Kontrastowanie

Kontrkierowanie jest używane przez operatorów pojazdów jednośladowych , takich jak rowerzyści i motocykliści , do zainicjowania skrętu w określonym kierunku poprzez chwilowe skręcenie w kierunku przeciwnym do pożądanego („skręć w lewo, aby skręcić w prawo”). Aby pomyślnie pokonać zakręt, połączony środek masy kierowcy i pojazdu jednośladowego musi najpierw zostać pochylony w kierunku zakrętu, a krótkie skręcenie w przeciwnym kierunku powoduje to pochylenie. Działanie jeźdźca polegające na kontrowaniu jest czasami określane jako „wydanie polecenia kierowania”.

Literatura naukowa nie podaje jasnej i wyczerpującej definicji przeciwsterowania. W rzeczywistości „nie zawsze dokonuje się właściwego rozróżnienia między momentem skrętu a kątem skrętu…”.

Hipotetyczny zakręt na suchym asfalcie

Jak to działa

Montaż obrazu przedstawiający różne etapy kontrowania. Tutaj skuter jest kontrowany, aby skręcić w lewo.

Podczas kontrowania w celu skrętu w prawo wykonywane są następujące czynności:

Zastosowano moment obrotowy na kierownicy po lewej stronie.
Przednie koło obróci się wtedy wokół osi kierownicy w lewo, a opona będzie generować siły w miejscu kontaktu z lewą stroną.
Maszyna jako całość skręca w lewo.
Ponieważ siły w miejscu styku są na poziomie podłoża, koła „wysuwają się spod” roweru w lewo i powodują jego przechylenie w prawo.
Rowerzysta lub w większości przypadków nieodłączna stabilność roweru zapewnia moment obrotowy niezbędny do obrócenia przedniego koła z powrotem w prawo iw kierunku pożądanego skrętu.
Rower zaczyna skręcać w prawo.

Chociaż wydaje się, że jest to złożona sekwencja ruchów, wykonuje ją każde dziecko jeżdżące na rowerze. Cała sekwencja pozostaje w dużej mierze niezauważona przez większość jeźdźców, dlatego niektórzy twierdzą, że tego nie robią.

Ważne jest również rozróżnienie momentu obrotowego kierownicy niezbędnego do zainicjowania pochylenia wymaganego dla danego skrętu od stałego momentu obrotowego kierownicy i kąta skrętu niezbędnych do utrzymania stałego promienia i kąta pochylenia, aż nadejdzie czas wyjścia z zakrętu.

Początkowy moment skrętu i kąt skrętu są przeciwne do pożądanego kierunku skrętu.
Stały kąt skrętu jest w tym samym kierunku, co skręt.
Stały moment obrotowy wymagany do utrzymania tego kąta skrętu jest zgodny z kierunkiem skrętu lub przeciwnie do niego, w zależności od prędkości jazdy do przodu, geometrii roweru oraz łącznego rozkładu masy roweru i rowerzysty.

Trzeba się pochylić, żeby skręcić

Rower może pokonywać zakręt tylko wtedy, gdy połączony środek masy roweru i rowerzysty pochyla się w stronę wnętrza zakrętu pod kątem odpowiednim do prędkości i promienia zakrętu:

{\ Displaystyle \ teta = \ arctan \ lewo ({\ Frac {v ^ {2}} {gr}} \ prawej)}

gdzie to prędkość do przodu $,$ $to$ promień , $.$ przyspieszenie grawitacyjne

Wyższe prędkości i ciaśniejsze zakręty wymagają większych kątów pochylenia. Jeśli masa nie zostanie najpierw pochylona do zakrętu, bezwładność jeźdźca i motocykla spowoduje, że będą kontynuować jazdę po linii prostej, gdy opony wysuwają się spod nich wzdłuż zakrętu. Przejście z jazdy w linii prostej do pokonywania zakrętu to proces pochylania roweru w zakręcie, a najbardziej praktycznym sposobem na spowodowanie tego pochylenia (połączonego środka masy roweru i rowerzysty) jest przesunięcie punktów podparcia najpierw w przeciwnym kierunku.

Stabilny chudy

Wykresy przedstawiające reakcję pochylenia i kąta skrętu niekontrolowanego w inny sposób uproszczonego modelu typowego motocykla, poruszającego się z prędkością do przodu w swoim stabilnym zakresie (w tym przypadku 6 m / s), do dodatniego momentu skrętu (w prawo), który zaczyna się jako impuls, a następnie pozostaje stała. Powoduje początkowy kąt skrętu w prawo, pochylenie w lewo, a ostatecznie stałe pochylenie w lewo, kąt skrętu w lewo, a tym samym skręt w lewo.

W miarę zbliżania się do pożądanego kąta przednie koło musi być zwykle skierowane w zakręt, aby utrzymać ten kąt, w przeciwnym razie rower będzie nadal pochylał się pod wpływem grawitacji, zwiększając prędkość, aż bok zetknie się z podłożem. Ten proces często wymaga niewielkiego lub żadnego wysiłku fizycznego, ponieważ geometria układu kierowniczego większości rowerów jest zaprojektowana w taki sposób, że przednie koło ma silną tendencję do skręcania się w kierunku pochylenia.

Rzeczywisty moment obrotowy, jaki rowerzysta musi przyłożyć do kierownicy, aby utrzymać stały skręt, jest złożoną funkcją geometrii roweru, rozkładu masy, pozycji kierowcy, właściwości opon, promienia skrętu i prędkości jazdy do przodu. Przy niskich prędkościach moment obrotowy wymagany od kierowcy jest zwykle ujemny, czyli przeciwny do kierunku skrętu, nawet gdy kąt skrętu jest zgodny z kierunkiem skrętu. Przy wyższych prędkościach kierunek niezbędnego wejściowego momentu obrotowego często staje się dodatni, to znaczy w tym samym kierunku co skręt.

Przy niskich prędkościach

Przy niskich prędkościach kontrowanie kierownicy jest równie potrzebne, ale jest ono wtedy na tyle subtelne, że jest ukryte pod ciągłymi korektami wyważania roweru, często spadającymi poniżej zauważalnej różnicy lub progu percepcji rowerzysty. Kontrkierowanie przy niskiej prędkości może być dodatkowo ukryte przez wynikający z tego znacznie większy kąt skrętu, możliwy do uzyskania w kierunku skrętu. ^{[ potrzebne źródło ]}

Efekty żyroskopowe

Jednym ze skutków obracania przedniego koła jest moment przechyłu spowodowany precesją żyroskopową . Wielkość tego momentu jest proporcjonalna do momentu bezwładności przedniego koła, jego prędkości obrotowej (ruchu do przodu), prędkości, z jaką rowerzysta obraca przednim kołem, przykładając moment obrotowy do kierownicy, oraz cosinusa kąta między oś skrętu i pion.

W przypadku przykładowego motocykla poruszającego się z prędkością 22 m/s (50 mil/h), którego przednie koło ma moment bezwładności 0,6 kgm2 ^, obrócenie przedniego koła o jeden stopień w ciągu pół sekundy generuje moment toczenia równy 3,5 Nm. Dla porównania, siła poprzeczna działająca na przednią oponę, gdy wysuwa się spod motocykla, osiąga maksymalnie 50 N. To, działając na wysokość 0,6 m (2 stopy) środka ciężkości, generuje moment toczenia o wartości 30 Nm .

Chociaż moment sił żyroskopowych stanowi tylko 12% tego, może odgrywać znaczącą rolę, ponieważ zaczyna działać, gdy tylko rowerzysta zastosuje moment obrotowy, zamiast narastać wolniej, gdy koło wymyka się z toru. Może to być szczególnie pomocne w wyścigach motocyklowych .

motocykle

Celowe kontrowanie kierownicy jest niezbędne do bezpiecznej jazdy motocyklem , w związku z czym jest na ogół częścią kursów bezpiecznej jazdy organizowanych przez organizacje, takie jak Fundacja Bezpieczeństwa Motocykli , Kanadyjska Rada Bezpieczeństwa lub australijscy dostawcy Q-Ride. Celowe kontrowanie motocykla jest znacznie skuteczniejszym sposobem kierowania niż tylko pochylanie się. Przy wyższych prędkościach właściwości samobalansujące roweru stają się sztywniejsze, a dana siła wejściowa przyłożona do kierownicy powoduje mniejsze zmiany kąta pochylenia.

Szkolenie

Znaczna część sztuki pokonywania zakrętów motocyklem polega na nauce skutecznego wciskania uchwytów w zakręty i utrzymywania odpowiednich kątów pochylenia podczas zakrętu. Kiedy w sytuacji awaryjnej nagle pojawia się potrzeba szybkiego skręcenia w jedną stronę, ważne jest, aby wiedzieć, dzięki wcześniejszej praktyce, że kontrowanie jest najskuteczniejszym sposobem zmiany kursu motocykla. Wiele wypadków ma miejsce, gdy doświadczeni jeźdźcy, którzy nigdy dokładnie nie rozwinęli tej umiejętności, napotykają nieoczekiwaną przeszkodę.

Aby zachęcić do zrozumienia zjawisk związanych z kontrowaniem, czasami używa się wyrażenia pozytywne sterowanie . Inne zwroty to „NACIŚNIJ – aby skręcić, motocykl musi się pochylić”, „Aby pochylić motocykl, naciśnij uchwyt w kierunku skrętu” lub „Naciśnij w lewo – pochyl się w lewo – idź w lewo”.

Fundacja Bezpieczeństwa Motocykli uczy kontrowania wszystkich uczniów we wszystkich swoich szkołach, podobnie jak wszystkie szkoły wyścigów motocyklowych. Kontrowanie kierownicy jest uwzględnione w instrukcjach i testach dla operatorów motocykli w Stanach Zjednoczonych, takich jak Waszyngton, New Jersey, Kalifornia i Missouri.

Bezpieczeństwo

Według Hurt Report , większość motocyklistów w Stanach Zjednoczonych nadmiernie hamowała i wpadała w poślizg tylnego koła oraz niedohamowywała przedniego, gdy usilnie próbowała uniknąć kolizji. Zdolność do kontrowania i skręcania była zasadniczo nieobecna u wielu motocyklistów. Często niewielka ilość początkowego ruchu przeciwkierowniczego wymaganego do pochylenia motocykla, który może wynosić zaledwie 0,125 sekundy, sprawia, że wielu rowerzystów nie zdaje sobie sprawy z tej koncepcji.

Pojazdy wielośladowe

Sidecar na skuterze Vespa

Leżący trójkołowiec Tripendo, przechylany trójkołowiec

Motocykle trójkołowe bez możliwości pochylania nie wymagają kontrowania, a początkowy moment skrętu w jednym kierunku nie powoduje automatycznie skrętu w drugim kierunku. Obejmuje to boczne , w których samochód jest sztywno zamontowany na rowerze. Trójkołowy BRP Can-Am Spyder Roadster wykorzystuje dwa przednie koła, które się nie pochylają, dzięki czemu prowadzi się jak samochód.

Niektóre wózki boczne pozwalają motocyklowi pochylać się niezależnie od wózka bocznego, aw niektórych przypadkach wózek boczny pochyla się nawet równolegle do motocykla. Pojazdy te muszą być kontrowane w taki sam sposób, jak motocykl solo. Trzykołowy Piaggio MP3 wykorzystuje mechaniczne połączenia, aby pochylić dwa przednie koła równolegle do tylnej ramy, dzięki czemu jest kontrowany w taki sam sposób, jak motocykl dwukołowy.

Swobodnie pochylone pojazdy wielogąsienicowe muszą być wyważone przez kontrowanie przed skrętem. Pojazdy pochylone wielogąsienicowe, które są przechylane w sposób wymuszony, takie jak Carver , są przechylane bez kontrowania układu sterowania i nie są wyważane przez operatora. Późniejsze wersje Carvera wprowadziły automatyczną przeciwkierownicę, aby zwiększyć prędkość przechylania i zmniejszyć siłę potrzebną do przechylenia pojazdu. Inne pojazdy z wymuszonym przechyleniem mogą zawierać automatyczne kontrowanie. W 1984 roku opracowano prototyp pochylanego, wielogąsienicowego, swobodnie pochylanego pojazdu, który wykorzystuje automatyczne kontrowanie i nie wymaga żadnych umiejętności utrzymywania równowagi.

Kontrastowanie przez przesunięcie ciężaru

Przy wystarczająco lekkim rowerze (zwłaszcza rowerze ) rowerzysta może zainicjować pochylenie i skręcić bez użycia kierownicy, przesuwając ciężar ciała, co niektórzy autorzy nazywają przeciwwagą . Udokumentowane eksperymenty fizyczne pokazują, że na ciężkich motocyklach (wiele motocykli ) zmiana ciężaru ciała jest mniej skuteczna w inicjowaniu wychylenia.

Podczas kontrowania przy użyciu przesunięcia ciężaru w celu skrętu w lewo wykonywane są następujące czynności:

Rowerzysta przykłada chwilowy moment obrotowy, albo na siodełku poprzez nogi, albo na tors, który powoduje, że sam rower przechyla się w prawo.
Połączony środek masy roweru i rowerzysty jest tylko obniżany, a nie przesuwany, ale jeśli przód roweru może swobodnie obracać się wokół osi kierowania, pochylenie w prawo spowoduje, że skręci on w prawo o pewną kombinację precesji żyroskopowej, sił reakcji podłoża, siły grawitacji na pozaosiowym środku masy lub po prostu bezwładności pozaosiowego środka masy w zależności od dokładnej geometrii i rozkładu masy danego roweru oraz wielkości momentu obrotowego i prędkości w którym jest stosowana.
To kontrowanie w prawo powoduje, że kontakt z podłożem przesuwa się na prawo od środka masy, gdy motocykl porusza się do przodu, generując w ten sposób pochylenie w lewo. W końcu przód skręca w lewo i motocykl wchodzi w zakręt w lewo.

Stopień skrętu w lewo niezbędny do zrównoważenia pochylenia w lewo odpowiedniego do prędkości jazdy do przodu i promienia skrętu jest kontrolowany przez moment obrotowy generowany przez kierowcę, ponownie na siedzeniu lub tułowiu.

Aby wyprostować się z zakrętu, rowerzysta po prostu odwraca procedurę wchodzenia w niego: powoduje, że motocykl pochyla się bardziej w lewo; powoduje to, że skręca bardziej w lewo, co powoduje przesunięcie łat styku kół dalej w lewo, ostatecznie zmniejszając pochylenie w lewo i wychodząc z zakrętu.

Badanie National Highway Traffic Safety Administration wykazało, że pochylenie kierowcy ma większy wpływ na lżejszy motocykl niż na cięższy, co pomaga wyjaśnić, dlaczego kierowanie bez użycia rąk jest mniej skuteczne w przypadku ciężkich motocykli. Pochylenie tułowia w stosunku do roweru nie powoduje, że rower pochyla się wystarczająco daleko, aby generować cokolwiek poza najpłytszymi skrętami. Jeźdźcy bez rąk mogą być w stanie utrzymać ciężki rower na środku pasa i pokonywać płytkie zakręty na autostradzie, ale niewiele więcej.

Skomplikowane manewry nie są możliwe przy użyciu samej zmiany ciężaru, ponieważ nawet w przypadku lekkiej maszyny nie ma wystarczającej władzy kontrolnej. Chociaż na wystarczająco lekkim rowerze (zwłaszcza rowerze ) rowerzysta może zainicjować pochylanie się i skręcanie poprzez zmianę ciężaru ciała, nie ma dowodów na to, że złożone manewry można wykonywać samą masą ciała.

Inne zastosowania

Wyścigi motocyklowe na żużlu

Termin przeciwkierownictwo jest również używany przez niektórych autorów w odniesieniu do konieczności kierowania rowerem w kierunku przeciwnym do skrętu (ujemny kąt skrętu) w celu utrzymania kontroli w odpowiedzi na znaczny poślizg tylnego koła. Wyścigi motocyklowe na żużlu odbywają się na owalnym torze z luźną nawierzchnią z ziemi, żużlu lub łupków. Jeźdźcy przesuwają swoje maszyny na boki, wykonując powersliding lub broadside w zakrętach, stosując ekstremalną formę tego typu kontrowania, która jest utrzymywana przez cały zakręt. Działa to również bez zasilania w przypadku rowerów na luźnych lub śliskich nawierzchniach, chociaż jest to zaawansowana technika.

Termin ten jest również używany w dyskusji na temat techniki jazdy samochodem zwanej driftingiem .

Bracia Wright

Wilbur Wright wyjaśnił kontrowanie w ten sposób:

Pytałem dziesiątki rowerzystów, jak skręcają w lewo. Nigdy nie spotkałem ani jednej osoby, która po pierwszym pytaniu podała wszystkie fakty poprawnie. Niemal niezmiennie mówili, że aby skręcić w lewo, skręcili kierownicę w lewo iw rezultacie wykonali skręt w lewo. Ale po dalszym przesłuchaniu niektórzy zgodziliby się, że najpierw obrócili kierownicę trochę w prawo, a następnie, gdy maszyna przechyliła się w lewo, obrócili kierownicę w lewo iw rezultacie zatoczyli koło, pochylając się do wewnątrz.

Zobacz też

Notatki

Vittore Cossalter; R. Lot; M. Peretto (2007). „Pewne obracanie motocykli”. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering . 221 (11): 1343–1356. doi : 10.1243/09544070jauto322 . ISBN 978-1-4303-0861-4 . S2CID 109274283 . (wymagana subskrypcja)
Leif Klyve; Henryka Enoksena; Gunnar Kubberød (2006). „Pełna kontrola” / „Pełna kontrola” (PDF) . Norweski Związek Motocyklowy. ISBN 82-92276-00-9 . Zarchiwizowane od oryginału (PDF) w dniu 8 października 2008 r.

Linki zewnętrzne

Równowaga i sterowanie , Tony Foale
Pełna kontrola (wersja angielska) wydana przez Norwegian Motorcycle Union
Fizyczne eksperymenty „No BS Machine”.
„The Physics of Unicycling” 5 minut, wyjaśnia kontrowanie na podstawie podstawowych zasad fizyki, wymaga programu Adobe Flash