Противорегулирование

Противорегулирование используется операторами одноколейных транспортных средств, такими как велосипедисты и мотоциклисты, чтобы начать поворот в заданном направлении, на мгновение повернувшись против желаемого направления («повернуть налево, чтобы повернуть направо»). Для успешного прохождения поворота необходимо сначала наклонить комбинированный центр масс гонщика и одноколейное транспортное средство в направлении поворота и на короткое время повернуть в обратном направлении. вызывает этот наклон. Действия всадника по противодействию рулевого управления иногда называют «подачей команды на рулевое управление».

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

Гипотетическая кривая на сухом асфальте

• 1 Как это работает
  • 1.1 Необходимо наклониться, чтобы поворот
  • 1.2 Стабильный наклон
  • 1.3 На низких скоростях
  • 1.4 Гироскопические эффекты
• 2 Мотоциклы
  • 2.1 Тренировка
  • 2.2 Безопасность
• 3 Многогусеничные автомобили
• 4 Противодействие по весу сдвиг
• 5 Другое использование
• 6 Братья Райт
• 7 См. также
• 8 Примечания
• 9 Ссылки
• 10 Внешние ссылки

Монтаж изображения, показывающий различные этапы противодействия. Здесь скутер противодействует повороту влево.

При противодействии поворота влево выполняется следующее:

• На руль справа прилагается крутящий момент.
• Затем переднее колесо будет вращаться вокруг оси поворота вправо, и шина будет создавать силы в пятне контакта справа.
• Машина в целом поворачивает вправо
• Потому что силы в пятне контакта на уровне земли это вытягивает колеса «из-под» велосипеда вправо и заставляет его наклоняться влево.
• Водитель или, в большинстве случаев, присущая мотоциклу устойчивость обеспечивает рулевое управление крутящий момент, необходимый для поворота переднего колеса обратно влево в направлении желаемого поворота.
• Велосипед начинает поворот влево.

Хотя это кажется сложной последовательностью движений, он выполняется каждым ребенком, который катается на велосипеде. Вся последовательность действий остается в значительной степени незамеченной для большинства гонщиков, поэтому некоторые утверждают, что они этого не делают.

Также важно отличать крутящий момент рулевого управления, необходимый для инициирования наклона, необходимого для данного поворота, от продолжительного крутящий момент и угол поворота, необходимые для поддержания постоянного радиуса и угла наклона, 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 поворота, необходимый для поддержания этого угол поворота совпадает с направлением поворота или противоположно ему в зависимости от скорости движения, геометрии велосипеда и комбинированного распределения массы велосипеда и гонщика.

Необходимость наклона для поворота

Велосипед может преодолевать поворот только при комбинированном центр масс велосипеда и всадника наклонены внутрь поворота под углом, соответствующим скорости и радиусу поворота:

$\theta \; =\; arctan\; \; (v\; 2\; gr)\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; theta\; =\; \backslash \; arctan\; \backslash \; left\; (\{\backslash \; frac\; \{v\; ^\; \{2\}\}\; \{gr\}\}\; \backslash \; right)\}$

где $v\; \{\backslash \; displaystyle\; v\}$- скорость движения вперед, $r\; \{\backslash \; displaystyle\; r\}$- радиус поворота, а $g\; \{\backslash \; displaystyle\; g\}$- ускорение силы тяжести.

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

Стабильный наклон

Графики, показывающие реакцию крена и угла поворота неконтролируемой упрощенной модели типичного велосипеда, движущегося с поступательной скоростью в его стабильном диапазоне (в данном случае 6 м / с) к положительному крутящему моменту 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.

При приближении 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 системы 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 если 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.

На низких скоростях

На низких скоростях противодействие также необходимо, но Тогда противодействие настолько тонкое, что оно скрывается за счет непрерывных корректировок, которые вносятся при балансировке велосипеда, часто опускаются ниже просто заметной разницы или порога восприятия гонщика. Противодействие рулевому управлению на низкой скорости может быть дополнительно скрыто за счет значительно большего угла поворота, возможного в направлении поворота.

Гироскопические эффекты

Одним из эффектов поворота переднего колеса является крен момент, вызванный гироскопической прецессией. Величина этого момента пропорциональна моменту инерции переднего колеса, скорости его вращения (поступательное движение), скорости, с которой гонщик поворачивает переднее колесо, прикладывая крутящий момент к рулю, и скорости вращения. косинус угла между осью рулевого управления и вертикалью.

Для образца мотоцикла, движущегося со скоростью 22 м / с (50 миль в час), у которого есть переднее колесо с моментом инерции 0,6 кгм, при повороте переднего колеса на градус за полсекунды создается 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..

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 -треки. Это может быть особенно полезно в гонках на мотоциклах.

Преднамеренное противодействие рулевому управлению необходимо для безопасной езды на мотоцикле, и, как результат, оно обычно является частью курсов безопасной езды, проводимых такие организации, как Фонд безопасности мотоциклов, Совет по безопасности Канады или австралийские поставщики Q-Ride. Преднамеренное противодействие мотоциклу - гораздо более эффективный способ управления, чем просто наклон. На более высоких скоростях свойство самобалансировки велосипеда становится жестче, и заданная входная сила, приложенная к рулю, вызывает меньшие изменения угла наклона.

Тренировка

Большая часть искусства мотоциклетного поворота на поворотах учится, как эффективно толкать рукоятки в углы и как поддерживать правильный угол наклона во время поворота. Когда в аварийной ситуации внезапно возникает потребность в быстром повороте в сторону, важно заранее знать, что противодействие рулевому управлению является наиболее эффективным способом изменить курс мотоцикла. Многие несчастные случаи возникают, когда опытные гонщики, которые никогда не развивали этот навык, сталкиваются с неожиданным препятствием.

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

Фонд безопасности мотоциклов обучает противодействию рулевому управлению всех учеников во всех своих школах, как и все школы мотогонок. Противорегулирование включено в руководства по эксплуатации мотоциклов и тесты в штатах США, таких как Вашингтон, Нью-Джерси, Калифорния и Миссури.

Безопасность

Согласно Отчету о травмах, большинство мотоциклистов в Соединенных Штатах, пытаясь избежать столкновения, будут чрезмерно тормозить и буксировать заднее колесо, а также не тормозить переднее. У многих водителей мотоциклов практически отсутствовала способность противодействовать поворачиваемости и поворачивать. Часто небольшое первоначальное усилие противодействия, необходимое для наклонения мотоцикла, которое может составлять всего 0,125 секунды, заставляет многих гонщиков не осознавать эту концепцию.

Коляска на Скутер Vespa Лежачий трехколесный велосипед Tripendo, наклоняемый трехколесный транспорт

Трехколесные мотоциклы без возможности наклона не нуждаются в противодействии, и начальный крутящий момент при рулевом управлении в одном направлении не возникает автоматически приведет к повороту в другом направлении. Сюда входят установки коляски, где автомобиль жестко закреплен на велосипеде. В трехколесном BRP Can-Am Spyder Roadster используются два передних колеса, которые не наклоняются, поэтому он управляется как автомобиль.

Некоторые коляски позволяют мотоциклу двигаться наклоняться независимо от коляски, а в некоторых случаях коляска даже наклоняется параллельно мотоциклу. Эти транспортные средства должны управляться так же, как и одиночный мотоцикл. Трехколесный Piaggio MP3 использует механические рычаги, чтобы наклонять два передних колеса параллельно задней раме, так что он управляется так же, как двухколесный мотоцикл.

Свободно наклоняющиеся многогусеничные автомобили перед поворотом необходимо сбалансировать путем противодействия. Многогусеничные наклоняемые машины 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 силы, необходимой для наклона автомобиля. Другие автомобили с принудительным наклоном могут иметь автоматическое противодействие. В 1984 году был разработан прототип качающегося многогусеничного транспортного средства с свободным наклоном, в котором используется автоматическое противодействие рулевому управлению и не требуется навыков балансировки.

С достаточно легким велосипедом (особенно велосипед ), всадник может начать наклон и поворот, не используя руль, смещая вес тела, что некоторые авторы называют встречным наклоном . Документированные физические эксперименты показывают, что на тяжелых велосипедах (многие мотоциклы ) смещение веса тела менее эффективно для инициирования наклона.

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

• Гонщик прикладывает мгновенный крутящий момент либо к сиденью через ноги, либо в туловище, что заставляет сам велосипед наклоняться вправо.
• Совокупный центр масс велосипеда и гонщика только понижается, а не выдвинута, но если передняя часть велосипеда может свободно поворачиваться вокруг своей оси рулевого управления, наклон вправо заставит его поворачивать вправо за счет некоторой комбинации гироскопической прецессии, сил реакции земли, гравитационной силы на внеосевой центр масс или просто инерция внеосевого центра масс в зависимости от точной геометрии и распределения массы конкретного велосипеда, а также величины крутящего момента и скорости, с которой он применяется.
• Это противодействие справа заставляет контакт с землей перемещаться к буровой установке ht центра масс, когда велосипед движется вперед, создавая наклон влево. Наконец, передняя часть поворачивается 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 гонщиком, снова либо в сиденье, либо в туловище.

Чтобы выпрямиться на выходе из поворота, гонщик просто меняет процедуру входа в него: заставляет байк еще больше наклоняться влево; это заставляет его поворачиваться дальше влево, что приводит к смещению пятен контакта колес дальше влево, в конечном итоге уменьшая наклон влево и выходя из поворота.

A Исследование Национальной администрации безопасности дорожного движения показало, что наклон водителя в большей степени влияет на более легкий мотоцикл, чем на более тяжелый, что помогает объяснить, почему рулевое управление без использования рук менее эффективно на тяжелых мотоциклах. Наклон туловища по отношению к велосипеду не приводит к тому, что велосипед наклоняется достаточно сильно, чтобы произвести что-либо, кроме самых мелких поворотов. Водители 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 недостаточно полномочий на управление. Хотя на достаточно легком велосипеде (особенно на велосипеде ) всадник может наклоняться и разворачиваться, перемещая вес тела, нет никаких доказательств того, что сложные маневры можно выполнять только за счет собственного веса.

Гонки по спидвею на мотоциклах

Термин противодействие также используется некоторыми авторами для обозначения необходимости на велосипедах поворачивать в направлении, противоположном повороту (отрицательный угол поворота), чтобы сохранять контроль в ответ на сильный задний ход. проскальзывание колес. Гонки на мотоциклах по спидвею проходят на овальной трассе с рыхлой поверхностью из грязи, золы или сланца. Гонщики смещают свои машины вбок, 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 в обсуждении техники вождения автомобиля, называемой дрифтингом.

Уилбур Райт объяснил противодействие рулевому управлению следующим образом:

Я спрашивал десятки 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 они говорили, что для поворота налево поворачивали руль налево и в результате поворачивали 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, наклоняющийся внутрь. 209>См. Также