Эффект шимми: Вобблинг (Эффект шимми) | События

Содержание

Вобблинг (Эффект шимми) | События

Еду домой вчера вечером, по набережной. Похолодало сильно, ёжусь. Держусь в пустой левой полосе при пустой дороге, впереди светофор, средняя и правая полосы заняты, сзади никого. Щёлкаю передачи вниз, притормаживаю ногой (задний тормоз) и тут справа меня обходит Мерседес, А45 который. Весь тонированный такой, чоооорный как падла, рычит. 

И чот меня зацепило… я в междуряд, в среднюю за стоп линию. Стоим ждём зеленый. Рванули, я конечно его объехал, но таких моральных и физический потрясений от победы, давно не испытывал. 

На второй передаче (или на третьей) начался вобблинг, вот вы когда сильно пугаетесь, кирпичами гадите? А у меня сфинктер так сжался, что гранитная пыль полетела. Не повезло тому кто сзади ехал… и как я так на автомате, посадил колесо на асфальт, нагнулся вперед и дал еще газу вцепившись коленями в бак так сильно, что казалось бы погнул его, таким образом всё победив.

Я правда не успел осознать-то, что произошло. Лишь потом, спустя секунд пять до меня начала потихоньку доходить физика процесса и осознание возможного результата. Асфальт шершавый, бордюры высокие, разделитель вообще стальной… 

Страшно блин. 

 

Стоит ли говорить, что дальше я поехал уже спокойно? Ангел хранитель не будет всегда со мной, спасёт раз, два… а после махнёт рукой. Ведь если ты изо дня в день пытаешься по своей же глупости свести счёты с жизнью, сам того не подозревая, тебя рано или поздно всё же ждёт успех. И ладно, если сразу и на куски. А если слюни пускать? Вот потеха жене и детям на всю жизнь, нянчить овощ под себя ходящий. 

 

Возраст, он конечно накладывает прагматичные оценки происходящего вокруг, но химия, ей невозможно противостоять. И тем не менее, боритесь друзья. Лучше жить всегда в борьбе, чем не жить вовсе. 

 

п.с. 

Новый скоростной рекорд. Не ругайте сильно, я ещё только учусь, а потому до сверхзвука никак не добраться мне… 

Сразу оговорюсь, шо бы не гундели. Дорога была пустая, температура очень плюсовая, асфальт ровный и не свежий…

Эффект шимми — самолёты. Эффект шимми

                                     

2. Эффект шимми на двухколесных транспортных средствах

Эффект шимми то есть колебания проявляется, когда колесо получает по какой-либо причине боковое ускорение в условиях незначительного в другое время технического несовершенства. К таким несовершенствам можно отнести неидеальные характеристики колеса: отклонение от плоскостности, отклонение от круглости, недостатки в балансировке. Колесо при вращении передает цикличную нагрузку на раму транспортного средства. При совпадении частоты этих колебаний с частотой собственных колебаний системы то есть транспортного средства со всем перевозимым грузом возникает резонанс, который может приводить к развитию шимми. При дальнейшем вращении колеса на него начинает действовать сила реакции рамы, из-за чего колесо получает ускорение в противоположную сторону. Весь процесс повторяется на последующих оборотах колеса при последующих воздействиях технического несовершенства. Если при этом демпфирование в системе рулевого управления недостаточно, амплитуда колебаний будет увеличиваться вплоть до разрушения системы. Частоту колебаний можно изменять посредством изменения скорости поступательного движения, увеличения или уменьшения жесткости транспортного средства, а также увеличением жесткости системы рулевого управления, главным компонентом которой является водитель. Несмотря на то, что интенсивность проявления эффекта шимми можно легко снизить уменьшением скорости движения, изменением положения руки на руле и силы его хвата, при отсутствии контроля эффект шимми может быть катастрофическим.

При равенстве других факторов, эффект шимми более характерен для шоссейных транспортных средств, нежели для их горных вариантов. Это объясняется тем, что на горных транспортных средствах как правило устанавливается подвеска, существенно в большей степени демпфирующая раму. Кроме того, развитый протектор на шинах работает как дополнительный демпфер колебаний от дорожного покрытия.

Поскольку частота колебаний зависит от скорости движения, эффект гироскопа не является существенным для развития явления. Для велосипедов были найдены пять основных факторов, влияющих на возникновение эффекта шимми: жесткость боковых поверхностей шины переднего колеса, жесткость амортизатора рулевого колеса, высота центра масс, расстояние от центра масс до заднего колеса, угловое сопротивление шины переднего колеса.

Согласно отчету об экспериментальных исследованиях и компьютерном моделировании эффекта шимми, было показано влияние на режим колебаний характеристик шины переднего колеса, инерции передней рамы велосипеда и жесткости шасси. Точнее, было показано, что при увеличении давления в шине переднего колеса, увеличении жесткости шасси и инерции передней рамы относительно оси поворота рулевого колеса, а также при уменьшении сопротивления боковому скольжению шины переднего колеса, достигается усиление эффекта демпфирования режима колебаний, что увеличивает стабильность транспортного средства.

Эффект шимми — Эль Мюрид — ЖЖ

После странных заявлений медицинских чиновников о запрете на употребление алкоголя перед и после вакцинации в течение 42 дней, а затем и вообще был назван двухмесячный срок воздержания выступил директор центра Гамалеи. Прямо скажем, ясности его заявление не добавило: «…Алкоголь после вакцинации от коронавируса не запрещен. Однако воздержаться от его употребления на несколько дней после прививки все-таки стоит, объяснил URA.RU директор НИЦЭМ им. Н.Ф. Гамалеи Минздрава России, академик РАН Александр Гинцбург. «Ни о каком полном запрете на алкоголь во время вакцинации речь, разумеется, не идет. Речь всего лишь о разумном ограничении потребления, пока организм не сформировал свой иммунный ответ на коронавирусную инфекцию. Причем это справедливо не только для „Спутника V“, но и для любой другой вакцины», — говорит Гинцбург…»

Хаотичные и бесструктурные заявления чиновников разного уровня лучше всего характеризуют состояние, которое в просторечье именуется бардаком. И дело уже даже не в том, можно или нет (и в течение какого срока) принимать алкоголь — это частности. Вопрос глубже — единая политика государства распадается на частности, слабо стыкующиеся между собой. Система управления хаотизируется и осциллирует. Практически каждый из нас сталкивался либо сам, либо видел картину, когда велосипед или мотоцикл вдруг перестает ехать по прямой и начинает рыскать влево-вправо. Так называемый эффект «шимми». Иногда удается обуздать выходящую из-под контроля двухколесную машину, но чаще всего все заканчивается весьма предсказуемо — она падает. Управлять вышедшим из-под контроля транспортным средством становится невозможным. Физически эффект шимми объясняется просто — колесо получает боковое ускорение, которое попадает на незначительный и некритичный в обычных условиях дефект (небольшое отклонение в центровке). Затем включается положительная обратная связь, которая очень быстро доводит колебания до критического уровня, после которого управление становится невозможным.

Хаос и бардак в российской управленческой системе во многом похож на такой эффект. Череда кризисов послужила аналогом бокового ускорения, а дефекты в самой управленческой системе, которые в «обычной» ситуации можно было бы характеризовать лишь как структурные перекосы, стали точкой демонтажа. Именно его мы сейчас и наблюдаем. Происходит крайне характерный набор процессов и событий, предшествующих катастрофе — идет резкий рост суверенизации подсистем и нарастают осциллирующие процессы. Суверенизация происходит и по вертикали, и по горизонтали. Сбежавший в бункер президент разбалансировал окончательно всю систему управления, которая им же самим была выстроена как строго вертикальная конструкция, практически не имеющая горизонтальных структур устойчивости. Регионы теперь принимают решения кто во что горазд, разные ведомства точно так же занимаются решением своих внутренних задач, слабо согласовывая это со «смежниками». Процесс распада опускается ниже — теперь уже внутри одного ведомства руководители разных подструктур делают практически взаимоисключающие сообщения и заявления.

Эффект шимми — катастрофический процесс по своему характеру. Он необратим. Есть небольшой период, когда управляемость пляшущим колесом еще можно вернуть, но этот период конечен и непродолжителен. Когда критическая точка пройдена, единственный сценарий — падение мотоцикла. И даже Валентино Росси с его опытом и профессионализмом сделать уже ничего не сможет. А наша шпана — точно не Валентино Росси.

Изобретения России // Преодоление эффекта Шимми при взлете и посадке Самолетов


В 1930-е гг. конструкторам Центрального аэрогидродинамического института имени Н.Е. Жуковского удалось усовершенствовать действующие самолеты и создать поистине уникальные машины. Однако серьезной помехой по-прежнему оставался флаттер — резко возникающая и нарастающая вибрация самолета при некоторой критической скорости. Нередко явление флаттера приводило к разрушению крыльев и фюзеляжа са-молета, а в целом создавало серьезную помеху развитию реактивной авиации.


За решение этой проблемы и взялся Мстислав Келдыш. Он пришел к выводу, что вибрацию можно ликвидировать путем демпфирования (затормаживания) колебаний. Явление флаттера было преодолено: путем сложных математических расчетов были выработаны практические приемы для исключения вибрации при любой скорости полета. В результате самолетные конструкции сохраняли устойчивость даже при самых сложных условиях.


На основе разработанной М.В. Келдышем теории неустойчивых колебаний было найдено решение еще одной, весьма важной в практическом отношении проблемы, заключавшейся в самопроизвольных поворотах и смещениях переднего колеса шасси самолета при взлете и посадке.


Одним из ярких достижений М.В. Келдыша стала работа «Шимми переднего колеса трехосного шасси», посвященная решению проблемы, которая представлялась ничуть не менее сложной, чем проблема флаттера. Дело в том, что самые первые самолеты с трехколесным шасси во время движения по взлетно-посадочной полосе попадали в неприятную ситуацию: в момент, когда машина достигала определенной скорости, ее переднее колесо, словно по собственной воле, поворачивалось вокруг стойки сначала вправо, затем влево. Самолет мог даже съехать с взлетной полосы или, например, зарыться носом в землю. Если же в результате колебаний передняя стойка шасси разламывалась на большой скорости, погибали и самолет, и пилот.


М.В. Келдышу удалось создать для самолетов надежную систему защиты, предохраняющую от подобных аварий. В результате длительных поисков решения проблемы он получил уравнение, выражающее явление шимми. В своей работе он изложил теоретические тезисы и конкретные инженерные рекомендации, позволявшие устранить явление шимми.


Интересно, что название «шимми» носил в то время популярный на Западе танец — американский фокстрот. Благодаря разработкам М.В. Келдыша отечественные самолеты перестали «танцевать» на взлетной полосе. За время Великой Отечественной войны на взлетно-посадочных полосах фронтовых аэродромов не было зафиксировано ни одной серьезной поломки, связанной с эффектом шимми.


Однако вклад М.В. Келдыша в науку не ограничивался решением частных (хотя и очень важных) проблем. Не только космическая, но и ядерная программа СССР в 1950—1960-х гг. получила успешное развитие во многом благодаря работам М.В. Келдыша и его сотрудников. Кроме того, в результате математических исследований появились новые вычислительные методы, что потребовало создания электронно-вычислительных машин. В результате оформился самостоятельный раздел математики — вычислительная и прикладная математика.


С именем Келдыша связаны полеты космических аппаратов к Луне и другим планетам Солнечной системы, полеты первых советских космонавтов. М.В. Келдыш был «главным теоретиком космонавтики», поскольку именно предложенные им методы математических вычислений легли в основу технических решений, необходимых для покорения космоса. И тем, что русское слово «спутник» вошло во все языки мира, мы во многом обязаны академику Мстиславу Всеволодовичу Келдышу.


 


100 великих русских изобретений, Вече 2008

Анатолий Несмиян. Эффект шимми в системе управления Россией

После странных заявлений медицинских чиновников о запрете на употребление алкоголя перед и после вакцинации в течение 42-х дней (а затем вообще был назван двухмесячный срок воздержания) выступил директор центра Гамалеи. Прямо скажем, ясности его заявление не добавило: «Алкоголь после вакцинации от коронавируса не запрещен. Однако воздержаться от его употребления на несколько дней после прививки все-таки стоит», — объяснил URA.RU директор НИЦЭМ им. Н.Ф. Гамалеи Минздрава России, академик РАН Александр Гинцбург…

Хаотичные и бесструктурные заявления чиновников разного уровня лучше всего характеризуют состояние, которое в просторечии именуется бардаком. И дело уже даже не в том, можно или нет (и в течение какого срока) принимать алкоголь — это частности. Вопрос глубже — единая политика государства распадается на части, слабо стыкующиеся между собой. Система управления хаотизируется и осциллирует.

Практически каждый из нас либо сам сталкивался, либо видел картину, когда велосипед или мотоцикл вдруг перестает ехать по прямой и начинает рыскать влево-вправо. Так называемый эффект шимми. Иногда удается обуздать выходящую из-под контроля двухколесную машину, но чаще все заканчивается весьма предсказуемо — она падает. Управлять вышедшим из-под контроля транспортным средством становится невозможным. Физически эффект шимми объясняется просто: колесо получает боковое ускорение, которое попадает на незначительный и некритичный в обычных условиях дефект (небольшое отклонение в центровке). Затем включается положительная обратная связь, которая очень быстро доводит колебания до критического уровня, после которого управление становится невозможным.

Хаос и бардак в российской управленческой системе во многом похож на такой эффект. Череда кризисов послужила аналогом бокового ускорения, а дефекты в самой управленческой системе, которые в «обычной» ситуации можно было бы характеризовать лишь как структурные перекосы, стали точкой демонтажа. Именно его мы сейчас и наблюдаем. Происходит крайне характерный набор процессов и событий, предшествующих катастрофе — идет резкий рост суверенизации подсистем и нарастают осциллирующие процессы. Суверенизация происходит и по вертикали, и по горизонтали. Президент разбалансировал окончательно всю систему управления, которая им же самим была выстроена как строго вертикальная конструкция, практически не имеющая горизонтальных структур устойчивости. Регионы теперь принимают решения кто во что горазд, разные ведомства точно так же занимаются решением своих внутренних задач, слабо согласовывая это со «смежниками». Процесс распада опускается ниже — теперь уже внутри одного ведомства руководители разных подструктур делают практически взаимоисключающие сообщения и заявления.

Эффект шимми — катастрофический процесс по своему характеру. Он необратим. Есть небольшой период, когда управляемость пляшущим колесом еще можно вернуть, но этот период конечен и непродолжителен. Когда критическая точка пройдена, единственный сценарий — падение мотоцикла…

Анатолий Несмиян, блогер, аналитик

Шимми — это… Что такое Шимми?

  • Шимми — Шимми: Шимми (танец)  танцевальное движение, быстрое покачивание плечами. Также бальный танец. Шимми (вобблинг)  нежелательные колебания переднего колеса мотоцикла или самолёта на большой скорости …   Википедия

  • ШИММИ — (от английского shimmy рубашка), бальный танец американского происхождения, 2 дольного размера, быстрого темпа. Название связано с характерным движением танцоров, словно пытающихся стряхнуть с плеч рубашки. Популярен с 1910 20 х гг …   Современная энциклопедия

  • ШИММИ — (англ. shimmy) интенсивные колебания в системе управляемых колес и передней подвески автомобиля при движении по неровной дороге или носового колеса трехколесного шасси самолета при разбеге, пробеге или рулежке. Может привести к аварии …   Большой Энциклопедический словарь

  • ШИММИ — ШИММИ, нескл., муж. (иностр.). Салонный танец, сходный с фокстротом. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 …   Толковый словарь Ушакова

  • шимми — сущ., кол во синонимов: 4 • колебание (59) • самоколебание (1) • танец (264) • …   Словарь синонимов

  • Шимми — (от английского shimmy рубашка), бальный танец американского происхождения, 2 дольного размера, быстрого темпа. Название связано с характерным движением танцоров, словно пытающихся стряхнуть с плеч рубашки. Популярен с 1910 20 х гг.   …   Иллюстрированный энциклопедический словарь

  • шимми — неизм.; м. [англ. shimmi] Танец разновидность фокстрота, распространённый в 20 х гг. 20 в. Отплясывать ш. * * * шимми I (от англ. shimmy  рубашка), бальный танец американского происхождения, 2 дольного размера, быстрого темпа. Название связано с… …   Энциклопедический словарь

  • шимми — (англ. shimmy) 1) парный бытовой импровизационный танец, сходный с фокстротом; был популярен в нач. 20 х гг. 20 в. в Европе; муз. размер 2/4; 2) самоколебания носового колеса трехколесного шасси самолета на рулении, разбеге и пробеге; ш. может… …   Словарь иностранных слов русского языка

  • Шимми — I Шимми (англ. shimmy)         бальный танец, популярный в 1920 х гг. Музыкальный размер 4/4, 2/4. Разновидность Фокстрота. II Шимми         1) интенсивный колебательный процесс в системе управляемых колёс и передней подвески (См. Подвеска)… …   Большая советская энциклопедия

  • Шимми —         (англ. shimmy, букв. рубашка) бальный танец амер. происхождения. Появился в европ. странах после 1 й мировой войны 1914 18, пользовался особой популярностью в нач. 1920 х гг. Название связано с характерными движениями танцоров, словно… …   Музыкальная энциклопедия

  • 110 лет со дня рождения Мстислава Келдыша

    Раньше остальных решил проблемы авиакатастроф: флаттер и «эффект шимми». Участвовал в создания ядерного щита. Готовил запуск Юрия Гагарина в космос. 110 лет со дня рождения математика академика Мстислава Всеволодовича Келдыша

    Разбег по полосе, отрыв, взлет. Набор высоты, разворот на
    курс. Ускорение. Вибрация: бесконтрольная, нарастает так быстро,
    что пилот не успевает скинуть скорость и самолет буквально
    разваливается в воздухе. Хорошо, если спасает парашют. Такие
    вибрации – при наборе скорости самолета, называют флаттер. В
    конце 30-х прошлого века ученые разных стран
    наперегонки пытались решить проблему критической скорости:
    например, в Германии с 1930 до 1943 годов из-за флаттера
    разбились почти 150 самолетов – это только официальные подсчеты.
    А в Советском Союзе уже через год после начала Великой
    Отечественной математику Мстиславу Всеволодовичу Келдышу вручают
    Сталинскую премию за решение проблемы. 10 февраля – 110 лет со
    дня рождения математика, одного из основателей космической и
    ядерных программ, президента советской Академии наук.

    В анкетах он не стесняясь отмечал происхождение: «из дворян».
    Отец и оба деда – генералы, причем разного рода: отец – из
    инженерно-технической службы, Всеволода Келдыша называли «отцом
    русского железобетона»; дед по линии отца изначально выбрал
    духовно-церковный путь, и позже до генерала дошел через
    медицинскую науку; дед по линии матери – генерал от артиллерии.

    Мстислав Келдыш родился в Риге – на доме №67 по улице Кришьяна
    Валдемара в Советские годы мемориальная табличка подсказывала,
    что тут родился выдающийся ученый. Сейчас таблички нет.

    Когда Мстиславу 4 года большая семья Келдышей переезжает подальше
    от фронта – сначала в Москву, после, на время, — в Иваново и
    опять возвращается в столицу. Мстислав – пятый ребенок в семье, в
    детстве планировал по примеру отца стать инженером-строителем:
    школа со строительным уклоном, летом работал на стройках
    разнорабочим. В 16 лет, после школы, Мстиславу отказывают в
    приеме в строительный институт, где преподавал его отец – слишком
    молод. По совету сестры Мстислав Келдыш поступил на
    физико-математический факультет МГУ.

    Три «К»

    Работы Мстислава Всеволодовича Келдыша трижды отмечали высшей
    наградой Советского Союза – званием «Герой Социалистического
    Труда». В третий раз почетное звание он получил в 1971 году,
    в связи с 60-летним юбилеем, отработав к тому времени президентом
    Академии наук СССР 10 лет. Третья награда только подтверждает
    первые две – за участие в создании ядерно-ракетного щита страны и
    запуск в космос Юрия Гагарина.

    А обратили внимание на ученого Мстислава Келдыша еще в сороковых
    годах. Сначала молодой ученый решает проблему флаттера – и во
    время Великой Отечественной советские самолеты не разрушаются
    из-за вибраций в воздухе. За это он получает первую Сталинскую
    премию — ученому только 31 год. Келдыш продолжает работать над
    проблемами колебаний в авиации – авиакатастрофы теперь происходят
    при посадке — передняя стойка шасси самолета начинала «гулять»,
    соприкасаясь с полосой — катастрофы в Советском Союзе, Европе,
    Америке. Это «эффект шимми» — Келдыш рассчитал математику
    проблемы и дал рекомендации по техническим решениям – за это в
    возрасте 35 лет получил вторую Сталинскую премию.

    С фотографии 1959 года улыбаются Королев, Курчатов и Келдыш – три
    великие «К», создавшие ядерно-ракетный щит страны. Мстислав
    Келдыш участвовал во всех проектах. В 1946 году ученый
    присоединяется к ядерному проекту – организует специальное
    расчетное бюро при Математическом институте. Параллельно, тоже в
    1946 году 35-летнего Келдыша назначают начальником НИИ-1
    Министерства авиационной промышленности – в этом центре ученый
    разрабатывает двигатели для космических аппаратов. Каждое из
    этих направлений в результате и принесет Келдышу по званию Героя
    Социалистического Труда.

    Есть история — кто-то говорит, что легенда — как
    атомщики и авиационщики делили Келдыша: когда начал создаваться
    атомный проект, его руководители решили привлечь Мстислава
    Келдыша к расчетам. Письмо отправили Берии, но возмутились ученые
    от авиации – «Нам Келдыш самим нужен». В итоге приняли решение –
    3 дня Келдыш работает на авиацию, 3 дня на атом. Один день
    отдыхает.

    С 1961 года времени для отдыха, видимо, совсем не осталось:
    Мстислав Всеволодович Келдыш стал президентом Академии наук СССР.
    По воспоминаниям коллег, по их оценке — он был лучшим президентом
    XX века. 

    Пустырь имени Келдыша

    Пересечение улиц Профсоюзная и Обручева – это юго-запад Москвы,
    метро Калужская. Выход к институту Космических исследований РАН.
    Перекресток улиц – асфальтовый пустырь на шесть полос – это
    площадь Келдыша. Ни памятника, ни бюста ни таблички.

    «Есть город Королев, есть город Курчатов. А даже улицы в
    честь Келдыша нет. Есть единственная площадь, но никто про это не
    знает. Остановите тысячу человек, которые идут там, они понятия
    не имеют, что это площадь Келдыша»,
    — говорит академик РАН,
    научный руководитель Института космических исследований Лев
    Зеленый.

    Лев Зеленый несколько лет бился, чтобы новую станцию метро,
    которую в 2021 году планируют здесь открыть, назвали «Площадь
    Келдыша». Но станцию решили назвать «Воронцовской». Не
    помогли и письма коллег Мстислава Келдыша — президентов Академии
    наук, а писали Осипов, Фортов, а позже и Сергеев.

    «Есть десятки памятников Королеву, сотни Гагарину. А Келдыш,
    который многое сделал для первого полета, в этом пространстве
    совсем не отражен. Я не могу этого понять, и не только я
    задавался этим вопросом»,
    — академик РАН, научный
    руководитель Института космических исследований Лев Зеленый.

    Говорят, Мстислав Келдыш благословлял на ректорство в МГУ

    Ивана Петровского
    . Советовал ему не бороться со злом, а
    браться и делать добрые, хорошие дела, не слушать жалобы в
    отсутствие того, на кого жалоба, никому ничего не обещать, но уж
    если пообещал, то сделать, даже если обстоятельства ухудшились.

    Многие вспоминают Мстислава Келдыша жестким руководителем. А как
    иначе: несколько научных подразделений под контролем и задачи,
    нацеленные на оборонную сферу – жесткие сроки и требования к
    результату требуют дисциплины.

    Мстислав Келдыш скончался на даче, в поселке академиков в
    Абрамцево. Тело обнаружили в заведенной машине. Урна с
    прахом Мстислава Келдыша установлена в Кремлёвской стене.


     

    Колебания скорости: попробуйте эти 5 простых способов остановить дрожание

    Если вы когда-либо страдали от колебания скорости, вы знаете, что это может быть страшно — очень страшно — а иногда может привести к аварии. Итак, что вы можете сделать, чтобы контролировать это?

    По сути, то, что происходит при колебании скорости — иногда называемом шимми — заключается в том, что передняя часть велосипеда колеблется, быстро перемещаясь в одну сторону, а затем в другую, несколько раз в секунду (видео выше от пользователя YouTube по имени Дин Магнусонс ). Ваш инстинкт в этой ситуации, вероятно, состоит в том, чтобы крепче сжать руль, чтобы восстановить контроль, но чем сильнее вы держите штангу, тем хуже это становится. Иногда движение настолько плохое, что вы в конечном итоге соскакиваете с велосипеда, и это всегда плохие новости.

    Что такое колебание скорости?

    Существует много споров о том, что именно происходит, когда вы испытываете колебание скорости.

    «Велосипедная прокладка — это поперечные колебания рулевой колонки относительно точки контакта переднего колеса с дорогой и во многом зависят от геометрии рамы и эластичности верхней и нижней труб», — сказал ныне покойный инженер-механик из США Джобст Брандт.

    «Шимми возникает из-за гироскопической силы переднего колеса, наклон которого примерно под прямым углом к ​​оси поворота, что заставляет колесо поворачиваться влево, когда оно наклоняется влево. Это рулевое действие скручивает верхнюю и нижнюю трубы, накапливая энергию, которая ограничивает ход и вызывает обратный ход. След вилки воздействует на колесо, чтобы ограничить эти отклонения и вернуть их к центру ».

    Коллега по велосипедному спорту Джон Аллен не полностью согласен с точкой зрения Брандта.

    «Гироскопические силы могут играть роль, но механизм обратный тому, как рыба продвигается по воде», — говорит Аллен. «Боковое движение рыбьего хвоста на заднем конце рыбы толкает рыбу. В шимми движение велосипеда вперед приводит к боковому движению переднего колеса и лезвий вилки.

    «Как говорит Брандт, изгиб рамы при кручении возвращает контакт в центр, но в то же время вызывает избыточную поворачиваемость в другую сторону.Если вы держите велосипед через плечо и раскачиваете его спереди и из стороны в сторону, вы можете увидеть, как колесо поворачивается в противоположную сторону. Это происходит потому, что центр масс передней части находится впереди оси рулевого управления ».

    На видео выше показано, как кто-то намеренно вызывает колебание скорости (не пытайтесь делать это дома, дети!).

    А вот типичный пример (ниже) того, как это происходит спонтанно на дороге. Обратите внимание, как он начинается с руля, а затем влияет на весь велосипед.

    Что вызывает это?

    По нашему опыту, колебание скорости наиболее вероятно, когда:

    • Вы путешествуете быстро.

    • Вы напряжены и / или холодны, когда это может вызвать дрожь.

    • Вы не крутите педали.

    • Вы едете без рук.

    • Седло установлено высоко.

    • Рама длинная.

    Однако шимми может ударить без выполнения всех этих условий; например, вы можете крутить педали, держась обеими руками за поручни.

    Некоторые люди говорят, что колебания скорости связаны с ослабленными подшипниками гарнитуры или плохой центровкой рамы, но мы не видели никаких доказательств, позволяющих предположить, что это связано с ними.

    Как остановить колебание скорости

    Если вы чувствуете приближающееся колебание скорости, мы предлагаем следующее:

    • Постарайтесь сохранять спокойствие; напряжение усугубляет проблему. Глубокие вдохи. Вы можете справиться с этим!

    • Возьмитесь за верхнюю трубу коленями (если вы крутите педали, это, очевидно, означает, что вам нужно остановиться).

    • Или немного поднимите вес с седла, но не вставайте.

    • В то же время, хотя это может показаться нелогичным, уменьшите силу захвата руля. Руки держите согнутыми.

    • Притормози. Если вы едете под гору и это требует торможения, осторожно нажмите на рычаги, не блокируя переднее колесо.

    Эти советы сработали для членов команды road.cc. Некоторые люди добиваются успеха, просто кладя одну ногу на верхнюю трубу, а не зажимая ее коленями.

    Если вы и / или ваш велосипед кажетесь особенно склонными к колебаниям на скорости, вам нужно что-то изменить в системе (велосипеде или вас). Это может означать что-то столь же серьезное, как замена кадра, но изменение вашей собственной реакции в соответствии с тем, что мы предложили выше, когда вы чувствуете, что начало колеблется, является первым логичным шагом.

    Shimmy или Speed ​​Wobble от Jobst Brandt

    Shimmy или Speed ​​Wobble от Jobst Brandt

    Выполните поиск на sheldonbrown.com и sheldonbrown.org

    Тема: Шимми или колебание скорости

    Откуда: Jobst Brandt

    Дата: 25 июня 2004 г., пересмотрена 25 февраля 2005 г.

    Шимми, самопроизвольное колебание рулевого колеса переднего колеса, обычно
    происходит с предсказуемой скоростью при езде без рук. Вероятность
    шимми максимален, когда единственный контакт велосипедиста с велосипедом находится на
    седло и педали. Это положение дает наименьшее демпфирование руками,
    руки и ноги. Когда шимми происходит на спусках, с руками на
    штанги, это очень сбивает с толку, потому что самый обычный наездник
    реакция крепкого захвата прутьев только увеличивает ее.

    Shimmy не имеет отношения к центрированию рамы или ослабленным подшипникам, как
    часто востребован. Шимми — результат динамики вращения передних колес,
    масса руля, эластичность рамы, и где наездник
    связывается с велосипедом. И идеально подогнанные велосипеды, и велосипеды с
    колеса, выходящие из плоскости друг друга, шимминг почти одинаково хорошо. это
    как с правильно отрегулированными подшипниками, так и с ослабленными. Идея, что шимми вызвано незакрепленными подшипниками головки или рамы
    несоответствие, кажется, установило валюту путем повторения,
    хотя нет никаких доказательств связи этих дефектов с шимми.

    Шимми велосипеда — это боковое колебание рулевой трубы вокруг
    точка контакта переднего колеса с дорогой и во многом зависит от рамы
    геометрия и эластичность верхней и нижней трубок. Это ведомо
    за счет гироскопических сил переднего колеса, в результате чего оно в значительной степени ускоряется
    зависимый. Это не может быть исправлено настройками, потому что это присуще
    к геометрии и эластичности рамы велосипеда. Чем дольше
    рама и чем выше седло, тем больше склонность к шиммингу,
    при прочих равных.Распределение веса также не влияет на
    шимми, хотя там, где этот вес соприкасается с рамой, делает. Велосипед
    Шимми не меняется при езде без рук, независимо от того, наклоняется ли он вперед или назад.

    Шимми требуется пружина и масса, чтобы колебаться, и эти
    комплектуются рамой и сидящим всадником. Разгрузка седла
    (не вставая) остановит шимми. Вращение педалей или неровная дорога
    также уменьшают склонность к шимми. Напротив, движение по инерции без рук
    спуск по гладкой дороге со скоростью более 20 миль в час с вертикальными кривошипами
    Кажется, это наиболее подверженное шимми состояние.

    При движении накатом без рук положить одну ногу на верхнюю трубу — это
    самый распространенный способ подавить шимми, а также один из самых распространенных способов
    идти по инерции без рук. Податливый протектор узловатых шин обычно имеет
    достаточное демпфирование изгиба для подавления шимми. Вес
    руль и его выступ от оси рулевого управления также влияют на
    шимми.

    Шимми вызывается гироскопической силой переднего колеса, наклон которого
    находится примерно под прямым углом к ​​оси рулевого управления, в результате чего колесо
    поворачивайте влево, когда он наклоняется влево.Это рулевое действие
    скручивает верхнюю и нижнюю трубы, накапливая энергию, которая ограничивает
    перемещается и вызывает обратный ход. След (заклинатель) вилки действует на
    колесо, чтобы ограничить эти отклонения и вернуть их к центру.

    Чтобы почувствовать гироскопические силы, задействованные в качании велосипеда, возьмите переднюю
    колесо, удерживая его за ось обеими руками, и дать ему вращение.
    Ручное вращение из стороны в сторону создает сильные опрокидывающие силы.
    всегда под прямым углом к ​​входу. Эти силы поддерживают шимми и
    движения, которые используются для быстрых маневров рулевого управления во время езды
    без рук, смещение бедер в стороны при твердом сидении.Такой же
    эффект, как при езде на велосипеде, удерживая его только за седло.

    Шимми, который больше всего беспокоит гонщиков, возникает, когда руки крепко держатся за
    штанги, и это райдер, созданный мышечным эффектом, естественный
    реакция такая же, как и частота шимми, примерно такая же, как у Человека
    дрожь. Спуск в холодную погоду для этого может быть затруднен
    причина. «Мертвая хватка» всадника только увеличивает частоту
    шимми в этой ситуации. Свободно удерживая штанги между большим пальцем и
    указательный палец — это способ избежать шимми на холоде.

    Джобст Брандт

    Я не полностью согласен с Брандтом насчет шимми. Гироскопические силы могут играть роль, но механизм обратный тому, как рыба продвигается по воде. Боковое движение рыбьего хвоста на заднем конце рыбы толкает рыбу. В шимми движение велосипеда вперед приводит к боковому движению переднего колеса и лезвий вилки. Как говорит Брандт, изгиб рамы при кручении возвращает контакт в центр, но в то же время вызывает избыточную поворачиваемость в другую сторону.Если вы держите велосипед через плечо и раскачиваете его спереди и из стороны в сторону, вы можете увидеть, как колесо поворачивается в противоположную сторону. Это происходит потому, что центр масс передней части находится впереди оси рулевого управления.

    Видео ниже предлагает пример — Джон Аллен

    Что здесь произошло? от Джона Аллена на Vimeo.

    Другие статьи Джобста Брандта

    Далее: Что удерживает обод от земли

    Предыдущая: Преодолевая планку

    Если вы хотите сделать ссылку или добавить закладку на эту страницу, URL-адрес:

    https: // www.sheldonbrown.com/brandt/shimmy.html

    Последнее обновление: Джон Аллен

    Колебания скорости: как они возникают и как их остановить

    Вы заканчиваете восхождение, взбираетесь на вершину холма и начинаете лететь с другой стороны. А потом это происходит из ниоткуда.

    Вы не едете безрассудно; ты даже не крутишь педали. Но внезапно, когда вы набираете скорость, байк начинает жить собственной жизнью. То, что начинается с небольшого колебания, быстро превращается в нечто большее. Руль сильно трясется из стороны в сторону, и вы делаете все возможное, чтобы оставаться в вертикальном положении.

    В страхе перед столкновением вы съезжаете на обочину дороги, быстро решая, что если собираетесь упасть, то лучше сделаете это на травянистой обочине, чем на неумолимом битуме. Вы отстегиваете ногу, и, к вашему большому облегчению, велосипед постепенно возвращается под ваш контроль.

    С грохотом вы снова садитесь и продолжаете спуск, заметно медленнее, чем раньше.

    Колебание скорости. Это одна из самых страшных вещей, которые можно испытать на велосипеде. Так как же это происходит? Что на самом деле происходит с байком во время колебания скорости? И самое главное, что вы можете сделать, чтобы этого не произошло?

    Почему это происходит

    Колебание скорости, или шимми, можно определить как «колебание узла рулевого управления велосипеда на частотах, слишком высоких для эффективной реакции водителя.«Это явление также наблюдается в мотоциклах, скейтбордах, тележках для покупок и шасси самолетов.

    В байках колебание скорости начинается, когда что-то заставляет переднее колесо ускоряться в одну сторону. Это может быть что-то столь же простое, как дрожь всадника на холодном спуске, чихание всадника, порыв ветра, неровность дороги или, возможно, даже колесо, что не совсем верно.

    Дэймон Ринард (Damon Rinard) — технический менеджер по шоссейным велосипедам в Cannondale и человек с богатым опытом в разработке рам.Как он объясняет CyclingTips, для того, чтобы произошло колебание скорости, необходимо идеально согласовать несколько факторов.

    «При правильной дорожной скорости (« шимми-скорость ») и при подходящих условиях, как только система нарушается, передняя часть велосипеда начинает колебаться: это шимми», — говорит он. «На большинстве скоростей, и часто даже на скорости шимми, такое возмущение быстро гасится, и шимми не возникает».

    Когда шимми действительно происходит, это случай, когда система велосипеда с наездником колеблется на своей «резонансной частоте» — собственной частоте колебаний системы, определяемой физическими параметрами этой системы.Подумайте о звуке, который издает хрустальное стекло, когда вы водите мокрым пальцем по его краю — это еще один пример системы, вибрирующей на своей резонансной частоте.

    Широко известно, что колебания скорости чаще возникают на велосипедах, которые не особенно жесткие или не особенно хорошо демпфированы. Это одна из причин, по которой колебания скорости гораздо более вероятны на шоссейном велосипеде, чем на горном велосипеде — у МТБ есть подвеска, которая помогает гасить нежелательные колебания, прежде чем они станут проблемой (не говоря уже о неровных трассах, которые затрудняют движение велосипеда). достичь стабильного равновесия плюс более низкие скорости для начала).

    К счастью, колебания скорости имеют так называемый «стабильный предельный цикл», означающий, что колебания всегда будут иметь только ограниченную амплитуду (максимальный диапазон колебаний по обе стороны от центра). Это не дает колебаниям становиться все больше и больше, пока даже самый опытный гонщик не будет просто сброшен со своего велосипеда.

    Интересно, что колебания скорости возникают только тогда, когда гонщик едет накатом. Это связано с тем, что шимми происходит в системе, которая находится в состоянии равновесия, и нажатие на педали приводит к нарушению этого равновесия.

    Есть еще один способ взглянуть на колебания скорости. «Бифуркация Хопфа» — это математическая теория, которая предполагает, что система, работающая должным образом (т. Е. Велосипед, спускающийся без шимми), может перестать нормально работать при изменении одного параметра в этой системе. В случае с шимми может случиться так, что скорость — это параметр, который изменяется, и что при определенной скорости система становится нестабильной и начинает колебаться.

    К счастью, в наши дни у вас гораздо меньше шансов испытать колебания скорости, чем несколько десятилетий назад.

    «Сегодня большинство рам достаточно жесткие, чтобы шимми стало менее распространенным явлением, и с меньшим количеством гонщиков, испытывающих это, потребность в знаниях также уменьшилась, а в некоторых областях знания могут быть почти потеряны в тумане времени», — считает Ринард. «Сегодняшние более жесткие велосипеды по-прежнему способны качаться, только на более высоких скоростях (более жесткие системы резонируют на более высоких частотах).

    «Тур Журнал [изд. В немецком издании, получившем широкую известность за свои строгие лабораторные испытания, оценивает, что рама с жесткостью более 75 Нм на градус в целом безопасна по прокладке (это жесткость рулевой трубы или жесткость на кручение.) Кадры в 70-х и 80-х часто были близки к этой цифре или даже ниже. В наши дни многие гоночные рамы имеют крутящий момент от 90 до 100 Нм на градус. Самая жесткая из известных мне — около 140, но на этом уровне страдают другие аспекты качества езды ».

    Что происходит?

    Так что же на самом деле происходит с байком, когда начинается колебание скорости?

    Большинство исследований в этой области было основано на математических моделях и подтверждено лабораторными испытаниями; Практически не было проведено реальных измерений шимми на дороге, которые могли бы помочь в проверке численных моделей.

    Но в некоторых исследованиях включены в реальные измерения, такие как последняя статья в этой области итальянских исследователей из Политехнического университета Милана. С помощью дорожных тестов они смогли получить данные о текущем колебании скорости, а затем проанализировать эти данные, чтобы объяснить фактическое движение велосипеда и его частей во время шимми.

    Под руководством Николо Томиати исследователи оснастили дорожный велосипед диаметром 52 см шестью инерциальными измерительными блоками, включающими акселерометры и гироскопы (IMU 1-6 на изображении ниже).Все устройства были подключены к одноплатному компьютеру Raspberry Pi на нижней трубе и блоку питания, установленному на подседельном штыре.

    Однажды в 2017 году (колеса академических исследований медленно вращаются) испытуемый спустился на велосипеде с инструментами вниз с холма недалеко от Лекко, Ломбардия, чтобы посмотреть, смогут ли они обнаружить шимми.

    Гонщик находился в спуске, крепко держась, и стремился достичь скорости 50-65 км / ч (31-40 миль / ч) на нижней части спуска — теоретически достаточно, чтобы вызвать колебание скорости.Во время испытания использовались два разных комплекта шин — один комплект шириной 22 мм, другой — 25 мм шириной, и спуск проходил по три раза для каждого комплекта шин.

    Хотя можно вызвать колебание скорости, ударив по рулю в середине спуска (как в ужасающем видео ниже от Дэймона Ринарда), испытуемый в этом случае не применял никаких преднамеренных стимулов, способствующих возникновению шимми.

    «Я снял это, потому что я только что получил свою первую камеру для шлема (они были новыми тогда, до GoPro), и я только настраивал ее», — говорит Ринард о видео.«Шимми было просто для развлечения. Я несколько раз переделывал видео, снова поднимаясь на холм и снова двигаясь вниз, регулируя камеру между прогонами ».

    Исследователи обнаружили шимми в двух из шести тестов, в обоих при использовании шин диаметром 22 мм. Затем они взяли большее из двух колебаний в качестве примера и углубились в данные.

    Исследователи обнаружили, что шимми начинается с частоты около 6,9 Гц, то есть переднее колесо поворачивается влево и вправо почти семь раз в секунду.Это, безусловно, быстрее, чем любой гонщик может отреагировать и взять под контроль просто контррулевым управлением. В ходе «события колебания» частота подскочила до 7,2 Гц, затем до 7,4 Гц перед тем, как исчезнуть.

    Исследователи предполагают, что их данные служат дополнительным доказательством того, что ранее показали другие исследования — что частота и амплитуда колебания не зависят от скорости. То есть переднее колесо не колеблется быстрее или сильнее, чем быстрее (или медленнее) вы едете.

    Предыдущее моделирование также предполагало, что вибрация должна исчезать, когда скорость гонщика упадет ниже 51 км / ч (31,8 миль / ч). Исследователи обнаружили это в своих данных, хотя и с некоторой задержкой. Их гипотеза состоит в том, что системе требуется некоторое время для достижения устойчивого равновесия после достижения необходимой скорости.

    Задержка была обнаружена и при ускорении: «прямое ускорение оказывает стабилизирующее влияние на колебания и задерживает их начало при поступательной скорости», — пишут исследователи в своей последней статье.Подобные задержки были обнаружены и в предыдущих исследованиях.

    Как на самом деле движется велосипед

    Когда передняя часть велосипеда колеблется медленнее, чем примерно 6 Гц, это называется «переплетением» (см. Анимацию внизу слева). На этих частотах кажется, что передняя и задняя часть велосипеда действуют жестко, то есть, кажется, не происходит никакого скручивания или изгиба рамы. Однако, когда достигаются частоты шимми, все становится значительно сложнее.

    Переплетение (частота ниже ~ 6 Гц) Режим Shimmy (частота выше ~ 6 Гц)
    Анимации: Wikimedia Commons

    Вот где используются данные последнего исследования — шесть датчиков, установленных на экспериментальном велосипеде, показывают нам, как велосипед движется во время шимми.

    Из итальянских исследований мы видим, что амплитуда колебаний максимальна у передней части рамы (особенно у рулевой колонки) и уменьшается по мере того, как вы движетесь к заднему колесу. В этом есть смысл: передняя часть велосипеда (вынос, вилка и колесо) — это часть с наибольшей свободой передвижения.

    Данные этого последнего исследования также показывают менее очевидную вещь: колебания перьев сиденья не совпадают по фазе с колебаниями верхней трубы. Другими словами, когда передняя часть велосипеда ускоряется в одном направлении во время тряски, задняя часть велосипеда ускоряется в противоположном направлении, эффективно скручивая байк под вами.

    Вилка тем временем слегка поворачивается вверх в направлении колеса во время шимми. Руль поворачивается вниз в том же направлении, создавая скручивание в переднем рулевом узле. Левая половина следующей диаграммы показывает это более четко.

    Как остановить шимми

    Итак, вот что мы знаем о том, как и почему колебания скорости. Но как насчет чего-то более практичного: как остановить дрожание, когда оно началось?

    Прежде всего, постарайтесь не паниковать.Хотя опыт может быть пугающим, вернуть мотоцикл под контроль относительно легко. Для этого вам нужно что-то изменить в системе.

    Если тряска случилась, когда вы сняли руки со стержня, аккуратно наденьте их снова (см. Видео Ринарда выше). Это должно остановить колебание. Если это началось, когда ваши руки находились на уровне на стержнях, не поддавайтесь искушению сжать стержни сильнее — это, вероятно, только ухудшит ситуацию. Вместо этого держите руль крепко, но не слишком крепко.

    Как ни странно, самый простой способ контролировать шимми — это прижать колени к верхней трубе.

    «Это работает за счет добавления демпфирования (соприкосновение вашего тела с рамой) и увеличения жесткости системы», — объясняет Ринард. «Сделав систему более жесткой, вы увеличили резонансную частоту системы. Для велосипедов это означает, что вам потребуется более высокая скорость, чтобы шимминговать. На практике это нормально, потому что сейчас вы едете не на такой высокой скорости, а на максимальной скорости.Так что шимми останавливается.

    Вы также можете попробовать немного приподнять заднюю часть седла.

    «Это работает за счет уменьшения жесткости системы за счет удаления инерционной точки привязки (вашего тела на седле)», — говорит Ринард. «Сделав систему менее жесткой, вы снизили ее резонансную частоту. Для велосипедов это означает, что вам потребуется более низкая скорость для качания. Опять же, на практике это нормально, потому что вы сейчас едете не на этой более низкой скорости, а на максимальной скорости.Так что шимми останавливается.

    В конце концов, вы, вероятно, тоже захотите притормозить. По возможности старайтесь избегать переднего тормоза; вместо этого аккуратно используйте задний тормоз. Вы также можете принять более вертикальное положение, чтобы использовать свое тело в качестве аэродинамического тормоза — увеличенное аэродинамическое сопротивление поможет вам замедлить ход.

    У итальянских исследователей есть несколько рекомендаций, когда дело доходит до прекращения шимми.

    «По возможности сопротивляйтесь искушению спрыгнуть с велосипеда, что может показаться меньшим злом в этой ситуации», — пишут они.«Старайтесь не падать, не врезаться в другие машины и не выезжать на бездорожье в течение времени, необходимого для снижения скорости ниже порога исчезновения шимми [ред. где-то ниже 50 км / ч или 31 миль / ч] .

    «К сожалению, это довольно сложная задача, если дорога остается очень [крутой] и извилистой, потому что тормоза не могут эффективно использоваться на поворотах, и они могут поначалу даже вызвать увеличение амплитуды колебаний рулевого управления».

    Опять же, ключ, кажется, в том, чтобы оставаться как можно более спокойным, изменить что-то в системе, чтобы дестабилизировать колебания, и безопасно снизить скорость.Если вы сможете это сделать, вы сможете вернуть мотоцикл под контроль, проявив немного больше, чем огромный испуг.

    Но что, если шимми будет продолжаться? Ну, точно так же, как когда вы находитесь в середине колебания скорости, вам нужно что-то изменить в системе, чтобы предотвратить повторение пугающего равновесия дрожания. Скорее всего, это будет процесс проб и ошибок.

    «Чтобы велосипед снова не трясся, измените массу или жесткость системы», — говорит Ринард.«Меньшая масса и большая жесткость увеличивают резонансную частоту системы, делая шимми менее вероятными».

    Ядерный вариант — получить новый набор фреймов.

    «Рама и вилка — самые большие пружины в системе, поэтому переход на более жесткую раму — хороший, хотя и дорогой вариант», — говорит Ринард.

    Если вы ищете гораздо более доступную альтернативу, начните заменять компоненты.

    «Потому что в пружине участвует много компонентов [ред.в системе пружины и массы велосипеда] , если вы подумываете о том, чтобы что-то изменить, измените это — это может снизить вероятность шимми », — говорит Ринард. «Рассматриваете новый комплект колес, шин, руля или выноса?»

    Более гибкие шины кажутся хорошим (и относительно недорогим) местом для начала, чтобы обеспечить лучшее демпфирование на дороге: «Более мягкие или менее структурированные шины могут полностью предотвратить появление шимми», — пишут Томиати и его коллеги. статья 2017 года.

    Если замена компонентов не помогает, возможно, стоит проверить правильность формы ваших колес.Может случиться так, что небольшие дефекты переднего колеса подтолкнули ваш мотоцикл к боковому движению на высокой скорости. Другие способы вмешательства, о которых вы, возможно, слышали, вряд ли будут иметь большое значение.

    «Если вы спросите, то наверняка услышите о различных механических исправлениях: регулировка подшипников, проверка центровки, затягивание спиц и т.д.», — говорит Ринард. «Ничто из этого не имеет существенного значения, если не меняет массу или жесткость системы».

    Вы также можете посмотреть на свое положение на велосипеде: кажется, что шимми чаще возникает, когда гонщик занимает более высокое положение на велосипеде и когда на велосипеде есть большой вес спереди или сзади.Попробуйте сменить позицию и посмотрите, поможет ли это.

    Опять же, поиск того, что работает, чтобы остановить шимми, вероятно, будет процессом проб и ошибок, часто с соответствующими затратами. Но, как вам скажет любой, кто испытал колебания скорости, как только это произойдет в первый раз, вы сделаете практически все, чтобы это не повторилось.

    Моделирование и анализ шимми транспортного средства с учетом эффектов сцепления кузова транспортного средства

    Основанная на уравнении Лагранжа модель шимми с 9 степенями свободы с учетом эффектов сцепления между движениями кузова автомобиля и шимми движений автомобиля. Здесь представлены передние колеса и модель шимми с 5 степенями свободы, игнорирующая эти эффекты сцепления для автомобиля с независимой передней подвеской на двойных поперечных рычагах, для изучения проблемы шимми автомобиля.По локусам собственных значений матрицы Якоби системы, нанесенным на комплексную плоскость, изучаются бифуркационные характеристики Хопфа нелинейной шимми и анализируются условия возникновения предельного цикла. Численный расчет и моделирование используются для изучения динамического поведения шимми транспортного средства. Путем сравнения динамических откликов двух различных моделей шимми изучается влияние сцепления кузова автомобиля на шимми. Наконец, изучается взаимосвязь между амплитудой каждой глубины резкости и скоростью транспортного средства, а также влияние параметров транспортного средства, таких как масса кузова транспортного средства, продольное положение центра тяжести кузова транспортного средства и угол наклона передней подвески на шимми. .

    1. Введение

    Феномен Шимми, широко распространенный в транспортных средствах, мотоциклах и шасси самолетов, представляет собой проблему нелинейной динамики [1–3]. Шимми автомобиля — это устойчивые колебания рулевых колес вокруг шкворня в сочетании с боковым рысканием, вызванным взаимодействием между шиной и динамическим поведением системы рулевого управления. Это тесно связано со стабильностью управления, ходовыми качествами, динамическими характеристиками, экономией топлива и безопасностью автомобиля.Таким образом, для инженеров все еще остается проблемой полностью устранить шимми на этапе проектирования автомобилей.

    С тех пор, как Де Лаво [4] опубликовал первую статью о шимми колес в 1920-х годах, в последние десятилетия было проведено большое количество исследований для изучения явления шимми транспортных средств. Недавние исследования показывают, что основными факторами, влияющими на вибрацию транспортного средства, являются (а) динамический отклик шин, (б) параметры подвески и системы рулевого управления и (в) зазор и трение в механических конструкциях.Фон Шлиппе и Дитрих [5] представили кинематическую теорию чистого качения колеса и модель шины с натянутой струной конечной длины контакта в начале 1940-х годов. После этого все больше и больше ученых сосредоточились на проблеме динамики шин и создали несколько математических моделей шин для анализа динамики транспортных средств. Пацейка и др. [6, 7] провели более всестороннее исследование проблемы вибрации колеса, особенно при построении математической модели шины, и разработали знаменитую магическую формулу [8].Гим и Никравеш [9] изучили динамические свойства шины, обусловленные чистым скольжением и полным проскальзыванием, и аналитически вывели явные формулировки для динамических свойств шины. Модель шины Гима можно использовать для расчета сил и моментов между пневматическими шинами и дорожным покрытием. Гуо и Лу [10] создали модель UniTire, которая представляет собой нелинейную и нестационарную модель шины для моделирования и управления динамикой транспортного средства. В последние годы, благодаря созданию вышеупомянутой модели шин и постоянному совершенствованию, были достигнуты большие успехи в исследованиях по проблеме вибрации транспортных средств.Такач и Степан [11, 12] добились больших успехов в исследовании проблемы шимми, включая моделирование шины, моделирование системы рулевого управления и моделирование системы подвески. Ран и др. [13] исследовали влияние нелинейностей в шине на устойчивость шимми транспортного средства методом потока энергии. Wei et al. [14] разработали динамическую модель с девятью степенями свободы (DoF) для изучения шимми тяжелого грузовика с двумя передними мостами. Лу и др. [15–17] выполнили всестороннее исследование шимминга транспортного средства, в котором учитывается зазор в конструкции механизма, например, в механизме рулевой тяги, рулевом механизме и универсальном шарнире с поперечным валом, а также влияние также учитывается перекатное движение кузова транспортного средства к шимми транспортного средства.В связи с быстрым развитием транспортных средств на новой энергии проблема шимми электромобилей вызывает интерес некоторых исследователей. Например, Mi et al. [18] уделяли больше внимания проблеме шимми электромобиля с независимой подвеской.

    Большинство вышеперечисленных исследований основаны на предположении, что кузов автомобиля неподвижен, а влияние движений кузова, таких как рыскание, тангаж, крен, а также поперечное и вертикальное движение, на шимминг передних колес игнорируется.Но на самом деле шимминг передних колес вокруг шкворней будет создавать силы, действующие на кузов автомобиля, и движения кузова определенно влияют на шимминг передних колес. Следовательно, существуют эффекты связи между шимми передних колес и движениями кузова транспортного средства. Однако до сих пор не ясно, как движения кузова транспортного средства влияют на динамическое поведение шимми транспортного средства. Независимые подвески широко используются в автомобилях, и здесь представлена ​​динамическая модель автомобиля с независимой конструкцией передней подвески.На основе численного анализа эффекты связи между колебаниями транспортного средства и движениями тела транспортного средства обсуждаются с учетом временной зависимости и фазового портрета каждой степени резкости колебания транспортного средства. Между тем, здесь представлены взаимосвязи между параметрами кузова автомобиля и шимми передних колес.

    Остальная часть этого документа будет организована следующим образом. Механические и математические модели шимми транспортного средства устанавливаются в разделе 2. Бифуркационные характеристики Хопфа двух систем анализируются в разделе 3.Численное моделирование проводится в разделе 4. Влияние параметров кузова и передней подвески на шимми изучается в разделе 5. В конце приведены некоторые заключительные замечания.

    2. Автомобиль Shimmy Model
    2.1. Механическая модель шимми транспортного средства с учетом движений кузова

    Механическая модель шимми с учетом эффектов сцепления движений кузова автомобиля для автомобиля с двухрычажной независимой передней подвеской показана на рисунке 1.В соответствии с законом правой системы координат оси координат ox , oy и oz указывают на переднюю, левую и верхнюю части транспортного средства соответственно.

    Для облегчения динамического анализа и математического моделирования сделаны следующие допущения для создания модели динамики для шимми автомобиля. (1) Рулевое колесо неподвижно (2) Влияние сопротивления воздуха не учитывается (3) Плоскость рулевая трапеция параллельна горизонтальной плоскости xoy (4) Транспортное средство продолжает двигаться с постоянной скоростью и без поворотов (5) Учитывается влияние угла поворота, в то время как другие параметры выравнивания не учитываются (6) Конструкция автомобиля симметрично с двух сторон (7) Центральные линии рессоры задней подвески перпендикулярны горизонтальной плоскости, а вертикальная высота передней и задней подвески одинакова (8) Масса, отличная от колес и кузова, не будет учитываться

    Параметры, относящиеся к размеру конструкции транспортного средства, отмечены на механической модели шимми транспортного средства, как показано на рисунке 1.В котором W f и W r представляют собой половину расстояний между двумя точками соединения, где амортизаторы передней и задней подвески соединяются с кузовом автомобиля соответственно; L f и L r — расстояния от CoG кузова автомобиля до линии соединения двух точек соединения, где амортизаторы передней и задней подвески соединяются с кузовом автомобиля соответственно; l a — горизонтальное расстояние точек соединения между кузовом автомобиля и рычагом подвески, пружиной подвески; l b — расстояние от точки пересечения выносной линии шкворня и земли до плоскости симметрии колеса; l c — горизонтальное расстояние между двумя концами пружины подвески; l d — плечо усилия рулевой тяги, действующее на шкворень; l f — поперечный рычаг передней подвески; l g — плечо усилия рулевой тяги, действующее на рычаг шатуна; l h — высота по вертикали между двумя концами пружины подвески, а именно высота пружин передней подвески и пружин задней подвески по вертикали.

    2.2. Уравнение Лагранжа

    В соответствии с механической моделью шимми транспортного средства с учетом эффектов связи движений кузова транспортного средства может быть создана его математическая модель. Эта модель шимми имеет девять степеней свободы: θ 1,2 — это углы поворота передних колес, которые вращаются вокруг их соответствующей шкворня (а именно, углы шимми), θ 3 — угол поворота рычага шаттла в система рулевого управления, φ 1,2 — это углы бокового поворота осей передних колес, которые вращаются вокруг их соответствующих центров бокового поворота, которые параллельны оси x , θ r, p, ω — это угол крена, тангажа и рыскания кузова транспортного средства соответственно, а z — смещение кузова транспортного средства вдоль оси z .

    Математическая модель вибрации транспортного средства может быть создана на основе уравнений Лагранжа, которые выражаются следующим образом: где представляет кинетическую энергию системы, представляет потенциальную энергию системы, представляет диссипативную потенциальную функцию системы, представляет обобщенную силу для которой подвергается каждая глубина резкости системы, а q i представляет собой обобщенную координату системы, которая выражается как.

    Кинетическая энергия системы может быть задана где и являются моментами инерции передних колес вокруг осей вращения и диаметров соответственно; J 3 — момент инерции штанги шатуна; , и — моменты инерции кузова транспортного средства вокруг оси x , y и z соответственно; — масса колес, — масса кузова транспортного средства; — угол наклона передних колес; радиус качения шин; и — скорость автомобиля.

    Потенциальная энергия системы определяется где и — жесткость левой и правой рулевых тяг соответственно; жесткость руки питмена; и — жесткость передней и задней подвесок соответственно; поперечная жесткость шины; — вертикальная жесткость шины; «, и — деформации передней левой, передней правой, задней левой и задней правой подвески, соответственно, которые задаются уравнением (8).

    Функция диссипативного потенциала определяется как где — эквивалентное демпфирование передних колес вокруг их шкворней; и — демпфирование левой и правой рулевых тяг соответственно; демпфирование плеча шатуна; и — амортизаторы передней и задней подвесок соответственно; и — коэффициент трения между шинами и землей.

    Обобщенная сила в системе выражается как

    Каждая обобщенная сила, соответствующая обобщенной координате в системе, может быть задана как где и представляют собой поперечные силы переднего левого колеса и переднего правого колеса, соответственно, след шины.

    Смещение, вызванное изменением угла каждой глубины резкости, нелинейно. Чтобы упростить модель и расчет, предположим, что углы в уравнениях (2) — (6) малы; таким образом, имеет место равенство, где.

    2.3. Расчет деформации подвески

    Диаграмма, используемая для расчета деформации подвески транспортного средства при возникновении шимми, показана на рисунке 2. Таким образом, деформация подвески транспортного средства,, и может быть вычислена, где,, и являются исходной длиной передней части. — левая, передняя правая, задняя левая и задняя правая пружины подвески; ,,, и — длины пружин после деформации, соответствующие,,, и; и — расстояния от центра тяжести кузова транспортного средства до точек соединения между передними подвесками и кузовом транспортного средства и между задними подвесками и кузовом транспортного средства; и — углы между линией и осью и между линией и осью; — угол наклона передней подвески, определяемый как угол между центральной линией рессоры передней подвески и горизонтальной плоскостью; и сделать .Все эти параметры отмечены на рисунке 2.

    Из уравнения (7) ясно видно, что деформация подвесов является нелинейной. Основываясь на вышеупомянутой гипотезе малого изменения угла, линеаризованные формулы для расчета деформации четырех подвесок транспортного средства при возникновении шимми даны как и могут быть даны как

    2.4. Математическая модель шимми транспортного средства с учетом движений кузова

    На основе приведенного выше анализа математическая модель шимми с 9 степенями свободы с учетом эффектов связи движений кузова транспортного средства для транспортного средства с независимыми двойными поперечными рычагами. могут быть доступны передние подвески, что указано в уравнении (13).

    В уравнении (13) эквивалентный момент инерции, и определяется как

    Седьмой и восьмой члены первой формулы в уравнении (13) обусловлены боковым углом поворота оси переднего левого колеса, и они представляют собой крутящие моменты, действующие на угол шимми. Поскольку колесо вращается вокруг своей оси вращения, когда ось колеса вращается вокруг другой оси, это похоже на высокоскоростной гироскоп, вращающийся вокруг своей оси вращения. Таким образом, седьмой член — это момент сцепления, обусловленный упругими характеристиками шины, а восьмой член — это гироскопический момент, создаваемый вращением левого переднего колеса.Это показывает, что существует эффект сцепления между шимми переднего левого колеса вокруг его шкворня и поперечным поворотом оси переднего левого колеса вокруг его центра поперечного поворота. Такой же эффект сцепления существует и в шимминге переднего правого колеса и поперечном качании оси переднего правого колеса.

    Приведенные выше выводы можно также сделать из первой, второй, четвертой и пятой формул в уравнении (13), а другой вывод можно сделать из формул с шестой по девятую в уравнении (13), что существуют эффекты связи между движения кузова автомобиля θ r, p, ω и z , а также движение поперечного качания осей передних колес φ 1,2 .Следовательно, существуют эффекты связи между шимми передних колес и движениями кузова транспортного средства, и эти эффекты связи будут изучены позже.

    2,5. Математическая модель транспортного средства Shimmy Игнорирование движений кузова транспортного средства

    Игнорируя эффекты сцепления движений транспортного средства на шимми, можно предположить, что тело неподвижно. Таким образом, нет смещения в каждой глубине резкости кузова транспортного средства, то есть уравнения θ r = 0, θ p = 0, θ ω = 0, и z = 0 удерживать.Подставив их в уравнение (13), мы получим математическую модель шимми с 5 степенями свободы, включая углы шимми передних колес θ 1,2 , угол поворота рычага шатуна θ 3 и углы поперечного качания осей передних колес φ 1,2 , и его дифференциальное уравнение приведено в уравнении (14).

    2.6. Модель шины и уравнение ограничения качения шины

    Самовозбуждающаяся шимми транспортного средства — это явление нелинейной динамической бифуркации, и это один из ключевых факторов, который точно выражает характеристики шины при повороте для точного и эффективного анализа шимми передних колес.Как упоминалось выше, нелинейные модели шин, которые обычно используются при моделировании динамики транспортного средства, в основном включают модели шин Гима, Волшебную формулу Пацейки и полуэмпирическую теоретическую модель шин Гуоконгху. Волшебная формула была выбрана в качестве модели шины в этом исследовании [19], и поперечная сила шины может быть задана следующим образом: где — угол бокового скольжения колеса, — коэффициент жесткости, — коэффициент формы, — пиковое значение. , — коэффициент кривизны, — горизонтальный сдвиг и — вертикальный сдвиг, соответственно.Здесь мы берем и, и,,, можно решить, где — нормальная нагрузка, действующая на колеса, — угол развала колеса, а все параметры — константы, которые необходимо определить для каждой шины. В данном исследовании значение равно 0, а значения перечислены в таблице 1 (для выбора параметров см. Пацейка и др. [8, 19]).

    722635 903


    Параметр Значение

    a 0 1.65000
    a 1 1250.00
    a 2 12.80
    a −903

    −34,0
    a 5 3036,00
    a 6 0,00501
    903 394

    Предполагается, что у транспортного средства нет поперечного ускорения; нормальная нагрузка, действующая на левое колесо, и нормальная нагрузка, действующая на правое колесо, даны как где — статическая нормальная нагрузка, действующая на переднее левое и переднее правое колеса, которая определяется где и представляет собой расстояния от центра тяжести транспортного средства. к его передней оси и задней оси соответственно.

    Ограничение угла бокового скольжения и угла шимминг переднего колеса может быть задано как где — длина релаксации шин и — половина длины области контакта шины.В данном исследовании это 0,65 м и 0,2 м.

    3. Анализ существования бифуркации Хопфа

    Согласно уравнениям (10) — (13) и уравнениям (15) — (17), уравнение состояния системы 9-степеней свободы с учетом движений кузова транспортного средства может можно записать следующим образом: где [19] — вектор состояния системы 9-степеней свободы, а — параметр системы 9-степеней свободы. Очевидно, что система, представленная уравнением (18), является нелинейной автономной системой.

    Получаем x 0 = 0 ∈ R [19] и подставляя его в уравнение (13), можно вывести следующее уравнение.

    Следовательно, x 0 является одной из точек равновесия системы, представленной уравнением (18).

    Когда x изменяется в пределах x 0 , нелинейное дифференциальное уравнение (18) можно переписать следующим образом.

    В котором — матрица Якоби уравнения (18) в точке равновесия и является бесконечно малой величиной более высокого порядка. Следовательно, и являются линейной частью и нелинейной частью уравнения (18) соответственно.

    Матрица Якоби может быть решена с помощью

    Матрица Якоби является функцией и; таким образом, если и фиксированы, может быть записана как постоянная матрица A .

    Таким же образом, согласно уравнениям (10) — (12) и уравнениям (14) — (17), уравнение состояния системы с 5 степенями свободы без учета движений тела может быть записано как сумма линейной части и нелинейная часть, как показано ниже:

    В котором, [11] — вектор состояния системы с 5 степенями свободы; — параметры системы с 5 степенями свободы; — матрица Якоби уравнения состояния системы с 5 степенями свободы в точке равновесия; а нелинейная часть — бесконечно малая высшего порядка.

    Согласно теории нелинейных систем, матрица Якоби нелинейной системы в точке равновесия может использоваться для анализа устойчивости системы. Из уравнения (21) видно, что матрица A изменяется со скоростью; таким образом, собственные значения матрицы Якоби меняются в зависимости от скорости транспортного средства. Для наглядной иллюстрации взаимосвязи между собственными значениями матрицы Якоби и скоростью транспортного средства, локусы собственных значений матрицы Якоби A , изменяющиеся со скоростью транспортного средства, показаны на рисунке 3, а локусы собственных значений матрицы Якоби системы 5-степеней свободы. также отображаются в зависимости от скорости автомобиля.

    Очевидно, что локусы собственных значений системы симметричны относительно действительной оси. Матрица Якоби A системы 9-степеней свободы имеет 20 кривых локуса собственных значений, а матрица Якоби системы 5-степеней свободы имеет 12 кривых локуса собственных значений. При увеличении от 0 м / с до 40 м / с, восемь кривых локуса собственных значений обеих систем, очевидно, меняются, среди которых четыре локуса собственных значений проходят через мнимую ось из левой половины комплексной плоскости вправо, и затем снова вернитесь влево, но у остальных почти нет изменений, которые собираются в точку на комплексной плоскости.Красные точки в эллипсе на рис. 3 — это локусы собственных значений, относящиеся к кузову транспортного средства. Из рисунка 3 видно, что локусы собственных значений матрицы , и имеют ту же тенденцию при увеличении скорости транспортного средства, помимо нескольких различий.

    Здесь матрица Якоби A нелинейной системы с 9 степенями свободы используется в качестве примера для изучения характеристик бифуркации Хопфа шимми транспортного средства. Скорость, при которой матрица Якоби A имеет два сопряженных чисто мнимых собственных значения, а действительные части других собственных значений все отрицательны, называется критической скоростью системы.На рисунке 3 показано, что система имеет две критические скорости и (). Когда или, действительные части всех собственных значений в матрице A отрицательны, и система является асимптотически устойчивой. Когда, матрица A имеет положительные собственные значения действительной части, а исходная система имеет самовозбуждающиеся колебания и создает предельные циклы. Когда изменяется в окрестности критической скорости, локусы собственных значений матрицы Якоби , проходят через мнимую ось комплексной плоскости, так что устойчивость шимми транспортного средства изменяется.В то время как скорость транспортного средства увеличивается или уменьшается до критической скорости, то есть, когда локусы собственных значений системы проходят через мнимую ось, нелинейная система (18) будет создавать бифуркацию Хопфа, а критическая скорость является точкой бифуркации. Таким образом, колебание возникает только тогда, когда матрица Якоби , системы имеет положительные собственные значения действительной части, и очевидно, что колебание транспортного средства происходит в умеренном диапазоне скоростей. Система с 5 степенями свободы имеет такую ​​же характеристику бифуркации Хопфа, что и система с 9 степенями свободы, и ее характеристика бифуркации Хопфа и ее устойчивость также могут быть проанализированы таким же образом.

    4. Численное моделирование

    Основываясь на математической модели шимми транспортного средства, динамический отклик каждой глубины резкости можно обсудить с помощью численного моделирования, и эффекты связи между движениями кузова транспортного средства и шимми передних колес будут быть изученным. Предполагается, что в качестве начального возбуждения на переднее левое колесо действует угловое смещение 0,01 рад. На основании уравнений (10) — (17) и параметров, перечисленных в таблицах 1 и 2 (для выбора параметров в таблице 2 см. Wei et al.[14] и Mi et al. [18]) можно провести численное моделирование. Динамические отклики вибрации передних колес, качания штанги шатуна и поперечного качания осей передних колес в двух системах при скорости 10 м / с показаны на рисунках 4–6, где показаны временная характеристика и фазовый портрет в установившемся состоянии. каждой глубины резкости. Предполагается, что время действия начального возбуждения составляет t = 0 с.

    902

    90 226 c 5

    0.015

    9022 9035 9022

    9022 9022 0.126 (м)


    Параметр Значение

    J 0 9022 9034 9035 902 903 902 903 902 902 903 d 6 (кг · м 2 )
    J 3 3 (кг · м 2 )
    м w
    м s 1248 (кг)
    J r 325.52 (кг · м 2 )
    J p 1229,82 (кг · м 2 )
    J ω 12227 9055,82 2 )
    1,220 (м)
    1,473 (м)
    L f 1,220 (м)

    1.473 (м)
    W f 0.370 (м)
    W r 0,440 (м)
    k 1 2240 (кН · м −1 ) 30 2 2240 (кН · м -1 )
    k 3 60 (кН · м -1 )
    k 200 () 4 кН · м −1 )
    k 5 220 (кН · м −1 )
    c 1 s

    м (Н −1 )

    c 2 630 (Н · с · м −1 )
    c 3 100 (Н · с · м ) )
    c 4 6560 (Н · с · м −1 )
    7120 (Н · с · м -1 )
    c e 44 (Н · с · м)
    y 68 (кН · м −1 )
    к b 360 (кН · м −1 )
    γ 0,06 (рад)
    R 0,40 (м)
    E 0,07 (м) 9035 л 0,140 (м)
    л b 0,200 (м)
    л c 0,160 (м)
    л f 0,612 (м)
    л г 0,100 (м)
    л 903 м)

    Динамические отклики шимми передних колес и качания штанги кардана показаны на рисунке 4. На нем показано, что колебания передних колес и поворот рычага подъемника переходят в устойчивое положение. время примерно 3 с, и их стационарные фазовые портреты определенно являются предельными циклами.Амплитуды вибрации передних колес в установившемся режиме намного превышают начальное возбуждение, которое на них воздействует.

    Динамические характеристики поперечного качания осей передних колес показаны на рисунке 5. Из-за эффектов сцепления поперечный раскачивание осей передних колес постепенно переходит в устойчивые колебания одновременно с регулировочными шайбами ​​передних колес, но их фазовые портреты не симметричны. Есть небольшие отклонения между положениями равновесия бокового колебания и их соответствующими исходными положениями, и их положения равновесия показаны зеленой линией.

    Из-за эффекта сцепления кузов вибрирует вместе с шимми передних колес. Динамические реакции на движения кузова транспортного средства показаны на рисунке 6. Динамические изменения тангажа и вертикальных движений кузова транспортного средства показаны как сильные вибрации. Подобно боковому качанию осей передних колес, существуют отклонения между положениями равновесия тангажа и вертикальных движений и их соответствующими исходными положениями, когда корпус транспортного средства вибрирует, и их положения равновесия отображаются зеленой линией.Кроме того, из шестой и восьмой формул в уравнении (13) видно, что существует эффект связи между движениями крена и рыскания, а также из седьмой и девятой формул в уравнении (13) видно, что существует эффект связи между движением по тангажу и вертикальным движением. Следовательно, как показано на рисунке 6, движение по крену имеет такое же динамическое поведение, что и движение по рысканью, а движение по тангажу имеет такое же динамическое поведение, что и вертикальное движение.

    На рисунках 4 и 5 показано, что динамическое поведение каждой степени свободы в двух вышеупомянутых системах схоже, но амплитуда каждой степени свободы в системе с 9 степенями свободы больше, чем в системе с 5 степенями свободы при = 10 м / с. .

    5. Влияние параметров транспортного средства на транспортное средство Shimmy

    Динамическое поведение shimmy транспортного средства зависит от параметров транспортного средства и скорости, таким образом, отношения между амплитудой каждой глубины резкости и скоростью транспортного средства, влияния параметров транспортного средства, таких как масса транспортного средства Изучены продольное положение центра тяжести кузова автомобиля и угол наклона передней подвески на амплитуду каждой глубины резкости, а также влияние этих параметров на диапазон скоростей шимми.

    5.1. Взаимосвязь между амплитудой каждой глубины резкости и скоростью транспортного средства

    Изучена взаимосвязь между амплитудой каждой степени свободы в системе с 9 степенями свободы и системой с 5 степенями свободы и скоростью транспортного средства, и результаты показаны на рисунке 7. Можно сделать выводы изображены следующим образом: (1) Кривые, вокруг которых амплитуды вибрации передних колес и качания рычага шатуна изменяются в зависимости от скорости транспортного средства, изогнуты, что согласуется с выводом исследования Лу и др. [17] и Mi et al.[18]. (2) Кривые, вокруг которых амплитуды поперечного качания осей передних колес и движения корпуса транспортного средства изменяются в зависимости от скорости транспортного средства, представляют собой седловидную форму, локальный максимум которой находится в области высоких скоростей и области низких скоростей. области, а локальный минимум находится в области средних скоростей. (3) Если скорость транспортного средства находится в области средних скоростей, амплитуды колебаний передних колес и качания штанги шатуна относительно велики, а амплитуды других степеней свободы относительно малы.(4) Амплитуда каждой DoF в системе 9-DoF больше, чем в системе 5-DoF в области низких скоростей и меньше в области высоких скоростей. (5) Критические скорости 9-DoF Система все меньше, чем у системы с 5 степенями свободы, поэтому ее диапазон скоростей шимми перемещается в область низких скоростей.

    5.2. Влияние массы кузова транспортного средства

    Поскольку силы, действующие на подвески и шины, варьируются в пределах м s , это может повлиять на динамический отклик каждой глубины резкости шимми транспортного средства.Таким образом, влияние м с на амплитуду каждой глубины резкости изучается, когда транспортное средство шиммирует, и результаты показаны на рисунке 8. Выводы можно сделать следующим образом: (1) Если м с достаточно велико , амплитуды шимми передних колес, качания штанги шатуна и поперечного качания осей передних колес увеличиваются с шагом м с , и приращения очевидно большие. (2) Если м с относительно небольшие, амплитуды движений кузова автомобиля увеличиваются с шагом м с , Но когда м с относительно велико, влияние приращения м с на амплитуды движений кузова автомобиля не различимы.(3) Если м s мало, нормальные нагрузки, действующие на передние колеса, слишком малы для создания достаточного крутящего момента, действующего на шкворень, чтобы автомобиль оставался подвижным.

    5.3. Влияние продольного положения кузова транспортного средства CoG

    Предполагается, что CoG кузова транспортного средства совпадает с CoG всего транспортного средства, затем уравнения и удержание, и соотношение L f и L r ( L f : L r ) соответствует продольному положению ЦТ кузова автомобиля.Когда CoG кузова движется назад, L f увеличивается и L r уменьшается, а значение L f : L r увеличивается. Влияние продольного положения CoG кузова транспортного средства на амплитуду каждой DoF изучается, когда транспортное средство вибрирует, и результаты показаны на рисунке 9. Когда CoG кузова транспортного средства движется назад, можно сделать следующие выводы: (1) Амплитуды вибрации передних колес, поворота штанги шатуна и бокового поворота осей передних колес постепенно уменьшаются, и это уменьшение относительно велико.(2) Амплитуды движений кузова автомобиля постепенно уменьшаются. Декремент амплитуд крена и вертикального движения относительно больше, но декременты амплитуд тангажа и рыскания относительно меньше. (3) Нормальная нагрузка, действующая на передние колеса, уменьшается. Таким образом, крутящий момент, действующий на шкворень, уменьшается, а амплитуда вибрации передних колес уменьшается. Из-за эффектов сцепления амплитуды качания штанги шатуна и поперечного качания осей передних колес, а также движения кузова транспортного средства уменьшаются.

    5.4. Влияние углов наклона передней подвески

    Силы, действующие на кузов автомобиля и переднюю подвеску, изменяются в зависимости от θ s , поэтому их влияние на амплитуду каждой глубины резкости изучается при шимминге транспортного средства, и результаты показаны на Рис. 10. При увеличении θ s можно сделать следующие выводы: (1) амплитуды колебаний передних колес и качания рычага шатуна увеличиваются. Но приращения амплитуд небольшие, и их почти не видно.(2) Амплитуда поперечного качания осей передних колес постепенно уменьшается, но декремент небольшой и неочевидный. (3) Увеличиваются амплитуды поперечного, поперечного и вертикального движения кузова автомобиля. , а амплитуда рыскания кузова транспортного средства в конце концов уменьшается до нуля, но приращения движения по тангажу и вертикального движения очень малы и почти не видны. (4) Нормальные силы, действующие на передние колеса, имеют незначительные изменения, поэтому они мало влияют на амплитуду вибрации передних колес, качания рычага шатуна и поперечного качания осей передних колес.(5) Вертикальная составляющая силы, действующая на кузов автомобиля, увеличивается, а поперечная составляющая силы уменьшается. Таким образом, амплитуда движения по тангажу увеличивается, а амплитуда рыскания уменьшается. Но амплитуды движения высоты тона и вертикального движения мало меняются.

    5.5. Влияние на диапазон скоростей шимми

    Как было проанализировано выше, такие параметры, как м с , продольное положение CoG кузова автомобиля и θ с , влияют на амплитуду каждой глубины резкости шимми транспортного средства, таким образом, на диапазон скоростей. Эти параметры должны влиять на шимми.Влияние параметров на диапазон скоростей шимми можно увидеть на рисунке 11. Выводы можно сделать следующим образом: (1) Диапазон скоростей шимми будет увеличиваться с увеличением на м с , другими словами, если м с увеличивается, будет уменьшаться и увеличиваться. (2) Диапазон скоростей шимми будет сужен, если CoG кузова автомобиля движется назад. (3) Влияние θ с на диапазон скоростей шимми незначительна, и ее почти не видно.

    6. Заключение

    Эффекты связи между движениями кузова транспортного средства и шимми передних колес обычно игнорируются в предыдущих исследованиях шимми транспортных средств. В этой статье установлена ​​шимми-модель транспортного средства с 9 степенями свободы с учетом эффекта сцепления движений кузова транспортного средства, а с учетом модели с 9 степенями свободы установлена ​​шимми-модель транспортного средства с 5 степенями свободы, игнорирующая эти эффекты сцепления. . Сравнивается динамическое поведение шимми в двух системах.В соответствии с приведенным выше теоретическим анализом и результатом численного моделирования можно сделать следующие выводы: (1) Если принять во внимание влияние движений кузова транспортного средства на шимми, динамическое поведение передних колес, осей передних колес и шатунного механизма рука аналогична игнорированию эффектов движений кузова транспортного средства, но амплитуда каждой глубины резкости в этой системе больше в области низких скоростей и меньше в области высоких скоростей. (2) Из-за симметрии Механизм транспортного средства, шайбы переднего левого колеса и переднего правого колеса, а также поперечные колебания оси переднего левого колеса и оси переднего правого колеса имеют одинаковые динамические характеристики.(3) Из-за эффекта сцепления крен и рыскание кузова транспортного средства имеют схожие динамические характеристики, а движение по тангажу и вертикальное движение кузова транспортного средства имеют схожие динамические характеристики. (4) Амплитуды передних колес ‘ шимми и движения кузова транспортного средства зависят от скорости транспортного средства. (5) Масса кузова транспортного средства и продольное положение центра тяжести кузова транспортного средства имеют большое влияние на шимминг транспортного средства, поскольку они могут изменять нормальные силы, действующие на колеса. .(6) Угол наклона передней подвески имеет большое влияние на крен и рыскание кузова автомобиля, но мало влияет на другие DoF. (7) По сравнению с системой 5-DoF, диапазон скоростей шимми подвески Система с 9 степенями свободы перемещается в область низких скоростей, другими словами, шимми с большей вероятностью произойдет в области низких скоростей для системы с 9 степенями свободы. (8) Масса кузова транспортного средства и продольное положение транспортного средства CoG кузова имеет очевидное влияние на диапазон скоростей шимми, но угол наклона передней подвески имеет незначительное влияние.

    Доступность данных

    Все данные, полученные или проанализированные в ходе этого исследования, включены в эту опубликованную статью.

    Конфликт интересов

    Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

    Благодарности

    Авторы получили поддержку Национального фонда естественных наук Китая (гранты № 51375086 и 51605087) и Фонда естественных наук провинции Цзянсу, Китай (грант № BK20160671). Между тем, авторы хотели бы поблагодарить за поддержку Dr.Тиан Ми во время этого исследования.

    Шимми. Когда ваш велосипед трясется во время езды. — Rivendell Bicycle Works

    Безрезультатное обсуждение скоростного покачивания.

    Это одна из немногих Тайн Вело, которая когда-либо была на полпути к трём мудрым победам велоспорта — Шелдону Брауну, Джобсту Брандту и великому греку Джиму Пападополусу — по крайней мере, в том смысле, что я не думаю, что они выточили свои объяснения на граните — это ssss-shim-mmmmmy.

    Шимми демократичный, слава богу.Каждый строитель, с которым я разговаривал, боится этой темы, как Супермен боится криптонита, потому что он встречается в одном из следующих вариантов:

    1. «Мне нравится мой новый байк, он просто великолепен, большое спасибо… но я заметил забавную вещь. Когда я разгоняюсь со скоростью 20 миль в час, не снимая рук со штанги, байк трясется. В остальном это здорово! Что я должен делать?»
    2. Я только что вернулся из тура на моем десятилетнем Connoisseur Selectissimo. Интересно, не тускнеют ли рамки через какое-то время? Потому что, как ни странно, но когда я убираю руки со штанги и слегка встряхиваю, байк трясется.Мой друг этого не делал, а это дешевка.

    Иногда это происходит, когда велосипед загружен тяжелым и высоко впереди, и когда это происходит, виноват метод загрузки или вес. Но иногда такое бывает на незагруженных байках. Йобст сказал, что это чаще случается в холодную погоду, когда его трясет всадник с мертвой хваткой на руле; и это не имеет ничего общего с распределением веса или ручным управлением грифом. Он говорит, что этому способствует длина велосипеда и высота седла.

    Джобст умер несколько лет назад, он был умнее меня / Гранта, но я на это не верю.

    Высота вашего седла определяется длиной ваших ног, поэтому вы ничего не можете с этим поделать. Колесная база — это результат конструктивных целей (нижние перья, верхняя труба, угол наклона головы, угол наклона вилки, даже угол и падение подседельной трубы), а не сама цель; по крайней мере, так я это вижу.

    А большие велосипеды (большая высота по вертикали) всегда имеют непропорционально короткую длину по горизонтали. Катание колесной базы, когда велосипед становится больше и высота седла растет, приведет к тому, что велосипед не будет подходить или работать хорошо.

    Jobst также предположил, что идеально выровненные велосипеды могут шевелиться чаще или чаще, чем неправильно выровненные, но не был уверен в этом. Вы ничего не можете использовать.

    Вот что я думаю, а не то, что знаю:

    1. Если верхняя труба слишком длинная, тонкая или легкая для водителя и груза, а скорость подходящая (обычно от 18 до 20 миль в час), и вы делаете неправильные действия руками, велосипед может шимми. Я б-б-б-б-верю, потому что 62-сантиметровые RB-1 1992 года — шимминг, 1993 — нет, и единственной разницей была верхняя труба, которая увеличилась до 1 1/8 дюйма.Это плохая наука, но вот что произошло.
    2. Если гарнитура отрегулирована правильно, велосипед может шевелиться. Читатель однажды написал об этом и предложил исправить это. Вроде работает.

    Среди других обвиняемых виноваты неправильные колеса (они должны быть очень шаткими, чтобы иметь такой эффект), асимметричные нагрузки и слишком легкие колеса. Я сам их обвинял, но теперь отказываюсь.

    My Atlantis, построенный в 1998 году или в начале 1999 года, много ездил и особенно много ездил по грунтовым тропам на местных холмах; и ездит на работу, и обычные старые поездки.На земле не может быть лучшего велосипеда для езды, но я могу вызвать шимми, если у меня большой груз сзади, и я зацеплю большими пальцами руль рядом со штоком и укажу на меня (это так же неловко и неестественно, как звуки и болезненные). Я наткнулся на эту позицию, когда дурачился, и байк тряхнул в течение трех секунд. Я поменял позиции, и это остановилось. Я не могу заставить его трястись обычным хватом или даже другим ненормальным хватом где-либо еще на грифе. Я даже зацепил свои указки прямо рядом со стержнем и повис, но не шимми.

    Это не единственный раз, когда велосипед трясется. Загруженные велосипеды, на которых нет рук, часто трясутся на скорости более 16 миль в час, но Аполлон говорит, что вы держите руки на рулях.

    Это требует внезапного заключения, каким бы неудовлетворительным оно ни было. Удовлетворительный вариант оставит вас со знанием, но я уже сказал, что не знаю, так как я могу это осуществить? Мой неудовлетворительный вывод:

    Если байк достаточно жесткий и прямой, и в геометрии нет ничего необычного — и здесь я не говорю о чуть большем или меньшем следе, чем вы думаете, что это абсолютно правильно, или градусе или даже трех углах наклона рулевой трубы ; Я говорю о таких дурацких вещах, что даже не могу выразить это словами — тогда я готов поспорить на миллион амеб, что это не шимминг 99.9 процентов времени, когда вы на нем ездите. Когда это произойдет, измените хватку. Перенесите свой вес. Загрузите иначе. Удерживайте верхнюю трубку между коленями, чтобы она остановилась. Не думайте, что в вашем байке есть таинственный идеальный шторм нюансированных деталей, которые заканчиваются пугалом. Ни один мотоцикл в стране третьего мира не трясется.

    Я разговаривал с людьми, у которых были сверхжесткие, негабаритные алюминиевые велосипеды с шиммингом, что говорит о том, что жесткость рамы не имеет значения; но тогда почему большие RB-1 перестали дрожать, когда они взяли более толстые верхние трубы и больше ничего не изменилось? Йобст — и я понимаю, что цитирую его непропорционально Шелдону и греку, но он хотел сказать об этом гораздо больше — он говорит, что когда байк слегка наклоняется, гироскопическая сила переднего колеса скручивает верх и нижняя труба.Сможет ли трубчатый велосипед с двойным верхом устоять против тряски? Я не знаю.

    Последние мысли: Чтобы остановить дрожание, измените хватку, педаль или коснитесь верхней трубы коленями, чтобы остановить это. Будь командиром своего корабля, хозяином своего мотоцикла, убийцей шимми. Также не катайтесь на загруженном велосипеде на высокой скорости, без рук.

    Высокоскоростной шимми — VeloNews.com

    Дорогой Леннард,
    Мой брат ежедневно ездит на шоссейном велосипеде Cannondale SR-800 1996 года выпуска и заметил плохую вибрацию на спуске со скоростью 25 миль в час.На скорости 30 миль в час дела обстоят хуже, и он мягко нажал на передние тормоза, чтобы уменьшить колебание. До этого на том же спуске было нормально даже на скорости 40 миль в час. Гарнитуре 10 лет. Он проверил подшипники и обоймы и повторно смазал гарнитуру. У него на байке около 20 км миль.
    Помогла регулировка гарнитуры. Колебание вызвано резонансной частотой кадра? Вес райдера, геометрия вилки и материал? Где вы порекомендуете ему поискать и исправить, чтобы устранить шимми?
    -Chet

    Дорогой Леннард,
    Недавно я модернизировал мой Colnago Master Olympic, который включал значительное повышение угла наклона руля, удлинение выноса с 100 до 120 и замену узкого руля на более широкий (я старею, толстый и жесткий, и моя предыдущая установка делала поездки более 50 миль тормозом).

    Я замечаю на крутых спусках на скорости 35 миль в час или около того, что теперь на переднем колесе появляется отчетливая шимми. Я проверил, чтобы убедиться, что колесо установлено правильно (это так), вилка затянута (это так) и подшипники в порядке (они есть). Это более выражено, когда я тормозлю, поэтому я стараюсь тормозить только задними колодками, а шимми остается.

    Так что я озадачен шимми. Может ли это быть из-за увеличенной длины стержня, увеличенного угла или более широких ручек? Произошло ли что-то еще в магазине, о котором я не знаю, что могло вызвать это? Я купил раму новую, и она ни разу не разбилась.
    -Иоанн

    Дорогой Джон (и Чет),
    Эти вещи часто трудно отследить, но странно, что этого не было раньше, а теперь происходит. Пока он был в магазине, возможно, что с байком что-то могло случиться, но давайте хотя бы предположим, что там ничего не произошло, поскольку (1) мы понятия не имеем и не могли бы это изменить, если бы это произошло, и (2) я действительно сомневаюсь, что что-то делал, если доверяешь магазину. Вещи, которые могут изменить ходовые качества, требуют некоторой силы — изменение выравнивания вилки (или растрескивание нижележащих углеродных слоев в вилке), изменение натяжения спиц переднего колеса, выравнивание обода или прямолинейность шины.

    И прежде всего проверьте давление в шинах — слишком мягкое не подходит для велосипедов, склонных к шимми. Шимми — это явление резонанса, которое зависит от резонансной частоты всей системы велосипеда / гонщика. Это, безусловно, зависит от распределения веса гонщика по колесам, поэтому изменение вашего положения могло бы вытолкнуть ранее надежный байк за край в диапазон вибрации.

    В качестве примера того, как распределение веса райдера может повлиять на шимми, я привожу инструкции моего друга Рольфа Дитриха о том, как безопасно выйти из шимми, когда это произойдет, изменив распределение веса по колесам:

    «На протяжении многих лет я экспериментировал со скоростным шимми, и предположение Калфи о том, что неисправные вилки могут вызывать шимми, звучит для меня разумным как источник среди других переменных, на которые вы ссылались.Вы внесли предложение, что должен делать всадник, столкнувшийся с этим заболеванием, и я убежден, что ваше предложение может помочь. Проблема в том, что это может не остановить шимми. Однако я считаю, что есть один верный способ, который всегда остановит шимми независимо от его причины. Мое решение основано на том факте, что у велосипеда есть две точки контакта с землей, и они физически смещены друг от друга вдоль линии (в нижней части каждого колеса точка контакта с дорогой — RCP- каждого колеса) и соединены между собой посредством полужесткой боковой конструкции рамы велосипеда.

    Для возникновения шимми необходимо приложить поперечную силу, которая, в свою очередь, достигает двух RCP в разное время и, таким образом, вызывает изгиб в соединительной конструкции между двумя RCP. В определенных обстоятельствах состояние положительной «обратной связи» между двумя RCP может привести к расхождению колебаний гибкой рамы, увеличению со временем, создавая условие, которое мы называем шимми. Колебания подобны вибрирующей струне, удерживаемой между двумя жесткими точками крепления. В случае качающегося велосипеда две точки крепления являются соответствующими RCP.

    Удалите одну из точек крепления, и вибрации мгновенно прекратятся, потому что обратная связь мгновенно исчезнет. Достаточно просто с вибрирующей струной. На вибрационном велосипеде того же можно добиться, уменьшив и даже исключив трение при контакте с дорогой между передним колесом и дорогой. Если гонщик уменьшает вес на переднем колесе, перетаскивая заднюю часть седла назад и, таким образом, перемещает свой центр тяжести на верхнюю часть заднего колеса, вибрации прекратятся, как только трение RCP будет уменьшено или устранено. за передним колесом.

    Это нетрудно сделать, потому что на большинстве велосипедов задняя ось находится всего на 7-8 дюймов позади центра седла, и если один сдвинуть назад достаточно далеко, чтобы поместить центр груди на седло, можно фактически полностью разгрузить седло. переднее колесо. Чтобы противодействовать полному подъему переднего колеса, нужно просто нажать на задний тормоз, и связанный с этим перенос веса вперед будет удерживать переднее колесо в неподвижном состоянии до тех пор, пока оно не будет безопасно остановлено. При отсутствии или уменьшении трения RCP на переднем колесе байк больше не может вибрировать или трястись.Я благополучно оправился от высокоскоростной тряски с помощью этой техники, она работает каждый раз и позволяет полностью контролировать маневр до безопасной остановки ».
    -Рольф

    Шины

    как причина появления Shimmy

    T HE автор перечисляет и описывает различные взаимосвязанные движения передней части автомобиля, широко известные как автомобильные шимми. Приводится длинный список экспериментов, проведенных в попытке исправить проблему.Они не дали последовательных результатов, но показали, что угол кастера оказывает значительное влияние, в то время как влияние развала и схождения, по-видимому, больше на износ шин, чем на шимми. Смазка пружин и условия, влияющие на свободное движение шарниров рулевого управления, имеют некоторое влияние, но автор рассматривает дефекты шин как основную причину. Характер дороги также важен, особенно это касается бетонных дорог с равномерно расположенными углублениями на стыках.

    Описываются некоторые дефекты шин, и производители шин винят их в том, что они менее тщательно применяют методы тестирования и проверки, чем производители автомобилей.

    Ряд причин возникновения шимми анализируется количественно и отображается в виде кривых, которые показывают, каким образом возникает шимми, когда эти силы синхронизированы. Автор выражает мнение, что производители шин должны более стараться устранять причины появления шимми внутри шин, а не предлагать производителям автомобилей поставлять демпфирующие элементы, чтобы противодействовать полученным результатам.

    В ходе обсуждения несколько представителей производителей шин придерживаются противоположной позиции, описывают некоторые из своих испытаний и экспериментов и заявляют, что шины производятся с очень высокой степенью точности, учитывая, что они сделаны из пластика.

    Важность угла кастомера подчеркивалась производителями осей, которые сказали, что этот угол варьируется в разных моделях автомобилей и не всегда соблюдается точно при изготовлении. По их словам, этот элемент должен проверяться дилером при доставке автомобиля, а владельцу автомобиля следует часто его проверять.

    Большое влияние гироскопического действия как фактора шимми было отмечено и продемонстрировано в модели, которая показала бочком поворота шарнирного дорожного колеса в результате гироскопического действия, когда конец оси поднимается или опускается.

    .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *