Колебание скорости - Speed wobble

Колебание, шимми, танкист,[1] колебание скорости, и даже смертельное колебание все слова и фразы, используемые для описания быстрых (4–10 Гц) колебаний, главным образом, только управляемого колеса (колес) транспортного средства. Первоначально остальная часть транспортного средства остается в основном неизменной, пока не будет переведена в транспортное средство. рыскание колебание увеличения амплитуда приводит к потере контроля. Транспортные средства, которые могут испытывать это колебание, включают: мотоциклы и велосипеды, скейтборды, и, теоретически, любое транспортное средство с одной точкой поворота рулевого колеса и достаточной степенью свободы управляемого колеса, включая ту, которая существует на некоторых легкий летательный аппарат с трехколесный велосипед где нестабильность может возникнуть на скорости менее 80 км / ч; это не включает большинство автомобили. Первоначальная нестабильность возникает в основном на высокой скорости и аналогична той, которую испытывают колеса тележки для покупок и шасси самолета.[2][3]

Теория

У устойчивых колебаний есть два необходимых компонента: недостаточно демпфированный второго или более высокого порядка система и положительный отзыв механизм. Примером системы второго порядка с недостаточным демпфированием является пружинно-массовая система, где масса может качаться вверх и вниз (колебаться) при подвешивании на пружине.

Если шимми нельзя спроектировать вне системы, устройство, известное как рулевой демпфер может использоваться, что по сути режекторный фильтр предназначен для гашения вибрации на известной собственной частоте.[4]

Шимми обычно ассоциируется с деформацией (резиновых) шин. Однако это может наблюдаться и в недеформируемых (например, стальных) колесах. Явление можно объяснить введением многокомпонентных сил сухого трения,[5] помимо обычных сил, рассмотренных в литературе.

Другое объяснение состоит в том, что колебание скорости - это Бифуркация хопфа, в результате чего система переходит из одного состояния (стабильная езда) во второе состояние (колебания постоянной амплитуды), когда один параметр (скорость движения вперед или воздушная скорость) проходит через критическую точку.[6]:1[7]:1

В двухколесной технике

Колебание или шимми начинается, когда некоторая в остальном незначительная неровность ускоряет колесо в одну сторону. Неровностью может быть колесо, которое необычный, неправда, или же дисбаланс.[6] Когда колесо вращается, оно будет циклический нагрузка на раму автомобиля, которая, если она совмещена с системой (автомобиль и прикрепленные аксессуары) резонансная частота, может вызвать колебание скорости.[6] Во время вращения колеса восстанавливающая сила применяется синхронно с развитием неровности, и колесо поворачивается на другую сторону, где процесс повторяется. Если недостаточно демпфирование в рулевом управлении колебания будут увеличиваться до отказа системы. Частоту колебаний можно изменить, изменив скорость движения, сделав велосипед более жестким или легким, или увеличив жесткость рулевого управления, главным компонентом которого является гонщик.[2] Колебание или шимминг можно легко устранить, отрегулировав скорость, положение или хват на руль, но если оставить его неконтролируемым, это может быть фатальным.[8]

При прочих равных условиях колебания скорости, как правило, реже возникают на горном велосипеде по сравнению с шоссейным велосипедом, потому что рама горного велосипеда обычно имеет большее демпфирование от система подвески, а ручки шин также создают некоторое демпфирование между транспортным средством и дорогой.[6]:1

Поскольку частота колебаний не зависит от скорости велосипеда, гироскопические эффекты «явно не существенны для явления».[2] Было обнаружено, что пятью основными факторами, влияющими на колебание, являются поперечная жесткость переднего колеса, рулевой демпфер, высота центра масс велосипеда, расстояние центра масс велосипеда от заднего колеса и жесткость на поворотах переднего колеса.[3][9]

В академической статье, в которой исследовалось колебание с помощью физических экспериментов и компьютерного моделирования, делается вывод: «Было показано влияние на режим колебания характеристик передних шин, инерции передней рамы и жесткости шасси. В частности, он показывает, что за счет увеличения накачивания передних шин повышается жесткость шасси. , а также инерция передней рамы относительно оси поворота и уменьшение жесткости при боковом скольжении переднего колеса, улучшается демпфирование режима качания, что способствует устойчивости автомобиля ».[10]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Хью, Дэвид Л. (2000). «Глоссарий». Опытный мотоцикл: полное руководство по хорошей езде (2-е изд.). США: BowTie Press. п. 253. ISBN  1-889540-53-6. танковый ударник: колебание скорости настолько сильное, что руль попеременно ударяется о стенки топливного бака
  2. ^ а б c Уилсон, Дэвид Гордон; Джим Пападопулос (2004). Велосипедная наука (Третье изд.). MIT Press. стр.263–390. ISBN  0-262-73154-1.
  3. ^ а б Cossalter, Витторе (2006). Динамика мотоцикла (Второе изд.). Lulu.com. С. 241–342. ISBN  978-1-4303-0861-4.
  4. ^ Симос Евангелу, Дэвид Дж. Лаймбир, Робин С. Шарп и Малкольм С. Смит (октябрь 2006 г.). «Контроль нестабильности рулевого управления мотоцикла». Журнал IEEE Control Systems. CiteSeerX  10.1.1.227.9657. Для машин с жесткой передней рамой требуется демпфер рулевого управления для стабилизации режима качания на высоких скоростях, тогда как более старые, более гибкие машины могут потребовать демпфер рулевого управления на промежуточных скоростях.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  5. ^ Журавлев, В.Ф .; Климов, Д. «Теория феномена шимми». Механика твердого тела. 4 (3): 324–330. Дои:10.3103 / S0025654410030039.
  6. ^ а б c d Эмпфилд, Дэн (24 апреля 2015 г.). "Колебание скорости". slowtwitch.com. В архиве из оригинала от 07.06.2015. Получено 2019-08-23.
  7. ^ Зинн, Леннард (2013-11-19). «Технические вопросы: бифуркация и высокоскоростное шимми». VeloNews. В архиве из оригинала на 24.08.2019. Получено 2019-08-23.
  8. ^ Кеттлер, Билл (2004-09-15). «В аварии погибает велосипедист». Mail Tribune. Получено 2016-07-10.
  9. ^ Манфред Плёхль; Йоханнес Эдельманн; Бернхард Ангрош; Кристоф Отт (7 июля 2011 г.). «О колебательном режиме велосипеда». Динамика систем транспортных средств: Международный журнал механики транспортных средств и мобильности. Тейлор и Фрэнсис. 50 (3): 415–429. Дои:10.1080/00423114.2011.594164. ISSN  0042-3114.
  10. ^ Мауро, Сальвадор; Фабрис, Давиде (27–28 мая 2004 г.). Исследование устойчивости двухколесной машины в экспериментах на дороге и в лаборатории. (PDF). Модена, Италия. Получено 2008-08-31.

внешняя ссылка