Устойчивость велосипеда

Содержание скрыть
2 Велосипед и мотоцикл динамика — Bicycle and motorcycle dynamics
2.4 Боковая динамика

Разница между горным и дорожным велосипедом

Вы уже спланировали маршрут, по которому будете кататься регулярно, хорошо знаете местность и состояние дорог? Вам нужен велосипед для внеплановых прогулок за городом или поездок по лесопаркам? Выбирайте модель правильно, в зависимости от ее особенностей и своих потребностей. Рассмотрим основные характеристики, присущие горным и городским велосипедам.

Горные

Еще известны как mountain bike, маунтинбайк, МТВ (сокращенное называние, полученное от английского термина).

Их конструкция разработана специально с учетом повышенных нагрузок, которые будет принимать на себя байк при агрессивной езде по неровной дороге. Чтобы пользователь без труда смог проехать по грязи, лужам, мягкой лесной траве, не застрял в колее или без труда заскочил на кочку или возвышенность МТВ оснащены передним и (или) задним амортизатором, дисковыми и гидравлическими тормозами.

Среди особенностей горных велосипедов выделяют:

  • универсальность – при желании на mountain bike можно проехаться и на абсолютно ровном асфальте и на грунтовой дорожке в ближайшем парке (конечно, велосипедист сразу ощутит качество езды: в лесопарке на таком велосипеде будет комфортно, но вот при езде в городе у некоторых велолюбителей возникают сложности);
  • привлекательный вид, спортивный и современный дизайн, яркое оформление рамы;
  • наличие высокотехнологичных элементов – амортизаторов, дисковых тормозов, многоскоростной системы передач;
  • простота обслуживания – горные велосипеды ремонтопригодны, а приобрести для них аксессуары или запчасти не представляется сложным;
  • вполне доступная стоимость – приобрести МТВ начального уровня с небольшим количеством скоростей удается за 15-20 тысяч рублей;
  • широкий выбор моделей в обычных магазинах и на сайтах;
  • отличаются удобной посадкой, когда человек способен вытянуть руки, чуть наклонив корпус тела вперед, тем самым немного изгибая спину;
  • всегда оснащены массивными «зубастыми» протекторами на шинах для лучшего сцепления с поверхностью.
    Совет. Если вы приобретаете горный байк для редких загородных путешествий и езды по городу (в большинстве случаев), то лучше присмотреться к ситибайкам, поскольку они обеспечивают плавность хода по асфальтированной дороге и не требуют от велосипедиста приложения существенных усилий.
  • в заводской комплектации МТВ обычно нет крыльев, предотвращающих разбрызгивание грязи и воды во время движения. Но даже если они вам понадобятся в будущем, их всегда можно подобрать отдельно.

Городские

Велосипеды данного типа еще называют city bikes. Внешне они чем-то напоминают старые советские модели «Камы» и «Салюта», не отличаются обилием технических элементов, но при этом рассчитаны на удобство пользователя при передвижении в условиях улиц мегаполисов.

К особенностям ситибайков относят:

  • широкий модельный ряд и возможность приобрести байк именно под свои нужды и стиль езды;
  • изящный внешний вид (вычурные изогнутые рамы, обилие классических деталей, использование ярких или пастельных цветов в дизайне);
  • модели не обходятся без крыльев, багажников, зеркал заднего вида, фар, защитного корпуса цепи, корзин (некоторые из названных элементов присутствуют не всегда);
  • максимально комфортная посадка (городские велосипеды предназначены для медленной езды, путешествия на них – это не изнуряющий спорт, а приятный отдых);
  • имеют возможность регулировки не только высоты сиденья, но даже высоты и наклона руля – все, чтобы спина пользователя была расслабленной;
  • ездить на таком байке можно в любом наряде, будь то классические брюки, платье или спортивный костюм;
  • «лысая резина» хорошо ведет себя на асфальтовом покрытии, экономя усилия человека.

Виды велосипедов для бездорожья

Существует довольно большое количество видов велосипедов для пересеченной местности. Все они отличаются друг от друга характеристиками и ценами

Важно правильно определить для себя стиль катания и, уже исходя из этого, делать свой выбор

Велосипед из супермаркета

Данный тип велосипеда обычно продается в супермаркетах, на рынках, проще говоря, в неспециализированных магазинах. При достаточно низкой цене он обладает на первый взгляд хорошими характеристиками: агрессивный вид, дисковые тормоза, 2 амортизатора. Всем своим видом он подталкивает к покупке. Вот яркий представитель этой категории:

Несмотря на привлекательный внешний вид, у этого велосипеда огромное количество недостатков: качество всех элементов крайне низкое. Передняя вилка имеет пружинно-эластомерную конструкцию, а задний амортизатор представляет собой просто пружину, которая доставит больше неудобств, чем прибавит комфорта. Он с очень высокой вероятностью начнет «сыпаться» в первую неделю катания. Ни в коем случае не рекомендуем этот вид к покупке. Лучше добавить денег и взять другой вариант, он доставит вам гораздо больше положительных эмоций.

Фэтбайк

Этот вид характеризуется наличием больших колес (широких и имеющих высокий профиль). Данная отличительная особенность позволяет ему преодолевать самые разные препятствия, включая даже мелкие болотца. За счет низкого давления в колесах, этот вид позволяет передвигаться с комфортом даже без амортизационной вилки.

Однако фэтбайк имеет один большой недостаток: колеса с такими покрышками имеют большое сопротивление качению. Иными словами: вам будет гораздо тяжелее крутить педали и поворачивать руль, а подъем в горку станет настоящим испытанием. На данный момент цена на таких монстров кусается.

Двухподвесный

Двухподвес – велосипед, имеющий два амортизатора и предназначенный для экстремального катания по бездорожью(Downhill, Freeride, Cross country). Технически сложная подвеска обеспечивает мягкость приземления после прыжков и отличную управляемость на полном бездорожье.

На хорошие двухподвесы (не из супермаркета) ставится самое лучшее оборудование, а рама предназначена для колоссальных нагрузок. Вилка с большим ходом и задняя подвеска обеспечивают минимальную тряску даже при полном отсутствии дороги. Но не стоит забывать о том, что амортизация «съедает» часть потраченных усилий на кручение педалей, а цены на хорошие двухподвесы начинаются от 1000$. Такие велосипеды просто не нужны большинству любителей, они предназначены скорее для профессионалов.

Горный (MTB)

Лучший выбор для езды по бездорожью. Горный велосипед имеет хорошую амортизацию в виде передней вилки (встречаются и двухподвесы) и очень универсален. Его предназначение – езда по пересеченной местности, грунтовым дорогам, но и передвижение по городу будет тоже очень комфортным.

На что обратить внимание, покупая горный велосипед

Выбирая горный велосипед, следует уделить внимание:

  1. Диаметру колес. Чаще всего выбирать приходится между 26 и 29. Чем меньше колеса, тем хуже разгон, но зато они легче. Большие колеса облают лучшим сцеплением с поверхностью, соответственно – быстрее тормозят.
  2. Тормозам. Обычно это или дисковые или вибрейки (клещи). Первые качественнее, у них меньше тормозной путь, вторые – более дешевые. Но в большинстве случаев, если вы не собираетесь съезжать с крутых гор, и брать большой разгон, то особой разницы не почувствуете.
  3. Раме. Сегодня доступно три варианта: сталь, алюминий и карбоновый сплав. Расположены они в порядке облегчения веса и возрастания цены. Решать вам.

Это основные вопросы, с которыми вам придется столкнуться

Перед покупкой важно не забыть тщательно осмотреть велосипед на предмет повреждений и сделать на нем пробную поездку

Надеемся, что представленная информация помогла вам определиться с типом велосипеда. Покупайте, катайтесь и наслаждаетесь процессом!

Особенности велосипедов

Если ранее из разновидностей велосипедов существовало только две категории: спортивный и дорожный (если не брать во внимание детские и подростковые типы), то теперь список увеличился:

  • Дорожные.
  • спортивно-дорожные.
  • Городские.
  • Горные.

Все перечисленные категории изготавливаются с учетом индивидуальных способностей, поэтому их разделяют на мужские, женские, детские и подростковые. В конструкции учитываются вес, свойство физических нагрузок и другие технические характеристики. Вот теперь можно более подробно остановиться на двух, самых популярных категориях велосипедов – горном и городским.

Тормоза

Мое мнение – только v-brake. Обычные ободные тормоза на губках. Найти велосипед с такими тормозами с каждым годом все сложнее. Владельцы магазинов любят впаривать «гидравлику», дисковые тормоза, как более быстрые, точные и надежные. При этом они стоят дороже.

Я считаю, что ободные губки тоже могут обеспечить хорошее торможение на спусках, если вовремя менять колодки и правильно настроить тормоза. Поэтому недостатки v-brake сильно преувеличены. Одно из доказательств почему ви-брейки рулят, это то, что в большом велоспорте гонщики Тур-де-Франц до сих пор катаются на старых добрых губках.

Недостатки дисковых тормозов:

  • они тяжелее ободных
  • их нужно снимать с велосипеда при транспортировке. Большой риск погнуть.
  • в случае гидравлических тормозов – сложное обслуживание. Сам видел как рвали тросик об ветку дерева и оставались без рабочей тормозной системы.

Особенности горных велосипедов

Экстремальные условия эксплуатации требует от механики и других элементов горного велосипеда повышенной прочности и это все учитывается при выборе нужного типа веломашины. В чем особенность технических характеристик горных велосипедов:

Рама и вилка оборудована амортизаторами, жесткость которого предусматривается категорией велосипеда.
Усиленный вариант рамы.
Использование на некоторых видах задней подвески.
Усиленные обода и другие элементы колеса, включая покрышки.
Каретка расположена практически на одном уровне со втулками.
Белее чем высокая прочность элементов, которые обеспечивают не только изменение скорости движения, но и усилие механической передачи

Особое внимание определяется механике, обеспечивающий безопасный (амортизаторы, пружины) подъем и спуск на участках с более чем критическим углом наклона.
Наличие нескольких пониженных скоростей. Данное условие позволяет преодолеть подъемы на значительные по крутизне возвышения и для движения по особо сложным по проходимости маршрутам.
Расположение руля, по отношению к стойке с выдвижением чуть вперед, для удобства при передвижении с заплечным грузом.

Современный горный велосипед

Современные видоизменения вытесняют механику и приспособления, которые использовались ранее для торможения на более новые технологии. Вместо ободных колодок, где в качестве передачи силы мускул кисти руки на трос, заставляли за счет прижатия сегментов выполнять торможение, заменено на более новое оборудование – дисковые тормоза, где используется тормозная жидкость, закачанная в систему. Для снижения общего веса в построении рамы используется особо прочный, но при этом не тяжелый материал: титан, полимеры, алюминиевые сплавы, карбон.

Легкость и Простота

В путешествии нужно наслаждаться поездкой, посещением новых мест, городов, знакомством с разными культурами, людьми. И поменьше времени тратить на все остальное, и на обслуживание велосипеда

Поэтому, простота – очень важное качество

Я не использую крылья, хотя иногда жалею об этом. Но потом радуюсь, в момент когда упаковываю велик для перелета в самолете, что не нужно отцеплять и укладывать лишние детали. У меня нет специальных фонариков на раму, держателя для телефона, подножки.

Я видел много велисипедистов, которые делают из своего велосипеда новогоднюю елку, обвешав байк различными держателями, фонариками, колонками, светомузыкой и сумками. И каждая хрень очень важная и без нее невозможно обойтись. Должен признаться, стиль Вассермана не мой выбор для путешествия.

Из тех вещей, что я прикрутил к велосипеду – это багажник, держатель бутылки, задний фонарик, сумка на раму и сумка на руль. И это все. Ничего лишнего мне не надо. Чем больше аксессуаров и вещей, тем больше нужно думать и заботиться о них. И чем больше прикручено деталей, тем тяжелее будет ваш велосипед.

Легкость. В первую очередь этот параметр зависит от производителя рамы. Поэтому, велосипед нужно покупать в магазине, а не через интернет. Вам необходимо подержать его в руках, оценить сколько он весит, если придется нести его по лестнице или перетаскивать через рельсы. А может, через овраг или реку. В путешествии встречаются разные препятствия.

Должен сказать вам одну неприятную новость. Вес велосипеда не указывают на сайте магазина и не указывают на сайте производителей. Потому что вес зависит от размера рамы. Если вы нашли магазин, где написан конкретный вес – не стоит верить этой информации. Хорошо, что вы нашли велик, который весит всего 10 кг. Но нужно сходить в магазин и проверить это воочию.

Я не рекоммендую покупать велосипед, который весит более 12 килограмм. В путешествии каждый лишний грамм будет тянуть вас назад. Мы все думаем, что это велосипед нас везет по дороге. Но происходит это только потому, что мы прикладываем силу ног к педалям, чтобы сдвинуть железный агрегат и человека на нем сидящего. То есть, при движении вы сдвигаете собственный вес + вес велосипеда + вес багажа. Это незаметно на прямой дороге и при спусках, но это сильно чувствуется на подьемах. Поэтому, еще раз советую найти велосипед с весом не более 10-11 килограмм. Двенадцать – это максимум.

После легкости и простоты, следующий параметр – возможность прикрутить багажник. Если на раме нет специальных отверстий под багажник, то этот велосипед нельзя использовать для туризма. Вам просто будет некуда прикрепить велорюкзак. Отверстия должны быть возле оси заднего колеса и под сиденьем. Бывают модели, где отверстия есть только внизу, возле колеса. Такой велик тоже можно брать, так как сверху багажник крепится к болту тормозной системы. У меня тут есть про это специальный пост.

Приоритетные места для покупки

Сортамент, который предлагает современный рынок достаточно большой. Есть множество малоизвестных производителей, производящих однотипную технику сомнительного качества. При этом заявленные характеристики заставляют думать о том, что велосипед оснащен всем необходимым. На деле оказывается, что покупка не будет удовлетворять возложенным требованиям.

Совершать покупку лучше всего в магазинах, которые специализируются на продаже этой техники. В этом случае есть гарантия приобрести качественный продукт и в дальнейшем усовершенствовать его, по мере необходимости. Выбрать и приобрести достойный велосипед, качественные запчасти, велоодежду, рекомендуем в самых больших европейских магазинах: chainreactioncycles.com, wiggle.com.

Критерием выбора любого байка является производитель и надежные узлы, а не насыщенность числом доступных скоростей, количеством амортизаторов и прочими маркетинговыми уловками.

Где лучше всего совершать покупки?

Как выбирать горный велосипед? Вне зависимости от того, сколько будет стоить ваша покупка, отправиться за ней лучше в специализированный магазин. Желательно не приобретать это транспортное средство на стихийных рынках, и тем более с рук.

Такой совет не стоит игнорировать. Ведь только в специализированном магазине можно будет получить самую полную консультацию у продавцов, которые хорошо разбираются в данной области. При этом можно обезопасить покупку, получив гарантию сервисного обслуживания. И это возможно только в специализированном магазине. И еще стоит помнить о том, что самыми выгодными являются покупки, совершенные в осенне-зимний период. Это время сезонных скидок на байки, цена на которые снижается приблизительно на 20-30 процентов.

Женские горные велосипеды

Для кого совершается покупка байка? На этот вопрос также предстоит дать ответ тому, кто задумывается, как выбрать взрослый горный велосипед. Ведь помимо правильной ростовки байк должен соответствовать физиологическим особенностям своего хозяина.

Придя в профессиональный автомагазин, всегда можно будет определиться с необходимым товаром из огромного ассортимента двухколесных транспортных средств. Выбор нужной модели с учетом профессиональной консультации продавца займет не более получаса. Обладая приведенной выше инструкцией по выбору горного велосипеда, всякий может купить себе подходящий байк, который будет радовать своего хозяина долгие годы.

И последний совет. Никогда не стоит забывать о собственной безопасности. С этой целью нужно приобрести защитный шлем и прочие аксессуары, которыми, например, могут являться специальные велоперчатки, снижающие вибрации от руля и повышающие комфорт при поездке. Таким дополнительным аксессуаром может стать и задний фонарь, который позволит велосипедисту не слиться с дорогой.

Где и как

Особенности вопросы «для кого» мы рассмотрели, теперь обратим внимание на то, где велосипед будет ездить. Здесь правило очень простое: надо быть честным с собой

Очень многие покупают bmx или двухподвес для того, чтобы ездить на работу, но подразумевая «вот когда-нибудь…».

Следует посмотреть на свой стиль катания ранее. Если вы использовали старый велосипед для прогулок по набережной, новый будет использоваться точно так же. Многие покупают шикарные кросс-кантри покрышки и ни разу не съезжают с асфальта. Всё это простой перерасход ресурсов, как материальных, так и физических. На тех же грунтовых покрышках на порядок тяжелее ехать по асфальту.

Итак, после определения стиля катания выбрать велосипед уже намного легче:

  • Прогулки по городу – классика или круизер – зависит от желания выделиться и наличных денег. Просто, удобно, надёжно.
  • Езда на работу, по городу, до дачи – гибридный, классика, MTB с упрощёнными передачами и slick-покрышками. Никакие двухподвесы не нужны.
  • Езда по шоссе как физкультура – шоссейники, гибриды.
  • Катание за городом, по бездорожью или плохим дорогам – «горный» MTB, классика, туристические (эдакий «классический гибрид», выделенный, но редкий класс).
  • Полуспортивное катание по лесу – двухподвесы, триальные рамы.
  • Для туризма – классика, дорожный, гибриды.
  • Спортивное использование – здесь вам совет не нужен, сами знаете, что покупать и как устанавливать.

На деле, выбор, при знании рынка и планов по стилю катанию, очень прост.

Отличия между двумя типами велотранспорта

Чтобы выбрать между горным и дорожным велобайком, необходимо хорошо разбираться в отличиях между ними. Эта информация позволит взвесить все за и против, сделать соответствующий выбор и купить велобайк, который вас не разочарует.

  1. Форма воплощает в себе существенные отличия, которые определяют сферу использования транспорта, приемлемые условия для его эксплуатации, требования к дорожному покрытию и приемлемые нагрузки. В дорожных велосипедах рама и руль имеют особую конструкцию, которая способствует максимальной передаче энергии велосипедиста. В горном велобайке скорость менее важна, чем проходимость и выносливость. Поэтому рама в таких байках является очень прочной и выносливой, обязательно присутствуют амортизаторы и широкий руль.
  2. Вес в дорожных велобайках является минимальным, что позволяет развивать высокую скорость. В маунтинбайках большой вес выступает необходимостью, которая позволяет велосипеду стойко преодолевать препятствия, не деформироваться во время падений и обеспечивать необходимый запас прочности.
  3. Шины в дорожных моделях всегда устанавливаются тонкие и гладкие. Это необходимо для снижения силы трения во время движения. Горным велосипедам необходима высокая сила трения, большая площадь соприкосновения, максимальная устойчивость, отличная проходимость. Все эти характеристики способна обеспечить широкая резина с глубоким, ярко выраженным протектором.
  4. Подвеска также позволяет отличаться этим двум велобайкам друг от друга. Дорожные велосипеды не нуждаются в подвижной подвеске, поскольку никому не придёт в голову кататься на них по бездорожью или ехать в горы. В конструкции горных велосипедов наличие амортизатора, хотя бы переднего, является обязательным условием.
  5. Руль в маунтинбайках имеет прямую и высокую форму. В дорожных моделях присутствует такой низкий руль с причудливой формой, что его даже сравнивают с бараньими рогами.
  6. Конструкция дорожных велосипедов не предусматривает наличия дополнительных элементов, которые невозможно установить даже дополнительно. Горные велосипеды предоставляют свободу своим пользователям относительно апгрейда.

На основе вышеизложенной информации можно будет легко сделать свой выбор и купить идеальный велобайк, который будет в полной мере удовлетворять вашим требованиям. Прежде чем выбирать горный или дорожный велобайк, необходимо ответить на несколько важных вопросов относительно качества дорожного покрытия, по которому вы будете передвигаться, и целей эксплуатации.

Седло

Это один из важнейших элементов велосипеда, который напрямую влияет на удобство и уровень комфорта при катании. Именно поэтому к выбору сиденья стоит подходить вдумчиво, особенно если предполагаются долгие поездки на байке – неправильно подобранное седло может даже вызвать болевые ощущения и привести к ряду травм.

Многие новички заблуждаются в том, что «чем шире и мягче седло – тем лучше» (с этим утверждением можно согласиться лишь частично). Сиденье, как и сам велосипед, лучше всего подбирать, исходя из особенностей самого райдера, – для этого нужно знать расстояние между седалищными косточками таза, которые при посадке поддерживают тело в качестве опоры. Это самое расстояние определить достаточно просто: следует сесть на мягкую пластичную поверхность, а после встать и замерить расстояние между центрами оставшихся вмятин. Сразу можно отметить, что «мужские» сёдла уже и длиннее, а «женские» шире и короче – но это не отменяет необходимости «индивидуального замера». Дело в том, что на слишком узком сиденье имеется риск нарушения кровоснабжения промежности, а на слишком широком – может натираться кожа на внутренних поверхностях бедер.

При выборе сиденья для велосипеда приходится определяться и с материалом, из которого оно изготовлено. Наиболее распространенные варианты – кожа и кожзаменитель: первый – наиболее удобный, поскольку способен подстраиваться по форму тела, и практичный, так как без проблем отводит пот и пропускает воздух, но при этом стоит немало и требует кропотливого ухода; второй – значительно снижает стоимость седла, но при этом плохо справляется с отведением влаги и имеет довольно скользкую поверхность.

Стоит склоняться к такой форме велосипедного сиденья, чтобы площадки для опоры седалищных костей имели достаточную длину для смещения вперед-назад при катании. Мягкое седло лучше всего приобретать лишь для размеренных и непродолжительных велопрогулок по хорошим дорогам – они делают поездку комфортной лишь в первое время, но потом приводят к онемению промежности и увеличению потоотделения.

Кроме того, при выборе седла, не лишним будет обратить внимание на наличие/отсувствие амортизационных пружин в его конструкции:

  • на скоростных велосипедах (вроде шоссеров и маунтинбайков), как и в целом на моделях с рулем, расположенным на одном уровне или ниже места посадки – в пружинах нет необходимости
  • а вот на прогулочных «железных конях» (да еще и с высоко установленным рулем) – они окажутся весьма кстати.

Горный велосипед

Такой вид транспорта часто называется маунтинбайком. Подобный велобайк является идеальным видом транспорта для России, которая не славится хорошими дорогами. На таком велосипеде возможно преодоление любой местности, включая бездорожье и холмы. Горные велобайки, в свою очередь, разделяются на несколько разновидностей:

  1. Cross-country, или кросс-кантри, создан для преодоления сурового бездорожья. В таких моделях часто присутствует передний амортизатор. Подобные велосипеды должны иметь лёгкую, но прочную конструкцию, которая не будет создавать проблем во время передвижения и сможет выдержать жестокие условия российского бездорожья. На таком транспорте одинаково удобно передвигаться по городу и за его пределами.
  2. АТВ, или вседорожный велобайк — это самая распространённая разновидность в категории горных велобайков. Его технические характеристики находятся на таком уровне, чтобы стойко выдерживать умеренные условия эксплуатации. По большей части используется для города, но также подходит и для преодоления пересечённой местности.
  3. Downhill — самый надёжный горный велобайк, который подходит для горных спусков и бездорожья.

Маунтинбайки покупаются для различных целей, некоторые даже выполняют на нём трюки и практикуют дрифты. Но даже если ваш выбор падёт на базовую модель, то её проходимость будет высокой. Конструкция горных байков не может называться простой, следовательно, такие велосипеды дешёвыми не бывают.

Горные

С горными велосипедами все немного сложнее. Каждый из элементов требует индивидуального подхода. Самым главным является рама.

Если говорить про надежность и невысокую стоимость, то лучше всего обратить внимание на хардтейлы. Это рамы без заднего амортизатора

Эффективная задняя подвеска состоит минимум из трех узлов, за редким исключением. Производители проделывают титаническую работы для того, чтобы поймать золотую середину между надежностью и эффективностью.

Хорошим качеством отличаются рамы таких велосипедов, как Cube, Cannondale, Scott и другие. Данные байки сложно отнести к бюджетным, и подойдут они больше для спортсменов и продвинутых любителей

Начинающим можно обратить внимание на рамы от Stark и Format. Это одни из немногих российских брендов, которые могут похвастаться достойным качеством рам

Что касается двухподвесов, то лучше всего выбрать Santa Cruz, Norco, Trek. Что касается первой компании, то двухподвесы Santa Cruz изготавливаются с однорычажной системой. Главные инженеры компании постарались сделать из этой простой системы максимально эффективную. Можно отметить продукцию американского бренда Specialized. Эта компания вкладывает огромные суммы денег в разработку собственных технологий. Все они достаточно уникальны и одни из самых надежных, но стоят уж очень дорого.

Заключение

Решить, какой велосипед лучше выбрать для приобретения, очень легко. Достаточно прямо ответить себе на вопросы «кто», «где» и «почём», и ответ найдётся сам по себе. Не стоит лукавить ни в одном ответе – брать байк «на вырост» ребёнку или планировать кататься по бездорожью, если за предыдущие пять лет ни разу не выехали из города

Очень важно учитывать рост и посадку. Это залог удобства при катании

Моделей велосипедов множество, но под конкретное пересечение сценариев использования, удовлетворяющей стоимости и росту в одном магазине найдётся всего несколько вариантов, из которых очень легко выбрать лучший по отзывам, личному впечатлению и молве. На практике велосипеды не так уж и сильно отличаются друг от друга, как хотят показать производители и продавцы.

Велосипед и мотоцикл динамика — Bicycle and motorcycle dynamics

Велосипед и динамика мотоцикла является наука о движении на велосипедах и мотоциклах и их компонентов, из — за сил , действующих на них. Динамика относится к разделу физики, известному как классическая механика . Интересующие нас движения велосипеда включают балансировку , рулевое управление , торможение , ускорение , активацию подвески и вибрацию . Изучение этих движений началось в конце 19 века и продолжается сегодня.

Велосипеды и мотоциклы являются одноколейными транспортными средствами, поэтому их движения имеют много общих фундаментальных атрибутов и фундаментально отличаются от других колесных транспортных средств, таких как дициклы , трициклы и квадрациклы, и их труднее изучать . Как и одноколесные велосипеды , велосипедам не хватает боковой устойчивости в неподвижном состоянии, и в большинстве случаев они могут оставаться в вертикальном положении только при движении вперед. Эксперименты и математический анализ показали, что велосипед остается в вертикальном положении, когда им управляют, чтобы центр масс находился над колесами. Это рулевое управление обычно обеспечивается гонщиком или, в некоторых случаях, самим байком. Несколько факторов, включая геометрию, распределение массы и гироскопический эффект, в той или иной степени способствуют этой самостабильности, но давние гипотезы и утверждения о том, что любой единственный эффект, такой как гироскопический или следовой , является единственной причиной стабилизирующей силы, были дискредитирован.

Хотя оставаться в вертикальном положении может быть основной целью начинающих гонщиков, байк должен наклоняться, чтобы сохранять равновесие в повороте: чем выше скорость или меньше радиус поворота , тем больше требуется наклон. Это уравновешивает крутящий момент крена вокруг пятен контакта колеса, создаваемый центробежной силой из-за поворота, с крутящим моментом силы тяжести . Этот наклон обычно вызывается кратковременным поворотом в противоположном направлении, называемым противодействием . Навыки противодействия обычно приобретаются путем моторного обучения и выполняются с помощью процедурной памяти, а не сознательного мышления. В отличие от других колесных транспортных средств, на велосипедах основным управляющим воздействием является крутящий момент рулевого управления , а не положение.

Несмотря на то, что велосипеды устойчивы в продольном направлении в неподвижном состоянии, они часто имеют достаточно высокий центр масс и достаточно короткую колесную базу, чтобы поднять колесо над землей при достаточном ускорении или замедлении. При торможении, в зависимости от расположения объединенного центра масс велосипеда и водителя по отношению к точке, где переднее колесо касается земли, велосипеды могут либо скользить передним колесом, либо перевернуть байк и велосипедиста через переднее колесо. Аналогичная ситуация возможна при разгоне, но в отношении заднего колеса.

СОДЕРЖАНИЕ

История

История изучения динамики велосипеда почти так же стара, как и сам велосипед. В него вошли работы таких известных ученых, как Ренкин , Аппель и Уиппл . В начале 19 века Карлу фон Драйсу приписывают изобретение двухколесного транспортного средства, которое по-разному называли лауфмашином , велосипедом , дрезином и денди-конем , и он показал, что наездник может балансировать свое устройство, управляя передним колесом. В 1869 году Ранкин опубликовал статью в «Инженере», в которой повторял утверждение фон Дрейса о том, что баланс поддерживается за счет поворота в направлении наклона.

В 1897 году Французская академия наук сделала понимание динамики велосипеда целью своего конкурса Prix Fourneyron. Таким образом, к концу XIX века Карло Бурле , Эммануэль Карвалло и Фрэнсис Уиппл продемонстрировали с помощью динамики твердого тела, что некоторые безопасные велосипеды могут фактически уравновесить себя, если они движутся с правильной скоростью. Бурле получил приз Фурнейрона, а Уиппл — премию Смита Кембриджского университета . Неясно, кому следует отдать должное за отклонение оси рулевого управления от вертикали, что делает это возможным.

В 1970 году Дэвид Э. Х. Джонс опубликовал в Physics Today статью, показывающую, что гироскопические эффекты не нужны для балансировки велосипеда. С 1971 года, когда он определил и назвал режимы колебания, переплетения и опрокидывания, Робин Шарп регулярно писал о поведении мотоциклов и велосипедов. Во время учебы в Имперском колледже в Лондоне он работал с Дэвидом Лаймбиром и Симосом Евангелу.

В начале 1970-х годов Корнельская авиационная лаборатория (CAL, позже Calspan Corporation в Буффало, штат Нью-Йорк, США) спонсировалась Schwinn Bicycle Company и другими для изучения и моделирования динамики велосипедов и мотоциклов. Части этой работы теперь опубликованы, и на этом сайте TU Delft Bicycle Dynamics размещены отсканированные изображения более 30 подробных отчетов .

С 1990-х годов Коссалтер и др. Изучают динамику мотоциклов в Университете Падуи. Их исследования, как экспериментальные, так и численные, охватывали переплетение, колебание, вибрацию, симуляторы, моделирование транспортных средств, моделирование шин, управляемость и маневрирование с минимальным временем круга.

В 2007 году Мейяард и др. Опубликовали канонические линеаризованные уравнения движения в Proceedings of the Royal Society A вместе с проверкой двумя разными методами. Эти уравнения предполагали, что шины катятся без проскальзывания, то есть идут туда, куда они указывают, а гонщика жестко прикрепляют к задней раме велосипеда.

В 2011 году Коойман и др. Опубликовали в журнале Science статью, показывающую, что ни гироскопические эффекты, ни так называемые эффекты заклинателя, вызванные следом, не нужны велосипеду, чтобы сбалансировать себя. Они разработали двухмассовый велосипед, который, согласно уравнениям движения, является самостабильным даже при отрицательном следе , переднее колесо соприкасается с землей перед осью рулевого управления и с колесами, вращающимися в противоположных направлениях, чтобы нейтрализовать любые гироскопические эффекты . Затем они построили физическую модель, чтобы подтвердить это предсказание. Это может потребовать повторной оценки некоторых деталей, приведенных ниже, о геометрии рулевого управления или устойчивости. Динамика Велосипед был назван 26 Discover » 100 лучших историй с 2011 года.

В 2013 году Eddy Merckx Cycles получил от Гентского университета более 150 000 евро на исследование устойчивости велосипеда.

Если рассматривать велосипед и гонщика как единую систему, силы, действующие на эту систему и ее компоненты, можно условно разделить на две группы: внутренние и внешние. Внешние силы возникают из-за силы тяжести, инерции, контакта с землей и контакта с атмосферой. Внутренние силы вызваны всадником и взаимодействием между компонентами.

Внешние силы

Как и в случае со всеми другими массами, гравитация тянет гонщика и все компоненты велосипеда к земле. В каждом пятне контакта шины с грунтом действуют силы реакции с горизонтальной и вертикальной составляющими. Вертикальные компоненты в основном противодействуют силе тяжести, но также меняются в зависимости от торможения и ускорения. Подробнее см. Раздел о продольной устойчивости ниже. Горизонтальные компоненты, возникающие из-за трения между колесами и землей, включая сопротивление качению , являются реакцией на движущие силы, силы торможения и силы поворота. Аэродинамические силы, создаваемые атмосферой, в основном проявляются в форме сопротивления , но также могут быть вызваны боковым ветром . При нормальной скорости езды на велосипеде по ровной поверхности аэродинамическое сопротивление является самой большой силой, препятствующей движению вперед. На более высокой скорости аэродинамическое сопротивление становится в подавляющем большинстве случаев самой большой силой, препятствующей движению вперед.

Поворачивающие силы создаются во время маневров для балансировки в дополнение к простому изменению направления движения. Их можно интерпретировать как центробежные силы в ускоряющей системе отсчета велосипеда и гонщика; или просто как инерция в неподвижной инерциальной системе отсчета, а не как силы вообще. Гироскопические силы, действующие на вращающиеся части, такие как колеса, двигатель, трансмиссия и т. Д., Также связаны с инерцией этих вращающихся частей. Они обсуждаются далее в разделе, посвященном гироскопическим эффектам, ниже.

Внутренние силы

Внутренние силы, возникающие между компонентами велосипеда и системы водителя, в основном возникают из-за гонщика или трения. Помимо педалирования, гонщик может прикладывать крутящие моменты между рулевым механизмом (передняя вилка, руль, переднее колесо и т. Д.) И задней рамой, а также между гонщиком и задней рамой. Трение существует между любыми частями, которые движутся друг относительно друга: в трансмиссии , между рулевым механизмом и задней рамой и т. Д. В дополнение к тормозам , которые создают трение между вращающимися колесами и невращающимися частями рамы, многие велосипеды имеют передние и задние подвески . Некоторые мотоциклы и велосипеды имеют демпфер рулевого управления для рассеивания нежелательной кинетической энергии, а на некоторых велосипедах есть пружина, соединяющая переднюю вилку с рамой, чтобы обеспечить прогрессивный крутящий момент, который стремится направить велосипед прямо вперед. На велосипедах с задним подвеском, обратной связью между приводом и подвесками является проблемой конструкторов пытаются справиться с различными сцеплением конфигураций и заслонками .

Движения

Движения велосипеда можно условно разделить на движения вне центральной плоскости симметрии: боковые; и те, что в центральной плоскости симметрии: продольные или вертикальные. Боковые движения включают балансировку, наклон, рулевое управление и поворот. Ходатайства в центральной плоскости симметрии , включают накат, конечно, но и stoppies , вилли

d , тормоза водолазный , и большинство активации подвески. Движения в этих двух группах линейно разделены, то есть они не взаимодействуют друг с другом в первом порядке . Неконтролируемый велосипед нестабилен в поперечном направлении, когда он неподвижен, и может быть самоустойчивым в поперечном направлении при движении в правильных условиях или под управлением гонщика. И наоборот, велосипед устойчив в продольном направлении в неподвижном состоянии и может быть неустойчивым в продольном направлении при достаточном ускорении или замедлении.

Боковая динамика

Из этих двух случаев боковая динамика оказалась более сложной, требующей трехмерного многотельного динамического анализа с минимум двумя обобщенными координатами для анализа. Как минимум, два связанных дифференциальных уравнения второго порядка необходимы для определения основных движений. Точные решения невозможны, и вместо них следует использовать численные методы . Конкурирующие теории балансировки велосипедов все еще можно найти в печати и в Интернете. С другой стороны, как показано в последующих разделах, большая часть продольного динамического анализа может быть выполнена просто с помощью плоской кинетики и только одной координаты.

Баланс

При обсуждении баланса велосипеда необходимо тщательно различать « устойчивость », « самостабильность » и « управляемость ». Недавние исследования показывают, что «управляемая водителем устойчивость велосипедов действительно связана с их самостабильностью».

Велосипед остается в вертикальном положении, когда им управляют, так что силы реакции земли точно уравновешивают все другие внутренние и внешние силы, которые он испытывает, такие как гравитационные при наклоне, инерционные или центробежные при повороте, гироскопические при управлении и аэродинамические при повороте. боковой ветер. Рулевое управление может обеспечивать гонщик или, при определенных обстоятельствах, сам велосипед. Эта самостабильность создается комбинацией нескольких эффектов, которые зависят от геометрии, распределения массы и скорости движения велосипеда. Шины, подвеска, демпфирование рулевого управления и изгиб рамы также могут влиять на него, особенно на мотоциклах.

Даже оставаясь относительно неподвижным, гонщик может балансировать на велосипеде по тому же принципу. Выполняя стойку на гусенице, гонщик может удерживать линию между двумя пятнами контакта под объединенным центром масс, повернув переднее колесо в одну или другую сторону, а затем слегка двигаясь вперед и назад, чтобы сместить переднее пятно контакта из стороны в сторону. сторона по мере необходимости. Движение вперед может быть произведено простым нажатием педали. Таким же образом можно создать обратное движение на велосипеде с фиксированной передачей . В противном случае гонщик может воспользоваться удобным уклоном тротуара или наклонить верхнюю часть тела назад, когда на мгновение задействованы тормоза.

Если рулевое управление велосипеда заблокировано, балансировать во время езды становится практически невозможно. С другой стороны, если гироскопический эффект вращения колес велосипеда нейтрализован путем добавления колес, вращающихся в противоположных направлениях, балансировать во время езды по-прежнему будет легко. Еще один способ сбалансировать велосипед, с заблокированным рулевым управлением или без него, — это приложение соответствующих крутящих моментов между велосипедом и всадником, подобно тому, как гимнастка может качаться вверх, свешиваясь прямо на неровных брусьях , человек может начать раскачиваться. свинг от остальной откачки ноги, или двойной перевернутый маятник может управляться с приводом только на локте.

Скорость движения вперед

Водитель прикладывает крутящий момент к рулю, чтобы повернуть переднее колесо и, таким образом, контролировать наклон и поддерживать баланс. На высоких скоростях небольшие углы поворота быстро перемещают точки контакта с землей вбок; на низких скоростях требуются большие углы поворота для достижения тех же результатов за то же время. Из-за этого обычно легче поддерживать баланс на высоких скоростях. Поскольку самостабильность обычно возникает на скоростях выше определенного порога, ускорение увеличивает вероятность того, что байк способствует собственной устойчивости.

Расположение центра масс

Чем дальше вперед (ближе к переднему колесу) находится центр масс велосипеда и гонщика, тем меньше переднее колесо должно смещаться вбок для сохранения баланса. И наоборот, чем дальше назад (ближе к заднему колесу) расположен центр масс, тем больше требуется поперечного смещения переднего колеса или движения велосипеда вперед для восстановления баланса. Это может быть заметно на лежачих моделях с длинной колесной базой , чопперах и велосипедах на колесах . Это также может быть проблемой для туристических велосипедов, которые перевозят тяжелую нагрузку на заднем колесе или даже за ним. Массу над задним колесом легче контролировать, если она меньше массы над передним колесом.

Велосипед также является примером перевернутого маятника . Подобно тому, как метлу легче балансировать в руке, чем карандаш, так и высокий велосипед (с высоким центром масс) легче сбалансировать во время езды, чем низкий, потому что скорость наклона высокого велосипеда (скорость, с которой его угол наклона худой увеличивается по мере того, как он начинает опускаться) будет медленнее. Однако у велосипедиста может сложиться противоположное впечатление от велосипеда, когда он неподвижен. Велосипеду с тяжелым верхом может потребоваться больше усилий, чтобы оставаться в вертикальном положении, например, при остановке в пробке, чем велосипеду, который такой же высокий, но с более низким центром масс. Это пример вертикального рычага второго сорта . Небольшое усилие на конце рычага, сиденье или руле в верхней части велосипеда легче перемещает большую массу, если она находится ближе к точке опоры, где шины касаются земли. Вот почему туристическим велосипедистам рекомендуется нести грузы на велосипеде низко, а корзины свешиваются по обе стороны от передних и задних багажников .

Тащить

Фактором, который влияет на то, насколько легко или сложно будет ездить на велосипеде, является след , расстояние, на которое точка контакта переднего колеса с грунтом отстает от точки контакта с грунтом оси рулевого управления. Ось рулевого управления — это ось, вокруг которой вращается весь рулевой механизм (вилка, руль, переднее колесо и т. Д.). В традиционных конструкциях велосипедов, когда ось рулевого управления отклонена назад от вертикали, положительный след имеет тенденцию направлять переднее колесо в сторону наклона, независимо от скорости движения вперед. Это можно смоделировать, отодвинув велотренажер в сторону. Переднее колесо обычно также поворачивается в эту сторону. В наклонном положении эту силу обеспечивает гравитация. Однако динамика движущегося велосипеда более сложна, и другие факторы могут способствовать или уменьшать этот эффект.

След зависит от угла наклона головы, смещения вилки или переднего угла, а также от размера колеса. Их отношения можно описать такой формулой:

Тащить знак равно ( р ш потому что ⁡ ( А час ) — О ж ) грех ⁡ ( А час ) > = \ cos (A_ ) — O_ )> )>>>

где — радиус колеса, — угол наклона головы, измеренный по часовой стрелке от горизонтали, и — смещение вилки или передний угол . След можно увеличить, увеличив размер колеса, уменьшив угол наклона головки или уменьшив передний угол вилки. р ш > А час > О ж >

Чем больше трасса у традиционного велосипеда, тем он более устойчивым, хотя слишком большое количество трассы может затруднить управление велосипедом. Велосипеды с отрицательным следом (где пятно контакта находится впереди того места, где ось рулевого управления пересекает землю), хотя и пригодны для езды, как сообщается, очень нестабильны. Обычно у шоссейных гоночных велосипедов больше трассы, чем у туристических, но меньше, чем у горных. Горные велосипеды разработаны с меньшим вертикальным углом наклона головы, чем шоссейные велосипеды, чтобы иметь больший след и, следовательно, улучшенную устойчивость на спусках. Туристические велосипеды построены с небольшими дорожками, чтобы позволить водителю управлять велосипедом, отягощенным багажом. Как следствие, незагруженный туристический байк может казаться нестабильным. В велосипедах грабли вилки , часто изгибы лопастей вилки впереди оси рулевого управления, используются для уменьшения следа. Существуют велосипеды с отрицательным следом, такие как Python Lowracer, и на них можно ездить, а экспериментальный велосипед с отрицательным следом оказался самостабильным.

В мотоциклах грабли относятся к углу головы, а смещение, создаваемое тройным деревом , используется для уменьшения следа.

Небольшой опрос, проведенный Уиттом и Уилсоном, показал:

  • туристические велосипеды с углом наклона головы от 72 ° до 73 ° и ходом от 43 мм до 60 мм
  • гоночные велосипеды с углом наклона головы от 73 ° до 74 ° и шлейфом от 28 мм до 45 мм
  • трековые велосипеды с углом наклона головы 75 ° и шлейфом от 23,5 мм до 37 мм.

Однако эти диапазоны не являются жесткими и быстрыми. Например, LeMond Racing Cycles предлагает как вилки со смещением или углом наклона 45 мм, так и колеса такого же размера:

  • Tete de Course 2006 года, предназначенный для шоссейных гонок, с углом наклона головы от 71 ° до 74 °, в зависимости от размера рамы, и, следовательно, трассой от 51,5 до 69 мм.
  • Filmore 2007 года выпуска, разработанный для гусеницы, с углом наклона головы, который варьируется от 72½ ° до 74 °, в зависимости от размера рамы, и, следовательно, трассой, которая варьируется от 51,5 мм до 61 мм.

Длина трассы конкретного велосипеда может меняться со временем по нескольким причинам. На велосипедах с передней подвеской, особенно с телескопической вилкой, сжатие передней подвески, например, из-за сильного торможения, может привести к увеличению угла поворота оси рулевого управления и уменьшению следа. Трасса также зависит от угла наклона и угла поворота руля, обычно уменьшаясь от максимального значения, когда байк стоит прямо и ведет прямо вперед. Трасса может уменьшиться до нуля при достаточно больших углах наклона и поворота, что может повлиять на устойчивость велосипеда. Наконец, даже профиль переднего колеса может влиять на изменение трассы при наклоне и управлении байком.

Измерение, похожее на след, называемое механическим следом , нормальным следом или истинным следом , представляет собой перпендикулярное расстояние от оси поворота до центра тяжести пятна контакта переднего колеса.

Колесная база

Фактором, влияющим на курсовую устойчивость велосипеда, является колесная база , расстояние по горизонтали между точками контакта передних и задних колес с землей. При заданном смещении переднего колеса из-за некоторого возмущения угол результирующего пути от исходного обратно пропорционален колесной базе. Кроме того, радиус кривизны для данного угла поворота и угла наклона пропорционален колесной базе. Наконец, колесная база увеличивается, когда байк наклоняется и поворачивается. В крайнем случае, когда угол наклона составляет 90 °, и байк поворачивается в направлении этого наклона, колесная база увеличивается на радиус передних и задних колес.

Распределение масс рулевого механизма

Еще одним фактором, который также может способствовать устойчивости традиционных конструкций велосипедов, является распределение массы в рулевом механизме, который включает переднее колесо, вилку и руль. Если центр масс рулевого механизма находится перед осью рулевого управления, то сила тяжести также заставит переднее колесо поворачиваться в направлении наклона. В этом можно убедиться, наклонив велотренажер в сторону. Переднее колесо обычно также поворачивается в эту сторону независимо от какого-либо взаимодействия с землей. Дополнительные параметры, такие как продольное положение центра масс и высота центра масс, также влияют на динамическое поведение велосипеда.

Гироскопические эффекты

Роль гироскопического эффекта в большинстве конструкций велосипедов заключается в том, чтобы помочь повернуть переднее колесо в направлении наклона. Это явление называется прецессией , и скорость, с которой объект прецессирует, обратно пропорциональна скорости его вращения. Чем медленнее вращается переднее колесо, тем быстрее оно будет прецессировать при наклоне велосипеда, и наоборот. Заднему колесу препятствует прецессия, как переднему колесу, из-за трения шин о землю, и поэтому оно продолжает наклоняться, как если бы оно вообще не вращалось. Следовательно, гироскопические силы не оказывают никакого сопротивления опрокидыванию.

На низких скоростях переднего колеса прецессия переднего колеса происходит слишком быстро, что способствует неконтролируемой тенденции велосипеда к избыточной поворачиваемости, наклону в другую сторону и, в конечном итоге, к колебаниям и падению. На высоких скоростях движения прецессия обычно слишком медленная, что способствует неконтролируемой тенденции велосипеда к недостаточной поворачиваемости и, в конечном итоге, к падению, так и не достигнув вертикального положения. Эта нестабильность происходит очень медленно, порядка секунд, и большинству гонщиков ей легко противодействовать. Таким образом, быстрый велосипед может казаться устойчивым, даже если на самом деле он не является самостабильным, и упал бы, если бы его не контролировали.

Другой вклад гироскопических эффектов — это кренящий момент, создаваемый передним колесом во время противодействия. Например, поворот влево вызывает момент вправо. Момент мал по сравнению с моментом, создаваемым передним колесом, выходящим за пределы трекинга, но начинается, как только гонщик прикладывает крутящий момент к рулю, и поэтому может быть полезен в гонках на мотоциклах . Для получения более подробной информации см. Раздел « Противодействие рулевому управлению» ниже и статью о противодействии рулевому управлению.

Самоустойчивость

Между двумя нестабильными режимами, упомянутыми в предыдущем разделе, и под влиянием всех описанных выше факторов, влияющих на баланс (след, распределение массы, гироскопические эффекты и т. Д.), Может существовать диапазон скоростей движения вперед для данной конструкции велосипеда при эти эффекты приводят к вертикальному управлению неконтролируемым велосипедом. Было доказано, что ни гироскопические эффекты, ни положительный след сами по себе недостаточны и не необходимы для устойчивости, хотя они, безусловно, могут улучшить управление без помощи рук.

Однако даже без устойчивости на велосипеде можно управлять, управляя им, чтобы держать его над колесами. Обратите внимание, что упомянутые выше эффекты, которые в совокупности обеспечивают самостабильность, могут подавляться дополнительными факторами, такими как трение гарнитуры и жесткие кабели управления . На этом видео показан велосипед без водителя, демонстрирующий устойчивость.

Продольное ускорение

Продольное ускорение оказывает большое и сложное влияние на поперечную динамику. В одном исследовании положительное ускорение устраняет самостабильность, а отрицательное ускорение (замедление) изменяет скорость самостабильности.

Превращение

Чтобы велосипед мог повернуть, то есть изменить направление движения вперед, переднее колесо должно быть ориентировано примерно в желаемом направлении, как и у любого транспортного средства с управляемым передним колесом. Трение между колесами и землей затем создает центростремительное ускорение, необходимое для изменения курса с прямого движения в виде комбинации силы поворота и осевой тяги . Радиус поворота велосипеда в вертикальном положении (без наклона) можно приблизительно определить при малых углах поворота следующим образом:

Наклоняется

Однако, в отличие от других колесных транспортных средств, велосипеды также должны наклоняться во время поворота, чтобы уравновесить соответствующие силы: гравитационные, инерционные, фрикционные и наземные. Угол наклона θ легко вычислить, используя законы кругового движения :

где v — скорость движения вперед, r — радиус поворота, а g — ускорение свободного падения . Это в идеализированном случае. На мотоциклах может потребоваться небольшое увеличение угла наклона, чтобы компенсировать ширину современных шин при той же скорости движения и радиусе поворота.

Однако также можно увидеть, что эта простая 2-мерная модель, по сути, перевернутый маятник на поворотной платформе , предсказывает, что установившийся поворот является нестабильным. Если велосипед немного смещен вниз от его равновесного угла наклона, крутящий момент силы тяжести увеличивается, крутящий момент центробежной силы уменьшается, а смещение усиливается. Более сложная модель, которая позволяет рулевому колесу управлять, регулировать траекторию и противостоять крутящему моменту силы тяжести, необходима для отражения самостабильности, наблюдаемой в реальных велосипедах.

Например, велосипед в установившемся повороте радиусом 10 м (33 фута) со скоростью 10 м / с (36 км / ч, 22 мили в час) должен находиться под углом 45,6 °. Всадник может наклониться относительно велосипеда, чтобы при желании удерживать туловище или велосипед в более или менее вертикальном положении. Имеет значение угол между горизонтальной плоскостью и плоскостью, определяемой контактами шин и положением центра масс велосипеда и гонщика.

Этот наклон велосипеда уменьшает фактический радиус поворота пропорционально косинусу угла наклона. Результирующий радиус можно приблизительно аппроксимировать (в пределах 2% от точного значения) следующим образом:

где r — приблизительный радиус, w — колесная база, θ — угол наклона, δ — угол поворота, а φ — угол наклона оси поворота. Когда байк наклоняется, пятна контакта шин смещаются дальше в сторону, вызывая износ. Части на обоих краях шины мотоцикла, которые остаются неизношенными из-за наклона в поворотах, иногда называют куриными полосками .

Конечная ширина шин изменяет фактический угол наклона задней рамы от идеального угла наклона, описанного выше. Фактический угол наклона между рамой и вертикалью должен увеличиваться с увеличением ширины шины и уменьшаться с увеличением высоты центра масс. Велосипеды с толстыми шинами и низким центром масс должны наклоняться больше, чем велосипеды с более тонкими шинами или более высоким центром масс, чтобы преодолевать один и тот же поворот с той же скоростью.

Увеличение угла наклона из-за толщины шины 2 т можно рассчитать как

где φ — идеальный угол наклона, а h — высота центра масс. Например, мотоцикл с задней шиной шириной 12 дюймов будет иметь t = 6 дюймов. Если совмещенный центр масс велосипеда и гонщика находится на высоте 26 дюймов, то наклон 25 ° должен быть увеличен на 7,28 °: увеличение почти на 30%. Если ширина шин всего 6 дюймов, то угол наклона увеличивается всего на 3,16 °, чуть меньше половины.

Было показано, что пара, созданная гравитацией и силами реакции земли, необходима для того, чтобы велосипед вообще поворачивался. На специально построенном велосипеде с подпружиненными выносными опорами, которые в точности исключают эту пару, так что велосипед и гонщик могут принимать любой угол наклона при движении по прямой, гонщики считают невозможным повернуть. Как только колеса отклоняются от прямого пути, велосипед и гонщик начинают наклоняться в противоположном направлении, и единственный способ исправить их — это повернуть обратно на прямой путь.

Противодействие

Для начала поворота и необходимого наклона в направлении этого поворота велосипед должен на мгновение повернуть в противоположном направлении. Это часто называют противодействием. Теперь, когда переднее колесо находится под конечным углом к ​​направлению движения, в пятне контакта шины возникает поперечная сила. Эта сила создает крутящий момент вокруг продольной оси (крена) велосипеда, и этот крутящий момент заставляет велосипед отклоняться от первоначально управляемого направления к направлению желаемого поворота. Там, где нет внешнего воздействия, например, подходящего бокового ветра для создания силы, необходимой для наклона мотоцикла, необходима противовесная управляемость, чтобы начать быстрый поворот.

Хотя начальный крутящий момент и угол поворота противоположны желаемому направлению поворота, это может быть не так для поддержания устойчивого режима поворота. Устойчивый угол поворота обычно совпадает с направлением поворота, но может оставаться противоположным направлению поворота, особенно на высоких скоростях. Постоянный крутящий момент рулевого управления, необходимый для поддержания этого угла поворота, обычно противоположен направлению поворота. Фактическая величина и ориентация как устойчивого угла поворота, так и устойчивого крутящего момента конкретного велосипеда в конкретном повороте зависят от скорости движения, геометрии велосипеда, свойств шин и комбинированного распределения массы велосипеда и гонщика. В повороте радиус может быть изменен только с соответствующим изменением угла наклона, и это может быть достигнуто путем дополнительного противодействия повороту для увеличения наклона и уменьшения радиуса, а затем в повороте для уменьшения наклона и увеличения радиуса. Чтобы выйти из поворота, байк должен снова противодействовать повороту, на мгновение больше поворачиваясь в поворот, чтобы уменьшить радиус, тем самым увеличивая силы инерции и тем самым уменьшая угол наклона.

Устойчивое вращение

После того, как поворот установлен, крутящий момент, который должен быть приложен к рулевому механизму для поддержания постоянного радиуса при постоянной скорости движения, зависит от скорости движения, а также геометрии и распределения массы велосипеда. На скоростях ниже скорости опрокидывания, описанной ниже в разделе « Собственные значения» и также называемой скоростью инверсии , самостабильность велосипеда заставит его стремиться поворачивать в поворот, выпрямляясь и выходя из поворота, если только не установлен крутящий момент. применяется в направлении, противоположном повороту. На скоростях, превышающих скорость опрокидывания, нестабильность опрокидывания заставит его стремиться выйти из поворота, увеличивая наклон, если только крутящий момент не прикладывается в направлении поворота. На скорости опрокидывания не требуется входной крутящий момент рулевого управления для поддержания устойчивого поворота.

Угол поворота

Несколько эффектов влияют на угол поворота, угол, на который передняя часть поворачивается вокруг оси поворота, необходимый для поддержания устойчивого поворота. Некоторые из них характерны только для одноколейных транспортных средств, а другие также характерны для автомобилей. Некоторые из них могут быть упомянуты в другом месте этой статьи, и они повторяются здесь, хотя и не обязательно в порядке важности, чтобы их можно было найти в одном месте.

Во-первых, фактический кинематический угол поворота, угол, проецируемый на плоскость дороги, на которую поворачивается передняя часть, является функцией угла поворота и угла оси поворота:

Δ знак равно δ потому что ⁡ ( ϕ )

где — кинематический угол поворота, — угол поворота, — угол наклона оси поворота. Δ δ ϕ

Во-вторых, наклон велосипеда уменьшает фактический радиус поворота пропорционально косинусу угла наклона. Результирующий радиус можно приблизительно аппроксимировать (в пределах 2% от точного значения) следующим образом:

где — приблизительный радиус, — колесная база, — угол наклона, — угол поворота и — угол наклона оси поворота. р ш θ δ ϕ

В-третьих, поскольку передние и задние шины могут иметь разные углы скольжения из-за распределения веса, свойств шин и т. Д., Велосипеды могут испытывать недостаточную или избыточную поворачиваемость . При недостаточной поворачиваемости угол поворота должен быть больше, а при избыточной поворачиваемости угол поворота должен быть меньше, чем если бы углы скольжения были равны для сохранения заданного радиуса поворота. Некоторые авторы даже используют термин « контррулевое управление» для обозначения необходимости на некоторых велосипедах в определенных условиях поворачивать в направлении, противоположном повороту (отрицательный угол поворота), чтобы сохранять управляемость в ответ на значительное проскальзывание задних колес.

В-четвертых, осевое усилие от развала способствует центростремительной силе, необходимой для отклонения мотоцикла от прямого пути, наряду с силой поворота из-за угла скольжения , и может вносить наибольший вклад. Усилие развала способствует тому, что велосипеды могут преодолевать поворот с таким же радиусом, что и автомобили, но с меньшим углом поворота. Когда байк поворачивается и наклоняется в одном направлении, угол развала передней шины больше, чем у задней, и поэтому при прочих равных может создаваться большее усилие развала.

Без рук

В то время как противодействие обычно инициируется приложением крутящего момента непосредственно к рулю, на более легких транспортных средствах, таких как велосипеды, его также можно выполнить, перенеся вес гонщика. Если гонщик наклоняется вправо по отношению к байку, байк наклоняется влево, чтобы сохранить угловой момент , и общий центр масс остается почти в той же вертикальной плоскости. Этот наклон велосипеда влево, называемый некоторыми авторами встречным наклоном , заставляет его поворачивать влево и инициировать правый поворот, как если бы гонщик контратаковал влево, приложив крутящий момент непосредственно к рулю. Этот метод может быть осложнен дополнительными факторами, такими как трение гарнитуры и жесткие кабели управления.

Совокупный центр масс действительно немного смещается влево, когда гонщик наклоняется вправо по отношению к байку, и байк в ответ наклоняется влево. Действие в космосе привело бы к перемещению шин вправо, но этому препятствует трение между шинами и землей, и, таким образом, объединенный центр масс сдвигается влево. Однако это небольшой эффект, о чем свидетельствует сложность балансировки велосипеда одним этим методом у большинства людей.

Гироскопические эффекты

Как упоминалось выше в разделе о балансе, одним из эффектов поворота переднего колеса является момент крена, вызванный гироскопической прецессией . Величина этого момента пропорциональна моменту инерции переднего колеса, скорости его вращения (поступательное движение), скорости, с которой гонщик поворачивает переднее колесо путем приложения крутящего момента к рулю, и косинусу угла между ось рулевого управления и вертикальная.

Для образца мотоцикла, движущегося со скоростью 22 м / с (50 миль / ч), у которого есть переднее колесо с моментом инерции 0,6 кг · м 2 , поворот переднего колеса на один градус за полсекунды создает момент крена 3,5 Н · м. . Для сравнения, поперечная сила, действующая на переднюю шину, когда она выезжает из-под мотоцикла, достигает максимума 50 Н. Это, действуя на высоту центра масс 0,6 м (2 фута), создает момент крена 30 Н. · М.

Хотя момент от гироскопических сил составляет всего 12% от этого, он может играть важную роль, потому что он начинает действовать, как только гонщик применяет крутящий момент, вместо того, чтобы нарастать медленнее, когда колесо выходит из колеи. Это может быть особенно полезно в мотогонках .

Двухколесное рулевое управление

Из-за теоретических преимуществ, таких как меньший радиус поворота на низкой скорости, были предприняты попытки построить мотоциклы с двухколесным рулевым управлением. Сообщается, что один рабочий прототип, созданный Яном Дрисдейлом из Австралии, «работает очень хорошо». Проблемы, связанные с дизайном, включают в себя, обеспечить ли активное управление задним колесом или позволить ему свободно вращаться. В случае активного управления алгоритм управления должен выбирать между рулевым управлением с передним колесом или в противоположном ему направлении, когда и на сколько. Одна из реализаций двухколесного рулевого управления, байк Sideways , позволяет водителю напрямую управлять рулевым управлением обоими колесами. Другой, Swing Bike , имел вторую ось рулевого управления перед сиденьем, так что им также можно было управлять с помощью руля.

Милтон В. Раймонд построил длинный двухколесный велосипед с рулевым управлением, названный «X-2», с различными механизмами рулевого управления для независимого управления двумя колесами. Рулевые движения включали «баланс», при котором оба колеса движутся вместе, чтобы управлять контактами шин под центром масс; и «истинный круг», в котором колеса одинаково поворачиваются в противоположных направлениях и, таким образом, управляют велосипедом без существенного изменения бокового положения контактов шины относительно центра масс. X-2 также мог ехать «крабиком» с колесами, параллельными, но не на одной линии с рамой, например, с передним колесом рядом с осевой линией проезжей части и задним колесом рядом с бордюром . «Балансированное» рулевое управление позволяло легко балансировать, несмотря на длинную колесную базу и низкий центр масс, но не было обнаружено самобалансирующейся конфигурации («без рук»). Истинный круг, как и ожидалось, было практически невозможно сбалансировать, поскольку рулевое управление не исправляет смещение пятна шины и центра масс. Крэб-байк под испытанными углами примерно до 45 ° не показал тенденции к опрокидыванию даже при торможении. X-2 упоминается вскользь во 2-м издании Whitt and Wilson’s Bicycling Science .

Рулевое управление задними колесами

Из-за теоретических преимуществ, особенно упрощенного механизма привода на передние колеса , были предприняты попытки создать управляемый велосипед с задними колесами, пригодный для езды. Компания Bendix построила велосипед с управляемым задним колесом, а Министерство транспорта США заказало строительство мотоцикла с управляемым задним колесом: оба оказались непригодными для езды. Компания Rainbow Trainers, Inc. из Олтона, штат Иллинойс, предложила 5 000 долларов США первому человеку, «который сможет успешно ездить на велосипеде с задним управлением, Велосипед с задним управлением I». Одним из задокументированных примеров успешной езды на велосипеде с задним рулевым управлением является пример Л. Х. Лайермана из Массачусетского технологического института на специально разработанном лежачем велосипеде. Сложность в том, что поворот влево, совершаемый путем поворота заднего колеса вправо, сначала перемещает центр масс вправо, и наоборот. Это усложняет задачу компенсации наклонов, вызванных окружающей средой. Исследование собственных значений для велосипедов с общей геометрией и распределением масс показывает, что при движении задним ходом, чтобы иметь рулевое управление задними колесами, они по своей природе нестабильны. Это не означает, что они неуправляемы, но усилие по их контролю выше. Однако были опубликованы другие, специально разработанные конструкции, в которых эта проблема не возникает.

Центральное рулевое управление

Между крайностями велосипедов с классическим рулевым управлением передними колесами и велосипедами со строго управляемым задним колесом находится класс велосипедов с точкой поворота где-то посередине, называемой центральным рулевым управлением и похожей на шарнирно-сочлененное рулевое управление . Одним из первых воплощений этой концепции стал велосипед Phantom в начале 1870-х годов, который продвигали как более безопасную альтернативу мелочам . Эта конструкция позволяет использовать простой передний привод, а текущие реализации кажутся довольно стабильными, даже управляемыми без рук, как показывают многие фотографии.

Эти конструкции, такие как лежачий Python Lowracer, обычно имеют очень слабый угол наклона головы (от 40 ° до 65 °) и положительный или даже отрицательный след. Изготовитель велосипеда с отрицательным следом утверждает, что при управлении мотоциклом по прямой заставляет сиденье (и, следовательно, гонщика) немного приподняться, и это компенсирует дестабилизирующий эффект отрицательного следа.

Обратное рулевое управление

Велосипеды были сконструированы для исследовательских и демонстрационных целей с реверсивным рулевым управлением, так что поворот руля влево заставляет переднее колесо поворачиваться вправо и наоборот. На таком велосипеде можно ездить, но было обнаружено, что гонщикам, имеющим опыт работы с обычными велосипедами, очень трудно научиться, если они вообще могут им управлять.

Эффект румпеля

Эффект румпеля — это выражение, используемое для описания того, как руль, который простирается далеко за ось рулевого управления (рулевая колонка), действует как румпель на лодке, когда руль перемещается вправо, чтобы повернуть переднее колесо влево, и наоборот. Эта ситуация обычно встречается на круизных велосипедах , некоторых лежачих велосипедах и некоторых мотоциклах. Это может быть неприятно, если ограничивает способность управлять автомобилем из-за помех или ограниченного досягаемости рук.

Шины имеют большое влияние на управляемость велосипедом, особенно на мотоциклах, но также и на велосипедах. Шины влияют на динамику велосипеда двумя разными способами: конечный радиус короны и создание силы. Было показано, что увеличение радиуса короны передней шины уменьшает размер или устраняет самостабильность. Увеличение радиуса короны заднего колеса дает обратный эффект, но в меньшей степени.

Шины создают боковые силы, необходимые для рулевого управления и баланса, за счет комбинации силы поворота и осевого усилия от развала колес . Было также установлено, что давление в шинах является важной переменной в поведении мотоцикла на высоких скоростях. Поскольку передние и задние шины могут иметь разные углы скольжения из-за распределения веса, свойств шин и т. Д., Велосипеды могут испытывать недостаточную или избыточную поворачиваемость . Из этих двух случаев недостаточная поворачиваемость, при которой переднее колесо скользит больше, чем заднее, более опасна, поскольку управление передними колесами имеет решающее значение для поддержания баланса. Кроме того, поскольку настоящие шины имеют конечное пятно контакта с поверхностью дороги, которое может создавать скрабовый крутящий момент, и при повороте может испытывать некоторое боковое скольжение при качении, они могут создавать крутящие моменты вокруг оси, перпендикулярной плоскости контакта. пластырь.

Один крутящий момент, создаваемый шиной, называемый самоустанавливающимся крутящим моментом , вызван асимметрией бокового скольжения по длине пятна контакта. Результирующая сила этого бокового скольжения возникает за геометрическим центром пятна контакта, на расстоянии, описываемом как пневматический след , и, таким образом, создает крутящий момент на шине. Поскольку направление бокового скольжения — к внешней стороне поворота, сила, действующая на шину, направлена ​​к центру поворота. Следовательно, этот крутящий момент имеет тенденцию поворачивать переднее колесо в направлении бокового скольжения, от направления поворота, и, следовательно, имеет тенденцию к увеличению радиуса поворота.

Другой крутящий момент создается конечной шириной пятна контакта и наклоном шины при повороте. Часть пятна контакта по направлению к внешней стороне поворота фактически перемещается назад относительно ступицы колеса быстрее, чем остальная часть пятна контакта, из-за ее большего радиуса от ступицы. По тем же причинам внутренняя часть движется назад медленнее. Таким образом, внешняя и внутренняя части пятна контакта скользят по дорожному покрытию в противоположных направлениях, создавая крутящий момент, который стремится повернуть переднее колесо в направлении поворота и, следовательно, имеет тенденцию уменьшать радиус поворота.

Комбинация этих двух противоположных крутящих моментов создает результирующий крутящий момент рыскания на переднем колесе, и его направление является функцией угла бокового скольжения шины, угла между фактическим путем шины и направлением, которое она указывает, и угол развала шины (угол , что шина наклоняется от вертикали). Результатом этого крутящего момента часто является подавление инверсной скорости, предсказываемой жесткими моделями колес, описанными выше в разделе, посвященном установившемуся повороту .

Высокая сторона

Highsider , Highside или высокая сторона представляет собой тип движения велосипеда , которое вызвано задним колесом набирает обороты , когда он не смотрит в направлении движения, как правило , после бокового скольжения на кривой. Это может произойти при резком торможении, ускорении, изменении дорожного покрытия или срабатывании подвески, особенно из-за взаимодействия с трансмиссией. Он может принимать форму одиночного скольжения и переворота или серии резких колебаний.

Маневренность и управляемость

Маневренность и управляемость велосипеда сложно оценить количественно по нескольким причинам. Геометрия велосипеда, особенно угол поворота оси рулевого управления, усложняет кинематический анализ. Во многих условиях велосипеды нестабильны по своей природе и должны всегда находиться под контролем водителя. Наконец, навыки гонщика имеют большое влияние на характеристики мотоцикла при любом маневре. Конструкция велосипедов, как правило, заключается в компромиссе между маневренностью и стабильностью.

Входы управления райдером

Основным управляющим воздействием, которое может сделать водитель, является приложение крутящего момента непосредственно к рулевому механизму через руль. Из-за собственной динамики мотоцикла, геометрии рулевого управления и гироскопических эффектов прямое управление положением и углом поворота оказалось проблематичным.

Вторичный управляющий сигнал, который может сделать всадник, — это наклонить верхнюю часть туловища относительно велосипеда. Как упоминалось выше, эффективность наклона мотоцикла обратно пропорциональна массе велосипеда. На тяжелых велосипедах, таких как мотоциклы, наклон водителя в основном изменяет требования к дорожному просвету в повороте, улучшает обзор дороги и улучшает динамику велосипедной системы пассивным низкочастотным способом. В мотогонках наклон туловища, перемещение тела и проецирование колена внутрь поворота относительно мотоцикла также могут вызвать аэродинамический момент рыскания, который облегчает вход в поворот и завершение поворота.

Отличия от автомобилей

Необходимость держать велосипед в вертикальном положении, чтобы избежать травм гонщика и повреждения транспортного средства, даже ограничивает тип обычно выполняемых испытаний на маневренность. Например, в то время как публикации автолюбителей часто приводят и цитируют результаты скидпада , публикации о мотоциклах этого не делают. Необходимость «настроить» на поворот, наклонить байк под соответствующий угол означает, что гонщик должен видеть дальше, чем это необходимо для типичного автомобиля при той же скорости, и эта потребность возрастает более чем пропорционально скорости. .

Схемы рейтингов

Было разработано несколько схем для оценки обращения с велосипедами, особенно мотоциклами.

  • Индекс крена — это соотношение между крутящим моментом при рулевом управлении и углом крена или наклона.
  • Индекс ускорения — это соотношение между крутящим моментом рулевого управления и поперечным или центростремительным ускорением .
  • Отношение рулевого представляет собой отношение между теоретическим радиусом поворота на основе идеального поведения шины и фактический радиусом поворота. Значения меньше единицы, когда боковое скольжение передних колес больше бокового скольжения задних колес, описываются как недостаточное управление ; равняется единице как нейтральное рулевое управление; и больше единицы как избыточное управление . Значения меньше нуля, при которых переднее колесо должно быть повернуто против направления кривой из-за гораздо большего бокового пробуксовки заднего колеса, чем переднее колесо, были описаны как противодействие рулевому управлению. Гонщики, как правило, предпочитают нейтраль или небольшое избыточное управление. Водители автомобилей предпочитают недостаточную управляемость.
  • Индекс Коха — это соотношение между пиковым крутящим моментом рулевого управления и произведением пиковой скорости наклона и скорости движения. Большие туристические мотоциклы, как правило, имеют высокий индекс Коха, спортивные мотоциклы имеют средний индекс Коха, а скутеры, как правило, имеют низкий индекс Коха. На легких скутерах легче маневрировать, чем на тяжелых мотоциклах.

Теория бокового движения

Хотя его уравнения движения можно линеаризовать, велосипед — нелинейная система . Переменная (и), которую необходимо решить, не может быть записана как линейная сумма независимых компонентов, то есть ее поведение не может быть выражено как сумма поведений ее дескрипторов. Как правило, нелинейные системы трудны для решения и гораздо менее понятны, чем линейные системы. В идеализированном случае, когда трение и любое изгибание игнорируются, велосипед является консервативной системой. Однако демпфирование все же можно продемонстрировать: при определенных обстоятельствах поперечные колебания со временем уменьшатся. Энергия, добавляемая при боковом толчке к велосипеду, движущемуся прямо и вертикально (демонстрируя самостабильность ), преобразуется в повышенную скорость движения, а не теряется, поскольку колебания затухают.

Велосипед — неголономная система, потому что его результат зависит от пути . Чтобы знать его точную конфигурацию, особенно местонахождение, необходимо знать не только конфигурацию его частей, но и их историю: как они перемещались с течением времени. Это усложняет математический анализ. Наконец, говоря языком теории управления , велосипед демонстрирует поведение, отличное от минимальной фазы . Он поворачивает в направлении, противоположном первоначальному, как описано выше в разделе о противодействии рулевому управлению.

Степени свободы

Количество степеней свободы велосипеда зависит от конкретной модели . Простейшая модель, которая фиксирует ключевые динамические характеристики, названная «моделью Уиппла» в честь Фрэнсиса Уиппла, который первым разработал для нее уравнения, имеет четыре твердых тела с ножевыми колесами, катящимися без скольжения по плоской гладкой поверхности, и имеет 7 степеней свободы. (переменные конфигурации, необходимые для полного описания местоположения и ориентации всех 4 тел):

  1. Координата x точки контакта заднего колеса
  2. Координата y точки контакта заднего колеса
  3. угол ориентации задней рамы ( рыскание )
  4. угол поворота заднего колеса
  5. угол поворота переднего колеса
  6. угол наклона задней рамы ( крен )
  7. угол поворота между задней рамой и передней частью

Сложность модели, такая как движение гонщика, движение подвески, податливость шин или изгиб рамы, добавляет степени свободы. В то время как задняя рама выполняет наклон при наклоне и рулевом управлении, угол наклона полностью ограничен требованием, чтобы оба колеса оставались на земле, и поэтому его можно рассчитать геометрически на основе других семи переменных. Если не учитывать положение велосипеда и вращение колес, то первые пять степеней свободы также можно игнорировать, и велосипед можно описать всего двумя переменными: углом наклона и углом поворота.

Уравнения движения

В уравнении движения идеализированного велосипеда, состоящее из

  • жесткий каркас ,
  • жесткая вилка,
  • два жестких колеса с острыми кромками ,
  • все связано с подшипниками качения и качением без трения или скольжения по гладкой горизонтальной поверхности и
  • работа в вертикальном и прямолинейном неустойчивом равновесии или около него

может быть представлено одним линеаризованным обыкновенным дифференциальным уравнением четвертого порядка или двумя связанными дифференциальными уравнениями второго порядка, уравнением берега

и уравнение управления

Их можно представить в матричной форме как

В этой идеализированной и линеаризованной модели существует множество геометрических параметров (колесная база, угол наклона головы, масса каждого тела, радиус колеса и т. Д.), Но только четыре важные переменные: угол наклона, коэффициент наклона, угол поворота и скорость поворота. Эти уравнения были проверены путем сравнения с многочисленными числовыми моделями, полученными полностью независимо.

Уравнения показывают, что велосипед похож на перевернутый маятник с поперечным положением его опоры, управляемым с помощью членов, представляющих ускорение крена, скорость крена и смещение крена для обратной связи по крутящему моменту рулевого управления. Член ускорения крена обычно имеет неправильный знак для самостабилизации, и можно ожидать, что он будет важен, главным образом, в отношении колебаний вобуляции. Обратная связь по скорости крена имеет правильный знак, она гироскопическая по своей природе, пропорциональна скорости, и в ней преобладает вклад переднего колеса. Параметр смещения крена является наиболее важным и в основном определяется следом, углом наклона рулевого колеса и смещением центра масс передней рамы от оси рулевого управления. Все термины включают сложные комбинации конструктивных параметров велосипеда, а иногда и скорости. Учтены ограничения эталонного велосипеда и включены дополнения к обработке шин, рам и велосипедистов, а также их значение. Также обсуждаются оптимальные средства управления всадником для стабилизации и контроля движения.

Собственные значения

Можно вычислить собственные значения , по одному для каждой из четырех переменных состояния (угол наклона, скорость наклона, угол поворота и скорость поворота), из линеаризованных уравнений, чтобы проанализировать нормальные режимы и самостабильность конкретной конструкции велосипеда. . На графике справа собственные значения одного конкретного велосипеда вычислены для скорости движения 0–10 м / с (22 миль в час). Когда действительные части всех собственных значений (показаны темно-синим цветом) отрицательны, велосипед является самостабильным. Когда мнимые части любых собственных значений (показаны голубым цветом) не равны нулю, велосипед демонстрирует колебания . Собственные значения являются точками, симметричными относительно начала координат, поэтому любая конструкция велосипеда с самостабильной областью при движении вперед не будет самостабильной при движении назад с той же скоростью.

На графике справа можно выделить три скорости движения вперед, при которых движение велосипеда качественно меняется:

  1. Вперед скорость , при которой колебания начинаются, примерно 1 м / с (2,2 миль / ч) в этом примере, иногда называемый двойным корень скоростью из — за там быть повторен корнем к характеристическому полиному (два из четырех собственных значений имеет точно такое же значение , ). Ниже этой скорости велосипед просто падает, как перевернутый маятник .
  2. Скорость движения вперед, при которой колебания не увеличиваются, когда собственные значения режима переплетения переключаются с положительного на отрицательное при бифуркации Хопфа на уровне около 5,3 м / с (12 миль / ч) в этом примере, называется скоростью переплетения . Ниже этой скорости колебания увеличиваются до тех пор, пока неуправляемый байк не упадет. Выше этой скорости колебания в конечном итоге затухают.
  3. Скорость движения вперед, при которой увеличивается не колебательный крен, когда собственные значения режима опрокидывания меняются с отрицательного на положительное при раздвоении вил на скорости около 8 м / с (18 миль в час) в этом примере, называется скоростью опрокидывания . При превышении этой скорости этот не колеблющийся наклон в конечном итоге приводит к падению неконтролируемого велосипеда.

Между этими двумя последними скоростями, если они обе существуют, находится диапазон скоростей движения, при которых конкретная конструкция велосипеда является самостабильной. В случае велосипеда, собственные значения которого показаны здесь, диапазон самостабилизации составляет 5,3–8,0 м / с (12–18 миль в час). Четвертое собственное значение, которое обычно является стабильным (очень отрицательным), отражает поведение переднего колеса при повороте, поскольку оно имеет тенденцию поворачиваться в направлении, в котором движется байк. Обратите внимание, что эта идеализированная модель не демонстрирует описанных выше неустойчивостей колебания или шимми и заднего колебания . Их можно увидеть в моделях, которые включают взаимодействие шины с землей или другие степени свободы.

Эксперименты с настоящими велосипедами пока подтвердили режим переплетения, предсказанный собственными значениями. Выяснилось, что проскальзывание шин и прогиб рамы не важны для поперечной динамики велосипеда в диапазоне скоростей до 6 м / с. Идеализированная модель велосипеда, используемая для расчета собственных значений, показанных здесь, не включает в себя крутящий момент, который могут генерировать настоящие шины, и поэтому взаимодействие шины с дорожным покрытием не может предотвратить нестабильность режима опрокидывания на высоких скоростях, как предполагают Уилсон и Коссалтер. реальный мир.

Режимы

Велосипеды, как сложные механизмы, имеют множество режимов : основные способы их движения. Эти режимы могут быть стабильными или нестабильными, в зависимости от параметров велосипеда и его скорости движения. В этом контексте «стабильный» означает, что неуправляемый байк будет продолжать катиться вперед, не падая, пока сохраняется скорость движения вперед. И наоборот, «нестабильный» означает, что неконтролируемый байк в конечном итоге упадет, даже если скорость движения сохраняется. Режимы можно различать по скорости, с которой они переключают устойчивость, и относительным фазам наклона и рулевого управления, когда велосипед испытывает этот режим. Любое движение велосипеда состоит из комбинации различного количества возможных режимов, и есть три основных режима, которые может испытывать велосипед: опрокидывание, переплетение и колебание. Менее известный режим — это колебание сзади, и оно обычно стабильно.

Опрокидывать

Опрокидывать — это слово, используемое для описания велосипеда, падающего без колебаний. Во время опрокидывания неконтролируемое переднее колесо обычно поворачивается в направлении наклона, но этого никогда не бывает достаточно, чтобы остановить увеличивающийся наклон, пока не будет достигнут очень большой угол наклона, после чего рулевое управление может повернуться в противоположном направлении. Опрокидывание может происходить очень медленно, если байк движется вперед быстро. Поскольку нестабильность опрокидывания происходит очень медленно, порядка секунд, всаднику легко управлять, и на самом деле он используется для инициирования наклона, необходимого для поворота.

Для большинства велосипедов, в зависимости от геометрии и распределения массы, опрокидывание стабильно на низких скоростях и становится менее устойчивым по мере увеличения скорости, пока не станет более устойчивым. Однако на многих велосипедах взаимодействия шины с дорожным покрытием достаточно, чтобы предотвратить неустойчивое опрокидывание на высоких скоростях.

Ткать

Слово Weave используется для описания медленных (0–4 Гц) колебаний между наклоном влево и поворотом вправо и наоборот. На весь велосипед влияют значительные изменения угла поворота, угла наклона (крена) и угла курса (рыскания). Рулевое управление на 180 ° не совпадает по фазе с курсом и на 90 ° не совпадает по фазе с наклоном. Этот фильм AVI показывает плетение.

Для большинства велосипедов, в зависимости от геометрии и распределения массы, переплетение нестабильно на низких скоростях и становится менее выраженным по мере увеличения скорости, пока оно перестает быть нестабильным. Хотя амплитуда может уменьшаться, частота на самом деле увеличивается со скоростью.

Колебание или шимми

Колебание , шимми , бак-Slapper , вобблинг и смерть раскачивание все слова и фразы , используемые для описания быстрого (4-10 Гц) колебаний в первую очередь только на переднем конце (переднее колесо, вилка, и руль). Также присутствует рыскание задней рамы, которое может способствовать раскачиванию, когда она слишком гибкая. Эта нестабильность возникает в основном на высокой скорости и аналогична той, что испытывают колеса тележки для покупок, шасси самолета и передние колеса автомобиля. Колебание или шимминг можно легко устранить, отрегулировав скорость, положение или хват на руль, но если оставить его неконтролируемым, это может быть фатальным.

Колебание или шимминг начинается, когда некоторая в остальном незначительная неровность, такая как асимметрия вилки, ускоряет колесо в одну сторону. Возвратная сила применяется синхронно с развитием неровности, и колесо поворачивается на другую сторону, где процесс повторяется. Если в рулевом управлении недостаточно демпфирования, колебания будут увеличиваться до тех пор, пока не произойдет сбой системы. Частоту колебаний можно изменить, изменив скорость движения, сделав велосипед жестче или легче или увеличив жесткость рулевого управления, основным компонентом которого является гонщик.

Заднее колебание

Термин « заднее колебание» используется для описания режима колебаний, в котором угол наклона (крен) и угол курса (рыскание) почти совпадают по фазе и оба на 180 ° не совпадают по фазе с углом поворота. Частота этого колебания умеренная с максимумом около 6,5 Гц. Вибрация сзади сильно гасится и быстро спадает по мере увеличения скорости велосипеда.

Критерий дизайна

Влияние конструктивных параметров велосипеда на эти режимы можно исследовать, исследуя собственные значения линеаризованных уравнений движения. Дополнительные сведения об уравнениях движения и собственных значениях см. В разделе об уравнениях движения выше. Здесь приводятся некоторые общие выводы, которые были сделаны.

Поперечная и крутильная жесткость задней рамы и шпинделя колеса существенно влияет на гашение колебаний. Было обнаружено, что длинная колесная база и след, а также плоский угол наклона рулевой колонки увеличивают демпфирование в режиме переплетения. Боковой деформации можно противодействовать, расположив торсионную ось передней вилки как можно ниже.

Склонность к прохождению поворотов усиливается из-за ухудшенного демпфирования задней подвески . Жесткость при прохождении поворотов, изгиба и длина релаксации задней шины вносят наибольший вклад в демпфирование переплетения. Те же параметры передней шины имеют меньшее влияние. Задняя загрузка также усиливает тенденцию к повороту на поворотах. Однако задние грузовые узлы с соответствующей жесткостью и демпфированием успешно гасили колебания переплетения и вобуляции.

Одно исследование теоретически показало, что, когда байк наклоняется в повороте, неровности дороги могут вызывать режим переплетения на высокой скорости или режим качания на низкой скорости, если одна из их частот соответствует скорости автомобиля и другим параметрам. Возбуждение режима колебания может быть смягчено эффективным демпфером рулевого управления, а возбуждение режима переплетения хуже для легковых гонщиков, чем для тяжелых гонщиков.

Езда на беговых дорожках и роликах

Езда на беговой дорожке теоретически идентична езде по неподвижному асфальту, и физические испытания подтвердили это. Беговые дорожки были разработаны специально для занятий на велосипеде в помещении. Езда на роликах все еще расследуется.

Другие гипотезы

Хотя велосипеды и мотоциклы могут казаться простыми механизмами с четырьмя основными движущимися частями (рама, вилка и два колеса), эти части расположены таким образом, что их сложно анализировать. Хотя это очевидный факт, что на велосипедах можно ездить даже тогда, когда гироскопические эффекты колес нивелируются, гипотеза о том, что гироскопические эффекты колес — это то, что удерживает велосипед в вертикальном положении, распространена в печати и в Интернете.

Примеры в печати:

    «Угловой момент и противодействие рулевому управлению мотоциклом: обсуждение и демонстрация», AJ Cox, Am. J. Phys. 66, 1018–1021

Продольная динамика

Велосипеды могут испытывать различные продольные силы и движения. На большинстве мотоциклов, когда переднее колесо поворачивается в одну или другую сторону, вся задняя рама слегка наклоняется вперед, в зависимости от угла поворота оси рулевого управления и протяженности дороги. На велосипедах с передней, задней или обеими подвесками обрезка используется для описания геометрической конфигурации велосипеда, особенно в ответ на силы торможения, ускорения, поворота, трансмиссии и аэродинамического сопротивления.

Нагрузка на два колеса зависит не только от расположения центра масс, который, в свою очередь, зависит от количества пассажиров, количества багажа и расположения пассажиров и багажа, но также от ускорения и замедления. Это явление известно как перенос нагрузки или перенос веса , в зависимости от автора, и создает проблемы и возможности как для райдеров, так и для дизайнеров. Например, мотогонщики могут использовать его для увеличения трения, доступного для передней шины при прохождении поворотов, а попытки уменьшить сжатие передней подвески при резком торможении породили несколько конструкций вилок для мотоциклов .

Можно считать, что чистые силы аэродинамического сопротивления действуют в одной точке, называемой центром давления . На высоких скоростях это создаст чистый момент вокруг заднего ведущего колеса и приведет к чистой передаче нагрузки с переднего колеса на заднее колесо. Кроме того, в зависимости от формы велосипеда и формы любого обтекателя, который может быть установлен, может присутствовать аэродинамический подъемник , который либо увеличивает, либо дополнительно снижает нагрузку на переднее колесо.

Стабильность

Несмотря на то, что велосипед устойчив в продольном направлении в неподвижном состоянии, он может стать неустойчивым в продольном направлении при достаточном ускорении или замедлении, и второй закон Эйлера можно использовать для анализа возникающих сил реакции земли. Например, нормальные (вертикальные) силы реакции земли на колеса для велосипеда с колесной базой и центром масс на высоте и на расстоянии перед ступицей заднего колеса, а также для простоты при заблокированных обоих колесах, могут быть выражается как: L час б

N р знак равно м грамм ( L — б L — μ час L ) = mg \ left ( > — \ mu > \ right)> для заднего колеса и для переднего колеса. N ж знак равно м грамм ( б L + μ час L ) = mg \ left ( > + \ mu > \ right)>

Силы трения (горизонтальные) просто

где — коэффициент трения , — общая масса велосипеда и гонщика, — ускорение свободного падения. Следовательно, если μ м грамм

что происходит, если центр масс находится где-либо выше или перед линией, идущей назад от пятна контакта переднего колеса и наклоненной под углом

выше горизонтали, тогда нормальная сила заднего колеса будет равна нулю (в этот момент уравнение больше не применимо), и байк начнет переворачиваться или петлять вперед по переднему колесу.

С другой стороны, если центр масс находится за линией или ниже нее , например, на большинстве тандемных велосипедов или лежачих велосипедов с длинной колесной базой, а также в автомобилях , маловероятно, что переднее колесо может генерировать достаточное торможение. заставить перевернуть байк. Это означает, что они могут замедляться почти до предела сцепления шин с дорогой, который может достигать 0,8 г, если коэффициент трения равен 0,8, что на 40% больше, чем у вертикального велосипеда даже в лучших условиях. Автор Bicycling Science Дэвид Гордон Уилсон отмечает, что это подвергает велосипедистов в вертикальном положении особому риску столкновения сзади, если они попадают в заднюю дверь автомобиля.

Кроме того , мощные мотоциклы могут генерировать достаточный крутящий момент на заднем колесе , чтобы поднять переднее колесо от земли в маневре называется мусорным . Линия, аналогичная описанной выше, для анализа эффективности торможения может быть проведена от пятна контакта заднего колеса, чтобы предсказать, возможно ли заднее колесо с учетом имеющегося трения, расположения центра масс и достаточной мощности. Это также может произойти на велосипедах, хотя доступной мощности гораздо меньше, если центр масс находится сзади или достаточно далеко вверх, или если велосипедист кренится назад при подаче мощности на педали.

Конечно, угол наклона местности может повлиять на все вышеперечисленные расчеты. При прочих равных риск перекоса за переднюю часть снижается при движении в гору и увеличивается при движении вниз по склону. Вероятность выполнения задних колес увеличивается при движении в гору и является основным фактором в соревнованиях по скалолазанию на мотоциклах .

Торможение в зависимости от грунтовых условий

При торможении движущийся гонщик стремится изменить скорость совокупной массы m гонщика и велосипеда. Это отрицательное ускорение a на траектории движения. F = ma , ускорение a вызывает инерционную поступательную силу F на массу m . Торможение a осуществляется от начальной скорости u до конечной скорости v за промежуток времени t . Уравнение uv = at означает, что чем больше ускорение, тем короче время, необходимое для изменения скорости. Тормозной путь s также является самым коротким, когда ускорение a имеет максимально возможное значение, совместимое с дорожными условиями: уравнение s = ut + 1/2 при 2 делает s низким, когда a высокое, а t низкое.

То, какое тормозное усилие необходимо приложить к каждому колесу, зависит как от состояния грунта, так и от баланса веса на колесах в каждый момент времени. Общая тормозная сила не может превышать силу тяжести, действующую на гонщика и велосипеда, умноженную на коэффициент трения шины μ о землю. mgμ > = Ff + Пт . Пробуксовка возникает, если отношение Ff к Nf или Fr к Nr больше μ , при этом занос заднего колеса оказывает меньшее отрицательное влияние на поперечную устойчивость.

При торможении инерционная сила ma на пути движения, не будучи коллинеарной с f , стремится вращать m вокруг f . Этой тенденции к вращению, опрокидывающему моменту, сопротивляется момент от mg .

Возьмем моменты касания точки контакта переднего колеса в конкретный момент времени:

  • Когда нет торможения, масса m обычно находится над кареткой, примерно на 2/3 пути назад между передними и задними колесами, при этом Nr, таким образом, больше, чем Nf .
  • При постоянном легком торможении, будь то из-за того, что экстренная остановка не требуется, или из-за того, что плохие грунтовые условия предотвращают резкое торможение, на заднее колесо по- прежнему приходится значительная часть веса, а это означает, что Nr по-прежнему велико, а Fr может способствовать увеличению a .
  • По мере увеличения a при торможении Nr и Fr уменьшаются, потому что момент mah увеличивается с a . При максимальной постоянной a моменты по часовой стрелке и против часовой стрелки равны, в этой точке Nr = 0. Любое большее значение Ff вызывает остановку.

  • На спуске намного легче перевернуться через переднее колесо, потому что наклон перемещает линию mg ближе к f . Чтобы попытаться уменьшить эту тенденцию, всадник может отойти на педали, чтобы попытаться удержать m как можно дальше.
  • При увеличении торможения центр масс m может перемещаться вперед относительно переднего колеса, когда гонщик движется вперед относительно велосипеда, и, если велосипед имеет подвеску на переднем колесе, передние вилки сжимаются под нагрузкой, меняя велосипед геометрия. Все это создает дополнительную нагрузку на переднее колесо.
  • В конце тормозного маневра, когда гонщик останавливается, подвеска разжимается и толкает водителя назад.

Значения μ сильно различаются в зависимости от ряда факторов:

  • Материал, из которого сделана земля или дорожное покрытие.
  • Неважно, влажная ли земля или сухая.
  • Гладкость или шероховатость земли.
  • Твердость или рыхлость земли.
  • Скорость автомобиля с уменьшением трения выше 30 миль / ч (50 км / ч).
  • Независимо от того, является ли трение качением или скольжением, с трением скольжения по крайней мере на 10% ниже пикового трения качения.

Торможение

Большая часть тормозной силы стандартных вертикальных велосипедов исходит от переднего колеса. Как показывает приведенный выше анализ, если сами тормоза достаточно сильные, заднее колесо легко проскальзывает, в то время как переднее колесо часто может генерировать достаточное тормозное усилие, чтобы перевернуть гонщика и велосипед через переднее колесо. Это называется остановкой, если заднее колесо поднято, но велосипед не переворачивается, или эндо (сокращенная форма « конец за концом» ), если велосипед переворачивается. Однако на длинных или низких велосипедах, таких как круизеры и лежачие велосипеды , вместо этого будет скользить передняя шина, что может привести к потере баланса. Предполагая отсутствие потери баланса, можно рассчитать оптимальную эффективность торможения в зависимости от геометрии велосипеда, расположения центра тяжести велосипеда и водителя и максимального коэффициента трения.

В случае передней подвески , особенно телескопических трубок вилки , увеличение направленной вниз силы на переднее колесо во время торможения может вызвать сжатие подвески и опускание переднего конца. Это известно как тормозное погружение . Техника езды, которая использует то, как торможение увеличивает силу, направленную вниз на переднее колесо, известна как торможение по бездорожью .

Торможение передних колес

Факторами, ограничивающими максимальное замедление при торможении передних колес, являются:

  • максимальное, предельное значение статического трения между шиной и землей, часто от 0,5 до 0,8 для резины на сухом асфальте ,
  • кинетическое трение между тормозными колодками и ободом или диском, и
  • качка или зацикливание (велосипеда и всадника) на переднем колесе.

Для вертикального велосипеда на сухом асфальте с отличными тормозами качка, вероятно, будет ограничивающим фактором. Совокупный центр масс обычного велосипеда с вертикальной посадкой и водителя будет примерно на 60 см (24 дюйма) назад от пятна контакта переднего колеса и на 120 см (47 дюймов) выше, обеспечивая максимальное замедление 0,5 г (5 м / с 2). или 16 фут / с 2 ). Однако, если гонщик правильно регулирует тормоза, качков можно избежать. Если всадник перемещает свой вес назад и вниз, возможны еще большие замедления.

Передние тормоза на многих недорогих байках недостаточно сильны, поэтому на дороге они являются ограничивающим фактором. Дешевые консольные тормоза, особенно с «модуляторами мощности», и боковые тормоза в стиле Роли сильно ограничивают тормозное усилие. Во влажных условиях они еще менее эффективны. На бездорожье чаще встречаются салазки передних колес. Грязь, вода и рыхлые камни уменьшают трение между шиной и тропой, хотя шишки с выступами могут смягчить этот эффект, схватившись за неровности поверхности. Скольжения передних колес также распространены на поворотах, как на дороге, так и вне ее. Центростремительное ускорение увеличивает силы контакта шины с землей, и при превышении силы трения колесо скользит.

Торможение задним колесом

Задний тормоз вертикального велосипеда в лучшем случае может производить замедление только около 0,25 г (

2,5 м / с 2 ) из-за уменьшения нормальной силы на заднем колесе, как описано выше. Это ограничение распространяется на все такие велосипеды с только задним торможением: например, велосипеды только с каботажным тормозом и велосипеды с фиксированной передачей без другого тормозного механизма. Однако существуют ситуации, при которых может потребоваться торможение задними колесами.

  • Скользкие или неровные поверхности. При торможении передних колес более низкий коэффициент трения может вызвать занос переднего колеса, что часто приводит к потере баланса.
  • Спущенная передняя шина. Торможение колеса со спущенной шиной может привести к отрыву шины от обода, что значительно снижает трение и, в случае переднего колеса, может привести к потере баланса.
  • Преднамеренно вызвать занос заднего колеса с целью вызвать избыточную поворачиваемость и добиться меньшего радиуса поворота на крутых поворотах.
  • Отказ переднего тормоза.
  • Лежачие велосипеды. Лежачие с длинной колесной базой требуют хорошего заднего тормоза, так как ЦТ находится рядом с задним колесом.
Техника торможения

Мнение экспертов варьируется от «сначала используйте оба рычага одинаково» до «самый быстрый, который вы можете остановить любой байк с нормальной колесной базой, — это задействовать передний тормоз так сильно, что заднее колесо вот-вот оторвется от земли», в зависимости от дороги. условия, уровень навыков гонщика и желаемая доля максимально возможного замедления.

Приостановка

Велосипеды могут иметь только переднюю, только заднюю, полную подвеску или не иметь подвески, которые работают в основном в центральной плоскости симметрии; хотя с некоторым учетом бокового соответствия. Цели подвески велосипеда — уменьшить вибрацию, испытываемую гонщиком, поддерживать контакт колес с землей, уменьшить потерю импульса при движении по объекту, уменьшить силы удара, вызванные прыжками или падениями, и поддерживать балансировку автомобиля. Основными параметрами подвески являются жесткость , демпфирование , подрессоренная и неподрессоренная масса , а также характеристики шин . Помимо неровностей местности, силы торможения, ускорения и трансмиссии также могут активировать подвеску, как описано выше. Примеры включают обратную связь боба и педали на велосипедах, эффект вала на мотоциклах, а также приседание и торможение на обоих.

Вибрация

Исследование колебаний в велосипедах включают в свои причины, такие как двигатель баланс , колесо баланса , поверхность земли, и аэродинамика ; его передача и поглощение; и его влияние на велосипед, водителя и безопасность. Важным фактором при любом анализе вибрации является сравнение собственных частот системы с возможными частотами возбуждения источников вибрации. Точное совпадение означает механический резонанс, который может привести к большим амплитудам . Проблема гашения вибрации состоит в том, чтобы обеспечить податливость в определенных направлениях (по вертикали) без ущерба для жесткости рамы, необходимой для передачи мощности и управления (на кручение ). Еще одна проблема, связанная с вибрацией велосипеда, — это возможность поломки из-за усталости материала. Воздействие вибрации на гонщиков включает дискомфорт, потерю эффективности, синдром вибрации кисти и руки , вторичную форму болезни Рейно и вибрацию всего тела . Вибрационные инструменты могут быть неточными или плохо читаемыми.

В велосипедах

Основная причина вибрации правильно работающего велосипеда — это поверхность, по которой он катится. В дополнение к пневматическим шинам и традиционным велосипедным подвескам были разработаны различные методы гашения вибраций до того, как они достигнут велосипедиста . К ним относятся материалы, такие как углеродное волокно , либо во всей раме, либо только в ключевых компонентах, таких как передняя вилка , подседельный штырь или руль ; формы труб, такие как изогнутые перья сиденья ; гелевые ручки и седла на руле, а также специальные вставки, такие как Zertz от Specialized и Buzzkills от Bontrager .

В мотоциклах

Помимо дорожного покрытия, вибрации в мотоцикле могут быть вызваны двигателем и колесами, если они разбалансированы. Производители используют различные технологии для уменьшения или гашения этих вибраций, такие как балансирные валы двигателя, резиновые опоры двигателя и грузы для шин . Проблемы, вызываемые вибрацией, также породили индустрию послепродажных запчастей и систем, предназначенных для ее уменьшения. К дополнительным компонентам относятся утяжелители на руле , изолированные подножки и противовесы двигателя . На высоких скоростях мотоциклы и их водители также могут испытывать аэродинамическое трепетание или тряску . Этого можно избежать, изменив поток воздуха над ключевыми частями, такими как лобовое стекло .

Экспериментирование

Было проведено множество экспериментов, чтобы проверить или опровергнуть различные гипотезы о динамике велосипеда.

Что влияет на скорость велосипеда

Больше всего скорость езды зависит от физической силы и выносливости человека. Второе место занимает техника езды. Пол ездока не оказывает существенного влияния на скорость передвижения.

Сопротивление воздуха

При отсутствии ветра, проблемы сопротивления воздушному потоку начинаются на скоростях в 25-27 км/ч. При встречном ветре трудности движения возникают при скорости 10-15 км/ч. Влияние воздушного потока зависит насколько правильная посадка велосипедиста.

На горном велосипеде, при высокой посадке, увеличивается площадь сопротивления набегающему потоку, и езда замедляется. На шоссейном велосипеде, благодаря узкому рулю с нижним захватом, есть возможность обеспечить туловищу практически горизонтальное положение. Это позволяет облегчить передвижение, благодаря уменьшению площади тела, сопротивляющемуся встречному потоку воздуха.

Сопротивление качению

На твердых поверхностях уменьшить сопротивление качению позволяет меньшая площадь соприкосновения колеса с дорожным полотном. Добиться этого можно, либо сильно накачав широкие покрышки, либо заменить их более узкими.

На мягких поверхностях (грунт или песок) все происходит наоборот. Широкие, или немного спущенные покрышки имеют приоритет перед узкими.

Размер колеса тоже имеет далеко не последнее значение. Велосипед с широкими колесами дольше сохраняет силу инерции и легче преодолевает неровности дорожного покрытия, что положительно сказывается на скорости езды.

Силы трения

На скорости велосипеда отражается техническое состояние его трущихся деталей. Цепь и втулки необходимо содержать в хорошо смазанном состоянии и не допускать их загрязнения. Слишком мягкие амортизаторы снижают скорость, но добавляют комфорта при движении по неровным поверхностям.

Надеемся, что информация данной статьи поможет вам оптимально выбрать и настроить велосипед под свои условия передвижения. Желаем вам хороших скоростей и удовольствия от езды.

Возможности неподготовленного велосипедиста

Труднодостижимые рекорды вдохновляют любого спортсмена, а обычному человеку, иногда выбирающемуся на велосипедные прогулки, намного интереснее узнать: с какой скоростью можно двигаться по обычным дорогам, не принимая участие в соревнованиях.

Для измерения скорости на велосипед, не так давно – пятнадцать-двадцать лет назад устанавливали большие, тяжелые и ненадежные механические спидометры. Сегодня каждый может позволить себе купить миниатюрный электронный велокомпьютер, который кроме текущей скорости и общего пробега отображает среднюю скорость движения, максимальную скорость, длину маршрута, темп в минуту, расход калорий, время в пути, и другу полезную информацию в более дорогих моделях.

На небольших расстояниях около 10 км развивать среднюю скорость 18 км/ч может каждый, включительно и подростки от 12-14 лет. Более опытный велосипедист, проезжающий не одну тысячу километров в год, аналогичную дистанцию проедет в два раза быстрее. У него выше физическая сила, лучше техника езды и, как правило, более качественный велосипед. Такие люди благодаря натренированной выносливости могут удерживать скорость около 30 км/ч, на дистанции 100 км по шоссе. На такие расстояния средний велосипедист крайне редко выезжает, или не ездит вовсе.

В городских условиях необходимо: объезжать остановившиеся автомобили и общественный транспорт, останавливаться на перекрестках и переездах, притормаживать до входа в повороты и перед пешеходами, поэтому средняя скорость велосипедиста в городе всегда ниже, чем на шоссе, приблизительно на 5-10 км/ч.

Несмотря на то, что на шоссейном велосипеде можно ездить быстрее по асфальту, чем на горном, его нельзя рекомендовать для поездок по городу. Байкер сидит низко на шоссейнике и имеет плохую обзорность, а остановится аварийно на таком велосипеде без заноса не получиться. Горный велосипед, хотя и медленнее шоссейного при движении по твердому покрытию, но более предпочтителен для езды по городу. На маунтингбайке очень легко маневрировать благодаря широкому рулю, а отличное сцепление широких шин с асфальтом позволит мгновенно застыть на месте.

При езде по пересеченной местности, даже на горном велосипеде, невозможно развить максимальную скорость 30 км/ч. Поскольку вне асфальта на пути часто встречаются ямы, бугры, песок, при проезде которых скорость значительно будет снижаться. При езде на маунтигбайке по лесной дороге средняя скорость обычно составляет 15 км/ч.

С другой стороны, шоссейный велосипед, имея малую толщину покрышек и большее распределение веса на переднее колесо, фактически не годится для катания по лесу. Средняя скорость движения шоссейного велосипеда при езде по песку, опавшим листьям, снегу составит 5-8 км/ч. При попытке преодолеть глубокий песок или снег на шоссейнике, переднее колесо занесет в сторону, или оно упрется в продавленный песок, и наездник, возможно, катапультируется через руль. Кроме того, при езде на велосипеде без амортизаторов по гравийной или прокатанной гусеничным транспортом дороге, очень быстро накапливается усталость, из-за ударов на руки и позвоночник.


6 Sep 1996: Chris Boardman of Great Britain breaks the world hour record by cycling 56.3759 km in an hour at the Manchester Velodrome in Manchester, England. Mandatory Credit: Gary M. Prior/Allsport

Опытные спортсмены способны преодолевать расстояния в 100 километров, двигаясь со средней скоростью около 30 км/ч. Так Руй Кошта (победитель групповой гонки на 242 км) в 2013 году проехал дистанцию со средней скоростью 36 км/ч.

Для примера приведем нормы получения разрядов велоспорт-шоссе в дисциплине «индивидуальная гонка на время» (РОССИЯ):

Звание/разряд Дистанция (км) Время (минут) Средняя скорость (км/ч)
МСМК мужчины 50 64 46,88
МСМК женщины 25 35,5 42,25
МС мужчины 25 33 45,46
МС женщины 25 37,5 40
КМС мужчины 25 35,5 42,25
КМС женщины 25 40 37,5

Как лучше тренироваться

Для улучшения фигуры и похудения подойдёт не всякий велосипед, не любое время суток. Лучше всего учесть ряд рекомендаций:

  • выбирайте для тренировок велобайк с не слишком большими колёсами, иначе они сократят ваши энергозатраты;
  • постепенно увеличивайте интервалы тренировок: в первый раз достаточно 15 минут, затем можно каждый день прибавлять по 15 минут, пока общая продолжительность прогулки ни достигнет 2-х часов;
  • начинайте тренировки со спокойного катания, завершайте их в быстром темпе с усилением нагрузки;
  • летом старайтесь ездить на велосипеде после 19 часов вечера, когда солнце снижает свою активность или выбирайте для прогулок тенистые участки пути;
  • не забудьте взять с собой велосипедную флягу с подслащённой водой для восполнения водно-солевого баланса;
  • не стоит тренироваться на полный желудок, подождите 2-3 часа, дайте организму справиться с перевариванием пищи;
  • после того, как освоите ситибайк, перебирайтесь на горный велосипед: он даст вам дополнительные нагрузки и новые возможности.

Иметь прекрасную фигуру всегда приятно, а молодцевато гарцевать на «железном коне», демонстрируя все его достоинства, ещё приятнее. Так что вперёд, к новым свершениям!

Развивайте мышцы

Силу можно увеличить в тренажерном зале, но тренировка мышц, работающих при езде на велосипеде, и ваш прогресс как велогонщика идет в течение длительного периода времени исключительно за счёт езды на велосипеде.

Если вы будете кататься регулярно, средняя скорость и дальность поездки, при которых вы чувствуете себя комфортно, постепенно будет увеличиваться.

Но есть упражнения, которые могут ускорить процесс и развить мышцы.

Быстрое кручение педалей на легкой передаче тренирует сердечнососудистую систему, медленное на максимальной передаче — мышцы. Сочетайте оба вида нагрузок.

1. После разминки поднимайтесь по небольшому уклону. Передачу нужно выбрать повышенную настолько, чтобы вы ещё могли ехать вверх, делая не менее 50 об/мин (чтобы не повредить колени). После одной минуты такой езды переключитесь на передачу полегче и крутите педали быстрее. После восстановления повторите минутную нагрузку. Тренировка один-два раза в неделю, по 10 повторов.

2. Езда с высоким каденсом. Выберите ровную дорогу, прокатитесь по ней на удобной для вас передаче, запомните скорость, выберите передачу полегче и поезжайте с той же скоростью, с большим количеством оборотов. Крутите педали как можно быстрее, но не до такой степени, чтобы начать привставать.

Колёса

Чтобы увеличить скорость велосипеда, вы должны знать, что самое важное – это покрышки. В стандартной комплектации горные байки идут в комплекте с шипованной резиной

Она крайне неуместна в городских условиях. Резина с агрессивным протектором имеет меньшую площадь сцепления с дорожным покрытием, в связи с чем накат велосипеда гасится.

Если вы ездите только по дорогам, то идеальными для вас будут покрышки типа слик. У них гладкая поверхность, что придаёт байку максимальную инертность. У сликов есть только водоотводящие канавки, которые нужны для того, чтобы на мокрой поверхности вам не было скользко.

«Лысую» резину использовать вместо сликов противопоказано! Она имеет шероховатую поверхность, из-за чего сила трения шины об асфальт увеличивается, в отличие от сликов. Также на лысых покрышках опасно ездить в дождь: вода не будет отводиться за пределы шины, поэтому колесо будет скользить по воде. Также слой резины лысой покрышки утончён, поэтому она сильнее подвержена проколам.

Эти слики с антипрокольным покрытием очень хорошо проявляют себя в городских условиях

Ещё один годный вариант покрышки для МТБ, который призван улучшить накат, – полуслик. Это гибрид между горными шинами и сликами. Если вы хоть иногда выезжаете за пределы дороги, то лучше купить именно полуслик. По краям покрышки присутствуют шипы, а в середине – гладкая поверхность. То есть полуслик хорошо стабилизирует байк на поворотах, когда шипы начинают касаться дороги.

Полуслик сочетает в себе хороший накат и сцепление на грунтовке

Ширина имеет большое значение. Чем уже покрышки, тем они более накатистые. На шоссейные байки ставят максимально узкие шины. На горный велосипед такую узкую резину поставить невозможно из-за большей толщины обода. Поэтому выбирайте такие шины, которые вам будут подходить не только по виду протектора, но и по размеру обода.

Стоит сказать и про давление в камерах: чем оно больше, тем лучше накат. На покрышках должно быть написано максимально возможное давление для этой шины. Накачивайте колёса практически до максимума.

Трещотка или кассета?

Трещотка представляет собой составное устройство, которое помимо звёзд включает в себя и храповый механизм, отвечающий за свободный ход велосипеда. Крепится она путём накручивания на втулку велосипеда.

Кассета же состоит лишь из набора велосипедных звёзд, что одеваются на ступицу (втулку) заднего колеса с барабаном. При этом удерживается он за счёт шлиц. А храповик в данном случае – часть втулки.

Внешне в собранном состоянии эти два элемента трансмиссии сложно отличить друг от друга, особенно непосвящённому пользователю, но всё же возможно. Как правило, если количество задних звёзд 6-7, скорее всего, это именно трещотка. Количество звёзд в кассете начинается от 8, хотя бывают и исключения, так что данный способ не даёт 100% гарантии.

Чтобы убедится наверняка, следует поближе рассмотреть заднее колесо. Если вы увидите гайку внутренний диаметр которой состоит из прямоугольных зубцов, то это будет кассета.

Как уже было сказано выше, кассета может отличаться от трещотки количеством звёзд, но может иметь и равнозначное количество. Но не стоит думать, что в таком случае по качеству первая будет идентична второй.

Мужские преимущества велоспорта

Красивая мужская фигура предполагает накачанный пресс, мощный торс, хорошо развитые руки и плечи, накачанные ягодицы, то есть работать на результат должны всё те же группы мышц, о которых было сказано выше.

Влияние велосипедных нагрузок на мужской организм так велико, что со временем они становятся одной из насущных его потребностей.

Помимо неоспоримых достоинств по сжиганию жира велоспорт помогает мужчинам постоянно поддерживать организм в тонусе, избавляет от проблем в половой сфере, является отличной профилактикой аденомы простаты.

Велокроссинг помогает молодым и зрелым людям поддерживать себя в прекрасном психоэмоциональном состоянии. Об этом не принято говорить широко, но сложившийся стереотип «мужчины не плачут» планомерно загоняет в стрессы и депрессии миллионы представителей сильной половины человечества. Во время велопрогулок происходит переключение, когда сознание перестаёт фокусироваться на насущных проблемах, высвобождает агрессию и любую другую негативную энергию, даёт созидательные силы.

8. Начинайте маршрут при встречном ветре и заканчивайте при попутном

Если вы по совместительству не являетесь еще и моряком, то вряд ли ежедневно задумываетесь о роли ветра. А зря, ведь он может как сослужить вам добрую службу, так и сильно помешать. Встречный ветер способен превратить приятную вело-прогулку в борьбу, причем вы будете чувствовать себя медленным вне зависимости от прикладываемых усилий. В то же время, попутный ветер может превратить вас в настоящего супермена. Чтобы использовать ветер себе во благо, планируйте маршрут следующим образом. Начало поездки, когда вы еще полны сил, может сопровождаться встречным ветром, но в обратной дороге вам обязательно должен помогать попутный ветер.

Скорость горного велосипеда

Скорость велосипеда во многом зависит от его типа. Горные велосипеды предназначены для экстремального вождения в условиях плохого покрытия или вовсе при отсутствии таковой, поэтому при конструировании таких моделей не ставится особый упор на достижение большой скорости. Также для обычного горного велосипеда играет важную роль поверхность, по которой он передвигается.

«Горные» шины достаточно широкие и имеют ярко выраженный рисунок, что не позволяет вырабатывать высокую скорость на ровных дорогах, однако если их поменять на твердые гладкие шины, это прибавит несколько лишних километров в час. На гравийке средняя скорость падает до 15−18 км/ч, а на сухом песке из-за сильной мягкости всей поверхности и того меньше.

Наибольшая зафиксированная максимальная скорость горного велосипеда составила 130 км/ч. Этот рекорд был успешно установлен французом Эриком Бароном, который совершил спуск со склонов вулкана.

Разные типы почвы также по-разному влияют на передвижение. Например, болотистая почва, насыщенная глиной, особенно в период после проливного дождя, значительно снижает скорость и особенно сильно увеличивает нагрузку и велосипедист движется на скорости около 5 км/ч, так как грязь липнет на шины и полностью забивает рисунок, что делает продвижение практически невозможным.

Есть горные велосипеды для скоростных спусков по пересечённой местности, так называемые Downhill. Несмотря на ямы, кочки и другие неровности подобного маршрута они могут разгоняться до 50 км/ч, что равносильно скорости велосипедистов, соревнующихся на пологих участках трассы.

Абсолютные рекорды

Самую большую велосипедную скорость прочно закрепил за собой голландец Фред Ромпельберг. Гонку организовали на соляной равнине в штате Юта США в 1995 году. Рекордсмен сумел разогнать велосипед до 268 км/час. Конечно, к достижению этого результата основательно подготовились – максимальное передаточное соотношение трансмиссии, идеальные погодные и дорожные условия, выносливость спортсмена и «воздушный мешок» идущего впереди гоночного автомобиля.

Этот байк поставил мировой рекорд

1995 год ознаменовался и мировым рекордом по скорости велосипеда на спуске. Тогда, во Франции, знаменитый даунхиллер Кристиан Тайллефер смог на двух колесах сойти с горы и достичь значения 212 км/час! Сложность рекорда состояла в том, что для спуска приготовили накатанную горнолыжную трассу. А управлять велосипедом и, тем более, вести его с такой скоростью в этих условиях – просто из области фантастики!

Максимально возможная скорость, которую сумел развить маунти-байк, – 130 км/час. Рекорд был установлен при спуске с вулканического склона в Никарагуа. Заслуга принадлежит французскому велосипедисту Эрику Барону.

В последнее десятилетие велосипед удалось разогнать до 210 км/час. Рекорд был поставлен в 2010 году Маркусом Штольцом в чилийский горах. Годом ранее зафиксирована самая высокая скорость движения на полузакрытом лигераде – более 130 км/час.

Основные факторы

Восьмискоростная кассета имеет семь шагов между звездами от одной к другой, поэтому один шаг составляет 5 мм. На такое же расстояние под кассетой происходит смещение заднего переключателя. Для «девятки» шаг составляет 4,375 мм, а для «десятки» аж 3,89 мм.

1. Люфты в переключателе.
2. Поперечная гибкость цепи — ухудшение увеличивается с износом цепи.
3. Люфты в подающем ролике переключателя передач.
4. В редком случае плохое переключение бывает из-за плохо зафиксированного или гнутого петуха.

Получается, что чем меньше расстояние шага на одно переключение, тем сильней влияние этих негативных явлений. Конечно, на новом приводе хорошо все работает. При износе, люфты системы переключения постепенно увеличиваются, поперечная жесткость цепи снижается, соответственно точность переключения значительно уменьшается.

Когда люфты до неприличия большие, привод вообще может не отреагировать на команду и продолжать работать на той же исходной звезде. При погрешности 1 мм на шаге 5 мм ошибка составляет 20%, а на шаге 3,89 мм погрешность составляет уже 25,7%. Бывает, что общее влияние всех факторов настолько возрастает, что качественная настройка заднего переключателя вообще невозможна.

Люфты в переключателе никуда не денешь, со временем все крепления разбалтываются, снижая точность переключения. У более дешевых это происходит намного быстрей. Поперечная жесткость цепи также возвращается только с ее заменой. Остается подающий ролик на переключателе.

Ролики и точность переключения передач велосипеда

Выпускается целый ряд роликов с хорошим соотношением цена-качество. Но, люфт в подающем ролике с подшипником скольжения возникает довольно быстро. Конечно, у более дорогих роликов стоят керамические подшипники скольжения. Это дает преимущество в плане переключения, так как отсутствует люфт — использование керамики дает подшипнику более высокую износостойкость. Но, дело в том, что зубцы ролика все равно износятся раньше, чем подшипник, и потребуется замена ролика.

У многих переключателей люфты в подающем ролике долго отсутствуют или минимальны. Однако, на некоторых переключателях (например, Sram X3) встречаются несъемные ролики, а это значит, что при их износе необходима замена переключателя полностью.

Факторы, влияющие на скорость движения

Уровень подготовки велосипедиста

Скорость движения больше всего зависит от физической силы и выносливости наездника. Опыт ездока больше влияет на скорость езды, чем выбор типа велосипеда. При движении по шоссе опытный велосипедист на горном велосипеде сможет удержать на хвосте начинающих гонщиков на шоссейных велосипедах, сохраняя более высокую скорость даже при подъёмах в гору.

Сопротивление встречного воздуха

На скоростях 25-27 км/ч существенно тормозит движение велосипеда сопротивление воздуха. Если дует встречный ветер, то становится трудно двигаться уже на скорости 10-15 км/ч. На горном велосипеде с широким и высоко установленным рулём, а особенно, с низко опущенным седлом, намного тяжелее крутить педали на скорости 30 км/ч, чем на шоссейном велосипеде. У шоссейника имеется особенная деталь – узкий руль с нижним захватом (бараньи рога). При ощутимом сопротивлении встречного ветра наездник шоссейного велосипеда может пригнуться к рулю, захватив руль за нижнюю часть дуги, таким образом, значительно снизив нагрузку.

Полностью избавиться от давления встречного воздуха можно только заехав в воздушный мешок, под защитой впереди идущего автобуса или грузового автомобиля. Но пристраиваться сзади за автобус или грузовой автомобиль очень опасно, так как они могут резко затормозить или повернуть при объезде ямы.

Сопротивление качению

Особенно ощущается это противодействие в начале движения. На разгон с места из-за него уходит больше энергии, как у велосипедиста, так и у двигателя автомобиля. После начала движения сопротивление качению меньше сказывается на величине усилия, необходимого для разгона. С увеличением скорости движения это противодействие постепенно уменьшается.

Увеличение трения между шиной и дорогой в первую очередь повышает величину сопротивления качению. Узкую шину, которая продавила мягкий грунт тяжело оторвать от земли. Шина с широко расставленным протектором чрезмерно притирается к твердому асфальтному покрытию, к тому же при этом быстро стирается. Поэтому выбирать покрышки по ширине, площади и глубине протектора следует с учётом того, по каким дорогам вы будете ездить на велосипеде.

Большой вес велосипеда сильно повышает величину сопротивления качению. Разогнать и толкать в гору тяжелый горный велосипед всегда сложнее, чем более легкий шоссейный.

Увеличение диаметра колеса уменьшает величину сопротивления качению. Велосипед для взрослых значительно дольше двигается накатом по прямой, чем детский. Кроме того большое колесо легче преодолевает неровности дороги, перекатываясь через маленькие ямки.

Трение в передаточных механизмах

Скорость велосипеда наверняка снизит не смазанная или грязная цепь, а также изношенные втулки и каретка. Если вы стремитесь достичь большой скорости, тогда вам необходимо купить дорогие втулки и механизм каретки, и в дальнейшем следить за состоянием их смазки.

Амортизаторы на велосипеде, особенно слишком мягкие, снижают скорость по ровному асфальту. Но они оказываются незаменимыми при преодолении участков дорог с мелкими неровностями. Амортизированная вилка при движении по городу оказывается не заменимой, тогда как от заднего подвеса можно и отказаться.

Вообще то, сильно придерживаться приведенных выше средних скоростей не стоит, тем более максимальных. Вы должны кататься на велосипеде с удобной для вас скоростью, получая удовольствие от поездки.

10. Интервалы

Самый быстрый способ увеличения средней скорости – это тренировки на скоростях, превышающих текущее среднее значение. Безусловно, вам не удастся просто взять и сходу проехать обычный маршрут на более высокой скорости, поскольку вы или получите травму, или выбьетесь из сил. Вместо этого специалисты рекомендуют интервальные тренировки – короткие последовательные промежутки езды на высокой скорости, перемежающиеся восстановительными замедлениями.

В принципе, к данной методике можно прибегнуть даже во время обычных вело-прогулок. Термин «фартлек» был придуман шведским тренером, и переводится он как «игра со скоростью». Каких-то жестких цифр придерживаться вовсе не обязательно. Главный принцип интервальных тренировок – чередование высокоинтенсивных и обычных нагрузок. К примеру, вы можете доехать на максимальной скорости до конца дороги, потом передвигаться в восстановительном режиме до пятого фонарного столба, после чего вновь выдать отрезок на максимуме. Ориентиры можете выбирать по собственному усмотрению: припаркованные машины, дорожные знаки и т.д. Просто выберите цель и крутите педали что есть мочи до тех пор, пока ее не достигните. Только убедитесь, что выбранный маршрут безопасен, и при любой скорости и уровне усталости следите за окружающей обстановкой.

Ну а если вас интересует более конкретный комплекс, пожалуйста. Итак, предположим, что ваша средняя скорость на ровной дороге – 22,5 км/ч. Разогрейтесь, передвигаясь на этой скорости в течение 15-20 минут, пока не найдете сравнительно прямой участок дороги. На нем разгонитесь и удерживайте скорость 26 км/ч. Постарайтесь достичь этого переключением на более тяжелую передачу с сохранением количества оборотов.

После двух минут такой интенсивной езды переключитесь на прежнюю передачу, замедлитесь и двигайтесь в таком режиме в течение 5 минут. Важный момент: даже в периоды замедлений нужно непрерывно крутить педали, так как это способствует качественному восстановлению. Повторите этот алгоритм еще 3-4 раза. Если для вас с первого же раза задача окажется слишком простой, увеличьте скорость интенсивных интервалов до 28-30 км/ч.

Спустя несколько таких тренировок вы уже будете четко понимать, какие нагрузки оптимально вам подходят. Если будет слишком сложно, средняя скорость во время интервальных тренировок может быть ниже, чем во время обычных заездов. Никаких проблем, это же не соревнования. Ваша единственная задача – постепенно приучить ноги ездить на скорости 26, а не 22 км/ч.

Рекорды

Если говорить о мировых рекордах, то абсолютный мировой рекорд скорости на велосипеде установлен сравнительно давно – в 1995 году он составил 268,8 км/ч, более четверти тысячи км/ч!

Его автором был Фред Ромпельберг, житель Нидерландов. Эту победу можно считать очень ценной, потому что велогонщику исполнилось в этом году 50 лет. Трасса для установления рекорда находилась в США, в штате Юта – идеально ровная поверхность древнего соляного озера, называемая Бонневильская равнина.

Естественно, велосипед был не простым, а специально оборудованным, с особенным, значительно увеличенным передаточным числом и специальной системой передачи на заднюю звёздочку. Кроме того, впереди велосипедиста, естественно, как и при многих других рекордах, двигался специальный автомобиль, создавая сзади себя зону пониженного давления.

На следующем рисунке – сам герой, а также процесс езды за «лидером»

Самая большая скорость езды, зафиксированная в спусках на велосипеде, тоже делится на две – если учитывать отдельно ледяную поверхность и грунтовую.

В скоростном спуске на зимней трассе, на маунтинбайке, при всех «прибамбасах», а именно – отличной аэродинамике штучного байка, аэродинамической велосипедной экипировке, рекорд прочно удерживает Эрик Барон. В Альпах (кстати, в день космонавтики, 12 апреля 2000 года) он разогнался до скорости 222 км/ч.

Этот рекорд был меньше, чем абсолютный, несмотря на тот факт, что велосипед спускался вниз. Но нужно помнить, что сопротивление воздуха всё возрастало, а также возрастала вибрация, ухудшающая устойчивость велосипеда.

Именно вибрация чуть не привела к печальному исходу попытку того же Эрика Барона установить рекорд мира в скоростном спуске на гравийной трассе. Спустя 2 года, на склоне Сьерра-Негро, он всё-таки занял третье место, после собственного второго, «проехав» 400 метров по гравию вниз.

Слово «проехав» не зря взято в кавычки, так как это был настоящий ад: в конце этого промежутка самая высокая скорость составляла 210,4 км/ч, и байк просто разорвало, несмотря на все меры предосторожности. Если бы не грамотная защита велосипедиста и качественный шлем, то Барон не смог принимать бы поздравления, даже в больнице

Скоростной тест

Рассмотрим показатели наиболее распространенных типов велосипедов – горный, шоссейный и городской, а также их промежуточных «братьев» — гибрид и туристический велосипед.

Другие типы предназначены не для быстрой езды, поэтому в сравнении не участвуют. Для интереса добавим показатели электровелосипеда. Также читайте обзор ТОПовых производителей велосипедов и не ошибайтесь с выбором.

  • электровелосипед – 25-30 км/ч;
  • шоссейный – 21-25 км/ч;
  • туристический – 20-23 км/ч;
  • гибрид – 19-21 км/ч;
  • горный – 18-20 км/ч;
  • городской – 15-17 км/ч.

Электровелосипед мог бы показать и больший результат, но его скорость езды ограничена контроллером. Для туристических велосипедов, оборудованных вело рюкзаками, оптимальной считается скорость 17 км/ч.

Обслуживание

Хотя бы раз в сезон перебирайте все узлы велосипеда. Без этого вы даже и не узнаете, что на вашем байке износились подшипники или повредились какие-либо детали. Увеличение скорости велосипеда может произойти при замене промышленных подшипников на новые, очистке и смазке цепи и насыпных подшипников, замене у последних шариков и так далее. Поможет и регулировка тормозов, если колодки задевают ротор или обод.

Конуса втулок и педалей на насыпи нужно хорошо отрегулировать. Лучше пойти к мастеру, если вы не уверены, что сможете правильно это сделать.

Перед смазыванием цепи почистите звёзды и ролики переключателя. Затем вымойте цепь. Водой это делать не желательно, так как может образоваться ржавчина. Положите цепь в ёмкость с крышкой, залейте бензином и потрясите закрытую ёмкость. Так цепь хорошо отмывается во всех труднодоступных местах.

Цепь нужно смазывать жидкой смазкой. После смазывания оставьте велосипед в покое на 15 минут, а затем удалите излишки смазки на цепи. Если этого не сделать, грязь будет легко липнуть, из-за чего цепь придётся промывать и смазывать заново.

Удобнее всего смазывать цепь с помощью маслёнки.

Убедитесь, что цепь ещё не слишком растянулась, иначе она убьёт кассету и систему. Вместо замены цепи потом придётся менять всю трансмиссию, если вы не заметили износ вовремя.

Как увеличить скорость велосипеда

Как увеличить скорость велосипеда

Нередко велосипедист после приобретения байка задумывается о соответствии «железного коня» своим ожиданиям.

Популярная разновидность – горные велосипеды, которые не отличаются высокими показателями в аэродинамичности и накате. Их предназначение – пересеченные участки местности, для ровных дорог и шоссе предпочтительнее использовать шоссеры.

Однако если человек уже купил горный велосипед, есть несколько возможных вариантов его «прокачки» под шоссейный.

Колеса

Одним из важнейших элементов, влияющих на скорость велосипеда, являются покрышки. Горные велосипеды продаются в комплекте с шипованными разновидностями.

В условиях города и трассы они неактуальны. Выступающие протекторы увеличивают площадь сцепления с дорогой, что негативным образом отражается на качестве наката.

Одним из вариант, как увеличить скорость велосипеда является замена резины. Оптимальным вариантом будут сликовые покрышки. Характеризуются гладкой поверхностью, что позволяет обеспечить велосипеду максимальную степень инертности.

В сликах также имеются водоотводящие канавы, чтобы обеспечить надежность сцепления с дорожным покрытием во время дождя.

Использование лысой резины вместо сликов бесполезно. Подобные покрышки отличаются шероховатостью, что сказывается на увеличении силе трения.

Использование лысой резины в дождь сопровождается дополнительными рисками, вода не отводится от шины, что спровоцирует скольжение по воде. К тому же лысая резина характеризуется пониженной толщиной, что увеличивает вероятность повреждения камеры.

Ещё одна разновидность, позволяющая увеличить накат – резина для МТБ. Альтернативное название – полуслики. Является гибридом сликов и горной резины.

Когда велосипедисту приходится в редких случаях выезжать за пределы шоссе, рекомендуется приобретать именно МТБ покрышки. Характеризуются шипами по краям, по центру же гладкая поверхность.

Полуслик позволяет стабилизировать положение велосипеда на дороге во время поворота, когда шипы начинают контактировать с покрытием.

Как увеличить скорость велосипеда

От ширины покрышки также зависит уровень наката. Для увеличения скорости рекомендуется приобретать более узкую резину. На шоссейные велосипеды устанавливается максимально узкая покрышка.

Однако для горного велосипеда данный вариант не подходит из-за ширины обода. При выборе покрышки на этот показатель также требуется обратить внимание.

Некоторые владельцы байков устанавливают на переднее колесо полуслик, а заднее устанавливают сликовое, что положительно сказывается на накате и обеспечивает приемлемое сцепление с грунтовым покрытием.

Улучшить накат также удастся, увеличив давление в камерах. На любой резине указывается максимально допустимое давление, следует накачивать резину, практически до верхнего значения.

Амортизационная составляющая и трансмиссия

На хардтейле, наиболее распространенной разновидности велосипеда, передняя вилка раскачивается во время езды, что негативным образом сказывается на скорости байка. Усилия велосипедиста нивелируются.

Задняя амортизационная система значительно снижает скорость велосипеда в процессе раскачивания, а также добавляет байку лишний вес.

Как увеличить скорость велосипеда

Для увеличения скорости хардтейла требуется монтировать жесткую разновидность вилки. Характеризуется небольшим весом, особенно карбоновые типы. Тем самым удастся увеличить накат и инертность велосипеда.

Карбоновая вилка будет также выполнять амортизационную функцию, что объясняется упругостью материала. Алюминиевые аналоги характеризуется большим весом и высокой степенью жесткости.

Большинство мягких вилок оснащаются переключателем блокировок. Это позволит обеспечить ригидность вилки. Однако требуется не забывать изменять положение переключателя, чтобы не испортить амортизационную систему велосипеда.

Чтобы увеличить скорость байка, требуется установить большие по размеру звезды. Это положительно скажется на максимальных скоростных показателях велосипеда. Объясняется это увеличением передаточного отношения, потребуется прикладывать больше усилий для вращения педалей.

Как увеличить скорость велосипеда

Посадка велосипедиста

Один из самых простых способов увеличить скорость велосипеда своими руками.

Узость посадки владельца байка положительно сказывается на уменьшении сопротивления воздушных масс. Это увеличивает скорость велосипеда.

Для улучшения аэродинамичности посадки профессионалы рекомендуют приобрести длинный вынос руля, монтировать его требуется как можно ниже.

Существуют также специальные лежаки, которые устанавливают на руль. Подлокотники, идущие в комплекте, позволяют экономить силы. Руки будут располагаться на уровне седла.

Некоторые самостоятельно обрезают руль под ширину плеч, пострадает качество управляемости велосипедом, однако аэродинамичные показатели увеличатся.

Также требуется убедиться в правильности регулирования высоты седла. С этой целью требуется сесть на байк и прокрутить педаль в нижнее расположение. Нижняя конечность должна быть практически полностью выпрямлена.

При постоянно согнутых ногах эффективность вращения педалей значительно ниже. Также это является провоцирующим фактором для развития заболеваний суставов в области колена.

Педали

Большинство велосипедистов крутит педали при помощи одной ноги, вторая в этот момент отдыхает. Речь идет об обычных разновидностях данного элемента.

С целью увеличения эффективности езды профессионалы рекомендуют использовать контактные аналоги. Фиксируются шипами, для их использования требуется специальная обувь – туфли для велосипеда.

Главное отличие заключается в том, что можно не только давить ногой на педаль, но и в то же время тянуть вверх педали другой ногой. Оптимальная степень эффективности достигается при формировании привычки делать ногами круг, а не совершать давящие движения.

Устаревшая разновидность контактных педалей и более бюджетная –механизм с туклипсами. Представляется в виде специальных ремешков, фиксирующих нижнюю конечность на педали.

Главным недостатком, в сравнении с контактными аналогами, является сложность выстегивания и плохая степень фиксации ноги.

Положительным моментом является возможность использования туклипсов в любой обуви или даже без неё. С этой целью требуется закрепить небольшой ремешок на педали следующим образом.

Как увеличить скорость велосипеда

Техническое обслуживание

Для повышения скорости, если велосипед не новый, требуется провести техническое обслуживание байка. Уделить внимание каждому узлу «железного коня».

Особую роль в скорости играют промышленные подшипники. Их замена может значительно повысить скоростные характеристики велосипеда. Также требуется смазать и очистить цепь от грязи и пыли. Положительно скажется регулирование тормозной системы, когда колодки касаются ротора или обода колеса.

Также требуется отрегулировать конуса втулок. Процедура довольно сложная, при наличии сомнений в качестве выполнения самостоятельно, рекомендуется обратиться за помощью к веломастеру.

Перед смазкой цепи следует тщательно прочистить звезды и сами ролики, промыть все элементы трансмиссии. Чтобы избежать возникновения ржавчины, вместо воды рекомендуется использовать бензин. Таким образом удастся очистить цепь в любом труднодоступном месте. Для смазки используются жидкие основы.

После процедуры нанесения требуется подождать 15 – 20 минут, после чего тряпкой убрать оставшиеся излишки. Если не сделать последнюю процедуру, грязь быстро налипнет на цепь, из-за чего очистку придется повторить.

Следует удостовериться в состоянии цепи, не растянута ли она. В противном случае страдает сама кассета. Тогда возникнет необходимость менять трансмиссионную систему целиком.

Как увеличить скорость велосипеда

Вес велосипеда

У профессиональных гонщиков велосипед весит около 7 килограмм. Это позволяет быстро разогнаться и тратить меньше сил на поддержание скорости. Для облегчения велосипеда требуется сменить тяжелые детали на более легкие аналоги.

Чем меньше вес оборудования – тем больше цена. Оптимальным вариантом считаются детали из карбона, однако они характеризуются высокой денежной стоимостью.

При финансовой ограниченности рекомендуется заменить раму, например, со стальной на алюминиевую.

Скорость зависит не только от состояния байка, но и от техники педалирования райдера. Одним из способов, как увеличить среднюю скорость на велосипеде, является повышение навыков, работа над дыханием.

Источники:

https://krutipedaly.ru/kakoj-lucse-velosiped-gornyj-ili-doroznyj/
https://ru.qaz.wiki/wiki/Bicycle_and_motorcycle_dynamics
https://krutipedaly.ru/cto-vliaet-na-skorost-velosipeda/
https://velife.ru/katanie/kak-uvelichit-skorost-velosipeda.html

Adblock
detector