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Full Floater Suspension Systems

21 Gennaio 2023 Claudio Angeletti Lascia un commento

Intro

When I tested the BMW S1000XR, I noticed from the specs that the bike is equipped with a rear suspension called Full Floater Pro. I already knew the name Full Floater because it is a progressive damping suspension widely used by Suzuki in the ‘‘80s. Now, BMW tends to call “Pro” a lot of things that others also do – for example, the ABS Pro is nothing more than an anti-lock system with cornering function – so I distractedly thought that this suspension name was something like that and I mentally filed it in the “advertising fluff” drawer.

Later, I also tried the S1000R, based on the same mechanics, also common to the super sports S1000RR, but this time I was struck by this phrase in the press release, which had escaped me before:

The spring strut with Full Floater Pro kinematics is now located significantly further away from the swing axis and the engine. This prevents the shock absorber from heating up due to waste heat and ensures even more stable temperature behaviour and even more constant damping response.

In fact, in a visual comparison between the old and the new version, the shock absorber, which was previously practically hidden by the frame in the side view, now stands way back.

The full floater system as I knew it has several advantages but keeps the shock absorber ordinarily close to the engine. I absolutely had to understand, so I dug deep and found a lot of interesting information that I decided to share in this article. Enjoy!

A Bit of History

Starting from the ‘70s, the manufacturers of dirt bikes were faced with the problem of how to make landings less dramatic after jumps that, with the growth of bikes’ power, were becoming high enough to smash the frames—and also the drivers. It was essential to increase the wheel travel first. The simplest move would have been to adopt larger shock absorbers and stronger frame, but the weight gain would have been unsustainable.

A solution came from the Yamaha Monocross system, introduced in 1973, where the swingarm, equipped with a large upper truss, was hinged to an almost horizontal monoshock absorber anchored far forward to the upper beam of the frame. This scheme allowed a considerable increase in the rear wheel travel, the elimination of stress along most of the frame, and a lighter construction.

The further progress of the performance, however, raised the need to adopt kinematics that allowed a progressive and considerable increase in the rigidity of the suspension as the compression increased. In this way, it would have been possible to obtain bikes that behaved well on bumps, but at the same time could stand the hard landings, allowing a progressive transmission of the forces to the frame instead of the hard shocks of the spring bottoming-out. So it was that, at the turn of 1980, all the makers engaged in dirt bikes races were equipped with progressive systems, which soon were also adopted on road bikes. In particular, the systems developed by Japanese manufacturers became quite well known, because they were used as a commercial lever: the Honda Pro-link, the Kawasaki Uni-trak, the Yamaha Monoshock, and the Suzuki Full Floater.

The Richardson-Suzuki Full Floater

The Full Floater is indeed associated with the House of Iwata, but they actually stole the idea – if you wish to venture into reading the court case, here’s the link – of a passionate American biker, Don Richardson, who had designed, manufactured, and adapted it to his own cross bike, and then patented it in 1974, at the age of nineteen.

Suzuki, who had been trying for a while to make such a suspension, had signed with Richardson an option and license agreement in 1978 in order to study his system and apply it to series production in case it proved feasible. The young man then shared all the information he had and also provided several prototypes. In December 1979, Suzuki announced its resignation from the agreement; but, in reality, its technicians and testers were enthusiastic, so much so that the company, in October 1980, took out a Japanese patent for a similar scheme and began selling models with this suspension in 1981.

Richardson sued Suzuki and its subsidiary in the United States and, in March 1987, won the trial, obtaining damage compensation, a royalty of 50 cents on every motorcycle sold in the United States for patent infringement, and 12 dollars on every motorcycle sold in the world, including a guilty verdict for Suzuki’s theft of some non-patentable trade secrets for the practical implementation of the system. Considering that, until the judgment, Suzuki had sold about 1.5 million bikes with Full Floater suspensions, the judgment was in the order of magnitude of around 19 million dollars.

After the inevitable appeal, Richardson got even more, although he did sign an agreement with Suzuki not to reveal the final figure. Perhaps it is not only for technical reasons that the Japanese firm abandoned this system in the late 1980s.

From this article in the Los Angeles Times, published after the ruling, it also emerges that Richardson had already collected money with private agreements from Kawasaki and Yamaha, who had also copied to some extent his patent for their systems of progressive suspension. It therefore seems that a large part of the race for the most efficient suspension in the 1970s and 1980s is due to the genius of a young Californian.

The Full Floater scheme is based on a standard double swingarm, connected by two rods to an upper bell crank hinged to the frame. The monoshock absorber is anchored to the swingarm and the front end of the bell crank. When the swingarm swings up, so does the rear side of the bell crank, therefore the shock absorber is simultaneously compressed on both ends. The lack of any connection between the spring strut and the frame makes this suspension a “full floater”.

1981 Suzuki RM125 Full Floater suspension

This scheme makes the suspension progressive and offers the additional advantage that the frame is not directly stressed by the shock absorber, because the forces are transmitted through the bell crank, making the ride more comfortable.

The Kawasaki Uni-Trak

The advantages of the full floater system were obvious, so other manufacturers also ventured into similar systems. The first, already in 1979, had been Kawasaki with the Uni-Trak system. Actually the name indicates a number of different progressive suspension systems. The first of these is however a variation of the Richardson scheme, as it maintains the upper bell crank, connected to the swingarm by a single central rod, while the shock absorber rests not on the swingarm, but on a lower arm parallel to it and anchored to the frame and to the wheel hub. Just looking at it, you understand why Richardson also obtained a financial agreement with this Firm.

The Honda Unit Pro-Link

Honda had followed a slightly different path from the other manufacturers. In fact, its Pro-Link system pursued progressive absorption, but also aimed at reducing the length of the shock absorber to increase the compactness of the system. The original Pro-Link scheme was not a full floater, as the monoshock was connected above the frame. At the bottom, however, it was pivoted to the front part of a triangular element, which in turn was connected to the rear of the swingarm and below, by means of a horizontal connecting rod, to the frame.

Incidentally, this system is used as it is by several other manufacturers, including BMW – on its K1200-1300-1600 series – and Triumph.

The later Unit Pro-Link system was a full floater instead. Developed on Valentino Rossi’s RC211V, this scheme was transferred to series production on the 2003 CBR600RR. In practice, it was a classic Pro-Link, with the only difference being that the shock absorber was anchored to the swingarm and no longer to the frame.

The Full Floater Pro BMW

As we have seen above in the Richardson Full Floater suspension, the shock absorber is in the forward position typical of progressive systems. Instead, in the Full Floater Pro scheme, a single rod connects the swingarm diagonally to the front of the bell crank, which then works the other way round to the traditional scheme. The shock absorber is then connected to the bell crank rear end, so it can be set back by an amount equal to the length of the bell crank itself, far away from the heat of the engine.

Another masterpiece of German mechanics? No way. The Teutonic engineers have simply adopted the functional scheme of the Ducati Soft Damp suspension, used in the ‘80s and ‘90s on many models of the Italian firm’s, from the Paso to the 916-996-998 series. With this solution, Ducati had brilliantly solved the problem of creating a progressive suspension in the narrow space between the rear cylinder exhaust of the long V2 longitudinal engine and the wheel.

Ultimately, kudos to BMW for having the fantasy to resurrect from history a scheme that has actually solved its technical problem. The “Pro” part of its suspension name, however, can remain in the fluff drawer.

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Sospensioni full floater

17 Gennaio 2023 Claudio Angeletti Lascia un commento

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Introduzione

Quando sono andato a provare la BMW S1000XR, ho notato dalla documentazione che la moto è equipaggiata con una sospensione posteriore denominata Full Floater Pro. Conoscevo già il nome Full Floater, perché è una sospensione a smorzamento progressivo largamente usata da Suzuki negli anni ’80. Ora, BMW tende a chiamare “Pro” un sacco di cose che fanno anche gli altri – per esempio, l’ABS Pro non è altro che il sistema antibloccaggio dotato di funzione cornering – perciò ho pensato distrattamente che si trattasse di qualcosa del genere e ho archiviato mentalmente il tutto nel cassetto “fuffa pubblicitaria”.

Successivamente ho provato anche la S1000R, basata sulla stessa meccanica, comune anche alla supersportiva S1000RR, ma questa volta sono stato colpito da questa frase nella cartella stampa, che prima mi era sfuggita:

il monoammortizzatore grazie al cinematismo Full Floater Pro si trova ora molto più lontano dal pivot del forcellone e dal motore. Ciò impedisce che il calore sviluppato dal motore causi il surriscaldamento del monoammortizzatore e garantisce una maggiore stabilità della temperatura di esercizio e una risposta di smorzamento ancora più costante.

In effetti, a un confronto visivo tra la vecchia e la nuova versione balza all’occhio il forte arretramento del mono, che prima era praticamente occultato dal telaio nella vista laterale, mentre adesso spicca con evidenza.

Il sistema full floater come lo conoscevo io ha parecchi pregi, ma non sposta affatto l’ammortizzatore lontano dal motore. Dovevo assolutamente capire, perciò ho gugolato a fondo, ho scoperto parecchie cosette interessanti e ho deciso di farne quest’articolo. Buon divertimento.

Un po’ di storia

A partire dagli anni ’70 i costruttori di moto da cross si trovarono ad affrontare il problema di come rendere meno drammatici gli atterraggi dopo salti che, con il crescere delle potenze, stavano diventando tanto alti da sfasciare i telai – e anche i piloti. Era indispensabile innanzitutto aumentare l’escursione della ruota. La mossa più semplice sarebbe stata quella di adottare ammortizzatori più grandi e di irrobustire il telaio, ma l’aumento di peso sarebbe stato insostenibile.

Una soluzione venne dal sistema Yamaha Monocross, introdotto nel 1973, dove il forcellone era dotato di una grossa capriata superiore, cui era fissato un mono quasi orizzontale ancorato molto in avanti al trave superiore del telaio. Questo schema consentì di aumentare di parecchio l’escursione della sospensione posteriore a parità di corsa dell’ammortizzatore e di eliminare le sollecitazioni lungo buona parte del telaio, a vantaggio della leggerezza.

Sospensione Monocross della Yamaha YZ250 1980

Con l’ulteriore progresso delle prestazioni però divenne evidente la necessità di adottare cinematismi che consentissero di accrescere progressivamente e notevolmente la rigidità della sospensione all’aumentare della compressione. In questo modo sarebbe stato possibile ottenere moto che copiavano bene le sconnessioni, ma allo stesso tempo sopportavano bene gli atterraggi, trasmettendo le relative sollecitazioni al telaio in modo progressivamente crescente e non tutte in un colpo quando il mono andava a pacco. Fu così che, a cavallo del 1980, tutte le case impegnate nel cross si dotarono di sistemi progressivi, che presto vennero adottati anche sulle moto stradali. In particolare, divennero piuttosto noti, perché utilizzati come leva commerciale, i sistemi sviluppati dalle case giapponesi: lo Honda Pro-link, il Kawasaki Uni-trak, lo Yamaha Monoshock e il Suzuki Full Floater.

Il Full Floater Richardson-Suzuki

Il Full Floater è associato a Suzuki, ma questa in realtà aveva soffiato l’idea – se qualche lettore anglofono si vuole avventurare nella lettura del caso giudiziario, ecco il link – ad un appassionato motociclista americano, Don Richardson, che lo aveva progettato, realizzato e applicato alla propria moto da cross, per poi brevettarlo nel 1974, all’età di diciannove anni.

Suzuki, che da un po’ stava tentando di realizzare una sospensione del genere, aveva firmato con Richardson nel 1978 un’esclusiva per studiare il suo sistema e applicarlo alla produzione di serie nel caso si rivelasse fattibile. Il giovane quindi condivise tutte le informazioni che aveva e fornì anche diversi prototipi. Nel dicembre 1979 Suzuki comunicò la propria rinuncia, ma in realtà i suoi tecnici e collaudatori erano entusiasti, tanto è vero che depositò nell’ottobre del 1980 in Giappone un brevetto per uno schema praticamente uguale e cominciò a vendere modelli con questa sospensione nel 1981.

Richardson fece causa alla Casa Madre e alla sua sussidiaria negli USA e nel marzo 1987 la vinse, aggiudicandosi in primo grado il pagamento dei danni e una royalty di 50 centesimi di dollaro su ogni moto venduta negli USA, per violazione del brevetto, e di ben 12 dollari su ogni moto venduta nel mondo, per il furto di alcuni segreti commerciali non brevettabili per la realizzazione pratica del sistema. Considerando che Suzuki fino alla sentenza aveva venduto circa 1,5 milioni di moto con sospensione full floater, stiamo parlando di un ordine di grandezza sui 19 milioni di dollari.

A seguito dell’inevitabile ricorso in appello, Richardson ottenne ancora di più, anche se firmò un accordo con Suzuki per non rivelare la cifra finale. Forse non è solo per questioni tecniche che i giapponesi abbandonarono questo sistema alla fine degli anni ’80.

Da quest’articolo del Los Angeles Times, pubblicato dopo la sentenza, emerge inoltre che Richardson aveva già incassato denaro con accordi privati da Kawasaki e Yamaha, che pure avevano copiato in qualche misura il suo brevetto per i propri sistemi di sospensione progressiva. Sembra quindi che una bella fetta della corsa alla sospensione più efficiente a cavallo tra gli anni ’70 e ’80 sia dovuta al genio di un giovane californiano.

Lo schema Full Floater è basato su un normale forcellone bibraccio, collegato mediante due bielle alla parte posteriore di un bilanciere superiore, a sua volta infulcrato al telaio su un asse trasversale posto a metà della propria lunghezza. Il tutto quindi costituisce un quadrilatero deformabile. Il mono è ancorato al forcellone e all’estremità anteriore del bilanciere. Quando il forcellone si solleva, comprime la base del mono e solleva il bilanciere, la cui parte anteriore si abbassa, comprimendo a sua volta la testa del mono. La mancanza di qualsiasi collegamento tra il mono e il telaio rende questa sospensione completamente flottante, che appunto è il significato di “full floater”.

Sospensione Full Floater della Suzuki RM125 1981

Questo schema rende la sospensione progressiva e offre il vantaggio aggiuntivo che il telaio non è sollecitato direttamente dal mono, perché le forze gli vengono trasmesse attraverso il bilanciere, rendendo la marcia più confortevole.

Il Pro-Link Kawasaki

I vantaggi del sistema full floater erano evidenti, per cui anche altri costruttori si avventurarono in sistemi del genere. Il primo, già nel 1979, era stato Kawasaki con il sistema Uni-Trak. In realtà il nome indica una serie di sistemi full floater diversi. Il primo di essi è comunque una variazione dello schema Richardson, in quanto mantiene il bilanciere superiore, collegato al forcellone da una sola biella centrale, mentre il mono poggia non sul forcellone, bensì su un braccio inferiore parallelo ad esso e ancorato al telaio e al mozzo della ruota. Già solo a guardarlo, si capisce perché Richardson ottenne un accordo economico extragiudiziale anche con questa Casa.

Lo Unit Pro-Link Honda

Honda aveva seguito una strada un po’ diversa dagli altri costruttori. Infatti, il suo sistema Pro-Link perseguiva sì la progressività dell’assorbimento, ma mirava anche a ridurre la lunghezza del mono, per aumentare la compattezza del sistema.

Lo schema Pro-Link originario non era un full floater, in quanto il mono era collegato superiormente al telaio. In basso invece esso era infulcrato alla parte anteriore di un elemento triangolare, a sua volta collegato posteriormente al forcellone e inferiormente, mediante una bielletta orizzontale, al telaio.

Per inciso, questo sistema è usato tale e quale da diversi altri costruttori, tra cui BMW – sulla sua serie K frontemarcia – e Triumph.

Il successivo sistema Unit Pro-Link, tuttora in uso, è invece un full floater. Sviluppato sulla RC211V, questo schema fu trasferito alla produzione di serie sulla CBR600 del 2003. In pratica si tratta di un Pro-Link classico, con l’unica differenza che il mono è ancorato al forcellone e non più al telaio.

Il Full Floater Pro BMW

Come abbiano visto sopra, nella sospensione Full Floater Richardson il mono si trova nella posizione avanzata classica dei sistemi progressivi. Invece, nello schema BMW Full Floater Pro una biella laterale posta subito accanto al mono connette diagonalmente il forcellone alla parte anteriore del bilanciere, che quindi funziona al contrario ripetto allo schema tradizionale. Il mono di conseguenza è collegato alla parte posteriore del bilanciere, perciò può essere arretrato di una quota pari alla lunghezza dello stesso, ben lontano dal calore del motore.

L’ennesimo capolavoro della meccanica tedesca? Macchè. Gli ingegneri crucchi hanno ripreso lo schema funzionale della sospensione Ducati Soft Damp, usata negli anni ’80 e ’90 su parecchi modelli della Casa di Borgo Panigale – dalla Paso alla serie 916-996-998 – e sulle Cagiva equipaggiate con gli stessi motori. Con questa soluzione, Ducati risolse brillantemente il problema di realizzare una sospensione progressiva nel risicato spazio disponibile tra lo scarico del cilindro posteriore e la ruota.

Quindi, un applauso a BMW per aver avuto la fantasia di ripescare dalla storia uno schema che ha effettivamente risolto il suo problema, ma per quanto riguarda il suffisso “Pro”, può restare tranquillamente nel cassetto della fuffa.