前情提要:
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蒸汽與鋼鐵的初次邂逅:碟剎的工業基因(1898-1950)
碟剎的誕生遠比自行車更早。1898年,美國工程師Elmer Ambrose Cleveland在一輛電動汽車的前輪安裝了首套機械制動盤系統,這是人類歷史上最早的碟剎雛形。
【早期的碟剎原型設計圖,純機械,通過多連桿四邊形結構施加制動力,shimano第一款自行車碟剎的靈感大概也是來自于此?】
【Frederick William Lanchester和他的碟剎專利】1902年,英國工程師Frederick William Lanchester為汽車申請了碟剎專利,并應用于自家生產的Lanchester汽車。然而,鑄鐵材質的碟片在潮濕環境下極易生銹,噪音如同“兩片砂紙互相打磨”,這項技術很快被更可靠的鼓剎取代。
【這是一輛1927年的FW Lanchester原型車,注意看前輪,碟剎盤片清晰可見。】
【上圖1】
【1910年左右出現在摩托車上的一種“碟剎”設計,上圖1的被稱為假輪轂,剎車直接作用于它,下圖的這個就很碟剎了,有點今天電動車上反裝碟剎的感覺?!?/p>
真正的轉折發生在軍事領域。二戰期間,飛機和坦克需要應對極端制動負荷,碟剎的散熱優勢被重新發掘。無論是飛機,汽車,還是今天要聊的自行車,它們都是同宗同源。
油壓革命的青澀序章:一場早產的技術狂歡(1970年代)
1960到1970年間,日本休閑運動盛行,shimano趁勢發布了一款油壓圈剎,算得上是早期對油壓剎車的第一次探索。
【第一款單手柄控制前后剎車的油壓圏剎,手柄可以看到使用的是封閉油路的設計】
【1971年,Schwinn的線拉碟剎Manta-Rays,后來的Schwinn和shimano有很多變速器都是代工貼標關系,打Schwinn Logo,實際和shimano的產品一模一樣】
1971年,當美國青少年沉迷于Schwinn的線拉碟剎Manta-Rays時,Shimano正悄悄布局更激進的技術。
【1971年,shimano的首款機械碟剎發布,右上角5大特點,就是后來碟剎被山地車全面采納的全部優點了,不過在當時,更多還是為了迎合市場需求】
【來令片當時使用的是玻璃纖維為主的復合材料,連桿結構借鑒了汽車上的早期設計,這也很符合當年發布的原因?!?/p>
【其實直到八九十年代,碟剎的碟片和卡鉗安裝標準都沒有被統一,當時這個剎車的碟片是使用的螺牙進行安裝,卡鉗的固定方式也和一些支撐有異曲同工之處。】
1971年,shimano歷史上的首款機械碟剎發布,不過很快就銷聲匿跡,其當時純粹是為了迎合青少年對跑車和摩托的喜愛,而增加了這款碟剎制動器,不過恰恰是這一舉動,打開了shimano對碟剎制動器的探索大門。
【1973年產品手冊上的碟剎介紹,左側是B700機械碟剎,B900為油壓剎車】
【看看當年碟片的厚重感就能想象其重量有多可觀了】
隨后的1973年,其產品手冊上出現了B700機械碟剎和B900油壓碟剎兩款產品。B900采用封閉式油路,制動力比傳統剎車提升50%,但重量非常重,含碟片要到3公斤左右,并且還只是后剎車的重量,按照當時的情況,由于安裝規格并不統一,碟剎只被安裝在后輪,維護還需用到專用工具。
【1974年產品手冊上B910(右側),B700(左側)】
隨后1974年產品目錄的B910應該是B900的改進型。經銷商抱怨:“裝一套剎車的時間夠修十輛普通自行車了!”
【1975年shimano推出的BC-300(左)和BC200(右)內容為機器翻譯,基本反映了這兩款產品的特點。左下是碟剎專用花鼓,可以看到碟片安裝方式為螺紋結構】
1975年,Shimano推出改進型號BC-200(油壓,原型是1971年的B900,從圖上可以看到應該是改成了,碟片也進行了優化)和BC-300(線拉,原型是1971年的B700,但是進行了大改。)。
【BC-300具有來令片間隙自動調整功能,隨著來令片越磨越薄,間隙也隨之調整,但是由于時間久遠,已經難以查到其具體工作原理了】
【自增力碟剎制動器,內容為機器翻譯,但是可以看明白類似于實現來令片自適應的功能】
BC-300的來令片自動調節功能成為亮點——通過棘輪結構補償磨損,自動保持碟片和來令片的間隙減。可惜,這些設計生不逢時。
【上圖是一輛1971年的普利司通Kabuki Skyway公路旅行車,在加拿大被命名為Medallist MK II,是首批使用碟剎的旅行車,前輪圏剎,后輪碟剎也是以后很長一段時間的碟剎車輛搭配?!?/p>
70年代的公路車文化追求極致輕量化,一套碟剎的重量足以讓車手拒絕參賽。更尷尬的是,當年日本《自行車月刊》測試BC-200時吐槽:“剎車噪音能讓鴿子從屋頂嚇飛。”
泥漿中的技術覺醒:山地車改寫游戲規則(1980年代)
【1981年,Specialized的Stumpjumper開啟山地車量產時代】
1981年,Specialized的Stumpjumper開啟山地車量產時代,泥濘賽道上的V剎徹底暴露短板——泥沙侵入剎車塊后,制動距離甚至超過20米。一名猶他州車手回憶:“下山時不是在剎車,而是在用腳刨地?!?/p>
【80年代的加州可以稱得上是現代山地車的發源地】
這一痛點催生了民間改裝潮。1984年,加州一群車友將摩托車碟剎嫁接到山地車上,用角鐵焊接卡鉗座,自制鋼制碟片。盡管這套系統重達5公斤,但測試者反饋:“泥漿里剎車力居然比干燥路面還穩定!”
【很難想象這是一個1987年的產品,即使今天來看設計也是非常的現代化,不知道是不是我的配圖沒有找對,但是我確實找了很久都是這個,有懂的可以幫忙說明一下。】
市場嗅到商機,1987年意大利品牌Formula推出首款山地油碟,采用封閉油路。當時還沒有型號,它就叫Formula,采用起重機液壓管和手工切割碟片,但是無論是在當時還是現在,這款剎車都是一個劃時代的產品,即使今天來看,依然不過時。
【這是一個shimano早期針對BMX的碟剎系統,年份不太確定,可能歸類于shimano DX系列,但是從70年代初推出碟剎后,一直到80年代末,shimano都沒有再發布過碟剎產品,而今天我們所熟悉hope,瑪古拉,漢斯等都已經開始在碟剎領域嶄露頭角?!?/p>
Shimano的沉默與伏筆:整個80年代,Shimano專注拓展DEORE XT變速系統,僅在1986年推出實驗性碟剎花鼓,采用六釘固定設計——這一標準至今仍是行業主流。
從實驗室到山巔的生死競速:材料與工藝的突圍(1990年代)
1991年,英國Hope制造了首款6釘盤片的機械碟剎,不過和今天的6釘結構有所區別,而是借鑒了摩托車上的設計。
【1991年的hope的Mark1機械剎車,盤片固定方式是六釘結構,后期又改為了3釘和5釘固定方式】 1994年到1995年間,hope推出了首款油壓碟剎,采用了概念的雙盤系統,量產版本依然為單盤,有3釘和5釘的碟片固定方式。
【上圖是雙碟片的碟剎原型產品】 1996年,hope憑借C2油碟震驚業界。
【1996年Magura的第一款山地車油壓碟剎系統:Gustav M】 同年,Magura也發布了首款自行車上的油壓碟剎Gustav M。憑借卓越的制動能力,該型號一直延續到2011年才完全停產。
【1996年的hope C2油壓剎車】 同時,材料和工藝的升級也讓維護便利性和手感大幅提升。不銹鋼碟片耐高溫,剎車的模塊化設計讓維修只需更換單個部件,速降車手稱其為“救命神器”。
【shimano M755是shimano失去的20年后的首款油壓剎車,采用了4活塞結構,雖然是第一款,但是技術和外觀設計已經很成熟?!?而直到1999年Shimano才再次在DEORE XT產品系列下加入首款油壓剎車產品M755,而不是放在其頂級系列的XTR中,顯然這其中有試水的意思。
【2002年M555作為M755的簡化版,加入到了專業入門級別的Deore中,四活塞也成了2活塞】 特別是2002年又在Deore系列中發布了M555油壓剎車,其設計理念和M755一脈相承,只是從工藝材料上加以區分,四活塞也簡配到了雙活塞結構。
【shimano M755的四活塞卡鉗,大小活塞的搭配和剛剛發布的XTR M9200上的大小活塞卡鉗的設計思路是否一樣呢?】 雖然是第一款產品,但以今天的眼光來看已經很成熟了:金屬油管,開放油路,礦物剎車油,四活塞卡鉗。從中既可以看到從其他品牌借鑒的影子,又包含了其早年對碟剎系統的技術儲備。
【2003年,XTR M960系列發布,看來碟剎的研發和試水已經成熟,最后才在頂級套件上發布】
轉機出現在2003年。Shimano在XTR M960系列中引入油壓碟剎,首次采用了獨家的中鎖固定方式,碟片通過鉚釘連接鋁座與鋼制動面,熱膨脹導致異響的問題大幅改善。
公路車壇的沉默與轟鳴:傳統與革明的角力場(2000-2010)
【M580油壓剎車,這款有用過,雙控雖然好玩,但是使用手感真的是很一般,配合反拉后撥,變速精度和速度也不如傳統后撥來的快速和準確,需要經常調試?!?/b>
【STI手變的巨大成功,讓shimano想把手變這一概念引入到山地車,但是握把方式和大相徑庭的騎行風格,讓這一設計飽受詬病?!?/b>2004年,Shimano在DEORE LX M580上首次搭載入門級油碟,鋁合金卡鉗與樹脂來令片降低成本,XTR的雙控手柄,類似于公路車的STI手柄。雖然飽受詬病,也推出了獨立的剎車手柄,但是當下放到M580時,市場反響依然熱烈。
【這一代的外觀真的非常經典,放在當年可以說是超神的存在,即使今天也依然好不落伍,并且影響了很多產品的外觀設計?!?真正顛覆行業的是2010年的XTR M980ICE TECHNOLOGIES三層碟片(不銹鋼-鋁-不銹鋼)將工作溫度降低30%,一位車隊技師形容:“連續下坡后摸碟片,居然只是微熱?!?/p>
【梅花C59碟剎公路車上的混搭藝術。可以看到規格統一之前,碟剎是6釘的,卡鉗不是平裝的,輪組是快拆的】
公路車領域則充滿爭議。2012年,Colnago聯合Formula推出公路油碟C59 Disc,在沒有完整碟剎組件的情況下,通過formula的卡鉗和shimano手變改裝,完整了這款最早的碟剎公路車。(當然,這只是在風口上最早的碟剎公路車,實際更為寬泛一些,早在1970年代就有了碟剎公路車的設計。)職業車手抱怨碟片邊緣“像圓鋸般危險”。
【2018年6月6日,自行車品牌商陸續收到一封來自UCI器材委員會的官方郵件。信中指出,UCI器材委員會通過于2018年5月31日在日內瓦舉行的年度會議,與世界體育用品聯合會(WFSGI)共同決議推行允許碟剎在公路車賽事中使用的提案,建議自2018年7月1日起實施。在于6月21至23日舉行的下一次會議中,UCI器材委員會預計這項修改規定的提案將獲得UCI管理委員會的正式通過。】
UCI因此于2016年暫停碟剎測試,但Shimano通過技術改進推動解禁:聯合推動140mm碟片,平裝夾器以及桶軸標準化,解決換輪效率與安全性問題。2018年,UCI最終批準碟剎全面使用,要求碟片邊緣倒角處理,避免割傷風險。
全民碟剎時代的隱形戰爭:系統化技術霸權形成(2010至今)
【Servo-Wave杠桿比率調節技術,從圏剎一直延續到了油壓碟剎】
【2019年,shimano推出了GRX礫石專用套件】
2019年,Shimano推出礫石專用GRX系列,其油壓碟剎搭載Servo-Wave杠桿比調節技術。這項技術最早可追溯至1990年的機械剎車線滾輪設計,通過動態調節杠桿比實現“兩段式制動”:初始行程快速拉緊來令片,減少空行程;后續行程增強杠桿作用力,制動力提升20%。在泥濘或輪組偏擺時,該技術可自動增大來令片間隙,避免摩擦異響,同時簡化拆裝維護流程。
PS:Servo-Wave的技術傳承與創新
【搭載了Servo-Wave技術的Deore XT STI雙控手柄】
演變歷程:Servo-Wave從機械時代的線控滾輪(1990年),發展為2008年首次整合至Deore XT油壓系統的滑動主缸結構,通過樞軸位移改變機械優勢。
應用范圍:XTR、Saint、Deore XT、SLX等系列均沿用該技術,成為Shimano高性能剎車的標志性特征。
碟剎之外的探索
【1978年產品手冊上的Radiax剎車,內容為機翻】
【對其他剎車性能和新型剎車的探索一直沒有停止過?!?br/>Shimano雖主導碟剎技術,但 從 未停止對其他制動形式的 探索 。 1978年就曾 推出Radiax brake剎車,這是一種鼓式剎車,帶有V型制動機構,并且帶有巨大的散熱片和散熱鰭。1978年的BC-300,是1977年的BC300的改進版,外形上略有差異。
結語:被遺忘的“先驅者”與當代啟示
【1971年,shimano的首款機械碟剎】
如今,碟剎已成為運動自行車的標配,但鮮有人記得,這項“高端技術”的首次商業化嘗試,竟是為滿足一群孩子的“賽車夢”。Shimano的1971年碟剎雖未成功,卻為后來的技術迭代埋下伏筆——正如單車基械匠所言:“每一個‘生不逢時’的創新,都可能在未來某個轉角,成為改變行業的基石?!?/p>
【1973年普利司通在自行車上對直邊車圈和真空胎的探索和嘗試,第二張為機翻中文內容】
“老物件的笨拙背后,藏著一群工程師改變行業的野心?!被蛟S,這就是技術演進的隱喻:每一次“超前失敗”,都在為未來的成功埋下伏筆。
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