Speed wobble (также известный как шимми , tank-slapper , [1] или death wobble ) — это быстрое боковое дрожание колеса (колес) транспортного средства, которое происходит на высоких скоростях и может привести к потере управления. Оно представляет собой быстрое (4–10 Гц) колебание в первую очередь управляемого колеса (колес) и вызывается комбинацией факторов, включая начальные возмущения и недостаточное демпфирование , что может создать эффект резонанса . Первоначально остальная часть транспортного средства остается в основном незатронутой, пока не преобразуется в колебание рыскания транспортного средства с увеличивающейся амплитудой , что приводит к потере управления.
Транспортные средства, которые могут испытывать это колебание, включают мотоциклы и велосипеды , скейтборды и, в теории, любое транспортное средство с одной точкой поворота рулевого управления и достаточной степенью свободы рулевого колеса, включая то, что существует на некоторых легких самолетах с трехколесным шасси , где нестабильность может возникать на скоростях менее 80 км/ч (50 миль/ч); это не включает большинство автомобилей . Первоначальная нестабильность возникает в основном на высокой скорости и похожа на ту, которую испытывают колеса тележки для покупок и шасси самолета. [2] [3]
Устойчивые колебания имеют два необходимых компонента: недодемпфированную систему второго или более высокого порядка и механизм положительной обратной связи . Примером недодемпфированной системы второго порядка является система пружина-масса , где масса может подпрыгивать вверх и вниз (колебаться) при подвешивании на пружине.
Если шимми невозможно исключить из системы, можно использовать устройство, известное как рулевой демпфер , который по сути является режекторным фильтром , предназначенным для гашения шимми на его известной собственной частоте. [4]
Шимми обычно ассоциируется с деформацией (резиновых) шин. Однако его можно наблюдать и в недеформируемых (например, стальных) колесах. Явление можно объяснить введением многокомпонентных сил сухого трения [5] помимо обычных сил, рассматриваемых в литературе.
Другое объяснение заключается в том, что колебание скорости — это бифуркация Хопфа , математическое явление, при котором стабильная неподвижная точка динамической системы теряет устойчивость при изменении параметра, что приводит к предельному циклу (путь, по которому система следует неоднократно, замыкаясь на себя по предсказуемой схеме, которую другие близкие поведения имеют тенденцию имитировать с течением времени). В случае колебания скорости система переходит из одного состояния (стабильная езда) во второе состояние (колебание с постоянной амплитудой), когда один параметр (скорость движения или скорость воздуха) проходит через критическую точку. [6] : 1 [7] : 1
Колебание или шимми начинается, когда какая-то незначительная неровность ускоряет колесо в одну сторону. Неровностью может быть колесо, которое некруглое , неровное или не сбалансированное . [6] Когда колесо вращается, оно будет оказывать циклическую нагрузку на раму транспортного средства, которая, если она совпадает с резонансной частотой системы (транспортного средства и прикрепленных аксессуаров) , может вызвать колебание скорости. [6] Во время вращения колеса восстанавливающая сила прикладывается в фазе с развитием неровности, и колесо поворачивается в другую сторону, где процесс повторяется. Если в рулевом управлении недостаточно демпфирования , колебание будет увеличиваться до отказа системы. Частоту колебаний можно изменить, изменив скорость движения, сделав велосипед жестче или легче или увеличив жесткость рулевого управления, основным компонентом которого является гонщик. [2] Хотя колебание или шимми можно легко устранить, отрегулировав скорость, положение или сцепление на руле, оно может быть фатальным, если его оставить без контроля. [8]
При прочих равных условиях колебания скорости, как правило, возникают реже у горного велосипеда по сравнению с шоссейным велосипедом, поскольку рама горного велосипеда обычно имеет большее демпфирование от системы подвески , а выступы покрышек также обеспечивают некоторое демпфирование между транспортным средством и дорогой. [6] : 1
Поскольку частота шимми не зависит от скорости велосипеда, гироскопические эффекты «явно не являются существенными для этого явления». [2] Было обнаружено, что пять основных факторов, влияющих на колебание, — это боковая жесткость передней шины, рулевой амортизатор, высота центра масс велосипеда, расстояние центра масс велосипеда от заднего колеса и жесткость передней шины на поворотах. [3] [9]
В научной статье, в которой колебание исследовалось с помощью физических экспериментов и компьютерного моделирования, делается вывод: «Было показано влияние характеристик передней шины, инерции передней рамы и жесткости шасси на режим колебания. В частности, показано, что [за счет] увеличения давления в передней шине, жесткости шасси и инерции передней рамы относительно оси рулевого управления и уменьшения жесткости боковой пробуксовки передней шины улучшается демпфирование режима колебания, что способствует устойчивости транспортного средства». [10]
Колебания скорости случаются на электрических моноколесах ( EUC ) и одноколесных скейтбордах (таких как Onewheel ). «Чтобы исправить колебания Onewheel, обе ноги нужно переместить, медленно переместив их в положение, которое обеспечивает правильный центр тяжести. Контроллер Onewheel предназначен только для балансировки доски спереди назад, не контролируя движение из стороны в сторону». [11]
удар по баку: колебания скорости настолько сильные, что руль попеременно ударяется о стенки топливного бака
Для машин с жесткой передней рамой требуется рулевой демпфер для стабилизации режима колебания на высоких скоростях, в то время как для старых, более гибких машин может потребоваться рулевой демпфер на промежуточных скоростях.
{{cite magazine}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )