Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Для техники с аналогичным названием, используемой в автомобилях, см. Противорегулирование (Автомобиль) .

Контррулевание используется операторами одноколейных транспортных средств , такими как велосипедисты и мотоциклисты , для начала поворота в заданном направлении путем кратковременного поворота против желаемого направления («повернуть налево, чтобы повернуть направо»). Для успешного прохождения поворота необходимо сначала наклонить комбинированный центр масс гонщика и одноколейного транспортного средства в направлении поворота, и кратковременное рулевое управление в противоположном направлении вызывает этот наклон. [1] Действия всадника по противодействию рулевому управлению иногда называют «подачей команды рулевого управления». [2] [3] : 15

В научной литературе нет четкого и исчерпывающего определения противодействия. Фактически, «правильное различие между крутящим моментом и углом поворота ... не всегда проводится». [4]

Гипотетическая кривая на сухом асфальте

Как это работает [ править ]

Фотомонтаж, показывающий различные этапы противодействия. Здесь скутер встречает поворот налево.

При контррулевом повороте влево выполняется следующее: [5] [6]

  • На руль справа прилагается крутящий момент.
  • Затем переднее колесо будет вращаться вокруг оси поворота вправо, и шина будет создавать силы в пятне контакта вправо.
  • Машина в целом поворачивает вправо
  • Поскольку силы в пятне контакта находятся на уровне земли, это выталкивает колеса «из-под» мотоцикла вправо и заставляет его наклоняться влево.
  • Наездник или, в большинстве случаев, присущая байку устойчивость, обеспечивает крутящий момент рулевого управления, необходимый для поворота переднего колеса влево и в направлении желаемого поворота.
  • Велосипед начинает поворот налево.

Хотя это кажется сложной последовательностью движений, ее выполняет каждый ребенок, который едет на велосипеде. Вся последовательность действий остается практически незамеченной для большинства гонщиков, поэтому некоторые утверждают, что они этого не делают. [6]

Также важно отличать крутящий момент рулевого управления, необходимый для инициирования наклона, необходимого для данного поворота, от постоянного крутящего момента рулевого управления и угла поворота, необходимых для поддержания постоянного радиуса и угла наклона до тех пор, пока не придет время выхода из поворота.

  • Начальный крутящий момент и угол поворота противоположны желаемому направлению поворота.
  • Устойчивый угол поворота совпадает с направлением поворота.
  • Устойчивый крутящий момент рулевого управления, необходимый для поддержания этого угла поворота, совпадает с направлением поворота [7] или противоположно ему, в зависимости от скорости движения, геометрии велосипеда и комбинированного распределения массы велосипеда и водителя.

Нужно наклониться, чтобы повернуть [ править ]

Велосипед может преодолевать кривую только тогда, когда объединенный центр масс велосипеда и гонщика наклоняется внутрь поворота под углом, соответствующим скорости и радиусу поворота:

где - скорость движения вперед, - радиус поворота и - ускорение свободного падения . [8]

Более высокие скорости и крутые повороты требуют больших углов крена. Если сначала груз не наклоняется в поворот, инерция гонщика и велосипеда заставит их продолжать движение по прямой линии, поскольку шины будут выходить из-под них по кривой. Переход от езды по прямой к преодолению поворота - это процесс наклона велосипеда в поворот, и наиболее практичный способ вызвать этот наклон (объединенного центра масс велосипеда и гонщика) - это переместить точки опоры. сначала в обратном направлении. [9]

Стабильный наклон [ править ]

Графики, показывающие реакцию на крен и угол поворота для неконтролируемой упрощенной модели типичного велосипеда, движущегося с прямой скоростью в своем стабильном диапазоне (в данном случае 6 м / с), до положительного крутящего момента рулевого управления (справа), который начинается как импульс, а затем остается постоянным. Это вызывает первоначальный угол поворота вправо, наклон влево и, в конечном итоге, устойчивый наклон влево, угол поворота влево и, следовательно, поворот влево.

По мере приближения к желаемому углу переднее колесо обычно необходимо повернуть в поворот, чтобы сохранить этот угол, иначе байк будет продолжать наклоняться под действием силы тяжести, увеличивая скорость, пока сторона не коснется земли. Этот процесс часто требует небольших физических усилий или совсем не требует их, поскольку геометрия рулевого управления большинства велосипедов спроектирована таким образом, что переднее колесо имеет сильную тенденцию поворачиваться в направлении наклона.

Фактический крутящий момент, который гонщик должен приложить к рулю для поддержания устойчивого поворота, является сложной функцией геометрии велосипеда, распределения массы, положения гонщика, свойств шин, радиуса поворота и скорости движения. На низких скоростях крутящий момент рулевого управления, необходимый водителю, обычно отрицательный, то есть противоположный направлению поворота, даже когда угол поворота рулевого колеса находится в направлении поворота. На более высоких скоростях направление необходимого входного крутящего момента часто становится положительным, то есть в том же направлении, что и поворот. [7] [10]

На малых скоростях [ править ]

На низких скоростях противодействие также необходимо, но оно настолько тонкое, что оно скрывается за счет непрерывных корректировок, которые вносятся при балансировке мотоцикла, часто ниже только заметной разницы или порога восприятия гонщика. Противодействие рулевому управлению на низкой скорости может быть дополнительно скрыто из-за возможного гораздо большего угла поворота в направлении поворота. [ необходима цитата ]

Гироскопические эффекты [ править ]

Одним из эффектов поворота переднего колеса является момент крена, вызванный гироскопической прецессией . Величина этого момента пропорциональна моменту инерции переднего колеса, скорости его вращения (поступательное движение), скорости, с которой гонщик поворачивает переднее колесо путем приложения крутящего момента к рулю, и косинусу угла между ось рулевого управления и вертикальная. [10]

Для образца мотоцикла, движущегося со скоростью 22 м / с (50 миль в час) и имеющего переднее колесо с моментом инерции 0,6 кгм 2 , поворот переднего колеса на один градус за полсекунды создает момент крена 3,5 Нм. Для сравнения, поперечная сила, действующая на переднюю шину, когда она выезжает из-под мотоцикла, достигает максимума 50 Н. Это, действуя на высоту центра масс 0,6 м (2 фута), создает момент крена 30 Нм. . [10]

Хотя момент от гироскопических сил составляет всего 12% от этого, он может играть важную роль, потому что он начинает действовать, как только гонщик применяет крутящий момент, вместо того, чтобы нарастать медленнее, когда колесо выходит из колеи. Это может быть особенно полезно в мотогонках . [10]

Мотоциклы [ править ]

Преднамеренное противодействие рулевому управлению необходимо для безопасной езды на мотоцикле , и в результате оно обычно является частью курсов по безопасному вождению, проводимых такими организациями, как Фонд безопасности мотоциклов , Совет безопасности Канады или австралийские поставщики Q-Ride. Умышленное противодействие мотоциклу - гораздо более эффективный способ управления, чем просто наклон. [3] : 15 На более высоких скоростях свойство самобалансировки велосипеда становится более жестким, и заданная входная сила, приложенная к рулю, вызывает меньшие изменения угла наклона. [3] : 16

Обучение [ править ]

Большая часть искусства мотоциклетного прохождения поворотов - это научиться эффективно толкать ручки в поворотах и ​​как поддерживать правильный угол наклона во время поворота. Когда потребность в быстром повороте в сторону внезапно возникает в аварийной ситуации, важно знать, предварительно потренировавшись, что противодействие рулевому управлению является наиболее эффективным способом изменить курс мотоцикла. [3] : 16 Многие несчастные случаи возникают, когда опытные гонщики, которые никогда тщательно не развивали этот навык, сталкиваются с неожиданным препятствием.

Чтобы способствовать пониманию явлений, связанных с противодействием, иногда используется фраза « положительное рулевое управление» . [11] [12] Другие фразы: «НАЖАТЬ - чтобы повернуть, мотоцикл должен наклониться», «Чтобы наклонить мотоцикл, нажмите на рукоятку в направлении поворота» или «Нажмите влево - наклонитесь влево - поверните налево». [13]

Фонд безопасности мотоциклов обучает противодействию рулевому управлению всех учеников во всех своих школах, как и все школы мотогонок. Противорегулирование включено в руководства и тесты для операторов мотоциклов в штатах США, таких как Вашингтон, [14] Нью-Джерси, [15] Калифорния, [16] и Миссури. [17]

Безопасность [ править ]

Согласно Hurt Report , большинство мотоциклистов в Соединенных Штатах, пытаясь избежать столкновения, будут чрезмерно тормозить и буксовать заднее колесо, а также не тормозить переднее. У многих водителей мотоциклов практически отсутствовала способность противодействовать поворачиваемости и поворачивать. [18] Часто небольшая первоначальная сила противодействия, необходимая для приведения мотоцикла в наклонное положение, которая может составлять всего 0,125 секунды, заставляет многих гонщиков не осознавать эту концепцию. [19]

Многогусеничные машины [ править ]

Коляска на скутер Vespa
Лежачий трехколесный велосипед Tripendo, наклоняемый трехколесный велосипед

Трехколесные мотоциклы без возможности наклона не нуждаются в противодействии, и начальный крутящий момент при рулевом управлении в одном направлении не приводит автоматически к повороту в другом направлении. Сюда входят установки с коляской, где автомобиль жестко закреплен на велосипеде. У трехколесного родстера BRP Can-Am Spyder два передних колеса, которые не наклоняются, поэтому он управляется как легковой автомобиль. [20]

Некоторые коляски позволяют мотоциклу наклоняться независимо от коляски, а в некоторых случаях коляска даже наклоняется параллельно мотоциклу. Эти транспортные средства должны управляться так же, как и одиночный мотоцикл. [21] Трехколесный Piaggio MP3 использует механические рычаги для наклона двух передних колес параллельно задней раме, так что он управляется так же, как двухколесный мотоцикл. [20]

Свободно наклоняющиеся многогусеничные автомобили перед поворотом необходимо сбалансировать путем противодействия. Многогусеничные наклоняемые автомобили с принудительным наклоном, такие как Carver , наклоняются без противодействия управлению и не балансируются оператором. В более поздних версиях Carver была введена автоматическая противовесная поворачиваемость для увеличения скорости наклона и уменьшения усилия, необходимого для наклона транспортного средства. Другие автомобили с принудительным наклоном могут иметь автоматическое противодействие. [22] В 1984 году был разработан прототип качающегося многогусеничного транспортного средства с возможностью свободного наклона, в котором используется автоматическое противодействие рулевому управлению и не требуется никаких навыков балансировки. [23]

Противодействие смещению веса [ править ]

На достаточно легком велосипеде (особенно велосипеде ) гонщик может начать наклон и поворот без использования руля, перенеся вес тела, что некоторые авторы называют встречным наклоном . [8] [24] [25] [26] Документированные физические эксперименты показывают, что на тяжелых велосипедах (многих мотоциклах ) смещение веса тела менее эффективно для начала наклонов. [27]

При противодействии с использованием смещения веса для поворота влево выполняется следующее:

  • Гонщик прикладывает мгновенный крутящий момент либо к сиденью через ноги, либо к туловищу, что заставляет сам велосипед наклоняться вправо.
  • Совместный центр масс велосипеда и гонщика только опускается, а не выдвигается, но если передняя часть велосипеда может свободно поворачиваться вокруг своей оси рулевого управления, наклон вправо заставит его поворачивать вправо с помощью некоторой комбинации. гироскопической прецессии, сил реакции земли, силы тяжести на внеосевом центре масс или просто инерции внеосевого центра масс в зависимости от точной геометрии и распределения массы конкретного велосипеда, а также количества крутящего момента и скорости при котором он применяется. [8] [28]
  • Это противодействие повороту вправо заставляет контакт с землей перемещаться вправо от центра масс, когда велосипед движется вперед, создавая таким образом наклон влево. Наконец, передняя часть поворачивает влево, и байк входит в левый поворот.

Величина поворота влево, необходимая для уравновешивания наклона влево, соответствующего скорости движения вперед и радиусу поворота, контролируется крутящим моментом, создаваемым всадником, опять же либо на сиденье, либо в туловище.

Чтобы выпрямиться из поворота, гонщик просто меняет процедуру входа в него: заставляет мотоцикл наклоняться дальше влево; это заставляет его поворачиваться дальше влево, что перемещает пятна контакта колес дальше влево, в конечном итоге уменьшая наклон влево и выходя из поворота.

Исследование Национальной администрации безопасности дорожного движения показало, что наклон водителя в большей степени влияет на более легкий мотоцикл, чем на более тяжелый [29], что помогает объяснить, почему рулевое управление без помощи рук менее эффективно на тяжелых мотоциклах. Наклон туловища по отношению к велосипеду не приводит к тому, что байк наклоняется достаточно сильно, чтобы произвести что-либо, кроме самых пологих поворотов. Гонщики без рук могут удерживать тяжелый байк по центру полосы и преодолевать неглубокие повороты шоссе, но не более того.

Сложные маневры невозможны с использованием одного лишь смещения веса, потому что даже для легкой машины не хватает управляющих полномочий. [24] Несмотря на то, что на достаточно легком велосипеде (особенно на велосипеде ), гонщик может наклоняться и разворачиваться, перемещая вес тела, [8] нет никаких доказательств того, что сложные маневры можно выполнять только за счет собственного веса. [27]

Другое использование [ править ]

Гонки на мотоциклах по спидвею

Термин противодействие также используется некоторыми авторами для обозначения необходимости на велосипедах поворачивать в направлении, противоположном повороту (отрицательный угол поворота), чтобы сохранять управляемость в ответ на значительное проскальзывание задних колес. [10] Гонки на мотоциклах по спидвею проходят на овальной трассе с рыхлой поверхностью из грязи, золы или сланца. Гонщики смещают свои машины в сторону, пауэрслайдинг или бродсайд в поворотах, используя крайнюю форму этого типа контррулевания, которая сохраняется на протяжении всего поворота. Это также работает без питания для велосипедов на рыхлых или скользких поверхностях, хотя это продвинутая техника.

Этот термин также используется при обсуждении техники вождения автомобиля, называемой дрифтингом .

Братья Райт [ править ]

Уилбур Райт объяснил противодействие таким образом:

Я спрашивал у десятков велосипедистов, как они поворачивают налево. Я не нашел ни одного человека, который бы правильно изложил все факты, когда их спросили в первый раз. Почти всегда говорили, что для поворота налево поворачивают руль налево и в результате поворачивают налево. Но при дальнейших расспросах некоторые согласятся, что сначала они повернули руль немного вправо, а затем, когда машина наклонилась влево, они повернули руль влево и в результате сделали круг с наклоном внутрь. [30] [31]

См. Также [ править ]

  • Велосипед и мотоцикл динамика
  • Безопасность мотоциклов

Заметки [ править ]

  1. ^ Шелдон Браун . «Контррулирование» . Проверено 9 ноября 2012 года . «Противопоказание» относится к мгновенному движению руля в направлении, противоположном желаемому повороту.
  2. ^ «Учебная программа для водительских прав A1, A2 и A» / «Læreplan Førerkortklasse A1, A2 и A» (PDF) . Норвежское управление автомобильных дорог . 2013. с. 55.
  3. ^ a b c d Лейф Клив; Генри Эноксен; Гуннар Кубберод. Полный Контролл (PDF) . Норвежский союз мотоциклистов. п. 15. ISBN  82-92276-00-9. Архивировано из оригинального (PDF) 8 октября 2008 года.
  4. Перейти ↑ Sharp, RS (2008). «Об устойчивости и управляемости велосипеда». Обзоры прикладной механики . 61 (6): 1–24. Bibcode : 2008ApMRv..61f0803S . DOI : 10.1115 / 1.2983014 . Положительный правый крутящий момент приводит к отрицательным углам поворота и крена, что соответствует левому повороту. Такое поведение часто называют противодействием, и, похоже, оно было известно с самых первых дней езды на велосипеде, хотя не всегда проводится правильное различие между крутящим моментом и усилением угла поворота.
  5. ^ Джонс, Дэвид (1970). «Устойчивость велосипеда» (PDF) . Проверено 31 марта 2009 года .
  6. ^ a b "Еще о контррулевании" , Cycle World : 71, октябрь 1985, [A] мотоцикл должен наклоняться, чтобы повернуть, а контррулевание влево приводит к выводу переднего колеса из-под мотоцикла, в результате чего мотоцикл наклоняется вправо. . Итак, основная последовательность поворота направо такова: поверните штанги влево, чтобы начать поворот, а затем позвольте им повернуться вправо, пока вы принимаете устойчивое положение на повороте. Многие (если не большинство) мотоциклисты сознательно не осознают эту последовательность и находят ее немного невероятной ... [но] это единственный способ заставить мотоцикл быстро повернуть.
  7. ^ a b В. Коссалтер, стр. 1343–1356: «Корреляция с субъективным мнением опытных гонщиков-испытателей показала, что к рулю следует прикладывать небольшое усилие крутящего момента, чтобы иметь хорошее ощущение, и желательно в смысле, противоположном направление поворота ".
  8. ^ a b c d Фаянс, Джоэл (июль 2000 г.). «Рулевое управление в велосипедах и мотоциклах» (PDF) . Американский журнал физики . 68 (7): 654–659. Bibcode : 2000AmJPh..68..654F . DOI : 10.1119 / 1.19504 . Проверено 4 августа 2006 года .
  9. ^ Уилсон, Дэвид Гордон; Джим Пападопулос (2004). Велосипедная наука (Третье изд.). MIT Press. С.  270–272 . ISBN 0-262-73154-1.
  10. ^ a b c d e В. Коссалтер, стр. 241–342.
  11. ^ Джон Тейлор и Стефан Бартлетт (2009). Как стать лучше наездником . Институт перспективных автомобилистов. ISBN 978-0-9562239-1-3.
  12. ^ «Начинающие мотоциклисты, чтобы научиться положительному рулевому управлению» . Байкер 24/7 Новости. 29 июня 2009 года Архивировано из оригинала 10 сентября 2011 года . Источник +31 декабрь 2009 .
  13. ^ "Руководство по эксплуатации мотоцикла" (PDF) . Фонд безопасности мотоциклов (MSF-США). Архивировано 2 ноября 2012 года из оригинального (PDF) . Проверено 28 августа 2014 .
  14. ^ "Департамент лицензирования руководства по эксплуатации мотоциклов" (PDF) . Департамент лицензирования штата Вашингтон.
  15. ^ "Мотоцикл Руководство" (PDF) . Комиссия по автотранспортным средствам Нью-Джерси.
  16. ^ "Калифорнийское руководство по эксплуатации мотоциклов" (PDF) . Калифорния DMV. Архивировано из оригинального (PDF) 11 июня 2014 года . Проверено 28 августа 2014 .
  17. ^ "DOR-2332 (3-2008) Мотоциклист" (PDF) . Налоговое управление штата Миссури.
  18. ^ Д-р Хью Х. Херт, доктор философии. (Январь 1981 г.). «Факторы причины аварии на мотоцикле и определение мер противодействия, Том 1: Технический отчет, Hurt, HH, Ouellet, JV и Том, Д.Р., Центр безопасности дорожного движения, Университет Южной Калифорнии, Лос-Анджелес, Калифорния 90007, контракт № DOT HS-5. -01160 " (PDF) . Министерство транспорта США, NHTSA. Архивировано из оригинального (PDF) 23 августа 2014 года. Cite journal requires |journal= (help)
  19. ^ Национальный исследовательский институт общественных услуг, "Фотографический анализ реакции оператора мотоцикла", 1976 [1]
  20. ^ а б Редакция журнала Motorcyclist Magazine; Стейн, Джон Л. (2011). Полное руководство идиота по мотоциклам (5-е изд.). Пингвин . п. 339. ISBN. 978-1-61564-070-6. Проверено 15 января 2011 года .
  21. ^ HA Кендалл (2003). Руководство оператора коляски (PDF) . п. 98.
  22. ^ Poelgeest, A .; Край, КА; Дарлинг, Дж. Разработка контроллера наклона рулевого колеса для трехколесного транспортного средства с наклоном .
  23. ↑ Майк Маккарти (январь 1987 г.). «Банковское будущее для наклоняющейся машины» . Журнал Колеса. С. 12–13 . Проверено 18 ноября 2014 года .
  24. ^ a b Evangelou, S, 2004 "Управление и анализ устойчивости двухколесных дорожных транспортных средств", докторская диссертация, Имперский колледж в Лондоне
  25. ^ Кокко, Гаэтано (2004). Дизайн и технологии мотоциклов . Мотоциклы. п. 25. ISBN 978-0-7603-1990-1.
  26. ^ Фоул, Тони (2006). Управление мотоциклами и конструкция шасси, искусство и наука (2-е изд.). Тони Фоул Дизайн. С. 4–7. ISBN 978-84-933286-3-4.
  27. ^ a b Громер, Клифф (1 февраля 2001 г.). «РУЛЕВАЯ ШЕСТЕРНЯ Так как же на самом деле повернуть мотоцикл?» . Популярная механика . Архивировано из оригинального 26 января 2010 года . Проверено 7 августа 2006 года .
  28. ↑ Brandt, Jobst (16 сентября 1997 г.). "Что держит велосипед в вертикальном положении?" . sheldonbrown.com . Проверено 17 октября 2007 года .
  29. ^ Анил В. Khadilkar, Р. Николс, Р. Шварц (1977), «Аналитические результаты: влияние мотоциклиста постного угла» , мотоциклы улучшение безопасности, том 2 ., Министерство транспорта США, Национальная администрация безопасности дорожного движения, стр- –24CS1 maint: uses authors parameter (link)
  30. ^ Крауч, Том Д. (1989). Мальчики епископа . Нью-Йорк: У.В. Нортон. п. 170. ISBN 0-393-30695-X.
  31. Перейти ↑ Kelly, Fred C. (1989). Братья Райт . Courier Dover Publications. С.  297–299 . ISBN 978-0-486-26056-3.

Ссылки [ править ]

  • Витторе Коссалтер; Р. Лот; М. Перетто (2007). «Устойчивый поворот мотоциклов». Труды Института инженеров-механиков, Часть D: Журнал автомобильной инженерии . 221 (11): 1343–1356. DOI : 10.1243 / 09544070jauto322 . ISBN 978-1-4303-0861-4. S2CID  109274283 .(требуется подписка)
  • Лейф Кливе; Генри Эноксен; Гуннар Кубберод (2006). «Полный контроль» / «Полный контроль» (PDF) . Норвежский союз мотоциклистов . ISBN 82-92276-00-9. Архивировано из оригинального (PDF) 8 октября 2008 года.

Внешние ссылки [ править ]

  • Баланс и рулевое управление , Тони Фоул
  • Полный контроль (английская версия) , Норвежский союз мотоциклистов
  • Физические эксперименты "No BS Machine"
  • "Физика моноциклинга", 5 минут, объясняет противодействие рулевому управлению на основе фундаментальных принципов физики, требуется Adobe Flash.