Трансмиссия CeramicSpeed: рабочий прототип с переключателем

Компания CeramicSpeed произвела огромный резонанс на прошлогоднем шоу Eurobike, представив радикальную концепцию приводного вала со сверхнизким трением. Однако некоторые критики предрекли новинке провал и отсутствие какого-либо будущего.

Весь год инженеры компании провели в трудах, результатом чего стали не только новый внешний вид, но и появление версии для двух-подвесных велосипедов. Кроме того, внедрение электрического привода, управляемого по беспроводной связи, позволяет осуществлять переключение передач. 

Все еще кажется, что это нереально? Может быть и так. Но это не точно.

Двойное сцепление на велосипеде

«После разговоров на Eurobike мы решили, что нам нужно идти дальше», - сказал Джейсон Смит, технический директор CeramicSpeed. 

«Это была концепция; на ней нельзя было ездить, она не могла переключаться, ещё многое нужно было сделать, чтобы всё воплотить в реальность. Поэтому весь год мы работали над реализацией проекта».

Самое большое достижение новой трансмиссии - способность изменять передачи, ведь первые образцы имели всего одну скорость и создавались исключительно для проверки концепции на жизнеспособность.

Разработка новой трансмиссии производилась в тесном сотрудничестве со студенческой командой инженеров из университета Колорадо в Боулдере. Основной задачей для инженеров компании и студентов стала проработка заднего блока с шестеренкой (зубцы шестеренки выполнены из небольших подшипников), которая могла бы перемещаться вдоль оси вращения приводного вала. 

На бумаге работало всё, но в реальности переключения были возможны только в тех сегментах кассеты, где соседние зубы выстраивались в идеальном порядке и не препятствовали сдвигу шестерни. 

На рисунке ниже показана кассета с отмеченными сегментами, где переключение было возможно.

Нагрузка же на педали делала переключения невозможными в принципе, а тайминги должны были быть сверх-точными, что доставляло определенные неудобства, ведь кроме того, что переключаться нужно было в строго определенный момент, этот момент еще требовалось дождаться. 

Следующее поколение было построено на базе блока c разделенной на две части ведущей шестернёй, который, по сути, позволял одновременно входить в зацепление с двумя "звёздами", теоретически аналогично тому, как работает трансмиссия с двойным сцеплением во многих современных автомобилях. 

Во время переключения одна половина блока будет продолжать передавать крутящий момент на текущую шестерню, в то время как другая половина будет переходить на следующую (пониженную или повышенную) передачу, и все это плавно и без ударов.

Однако даже этой системе все еще приходилось ждать, пока зубья на соседних звездах не выравнивались идеально для плавного, без застреваний переключения, что также предрекало изменчивую скорость переключения передач. И вот тогда CeramicSpeed предложили идею «развязки крутящего момента».

Последнее поколение всё еще использует блок с разделенной ведущей шестернёй. Разница только в том, что два зубца/подшипника установлены на подпружиненном основании. Они перемещаются как вдоль оси вращения ведущего вала вместе с половинами шестерни, так и могут изменять свое положение относительно двух половин шестерни. 

Во время смены передачи эти зубцы выполняют функцию временного моста между двумя соседними звёздами, так что теперь не имеет значения, как расположены звезды на кассете; даже если звёзды стоят не идеально, развязка крутящего момента обеспечивает достаточное независимое смещение двух зубцов между блоком шестерни и кассетой.

Но как именно вся система устроена внутри? Это заслуживает отдельного внимания.

Поскольку каждая половина блока шестерни должна не только двигаться в определенном порядке — одна половина всегда является «ведущей», а другая всегда «ведомой» — но также должна иметь возможность двигаться в двух направлениях (вперед и назад), можно предположить, что внутри карбонового приводного вала есть два отдельных сервопривода. В компании CeramicSpeed осознавали, что такой конструктив будет слишком сложным, энергоёмким и большим, чтобы поместиться в отведенном для него пространстве, поэтому Смит и его команда придумали нечто, что они назвали «гистерезисным барабаном».

Гистерезисный барабан (барабан смещения или сдвиговый барабан) представляет собой небольшой цилиндр со сложной схемой наклонных каналов и затворов, выточенных на его внешней поверхности. На внутренней стороне каждой половины шестерни три подпружиненных штифта. Во время смены передачи эти штифты движутся в каналах цилиндра, который вращается с помощью электрического двигателя. Направление вращения барабана определяет направление движения (вперед или назад) «ведущей» половины шестерни, а система наклонных каналов и затворов всегда гарантирует, что «ведомая» половина никогда не двинется первой. 

По сути, гистерезисный вал/барабан/цилиндр похож автомобильный или мотоциклетный вал секвентальной кпп. Отличие только в том, что в автомобиле вал каждый раз смещает разные рычаги, но принцип тот же. В зависимости от стороны вращения вала передачи переключаются вверх или вниз.

Смущены? Просто посмотрите видео, на котором показана работа системы.

В любом случае, CeramicSpeed позволяет достигать невероятно высоких скоростей переключения. В теории. Согласно расчетам компании, Driven должен переключать передачи всего за 20 мс. Фактические показатели медленнее, но все еще на удивление быстрые.

Аэродинамика

На прошлой неделе CeramicSpeed сообщила, что провела тесты в аэродинамической трубе на заводе Specialized в Морган-Хилле, штат Калифорния, заявив, что специально модифицированный S-Works Venge, оснащенный их приводом, был «на 3% более аэродинамическим», чем со стандартной трансмиссией. Иными словами, это улучшение позволяет сэкономить около 8 секунд времени на гонке с расстоянием в 40 км.

Но почему это именно так?

По словам Смита, секрет кроется не столько в том, что добавляет новый привод, сколько в том, что он убирает. Точно известно, что задние переключатели не очень-то аэродинамичны, и избавление от них помогает сгладить воздушный поток в области заднего колеса. Инженеры также изменили форму кассеты, сделав ее конусной, что позволило приводному валу находиться в одной плоскости с нижним пером.

Интересно, что гладкая крышка кассеты и приводной шестерни выглядит так, будто она тоже вносит вклад в аэродинамическую эффективность системы. Но на самом деле инженеры-испытатели Specialized не смогли обнаружить какие-либо реальные преференции, вытекающие из её наличия. Очевидной можно назвать только функцию защиты от пыли и влаги. Но и тут есть подводные камни. Об этом ниже.

MTB версия готова — вроде бы

До сих пор трансмиссия Driven рассматривалась только в контексте шоссейных велосипедов. Но, в сотрудничестве с компанией Canyon, представлен модифицированный двух-подвес, главной проблемой здесь было изменение эффективной длины цепи, когда задняя подвеска совершает работу. Решением, разработанным CeramicSpeed, стал телескопический карданный вал из углеродного волокна, который автоматически регулирует длину между элементами системы оставляя все её элементы в постоянном сцеплениии.

CeramicSpeed заявляет о таких же показателях эффективности, как и в шоссейной версии, но в этом случае основным преимуществом является вес, а не сниженное трение.  Современные трансмиссии 1×12 для горных велосипедов предлагают огромный диапазон передач, но эти чудовищные кассеты, сверхдлинные лапки заднего переключателя и мощные муфты повышенного трения, кроме прочего, еще и увеличивают вес, причем почти все перечисленное расположено около заднего колеса.

Хотя версия для массового производства Driven еще нескоро увидит свет, команда инженеров под руководством Смита уже оценивает, что топовый велосипед на топовом оборудовании Shimano или Sram с их трансмиссией может стать на 500 грамм легче. Очень заманчивое предложение для огромного количества гонщиков, которые гонятся за повышением эффективности своего движения и улучшением своих результатов.  Им придётся по вкусу как снижение веса, так и повышение эффективности.

Но пока новой системы в общем доступе нет, гонщикам приходится снижать вес с помощью гидравлического переключателя Rotor.  

В свою очередь компания Specialized продемонстрировала раму Epic Hardtail весом всего 790 грамм, с помощью которой, тоже, можно побороться за вес, мы писали о ней.

Конечно, обсуждая тему веса нельзя вспомнить о компании Canyon с её Ultimate CF EVO, его вес менее 6 килограмм, о нём, правильно, мы тоже писали.

Ещё пара вопросов

Само собой разумеется, путь к полкам магазинов будет очень длинным. Но всё еще остается ряд вопросов.

До сих пор нет ясности в количестве нагрузки, которую может выдержать трансмиссия способная переключаться. В настоящее время новый прототип CeramicSpeed способен выдерживать мощность всего около 200 Вт, что является пороговым значением для многих средних велосипедистов и составляет примерно одну десятую от того, что может выдавать профессиональный спринтер высшего уровня.

У CeramicSpeed всё еще нет разработанного переключателя. Хотя прототип работает по беспроводной сети, он, всё же, запускается довольно большой и громоздкой коробкой, которая явно не настолько мала, легка или эргономична, каковой должна быть.

Для горного велосипеда теоретические улучшения производительности звучат хорошо, но как насчет долговечности? CeramicSpeed предполагает, что задняя часть трансмиссии, скорее всего, будет закрыта, чтобы не допускать попадания камней, но крышка будет защищать только от крупных предметов; можно только представлять, что произойдёт во время особенно грязной поездки. А передняя часть, будет ли закрыта она?

Новые партнерские отношения CeramicSpeed со Specialized и Canyon имеют щедрые дивиденды с точки зрения внешнего облика последних прототипов. Обе компании, по-видимому, выразили некоторую заинтересованность в использовании Driven, если он станет жизнеспособным вариантом привода. 

Но даже если CeramicSpeed сможет это сделать — и это очень большое «если» — сколько эти компании захотят инвестировать в создание новых рам, которые нужно будет разрабатывать с нуля, чтобы работать с Driven? А кого еще это может заинтересовать?

Помимо существующих вопросов, Driven явно может стать первой крупной разработкой в области велосипедных трансмиссий за последние десятилетия. И это не гарантирует того, что она увидит свет, как фактический продукт производства — или оправдает свои высокие характеристики производительности — но какой же это будет прекрасный день, если компания действительно это сделает.

Вот на что хочется надеяться.