stringtranslate.com

Контрруление

Контрруление используется водителями одноколейных транспортных средств , такими как велосипедисты и мотоциклисты , для начала поворота в заданном направлении путем кратковременного поворота руля в противоположном направлении («повернуть влево, чтобы повернуть направо»). Для успешного прохождения поворота объединенный центр масс водителя и одноколейного транспортного средства должен сначала наклониться в направлении поворота, а кратковременный поворот руля в противоположном направлении вызывает этот наклон. [1] Действие водителя по контррулению иногда называют «подачей команды на управление». [2] [3] : 15 

Научная литература не дает четкого и всеобъемлющего определения контрруления. Фактически, «не всегда проводится правильное различие между крутящим моментом рулевого управления и углом поворота рулевого колеса». [4]

Гипотетическая кривая на сухом асфальте

Как это работает

Монтаж изображения, демонстрирующий различные стадии контрруления. Здесь скутер контррулит, чтобы повернуть налево.

При контррулении для поворота направо выполняется следующее: [5] [6]

Хотя это кажется сложной последовательностью движений, ее выполняет каждый ребенок, который едет на велосипеде. Вся последовательность остается в значительной степени незамеченной большинством велосипедистов, поэтому некоторые утверждают, что они этого не делают. [6]

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

Нужно наклониться, чтобы повернуть

Велосипед может пройти поворот только в том случае, если объединенный центр масс велосипеда и велосипедиста наклонен внутрь поворота под углом, соответствующим скорости и радиусу поворота:

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

Более высокие скорости и более крутые повороты требуют больших углов наклона. Если масса не наклонена в поворот, инерция гонщика и велосипеда заставит их продолжать движение по прямой, поскольку шины выезжают из-под них по кривой. Переход от езды по прямой к прохождению поворота — это процесс наклона велосипеда в поворот, и наиболее практичный способ вызвать этот наклон (объединенного центра масс велосипеда и велосипедиста) — сначала переместить точки опоры в противоположном направлении. [9]

Стабильный наклон

Графики, показывающие реакцию наклона и угла поворота неконтролируемой иным образом упрощенной модели типичного велосипеда, движущегося вперед со скоростью в своем стабильном диапазоне (в данном случае 6 м/с), на положительный крутящий момент поворота (вправо), который начинается как импульс и затем остается постоянным. Он вызывает начальный угол поворота вправо, наклон влево и в конечном итоге устойчивый наклон влево, угол поворота влево и, таким образом, поворот влево.

По мере приближения к желаемому углу переднее колесо обычно должно быть направлено в поворот, чтобы поддерживать этот угол, иначе велосипед продолжит наклоняться под действием силы тяжести, увеличивая скорость, пока бок не коснется земли. Этот процесс часто требует небольших или нулевых физических усилий, поскольку геометрия рулевой системы большинства велосипедов спроектирована таким образом, что переднее колесо имеет сильную тенденцию поворачиваться в сторону 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 от гонщика, обычно отрицательный, то есть противоположен направлению поворота, даже если угол поворота рулевого колеса совпадает с направлением 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 низких скоростях

На низких скоростях контрруление также необходимо, но тогда контрруление настолько тонкое, что оно скрыто постоянными корректировками, которые вносятся при балансировке мотоцикла, часто ниже едва заметной разницы или порога восприятия гонщика. Контрруление на низкой скорости может быть еще больше скрыто последующим гораздо большим углом поворота рулевого колеса, возможным в направлении поворота. [ необходима цитата ]

Гироскопические эффекты

Одним из эффектов поворота переднего колеса является момент крена, вызванный гироскопической прецессией . Величина этого момента пропорциональна моменту инерции переднего колеса, скорости его вращения (движения вперед), скорости, с которой гонщик поворачивает переднее колесо, прикладывая крутящий момент к рулю, и косинусу угла между осью рулевого управления и вертикалью. [10]

Для образца мотоцикла, движущегося со скоростью 22 м/с (50 миль/ч), 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, боковая сила на передней шине, когда она выезжает из-под мотоцикла, достигает максимума 50 Н. Это, действуя на высоту 0,6 м (2 фута) центра масс, создает момент крена 30 Нм. [10]

Хотя момент от гироскопических сил составляет всего 12% от этого, он может играть значительную роль, поскольку он начинает действовать, как только гонщик прикладывает крутящий момент, а не нарастает медленнее по мере выхода колеса за пределы траектории. Это может быть особенно полезно в гонках на мотоциклах . [10]

Мотоциклы

Намеренное контрруление необходимо для безопасной езды на мотоцикле , и, как следствие, обычно является частью курсов безопасной езды, проводимых такими организациями, как Фонд безопасности мотоциклов , Канадский совет по безопасности или австралийские поставщики Q-Ride. Намеренное контрруление мотоцикла — гораздо более эффективный способ управления, чем просто наклон. [3] : 15  На более высоких скоростях свойство самобалансировки мотоцикла становится жестче, и заданная входная сила, приложенная к рулю, производит меньшие изменения угла наклона. [3] : 16 

Обучение

Большая часть искусства прохождения поворотов на мотоцикле заключается в том, чтобы научиться эффективно нажимать на ручки в поворотах и ​​поддерживать правильные углы наклона во время поворота. Когда в чрезвычайной ситуации внезапно возникает необходимость в быстром повороте в сторону, важно знать на основе предыдущей практики, что контрруление — наиболее эффективный способ изменить курс мотоцикла. [3] : 16  Многие аварии происходят, когда опытные в остальном гонщики, которые никогда тщательно не развивали этот навык, сталкиваются с неожиданным препятствием.

Чтобы способствовать пониманию явлений, связанных с контррулением, иногда используется фраза «позитивное рулевое управление ». [11] [12] Другие фразы: «НАЖМИТЕ – Чтобы повернуть, мотоцикл должен наклониться», «Чтобы наклонить мотоцикл, нажмите на рукоятку в направлении поворота» или «Нажмите влево – наклонитесь влево – поедьте влево». [13]

Фонд безопасности мотоциклов обучает контррулению всех учеников во всех своих школах, как и все школы гонок на мотоциклах. Контрруление включено в руководства и тесты для водителей мотоциклов в Соединенных Штатах, например, в Вашингтоне, [14] Нью-Джерси, [15] Калифорнии, [16] и Миссури. [17]

Безопасность

Согласно Hurt Report , большинство мотоциклистов в Соединенных Штатах перетормаживали и заносили заднее колесо и недотормаживали переднее, когда пытались избежать столкновения. Способность контррулить и вилять по сути отсутствовала у многих водителей мотоциклов. [18] Часто небольшое количество начального контрруления, требуемое для наклона мотоцикла, которое может составлять всего 0,125 секунды, не дает многим мотоциклистам осознать эту концепцию. [19]

Многоколейные транспортные средства

Коляска на скутере Vespa
Трицикл лежачий Tripendo, трехколесный велосипед с наклонной платформой

Трехколесные мотоциклы без возможности наклона не нуждаются в контррулении, и начальный крутящий момент рулевого управления в одном направлении автоматически не приводит к повороту в другом направлении. Это включает в себя установки с коляской , где автомобиль жестко закреплен на мотоцикле. Трехколесный BRP Can-Am Spyder Roadster использует два передних колеса, которые не наклоняются, и поэтому он управляется как автомобиль. [20]

Некоторые коляски позволяют мотоциклу наклоняться независимо от коляски, а в некоторых случаях коляска даже наклоняется параллельно с мотоциклом. Эти транспортные средства должны быть контррулены так же, как и одиночный мотоцикл. [21] Трехколесный Piaggio MP3 использует механические тяги для наклона двух передних колес параллельно задней раме, и таким образом он контррулен так же, как двухколесный мотоцикл. [20]

Свободно наклоняющиеся многогусеничные транспортные средства должны быть сбалансированы контррулением перед поворотом. Многогусеничные наклоняющиеся транспортные средства, которые принудительно наклонены, такие как Carver , наклоняются без контрруления управления и не балансируются оператором. Более поздние версии Carver представили автоматическое контрруление для увеличения скорости наклона и уменьшения силы, необходимой для наклона транспортного средства. Другие принудительно наклоняемые транспортные средства могут включать автоматическое контрруление. [22] Прототип наклоняющегося многогусеничного свободного наклоняющегося транспортного средства был разработан в 1984 году, который использует автоматическое контрруление и не требует никаких навыков балансировки. [23]

Контрруление путем смещения веса

На достаточно легком велосипеде (особенно велосипеде ) гонщик может инициировать наклон и поворот, не используя руль, путем смещения веса тела, что некоторые авторы называют контрнаклоном . [8] [24] [25] [26] Документированные физические эксперименты показывают, что на тяжелых мотоциклах (многие мотоциклы ) смещение веса тела менее эффективно для инициирования наклонов. [27]

При контррулении с переносом веса для поворота налево выполняется следующее:

Степень поворота руля влево, необходимая для балансировки наклона влево, соответствующего скорости движения и радиусу поворота, контролируется крутящим моментом, создаваемым гонщиком, опять же либо в седле, либо в туловище.

Чтобы выпрямиться из поворота, гонщик просто выполняет обратную процедуру входа в него: наклоняет мотоцикл сильнее влево; это заставляет его поворачиваться сильнее влево, что смещает пятна контакта колес еще дальше влево, в конечном итоге уменьшая наклон влево и выходя из поворота.

Исследование Национальной администрации безопасности дорожного движения показало, что наклон водителя оказывает большее влияние на более легкий мотоцикл, чем на тяжелый, [29] что помогает объяснить, почему рулевое управление без рук менее эффективно на тяжелых мотоциклах. Наклон туловища относительно мотоцикла не заставляет мотоцикл наклоняться достаточно далеко, чтобы генерировать что-либо, кроме самых пологих поворотов. Водители без рук могут удерживать тяжелый мотоцикл по центру полосы движения и преодолевать пологие повороты на шоссе, но не более того.

Сложные маневры невозможны с использованием только лишь переноса веса, поскольку даже для легкой машины недостаточно полномочий управления. [24] Хотя на достаточно легком велосипеде (особенно велосипеде ) гонщик может инициировать наклон и поворот, перенося вес тела, [8] нет никаких доказательств того, что сложные маневры можно выполнять только с помощью веса тела. [27]

Другие применения

Гонки на мотоциклах по спидвею

Термин контрруление также используется некоторыми авторами для обозначения необходимости на мотоциклах поворачивать в противоположном направлении поворота (отрицательный угол поворота рулевого колеса) для сохранения контроля в ответ на значительное проскальзывание заднего колеса. [10] Гонки на мотоциклах по спидвею проходят на овальной трассе с рыхлой поверхностью из грязи, шлака или сланца. Гонщики скользят на своих машинах боком, скользя или широко в поворотах, используя экстремальную форму этого типа контрруления, которая поддерживается на протяжении всего поворота. Это также работает, без мощности, для велосипедов на рыхлых или скользких поверхностях, хотя это продвинутая техника.

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

Братья Райт

Уилбур Райт объяснил контрруление следующим образом:

Я спрашивал десятки велосипедистов, как они поворачивают налево. Я никогда не встречал ни одного человека, который бы правильно изложил все факты, когда его спрашивали в первый раз. Они почти всегда говорили, что для поворота налево они поворачивали руль влево и в результате делали поворот налево. Но при дальнейшем расспросе некоторые соглашались, что сначала они поворачивали руль немного вправо, а затем, когда машина наклонялась влево, они поворачивали руль влево и в результате делали круг, наклоняясь внутрь. [30] [31]

Смотрите также

Примечания

  1. ^ Шелдон Браун . "Countersteering" . Получено 9 ноября 2012 г.«Контрруление» означает кратковременное движение руля в направлении, противоположном желаемому повороту.
  2. ^ «Учебная программа для получения водительских прав A1, A2 и A» / «Læreplan Førerkortklasse A1, A2 и A» (PDF) . Норвежское управление дорог общего пользования . 2013. с. 55.
  3. ^ abcd Лейф Клив; Генри Эноксен; Гуннар Кубберёд. Полный контроль (PDF) . Норвежский союз мотоциклистов. п. 15. ISBN 82-92276-00-9. Архивировано из оригинала (PDF) 8 октября 2008 г.
  4. ^ Sharp, RS (2008). "О стабильности и управлении велосипедом". Applied Mechanics Reviews . 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 контррулением, и, по-видимому, оно было известно в самые ранние дни велоспорта, хотя не всегда проводится правильное различие между крутящим моментом поворота и усилием угла поворота.
  5. ^ Джонс, Дэвид (1970). "Устойчивость велосипеда" (PDF) . Получено 31 марта 2009 г.
  6. ^ ab "More on countersteering", Cycle World : 71, октябрь 1985 г., [A] мотоцикл должен наклониться, чтобы повернуть, и контрруление влево выводит переднее колесо из-под мотоцикла, заставляя мотоцикл наклоняться вправо. Таким образом, основная последовательность для правого поворота такова: поверните руль влево, чтобы начать поворот, а затем позвольте ему качнуться обратно вправо, пока вы принимаете устойчивое положение для поворота. Многие (если не большинство) мотоциклистов не осознают эту последовательность и считают ее немного невероятной... [но] это единственный способ заставить мотоцикл быстро повернуть.
  7. ^ ab V. Cossalter стр. 1343–1356: «Корреляция с субъективными мнениями опытных гонщиков-испытателей показала, что для получения хорошего ощущения к рулю следует прикладывать небольшое крутящее усилие, и желательно в направлении, противоположном направлению поворота».
  8. ^ abcd Fajans, Joel (июль 2000 г.). "Рулевое управление велосипедами и мотоциклами" (PDF) . American Journal of Physics . 68 (7): 654–659. Bibcode :2000AmJPh..68..654F. doi :10.1119/1.19504 . Получено 4 августа 2006 г. .
  9. ^ Уилсон, Дэвид Гордон; Джим Пападопулос (2004). Bicycle Science (Третье изд.). The MIT Press. С. 270–272. ISBN 0-262-73154-1.
  10. ^ abcde V. Cossalter стр. 241–342
  11. ^ Джон Тейлор и Стефан Бартлетт (2009). Как стать лучшим водителем . Институт продвинутых автомобилистов. ISBN 978-0-9562239-1-3.
  12. ^ "Новичкам-мотоциклистам нужно научиться правильному рулевому управлению". Biker 24/7 News. 29 июня 2009 г. Архивировано из оригинала 10 сентября 2011 г. Получено 31 декабря 2009 г.
  13. ^ "Руководство по эксплуатации мотоцикла" (PDF) . Фонд безопасности мотоциклов (MSF-USA). Архивировано из оригинала (PDF) 2 ноября 2012 г. . Получено 28 августа 2014 г. .
  14. ^ "Руководство для водителей мотоциклов Департамента лицензирования" (PDF) . Департамент лицензирования штата Вашингтон.
  15. ^ "Руководство по мотоциклам" (PDF) . Комиссия по автотранспортным средствам Нью-Джерси.
  16. ^ "California Motorcycle Operators Handbook" (PDF) . California DMV. Архивировано из оригинала (PDF) 11 июня 2014 г. Получено 28 августа 2014 г.
  17. ^ "DOR-2332 (3-2008) Motorcycle Operator" (PDF) . Департамент доходов Миссури. Архивировано из оригинала (PDF) 6 августа 2009 года . Получено 28 августа 2014 года .
  18. ^ Хью Х. Хёрт; Уэлле, Дж. В.; Том, Д. Р. (январь 1981 г.). Факторы, вызывающие аварии на мотоциклах, и идентификация мер противодействия, том 1: Технический отчет (PDF) (Технический отчет). Вашингтон, округ Колумбия: Министерство транспорта США. Архивировано из оригинала (PDF) 23 августа 2014 г.
  19. ^ Национальный институт исследований общественных служб, «Фотографический анализ реакций водителя мотоцикла на управление», 1976 [1]
  20. ^ ab Motorcyclist Magazine; Stein, John L. (2011). Полное руководство идиота по мотоциклам (5-е изд.). Penguin . стр. 339. ISBN 978-1-61564-070-6. Получено 15 января 2011 г.
  21. ^ HA Kendall (2003). Руководство оператора коляски (PDF) . стр. 98.
  22. ^ Poelgeest, A.; Edge, KA; Darling, J. (ноябрь 2007 г.). Разработка контроллера наклона рулевого управления для трехколесного транспортного средства с функцией наклона.
  23. ^ Майк Маккарти (январь 1987 г.). «Банковское будущее для автомобиля с наклонной конструкцией». Журнал Wheels. стр. 12–13 . Получено 18 ноября 2014 г.
  24. ^ Эванджелоу, С., 2004 «Анализ управления и устойчивости двухколесных дорожных транспортных средств», докторская диссертация, Имперский колледж Лондона
  25. ^ Кокко, Гаэтано (2004). Конструкция и технология мотоциклов . Motorbooks. стр. 25. ISBN 978-0-7603-1990-1.
  26. ^ Фоул, Тони (2006). Управление мотоциклом и проектирование шасси, искусство и наука (2-е изд.). Tony Foale Designs. стр. 4–7. ISBN 978-84-933286-3-4.
  27. ^ ab Gromer, Cliff (1 февраля 2001 г.). "РУЛЕВОЙ МЕХАНИЗМ. Как же на самом деле повернуть мотоцикл?". Popular Mechanics . Архивировано из оригинала 26 января 2010 г. Получено 7 августа 2006 г.
  28. ^ Брандт, Йобст (16 сентября 1997 г.). «Что удерживает велосипед в вертикальном положении?». sheldonbrown.com . Получено 17 октября 2007 г. .
  29. ^ Анил В. Хадилкар; Р. Николс; Р. Шварц (1977), «Аналитические результаты: влияние угла наклона водителя», Улучшение безопасности мотоциклов , т. 2, Министерство транспорта США, Национальная администрация безопасности дорожного движения, стр. 4-24
  30. ^ Крауч, Том Д. (1989). Мальчики епископа. Нью-Йорк: WW Norton. стр. 170. ISBN 0-393-30695-X.
  31. ^ Келли, Фред С. (1989). Братья Райт . Courier Dover Publications. стр. 297–299. ISBN 978-0-486-26056-3.

Ссылки

Внешние ссылки