения показали, что более широкие шины повышают комфорт велосипедиста, улучшают сцепление и снижают сопротивление качению, не оказывая чрезмерного влияния на аэродинамику. Колеса оказывают значительное влияние на характеристики гоночного велосипеда. Обод колеса может быть спрофилирован для повышения аэродинамической эффективности, приобретая треугочное поперечное сечение, формирующее форму капли с шиной. Для аэродинамики и снижения вращающейся массы обычно лучше уменьшить количество спиц в колесе. В высококлассных колесных комплектах спицы могут иметь лопастную форму поперечного сечения, что дополнительно снижает сопротивление ветру. Наиболее распространенным материалом для ободов профессиональных гоночных колес в настоящее время является формованный карбон, который популярен среди профессиональных гонщиков и энтузиастов. Алюминиевые ободы по-прежнему широко используются вне гонок и некоторыми гонщиками-любителями с ограниченным бюджетом. Карбоновые ободы легче аналогичных по форме алюминиевых, что позволяет гонщикам выбирать "более глубокие", более аэродинамичные ободы без неприемлемого увеличения веса. Гоночные колесные комплекты очень дорогие и часто хрупкие. Гонщики часто предпочитают иметь как минимум две пары колес: более тяжелый, прочный и доступный комплект для тренировок и более легкий, аэродинамичный комплект для гонок. Гонщики с достаточными средствами могут иметь несколько гоночных колесных комплектов для выбора в зависимости от трассы и погодных условий: глубокие ободы теряют свое аэродинамическое преимущество и их сложнее контролировать при сильном боковом ветре, а на горных трассах некоторые гонщики могут предпочесть максимально легкий комплект колес. Для снижения сопротивления воздуха и сопротивления качению на дороге шины легкие, узкие и имеют тонкий, гладкий протектор. Шины для трековых гонок накачиваются до давления около. Шины для шоссейных гонок раньше накачивались до почти такого же высокого давления, исходя из предположения, что это минимизирует сопротивление качению. Однако было обнаружено, что на реальных дорожных покрытиях гораздо более низкое давление в шинах – около, в зависимости от веса гонщика и условий – обеспечивает более комфортную езду и меньшее сопротивление качению. До недавнего времени большинство гоночных велосипедов использовали трубчатые шины, у которых нет бортов: они пришиваются к камере и приклеиваются к ободу. Эти шины обеспечивают преимущество в весе (за счет отсутствия относительно тяжелого бортового провода), сцеплении и защите от проколов, но их главное преимущество заключается в возможности использования очень легкого простого обода коробчатого сечения, а не U-образного обода для клинчерных шин. U-образный обод для клинчерных шин должен быть изготовлен из более толстого материала, чтобы давление в шине не деформировало изначально слабую U-образную форму и не привело к сходу шины с обода. Однако благодаря прогрессу в технологии шин гораздо более практичная (из-за простоты замены) клинчерная шина (с бортом) сократила этот разрыв. Некоторые команды используют бескамерные шины, которые, как утверждается, обеспечивают защиту от проколов, аналогичную трубчатым шинам, а также более легкий монтаж и меньшее сопротивление качению, чем у трубчатых. Момент инерции колеса – предмет споров. В статье "Теория колеса" автор проводит некоторые расчеты, касающиеся влияния колес. Изменения момента инерции приводят к снижению мощности на 0,004–0,022%, меньшая масса обеспечивает снижение мощности на 0,2–0,46%, а улучшенная аэродинамика – на 0,6–1,8%. Исходя из этого, можно утверждать, что эффект момента инерции колеса не заметен и не важен. В то же время продукт, выпущенный в 2008 году для динамического изменения вращающейся инерции велосипедных колес, заявляет, что он "превзошел стандартное колесо эквивалентной конструкции на 5,6 секунды на милю" (или примерно на 3,5 секунды на километр).

Most road bicycles use 700C bicycle wheels (622 mm bead seat diameter), with matching tyres that are 23 28 mm wide. Wider tires became more common over the 2010s, as more sophisticated measurement showed that wider tires increase rider comfort, improve grip, and decrease rolling resistance without unduly affecting aerodynamics. The wheels greatly affect the performance of a racing bike. The rim of the wheel can be shaped for greater aerodynamic efficiency making a triangular cross section to form a teardrop with the tire. For aerodynamics and rotating weight, it is generally better to reduce the number of spokes in the wheel. For high end wheelsets, the spokes can be shaped to have a bladed cross section, further reducing wind resistance. The most common wheel material for professional racing is now molded carbon fiber rims being a popular choice for pro level racers and enthusiasts. Aluminium rims are still widely used outside racing and by some less well funded amateur racers. Carbon fiber rims are lighter than the same shape in aluminium, allowing riders to choose "deeper", more aerodynamic rims without an unacceptable weight penalty. Race grade wheelsets are very expensive and often fragile. Riders who race often choose to own at least two pairs of wheels: a heavier, more durable, and cheaper wheelset for training, and a lighter, more aerodynamic wheelset for racing. Racers with sufficient resources may have multiple racing wheelsets to choose from depending on the course and weather conditions; deeper rims lose their aerodynamic advantage, and are hard to control, in high crosswinds, and on mountainous courses the lightest possible wheelset may be preferred by some riders. To reduce both air resistance and rolling resistance on the road, tires are lightweight, narrow, and have a thin, smooth tread. Track racing tires can be inflated up to circa Tires for road racing used to be inflated to pressures almost as high in the belief that this minimised rolling restistance. However, it was discovered that on real road surfaces, much lower tyre pressures or around , depending on rider weight and conditions, result in both a more comfortable ride and lower rolling resistance. Until recently, most racing bikes used tubular tires which have no beads: they are sewn around the tube and glued to the rim. These tires provide an advantage in weight (lacking the relatively heavy wire bead), grip and pinch flat protection, but their greatest advantage lies in the ability to use a very lightweight simple box section rim, rather than the U shaped clincher rim. A U shaped clincher rim must be made of relatively heavier gauge material to prevent the tire pressure from spreading the inherently weak U shape and allowing the tire to come off the rim. Advances in tire technology, however, have seen the far more practical (due to greater ease of changeability) clincher (beaded) tire close the gap. Some teams are using tubeless tires, which are claimed to offer the resistance to pinch flats of tubular tires, as well as greater ease of fitment and lower rolling resistance than tubulars. Wheel moment of inertia is a controversial subject. In this article: wheel theory, the author does some calculations on wheel effects. Moment of inertia changes result in a decrease in watts of between .004 and .022%, while lower mass provided between .2 and .46%, and better aerodynamics provided between .6 and 1.8% decrease in power. Based on this it can be argued that wheel moment of inertia effects are neither noticeable nor important. At the same time, a product launched in 2008 to dynamically alter the rotating inertia of bicycle wheels claims to have "outperformed the standard, equivalent wheel by 5.6 seconds per mile" (or about 3.5 seconds per km).

Компоненты

Компоненты дорожного велосипеда в совокупности называются групповым набором. Качество группового набора определяет ощущения от велосипеда, объем необходимого обслуживания и влияет на его характеристики. Три основных производителя полных групповых наборов для гоночных велосипедов – Shimano, SRAM и Campagnolo. Некоторые компании производят только отдельные компоненты группового набора, например, Full Speed Ahead (часто сокращаемый до FSA). Компании придерживаются различных дизайнерских стратегий, и некоторые велосипедисты проявляют большую лояльность к тому или иному бренду. В начале 1990-х годов Shimano представила систему двойного управления под названием Shimano Total Integration (STI). STI характеризуется комбинированными тормозными и переключающими рычагами, или "бриферами". Ранее переключатели располагались на выносе, концах руля или на нижней трубе рамы. Двойное управление позволило решить проблему необходимости перехватывать руль для переключения передач. За STI последовала конкурирующая система Campagnolo/Sachs Ergolever. SRAM использует технологию Double Tap для своего интегрированного рычага переключения/тормоза. В середине 1990-х годов Mavic, известный своими колесными парами, представил электронную систему переключения, впервые примененную на Тур де Франс американцем Грегом Лемондом, а затем британцем Крисом Бордманом, которому понравилось, что система позволяла переключать передачи, не отрывая рук от аэроподушек и тормозных рычагов. Система не получила широкого распространения из-за технологических ограничений. В 2009 году Shimano начала коммерческое производство электронного переключателя Dura Ace Di2, а Campagnolo и SRAM последовали их примеру в начале 2010-х годов. По состоянию на 2022 год подавляющее большинство профессиональных команд высшего уровня используют электронное переключение, как и многие любители. Механические переключатели по-прежнему популярны среди любительских гонщиков и велосипедистов, катающихся для удовольствия, из-за их стоимости. Производители групповых наборов постепенно увеличивали количество передач на гоночных велосипедах, расширяя диапазон между самой высокой и самой низкой передачами при сохранении относительно небольших промежутков между соседними передачами. По состоянию на 2022 год большинство гоночных велосипедов, используемых в профессиональных гонках, оснащены 2 передними звездами и 11 или 12 звездами на задней кассете. Углеродное волокно также стало более популярным материалом для компонентов. Shimano, Campagnolo и SRAM начали использовать углеродное волокно в своих высококлассных переключателях и тормозных рычагах, шатунах и частях переключателей. Также все чаще используются выносы, рули, подошвы обуви, вилки и подседельные штыри из углеродного волокна, включая интегрированные комбинации выноса и руля. Преимущества углеродного волокна – малый вес и повышенная способность гасить вибрации, что обеспечивает более комфортную езду. По состоянию на 2022 год большинство профессиональных команд используют гидравлические дисковые тормоза в большинстве или во всех гонках. Некоторые профессиональные команды высшего уровня все еще используют велосипеды с ободными тормозами на горных этапах, поскольку их дисковые тормоза значительно тяжелее минимального веса, установленного UCI (6,8 кг). Дисковые тормоза обеспечивают более эффективное торможение, особенно во влажных условиях. В течение многих лет правила UCI требовали использования ободных тормозов на гоночных велосипедах, но производители начали выпускать дорожные велосипеды с дисковыми тормозами для любительского использования в середине 2010-х годов, а их использование было протестировано в профессиональных гонках в 2016 и 2017 годах. Опасения велосипедистов по поводу безопасности при столкновениях с дисковыми тормозами привели к разработке версий со скошенными краями, чтобы снизить риск того, что вращающийся диск будет действовать как режущий инструмент. В 2018 году UCI завершила испытания и разрешила использование дисковых тормозов во всех шоссейных гонках.

Road bike components are collectively referred to as the groupset. The quality of the groupset determines how refined the bike feels, how much maintenance it requires, and contributes to the performance of the bike. The three major groupset manufacturers of complete groupsets for racing bicycles are Shimano, SRAM, and Campagnolo. Some companies only produce specific components of the groupset, such as Full Speed Ahead (often abbreviated to FSA). The companies have different design strategies, and some cyclists have great brand loyalty for one or the other. In the early 1990s, Shimano introduced dual control with a system called Shimano Total Integration (STI). STI is characterized by its combined brake and shift levers, or "brifters". Previously, the shifters were mounted on the stem, handlebar ends or the down tube of the frame. Dual control addressed the problem of having to reposition a hand to change gears. STI was followed by the competing Campagnolo/Sachs Ergolever. SRAM uses a technology known as Double Tap for their integrated shifter/brake lever. In the mid 1990s Mavic, known for their wheelsets, introduced an electronic shifting system which was pioneered in the Tour de France by American Greg LeMond and later on by Briton Chris Boardman, who liked the fact that the system allowed him to shift from his aerobars and his brake levers. The system did not catch on due to technological hurdles. In 2009, Shimano commercially released the Dura Ace Di2 electronic shifter, and Campagnolo and SRAM followed suit in the early 2010s. As of 2022, the vast majority of top level professional teams use electronic shifting, as do many amateur riders. Mechanical derailleurs remain popular with amateur racers and recreational riders for cost reasons. Groupset manufacturers have gradually increased the number of gears on racing bicycles, allowing a greater range between the highest and lowest gears while maintaining relatively small gaps between each successive gear. As of 2022, most racing bicycles used in professional racing have 2 front chainrings and 11 or 12 gears on the rear cassette. Carbon fiber has also become more popular for components. Shimano, Campagnolo and SRAM have introduced carbon fiber for their high end shifters and brake levers, cranks, and parts of their derailleurs. Carbon fiber stems, handlebars, shoe soles, forks and seatposts are also more commonplace, including integrated stem/handlebar combinations. The advantages of carbon fiber are low weight as well as increased vibration damping leading to a more comfortable ride. As of 2022, the majority of professional teams use hydraulic disc brakes for most or all races. A few top level professional teams still use bikes with caliper brakes in mountain stages, as their disc brake models are significantly heavier than the UCI's legal minimum weight of 6.8 kg. Disc brakes offer better stopping performance, particularly in wet conditions. For many years, racing bicycles were required to use caliper brakes by UCI regulation, but manufacturers began producing road bikes with disc brakes for recreational use in the mid 2010s, and their use was trialled in professional racing in 2016 and 2017. Rider disquiet over the crash safety of disc brakes led to the introduction of versions with chamfered edges to reduce the risk of the rotating disc acting as a cutting blade. In 2018, the UCI concluded the trial and legalised the use of disc brakes in all road racing events.

Неконкурентное использование

Дорожные велосипеды предназначены для неспешных прогулок и рекреационного использования, часто обозначаемые как "спортивные" велосипеды или "фитнес-байки с рулем-бараном". Они имеют много общего с гоночным велосипедом, но геометрия рамы более расслабленная, что делает велосипед более комфортным на длинных дистанциях, хотя и менее эффективным для кратковременных ускорений. Обычно они оснащены более широким диапазоном передач (с большими интервалами между передачами) и меньшим количеством высокотехнологичных гоночных компонентов. Для рекреационного шоссейного велоспорта велосипеды дорожного типа с рулем-бараном были нормой в 1980-х годах, наряду с туристическими велосипедами (велосипеды с рулем-бараном и немного увеличенной колесной базой для более плавной езды и меньшей чувствительности к отклонениям в управлении и балансе). Эти модели, называемые "шоссейными велосипедами" или, в разговорной речи, "роуди" или "гоночными велосипедами", в последние годы стали менее популярными. Геометрия горных велосипедов с прямым рулем и вертикальной посадкой (напоминающая городские велосипеды) заняла нишу высокопроизводительных велосипедов, а большие объемы производства значительно снизили их стоимость.