Dinámica de bicicletas y motocicletas

Un modelo simplificado, generados por computadora de moto y jinete demostrando una incontrolada girar a la derecha.

Animación de un ordenador, modelo de bicicleta y pasiva jinete demostrando incontrolada simplificado, pero estable armadura.

Bicicletas apoyado en un giro.

Dinámica de bicicletas y motocicletas es el ciencia de la movimiento de bicicletas y motocicletas y sus componentes, debido a la fuerzas de actuar sobre ellos. Dinámica es una rama de mecánica clásica, que a su vez es una rama de física. Movimientos de bicicleta de interés incluyen equilibrio, Dirección, frenado, acelerando, suspensión activación, y vibración. El estudio de estos movimientos comenzaron a finales del siglo XIX y continúa hoy en día.

Bicicletas son motocicletas vehículos Single-Track sus movimientos tienen muchos atributos fundamentales en común y son fundamentalmente diferente y más difícil de estudiar que otros vehículos con ruedas tales como dicycles, triciclos, y quadracycles. Como con monociclos, bicicletas falta estabilidad lateral cuando estacionario y bajo circunstancias más puede solamente permanecer en posición vertical cuando se mueve hacia adelante. Experimentación y Análisis matemático han demostrado que una bicicleta se mantenga vertical cuando se dirigió a mantener su Centro de masa sobre sus ruedas. Esta dirección se suministra generalmente por un jinete, o en ciertas circunstancias, por la propia bicicleta. Varios factores, incluyendo geometría, distribución de masas y efecto giroscópico todos contribuir en diversos grados a esta self-stability, pero las hipótesis de larga data y afirma que cualquier simple efecto, tales como giroscópico o sendero, es el único responsable por la fuerza de estabilización han sido desacreditados.

Mientras permanece vertical puede ser el objetivo principal del principio jinetes, una bicicleta debe apoyarse con el fin de mantener el equilibrio en un giro: cuanto mayor la velocidad o menor la vuelta radio, la más magra es necesaria. Esto equilibra el torque roll sobre los parches de contacto rueda generados por fuerza centrífuga debido a la vuelta con el de la fuerza gravitacional. Esta inclinación se produce generalmente por una dirección momentánea en la dirección opuesta, llamada countersteering. Habilidad countersteering generalmente es adquirida por aprendizaje motor y ejecutado mediante memoria procedimental en lugar de por consciente pensó. A diferencia de otros vehículos con ruedas, las primarias control entrada de bicicletas es dirección esfuerzo de torsión, no se coloque.

Aunque longitudinalmente estable cuando estacionario, las bicicletas tienen a menudo un centro de masa lo suficientemente alto y una distancia entre ejes lo suficientemente corta como para levantar una rueda del suelo bajo suficiente aceleración o desaceleración. Al frenar, dependiendo de la ubicación del centro de masa combinada de la moto y piloto con respecto al punto donde la rueda delantera en contacto con el suelo, bicicletas pueden derrapar la rueda delantera o la moto y jinete voltear la rueda delantera. Una situación similar es posible mientras se acelera, pero con respecto a la rueda trasera.

Historia

Dresina.

La historia del estudio de la dinámica de la moto es casi tan antigua como la propia bicicleta. Incluye contribuciones de científicos famosos tales como Rankine, Appell, y Whipple. A principios del siglo XIX Karl von Drais, le atribuye la invención del vehículo de dos ruedas se denominan el Laufmaschine, velocípedo, Dresina, y Dandy horse, demostró que un jinete podría equilibrar su dispositivo por manejo de la rueda delantera.

En 1897, el Academia francesa de Ciencias dinámica comprensión bicicleta hizo el gol de su concurso Prix Fourneyron. Así, a finales del siglo XIX, Carlo Bourlet, Emmanuel Carvallo, y Francis Whipple había mostrado con dinámica del cuerpo rígido algunos bicicletas de seguridad en realidad podría equilibrar ellos mismos si se mueve a la velocidad correcta. Bourlet ganó el Prix Fourneyron, y Whipple ganó el Universidad de Cambridge Premio Smith. No es claro a quién debe ir el crédito para la inclinación del eje del manejo respecto a la vertical que ayuda a hace esto posible.

En 1970, David E. H. Jones publicó un artículo en Física hoy demostrando que no son necesarios para equilibrar una bicicleta efectos giroscópicos. Desde 1971, cuando él identificado y nombrado el bamboleo, tejer y volcar los modos, Robin Sharp ha escrito regularmente sobre el comportamiento de motocicletas y bicicletas. Mientras que en el Imperial College, Londres, trabajó con David Limebeer y Simos Evangelou.

En la década de 1970, laboratorio aeronáutico Cornell (CAL, más tarde Calspan Corporation en Buffalo, NY USA) fue patrocinado por la compañía de bicicletas Schwinn y otros para estudiar y simular la dinámica de bicicletas y motocicletas. Porciones de este trabajo ya han sido liberadas al público y se han publicado las exploraciones de más de 30 informes detallados en este Sitio de TU Delft bicicleta dinámica.

Desde la década de 1990, Cossalter, et al., han estado investigando dinámica de la motocicleta en la Universidad de Padova. Sus investigaciones, tanto experimental como numérica, ha cubierto la armadura, Bamboleo, charla, simuladores, vehículo de modelado, neumático modelado, la manipulación, y vuelta mínimo tiempo maniobras.

En 2007, publicó el canónico linealizado Meijaard, et al., ecuaciones de movimientoEn Proceedings of the Royal Society A, junto con verificación mediante dos métodos diferentes. Estas ecuaciones asumieron los neumáticos a rodar sin deslizar, es decir, para ir donde señalan y el jinete a fijarse rígidamente a la estructura trasera de la bicicleta.

En 2011, Kooijman, et al., publicaron un artículo en Ciencia mostrando que efectos giroscópicos ni echador llamado efectos debido a la pista son necesarias para una bicicleta para equilibrarse. Diseñaron un 2-masa-skate bicicleta que el ecuaciones de movimiento predecir es Self-estable incluso con sendero negativo, la rueda delantera en contacto con el suelo delante del eje de dirección y con rompedoras ruedas para cancelar cualquier efectos giroscópicos. Luego construyeron un modelo físico para validar esa predicción. Esto puede requerir algunos de los datos facilitados por debajo sobre geometría del manejo o estabilidad a ser reevaluados. Dinámica de la bicicleta fue nombrado el 26 de Descubrir'historias superior s 100 de 2011.

En 2013, Eddy Merckx ciclos fue concedido más de 150.000 € con Universidad de Gante examinar la estabilidad de la bicicleta.

Fuerzas de

Si la bicicleta y el jinete se consideran un único sistema, las fuerzas que actúan sobre el sistema y sus componentes se pueden dividir áspero en dos grupos: internos y externos. Las fuerzas externas son debidas a la gravedad, la inercia, el contacto con el suelo y contacto con la atmósfera. Las fuerzas internas son causadas por el jinete y por la interacción entre los componentes.

Fuerzas externas en una bicicleta y un jinete que se inclinan en un giro: gravedad en verde, arrastre en la reacción de tierra azul, vertical en roja, red resistencia propulsiva y balanceo en fricción amarilla, en respuesta a la naranja, y esfuerzos de torsión neto sobre la rueda delantera en magenta.

Fuerzas externas

Como con todas las misas, gravedad Tira el jinete y todos los componentes de la bicicleta hacia la tierra. En cada neumático Contacta con parche Hay reacción del suelo fuerzas con componentes horizontales y verticales. Los componentes verticales sobre todo, contrarrestar la fuerza de gravedad, pero también varían con frenado y aceleración. Para obtener más información, consulte la sección sobre estabilidad longitudinal por debajo. Los componentes horizontales, debido a fricción entre las ruedas y el suelo, incluyendo resistencia a la rodadura, son en respuesta a propulsivo las fuerzas, las fuerzas de frenado y convirtiendo las fuerzas. Aerodinámica fuerzas debido a la atmósfera son principalmente en forma de Arrastre, pero también puede ser de vientos cruzados. A velocidades bicicletas normales al nivel del suelo, aerodinámica es el más grande fuerza resistencia al movimiento hacia adelante. A una velocidad más rápida, aerodinámica se convierte abrumadoramente la fuerza más grande resistiendo el movimiento hacia adelante.

Fuerzas de giro son generadas durante las maniobras para el equilibrio Además de simplemente cambiando la dirección de desplazamiento. Éstos pueden ser interpretados como centrífuga fuerzas de la aceleración marco de referencia de la bicicleta y jinete; o simplemente como inercia en un inmóvil, marco de referencia inercial y no fuerzas en absoluto. Giroscópico fuerzas que actúan sobre rotación piezas tales como ruedas, motor, transmisión, etc., son también debido a la inercia de las piezas giratorias. Se discuten más en la sección de efectos giroscópicos por debajo.

Fuerzas internas

Las fuerzas internas, aquellos entre los componentes del sistema de bicicleta y jinete, en su mayoría son causadas por el jinete o por fricción. Además de pedaleo, el jinete puede aplicar pares de apriete entre el mecanismo de dirección (horquilla delantera, manillar, rueda delantera, etc.) y marco trasero y entre el jinete y el bastidor trasero. Fricción existe entre las piezas que se mueven uno contra el otro: en el tren de la impulsión, entre el mecanismo de dirección y el marco posterior, etc.. Además de frenos, que crea fricción entre las ruedas giratorias y partes del marco estático, muchas bicicletas tienen delanteros y traseros suspensiones. Algunas motocicletas y bicicletas tienen un amortiguador de dirección para disipar la energía cinética indeseable, y algunas bicicletas tienen un resorte conectando la horquilla delantera al marco para proporcionar una torsión progresiva que tiende a dirigir la bicicleta hacia adelante. En bicicletas con suspensión trasera, retroalimentación entre el tren de la impulsión y la suspensión es una tentativa de diseñadores cuestión de manejar con varios acoplamiento configuraciones y amortiguadores.

Mociones

Movimientos de bicicleta pueden agruparse aproximadamente en aquellos fuera del plano de simetría central: laterales; y en el plano de simetría central: longitudinal o vertical. Movimientos laterales incluyen el equilibrio, que se inclina, la dirección y girando. Movimientos en el plano de simetría central incluyen balanceo hacia adelante, por supuesto, pero también stoppies, caballitos, freno de buceoy la mayoría de activación de suspensión. Los movimientos en estos dos grupos son linealmente desemparejado, es que no interactúan unos con otros para el primera orden. Una bicicleta incontrolada es lateralmente inestable cuando inmóvil y puede ser lateralmente autoportante cuando mueve bajo las condiciones adecuadas o controlado por un jinete. Por el contrario, una bicicleta es longitudinalmente estable cuando fijas y puede ser inestable longitudinalmente cuando sometidos a suficiente aceleración o desaceleración.

Dinámica lateral

De los dos, dinámica lateral ha demostrado para ser el más complicado, que requiere tridimensional, análisis dinámico multicuerpo con al menos dos coordenadas generalizadas analizar. Como mínimo, se requieren dos ecuaciones diferenciales acopladas, de segundo orden para capturar los movimientos principales. Soluciones exactas no son posibles, y métodos numéricos debe utilizarse en su lugar. Compiten teorías de cómo equilibrio bicicletas todavía puede encontrarse en impresos y en línea. Por otro lado, como se indica en las secciones posteriores, mucho análisis dinámica longitudinal pueden lograrse simplemente con planar cinética y sólo una coordenada.

Balance

Equilibrar una bicicleta manteniendo las ruedas en el centro de masa

Un bicicleta permanece vertical cuando se dirigió para que las fuerzas de reacción tierra exactamente equilibrar los otros internos y externos obliga experiencias, tales como gravitacional si mirase, inercia o centrífuga en caso de un giro, giroscópico si siendo dirigidos y aerodinámico en caso de viento cruzado. Dirección puede ser suministrada por un jinete o, bajo ciertas circunstancias, por la propia bicicleta. Este self-stability es generada por una combinación de varios efectos que dependen de la geometría, la distribución en masa y velocidad de avance de la bicicleta. Neumáticos, suspensión, la dirección de amortiguación y marco flex también pueden influir, especialmente en motocicletas.

Aun cuando queda relativamente inmóvil, un jinete puede equilibrar una bicicleta por el mismo principio. Mientras se realiza un soporte de la pista, el jinete puede mantener la línea entre los dos parches contactos bajo el centro de masa combinada por el volante frente a un lado o el otro y luego moviéndolo hacia adelante y hacia atrás levemente mover la parte delantera en contacto con parche de lado a lado como sea necesario. Movimiento hacia adelante puede generarse simplemente pedaleando. Al revés movimiento puede generar la misma manera en un bicicleta de piñón fijo. De lo contrario, el jinete puede tomar ventaja de una oportuna pendiente del pavimento o tambalearse la parte superior del cuerpo hacia atrás mientras que los frenos estén momentáneamente.

Si la dirección de una bicicleta está bloqueada, resulta prácticamente imposible equilibrio mientras monta. Por otro lado, si se cancela el efecto giroscópico de rotación de las ruedas de la bicicleta mediante la adición de contra-rotación de las ruedas, es fácil equilibrar mientras monta. Es otra forma que una bicicleta puede ser equilibrada, con o sin bloqueo de dirección, aplicando torques adecuados entre la moto y piloto similar a la gimnasta puede hacer pivotar encima de colgar directamente hacia abajo en barras paralelas desiguales, una persona puede empezar a bailar en un oscilación resto por bombeo sus piernas, o un doble péndulo invertido puede controlarse con un actuador sólo en el codo.

Velocidad de avance

El jinete aplica par el manillar para girar la rueda delantera y para control de inclinación y mantener el equilibrio. A altas velocidades, ángulos de giro pequeños moverse rápidamente los puntos de contacto de tierra lateralmente; a bajas velocidades, ángulos de giro más grandes están obligados a conseguir los mismos resultados en la misma cantidad de tiempo. Debido a esto, es generalmente más fácil mantener el equilibrio a altas velocidades. Además, self-stability generalmente sólo se produce a velocidades por encima de unos mínimos, y así va más rápido aumenta las probabilidades de que una bicicleta está contribuyendo a su propia estabilidad.

Ubicación del centro de masa

El más adelante (cerca de rueda delantera) el centro de masa de la bicicleta combinada y jinete, menos la rueda delantera tiene que moverse lateralmente con el fin de mantener el equilibrio. Por el contrario, los más atrás (cerca de la rueda trasera) se encuentra el centro de la masa, la más frontal rueda lateral movimiento o bicicleta de movimiento hacia adelante será requerido para recuperar el equilibrio. Esto puede ser sensible de larga-distancia entre ejes reclinadas y helicópteros. También puede ser un problema para motos Touring con una pesada carga de engranaje encima o incluso detrás de la rueda trasera. Masa sobre la rueda trasera se puede controlar más fácilmente si es inferior a la masa sobre la rueda delantera.

Una bicicleta es también un ejemplo de un péndulo invertido. Así como un palo de escoba es más fácil de equilibrio que un lápiz, una bicicleta de alta (con un centro de masa alta) puede ser más fácil al equilibrio cuando montado que una baja porque su magra tasa será más lenta. Sin embargo, un piloto puede tener la impresión opuesta de una bicicleta cuando es estacionario. Una bicicleta demasiado pesada puede requerir más esfuerzo para mantener en posición vertical, cuando se detuvo en el tráfico por ejemplo, que una bicicleta que es igual de alto pero con un centro de masa inferior. Este es un ejemplo de un vertical palanca de segunda clase. Una pequeña fuerza al final de la palanca, el asiento o el manillar en la parte superior de la moto, más fácilmente mueve una masa grande si la masa está más cerca el fulcro, donde las ruedas toquen el suelo. Por esta razón Touring los ciclistas se les aconseja llevar cargas bajas en bicicleta, y alforjas colgando a ambos lados de la parte delantera y trasera parrillas.

Sendero

Bicicleta ángulo de la cabeza, rastrillo y rastro

Será un factor que influye en cómo fácil o difícil una bicicleta montar es sendero, la distancia que el punto de contacto rueda delantera tierra senderos detrás del eje de dirección punto de contacto a tierra. El eje de dirección es el eje sobre el cual toda la dirección pivotes mecanismo (horquilla, manillar, rueda delantera, etc.). En diseños de bicicleta tradicional, con un manejo eje inclinado de la vertical, sendero positivo tiende a dirigir la rueda delantera en la dirección de una magra, independiente de la velocidad de avance. Esto puede ser simulado empujando una bicicleta estacionaria a un lado. La rueda delantera será generalmente también dirigir hacia ese lado. En una magra, gravedad provee esta fuerza. La dinámica de una bicicleta de movimiento es más complicada, sin embargo, y otros factores pueden contribuir a o restar este efecto.

Sendero es una función del ángulo de la cabeza, el tenedor offset o rastrillo y tamaño de la rueda. Su relación puede ser descrita por esta fórmula:

$\text{Trail} = \frac{(R_w \cos(A_h) - O_f)}{\sin(A_h)}$

donde $R_w$ es el radio de la rueda, $A_h$ el ángulo de la cabeza se mide hacia la derecha respecto a la horizontal y $O_f$ es la compensación de la horquilla o el rastrillo. Sendero puede incrementarse mediante el aumento de tamaño de la rueda, disminuyendo o aflojando el ángulo de la cabeza, disminuyendo el rastrillo tenedor.

El camino más tiene una bicicleta tradicional, el más estable que se siente, Aunque mucho rastro puede sentir una moto difícil de dirigir. Bicicletas con negativo trail (donde el parche de contacto es en realidad frente a donde el eje de dirección se cruza con el suelo), mientras que todavía disponible, se reportan sentirse muy inestable. Normalmente, las bicicletas de carreras de carretera tienen más camino que recorrer las bicis pero menos que las bicicletas de montaña. Bicicletas de montaña están diseñadas con ángulos slacker cabeza de bicicletas de carretera para mejorar la estabilidad de descensos y por lo tanto tienen mayor rastro. Motos Touring se construyen con pequeño sendero para permitir que el jinete controlar una moto lastrada con equipaje. Como consecuencia, una moto de touring descargada puede sentirse inestable. En bicicletas, horquilla rastrillo, a menudo una curva en las hojas de la horquilla hacia adelante del eje del manejo, se utiliza para disminuir la huella. Bicicletas con sendero negativo existen, como la Lowracer de Python, disponible, y son una moto experimental con sendero negativo se ha demostrado para ser autoportante.

En motos, rastrillo se refiere al ángulo de la cabeza en su lugar, y compensación creado por el árbol de triple se utiliza para disminuir la huella.

Una pequeña encuesta por Whitt y Wilson encontradas:

• bicicletas Touring con cabeza ángulos entre 72° y 73° y camino entre 43 y 60 mm.
• las bicicletas de carreras con cabeza ángulos entre 73° y 74° y camino entre 28 y 45 mm.
• pista de bicicletas con ángulos de cabeza de 75° y camino entre 23,5 y 37 mm.

Sin embargo, estos rangos no son absolutas. Por ejemplo, LeMond Racing ciclos Ofertas ambos con los tenedores que tienen 45 mm de desplazamiento o rastrillo y las mismas ruedas de tamaño:

• un 2006 curso de Tete, diseñado para carreras, con un ángulo de la cabeza que varía de 71¼° a 74°, dependiendo del tamaño de marco y por lo tanto camino que varía de 51,5 mm a 69 mm de carretera.
• un 2007 Filmore, diseñado para la pista, con un ángulo de la cabeza que varía de 72½° a 74°, dependiendo del tamaño del marco y por lo tanto camino que varía de 51,5 mm a 61 mm.

La cantidad de sendero que tiene una bicicleta especial puede variar con el tiempo por varias razones. En bicicletas con suspensión delantera horquillas telescópicas especialmente, comprimiendo la suspensión delantera, debido a la pesada de frenado por ejemplo, pueden tramos el ángulo del eje de dirección y reducir el sendero. Sendero también varía con ángulo de inclinación y ángulo de giro, generalmente disminuyendo desde un máximo cuando la moto está recta vertical y dirigido hacia delante. Sendero puede disminuir a cero con asomarse suficientemente grande y dirigir los ángulos, que pueden alterar la estabilidad se siente una bicicleta. Finalmente, incluso el perfil de la rueda delantera puede influir en cómo sendero varía a medida que la moto se inclinó y dirigida.

Una medida similar a trail, llamado tampoco sendero mecánico, ruta normal, o sendero verdadero, es el perpendicular distancia desde el eje de dirección hasta el centroide del parche de contacto rueda delantera.

Distancia entre ejes

Es un factor que influye en la estabilidad direccional de una bicicleta distancia entre ejes, la distancia horizontal entre los puntos de contacto de tierra del frente y las ruedas traseras. Para un determinado desplazamiento de la rueda delantera, debido a un disturbio, el ángulo de la trayectoria resultante de la original es inversamente proporcional a la distancia entre ejes. Además, el radio de curvatura para un buey determinado ángulo y el ángulo de inclinación es proporcional a la distancia entre ejes. Finalmente, la distancia entre ejes aumenta cuando la moto está inclinada y dirigida. En el extremo, cuando el ángulo de inclinación es 90 º, y la moto se dirige en dirección a que lean, la distancia entre ejes es mayor por el radio de las ruedas delanteras y traseras.

Dirección distribución masiva del mecanismo

Otro factor que también puede contribuir a la self-stability de los diseños de bicicleta tradicional es la distribución de masa en el mecanismo de dirección, que incluye la rueda delantera, la horquilla y el manillar. Si el centro de masa para el mecanismo de dirección está por delante del eje de dirección, la fuerza de gravedad también causará la rueda delantera dirigir en la dirección de una magra. Esto se puede ver por que se inclina una bicicleta estacionaria a un lado. La rueda delantera será generalmente también dirigir a ese lado independiente de cualquier interacción con el suelo. Parámetros adicionales, tales como la posición de-longitudinal del centro de masa y la elevación del centro de masa también contribuyen al comportamiento dinámico de una bicicleta.

Efectos giroscópicos

Efecto giroscópico sobre la rueda delantera de una bicicleta. Aplicar un torque (en verde) sobre el eje de inclinación se traduce en un par de reacción (en azul) sobre el eje del volante.

El papel del efecto giroscópico en mayoría diseños de bicicletas es ayudar a dirigir la rueda delantera en la dirección de una magra. Este fenómeno se llama precesión y la tasa a la que un objeto es inversamente proporcional a su velocidad de giro. Mientras más lento gira una rueda delantera, cuanto más rápido lo hará precess cuando la bicicleta se inclina y viceversa. La rueda trasera se impide de precesión como la rueda delantera por la fricción de los neumáticos en el suelo y así continúa a inclinarse como si no estaban girando en absoluto. Por lo tanto, las fuerzas giroscópicas no proporcionan ninguna resistencia al vuelco.

A bajas velocidades hacia adelante, la precesión de la rueda delantera es demasiado rápida, contribuyendo a tendencia incontrolada de una bicicleta a sobreviraje, comienzan a inclinarse hacia otro lado y eventualmente oscile y se caiga. A altas velocidades hacia adelante, la precesión es generalmente demasiado lenta, contribuyendo a la tendencia de una bicicleta incontrolado a understan y eventualmente caer sin haber alcanzado la posición vertical. Esta inestabilidad es muy lenta, del orden de segundos y es fácil para la mayoría de los jinetes contrarrestar. Por lo tanto una bicicleta rápida puede sentir estable aunque en realidad no es self-estable y caería si fuera incontrolada.

Otro aporte de efectos giroscópicos es un rollo momento generados por la rueda delantera durante la countersteering. Por ejemplo, dirección izquierda hace un momento a la derecha. El momento es pequeño en comparación con el momento generado por la rueda delantera hacia fuera-seguimiento, pero se inicia tan pronto como el jinete aplica par el manillar y así pueden ser útiles en carreras de motos. Para obtener más detalles, consulte la countersteering artículo.

Self-Stability

Entre los dos regímenes inestables mencionado en el apartado anterior e influenciado por todos los factores descritos anteriormente contribuyen a equilibrar (rastro, distribución masiva, efectos giroscópicos, etc.), puede haber una gama de velocidades delanteras para un diseño de bicicletas dado que estos efectos dirigen un montante de bicicleta incontrolada. Se ha demostrado que sendero positivo ni efectos giroscópicos son suficientes por sí mismos o necesarias para self-stability, aunque ciertamente pueden realzar control de manos libres.

Sin embargo, incluso sin self-stability una bicicleta puede ser montada por dirección para mantenerlo sobre sus ruedas. Tenga en cuenta que los efectos mencionados se combinan para producir self-stability puede ser abrumado por factores adicionales tales como auricular fricción y tieso cables de control. Esto video muestra una bicicleta sin jinete exhibe self-stability.

Aceleración longitudinal

Aceleración longitudinal ha demostrado tener un efecto grande y complejo sobre la dinámica lateral. En un estudio, aceleración positiva elimina la estabilidad, y aceleración negativa (desaceleración) cambia las velocidades de la estabilidad del uno mismo.

Torneado

Motocicletas apoyado en un giro.

Las fuerzas, tanto físico y inercial, actuando en una bicicleta que se inclina en el marco de referencia giratorio de vuelta donde N es la fuerza normal, F_f es la fricción, m es la masa, r es el radio de giro, v es la velocidad de avance, y g es la aceleración de la gravedad.

Gráfico de bicicleta ángulo de inclinación vs velocidad de avance, asumiendo ilimitada fricción entre los neumáticos y la tierra.

Ciclista montar sin las manos en el manillar.

En orden para una bicicleta a girar, es decir, cambiar que su dirección de marcha hacia adelante, la rueda delantera debe apuntar aproximadamente en la dirección deseada, como con cualquier rueda delantera dirigido vehículo. A continuación, genera fricción entre las ruedas y el suelo del aceleración centrípeta necesario alterar el curso del recto como una combinación de las curvas de fuerza y comba de empuje. El radio de la vuelta de una bicicleta en posición vertical (no apoyado) se puede aproximar más o menos, para pequeños ángulos de giro, por:

$r = \frac{w}{\delta \cos \left (\phi \right )}$

donde $r\,\!$ es el radio aproximado, $w\,\!$ es el distancia entre ejes, $\delta\,\!$ es el ángulo de dirección, y $\phi\,\!$ es el ángulo caster del eje del volante.

Que se inclina

Sin embargo, a diferencia de otros vehículos con ruedas, bicicletas también deben inclinarse durante un turno para equilibrar las fuerzas relevantes: apoyo gravitacional, inercia, friccional y de tierra. El ángulo de inclinación,θ, fácilmente puede calcularse utilizando las leyes de movimiento circular:

$\theta = \arctan \left (\frac{v^2}{gr}\right )$

donde v es la velocidad de avance, r es el radio de la vuelta y g es la aceleración de gravedad. Esto es en el caso idealizado. Un ligero aumento en el ángulo de inclinación puede ser requerido en motocicletas para compensar la anchura de los neumáticos modernos a la misma velocidad hacia delante y girar a la radio.

Por ejemplo, una bicicleta en un estado constante de 10 m (33 pies) radio gire a 10 m/s (36 km/h, mph 22) debe estar en un ángulo de 45,6 °. Un jinete puede apoyarse con respecto a la bicicleta para mantener el torso o la moto más o menos vertical si así lo desea. El ángulo que importa es la que existe entre el plano horizontal y el plano definido por los contactos del neumático y la ubicación del centro de masa de la bicicleta y el jinete.

Esta inclinación de la moto disminuye el radio real de la vuelta proporcionalmente con el coseno del ángulo de inclinación. El radio resultante puede aproximar más o menos (a menos de 2% del valor exacto) por:

$r = \frac{w\cos \left (\theta \right )}{\delta \cos \left (\phi \right )}$

donde r es el radio aproximado, w es la distancia entre ejes, θ es el ángulo de inclinación, δ es el ángulo de dirección, y φ es el ángulo del echador del eje del volante. Como una bicicleta se inclina, parches de contacto de los neumáticos más mueven al lado causando desgaste. Las porciones en cada borde de un neumático de la motocicleta que permanecen sin uso por apoyarse en vueltas se refiere a veces como tiras de pollo.

La anchura de los neumáticos finita modifica el ángulo de inclinación real en el cuadro posterior desde el ángulo de inclinación ideal descrito anteriormente. El ángulo de inclinación real entre el marco y la vertical debe aumentar con la anchura del neumático y disminuyen con la altura del centro de masa. Bicicletas con neumáticos grasas y bajo centro de masa deben inclinarse más bicicletas con neumáticos más delgados o centros de masa superior a negociar el mismo turno a la misma velocidad.

El aumento de ángulo de inclinación debido a un grueso neumático de 2t puede ser calculado como

$\arcsin \left ( t \frac {\sin(\phi)} {h-t} \right )$

donde φ es el ángulo de inclinación ideal, y h es la altura del centro de masa. Por ejemplo, tendrá una motocicleta con un neumático trasero ancho de 12 pulgadas t= 6 pulgadas. Si el combinado bicicleta y jinete centro de masa está a una altura de 26 pulgadas, entonces debe aumentar una inclinación de 25° ° 7,28: un aumento de casi el 30%. Si los neumáticos son sólo 6 pulgadas de ancho, entonces el aumento del ángulo de inclinación es sólo 3,16 °, sólo menos de la mitad.

Se ha demostrado que el par creado por gravedad y las fuerzas de reacción de tierra es necesario para una bicicleta para girar en absoluto. En una bicicleta hecha a la medida con estabilizadores con resorte que cancelar exactamente esta pareja, para que la bicicleta y el ciclista pueden asumir cualquier ángulo de inclinación cuando se viaja en línea recta, los jinetes resulta imposible hacer un giro. En cuanto las ruedas se desvían de un camino recto, la bicicleta y el ciclista comienzan a inclinarse en la dirección opuesta, y la única manera de les verdad es dirigir nuevamente en el camino recto.

Countersteering

Artículo principal: Countersteering

Para iniciar un giro y la inclinación necesaria en la dirección de ese giro, una bicicleta debe alejarse momentáneamente en la dirección opuesta. Esto se refiere a menudo como countersteering. Con la rueda delantera en un ángulo finito a la dirección del movimiento, se desarrolla una fuerza lateral en el parche de contacto del neumático. Esta fuerza crea una torsión alrededor del eje longitudinal (rollo) de la moto y esto provoca torsión gire la moto a inclinarse de la dirección inicialmente dirigida y hacia la dirección de la deseada. Donde no hay ninguna influencia externa, como un viento lateral oportuno para crear la fuerza necesario inclinar la moto, countersteering es necesario iniciar una vuelta rápida.

Mientras que el buey inicial par y ángulo de buey son que ambos frente a la deseada vuelta dirección, esto no puede ser el caso para mantener un turno de estado estacionario. El ángulo de dirección sostenida suele estar en la misma dirección que el giro, pero puede permanecer opuesta a la dirección de la vuelta, especialmente a altas velocidades. El par de buey sostenido necesario para mantener que ese ángulo de buey es generalmente opuesta a la dirección de giro. La real magnitud y orientación de tanto el ángulo sostenido Novillo y Novillo sostenido esfuerzo de torsión de una bicicleta especial en un giro particular dependen de la velocidad de avance, geometría de la bicicleta, neumático propiedades y combinado bicicleta y jinete de distribución masiva. Una vez en un giro, sólo se puede cambiar el radio con un cambio apropiado en el ángulo de inclinación, y esto puede lograrse mediante adicional countersteering salida de la curva para aumentar la magra y disminuir el radio, luego en la vuelta para disminuir la inclinación y aumentar el radio. Para salir de la curva, la bicicleta debe contravirar otra vez, la dirección momentáneamente más en la vuelta con el fin de disminuir el radio, aumentando así las fuerzas inerciales y disminuyendo el ángulo de inclinación.

Torneado de estado estacionario

Una vez establecido un giro, el par que debe aplicarse para el mecanismo de dirección con el fin de mantener un radio constante a una velocidad de avance constante depende de la velocidad de avance y la distribución de la geometría y la masa de la bicicleta. A velocidades por debajo de la velocidad de zozobra, se describe a continuación en la sección de Valores propios y también se llama el inversión velocidad, el self-stability de la moto hará que tienden a dirigir en la vuelta, corrigiendo a sí mismo y salir de la curva, a menos que un esfuerzo de torsión se aplica en la dirección opuesta a la vuelta. A velocidades por encima de la velocidad de la zozobra, la inestabilidad de zozobra hará que tienden a mantenerse fuera de la vuelta, aumentando la inclinación, a menos que un esfuerzo de torsión se aplica en la dirección de la vuelta. A la velocidad de zozobra entrada par de dirección no es necesaria para mantener el estado estacionario gire.

Ángulo de dirección

Varios efectos influyen en el ángulo de dirección, gire el ángulo en el cual la Asamblea delantera se gira alrededor del eje del manejo, necesario para mantener un estado de equilibrio. Algunos de estos son exclusivos para los vehículos Single-Track, mientras que otros también son experimentadas por los automóviles. Algunos de estos pueden mencionarse en otras partes en el presente artículo, y se repiten aquí, aunque no necesariamente en orden de importancia, así que se pueden encontrar en un solo lugar.

En primer lugar, el ángulo de dirección cinemático real, el ángulo que se proyecta sobre el avión de camino a la que se gira el conjunto frontal es una función del ángulo de dirección y el ángulo del eje de dirección:

$\Delta = \delta \cos \left (\phi \right )$

donde $\Delta\,\!$ es el ángulo de dirección cinemático, $\delta\,\!$ es el ángulo de dirección, y $\phi\,\!$ es el ángulo del echador del eje del volante.

En segundo lugar, la inclinación de la moto disminuye el radio real de la vuelta proporcionalmente con el coseno del ángulo de inclinación. El radio resultante puede aproximar más o menos (a menos de 2% del valor exacto) por:

$r = \frac{w\cos \left (\theta \right )}{\delta \cos \left (\phi \right )}$

donde $r\,\!$ es el radio aproximado, $w\,\!$ es la distancia entre ejes, $\theta\,\!$ es el ángulo de inclinación, $\delta\,\!$ es el ángulo de dirección, y $\phi\,\!$ es el ángulo del echador del eje del volante.

Tercero, porque la parte delantera y traseros neumáticos pueden tener diferentes ángulo de deslizamiento debido a la distribución del peso, las propiedades del neumático, etc., pueden experimentar bicicletas subviraje o sobreviraje. Cuando la dirección, el ángulo de dirección debe ser mayor, y cuando sobreviraje, el ángulo de dirección debe ser menor de lo que sería si los ángulos de deslizamiento eran iguales para mantener un radio dado vuelta. Algunos autores incluso utilizan el término Dirección Counter para referirse a la necesidad de dirigir en la dirección opuesta a la vuelta (ángulo de giro negativo) para mantener el control en algunas bicicletas bajo ciertas condiciones en respuesta al resbalamiento de la rueda trasera significativa.

Cuarto, comba de empuje contribuye a la fuerza centrípeta necesario para causar la moto para desviarse de un camino recto, junto con las curvas de fuerza debido a la ángulo de deslizamiento, y puede ser el mayor contribuyente. Comba empuje contribuye a la capacidad de las bicicletas para negociar un giro con el mismo radio de automóviles pero con un ángulo de giro más pequeño. Cuando una moto está dirigida y se inclinó en la misma dirección, el ángulo de caída de la rueda delantera es mayor que la de la parte posterior y así puede generar comba más empuje, todo lo demás en igualdad de condiciones.

Sin manos

Mientras que countersteering se inicia generalmente aplicando directamente en el manillar, en vehículos más ligeros tales como bicicletas, par también se logra cambiando el peso del ciclista. Si el jinete se inclina a la derecha en relación con la bicicleta, la bicicleta se inclina hacia la izquierda para conservar momento angular, y el centro de masa combinada permanece casi en el mismo plano vertical. Esta inclinación hacia la izquierda de la moto, llamada contador lean por algunos autores, hará que se dirigen a la izquierda e iniciar un giro derecho como si el jinete había countersteered a la izquierda aplicando directamente en el manillar un par. Esta técnica se puede complicar por otros factores como la fricción auriculares y cables de control rígido.

El centro combinado de masa se mueve ligeramente hacia la izquierda cuando el jinete se inclina a la derecha en relación con la bicicleta y la bicicleta se inclina a la izquierda en respuesta. La acción, en el espacio, tendría los neumáticos moverse a la derecha, pero esto es impedido por la fricción entre los neumáticos y el suelo y así empuja el centro combinado de masa dejado. Este es un efecto pequeño, sin embargo, según lo evidenciado por la dificultad que muchos tienen en el equilibrio de una bicicleta por este método solo.

Efectos giroscópicos

Como se mencionó anteriormente en la sección de equilibrio, un efecto de girar la rueda delantera es un rollo momento causada por giroscópico precesión. La magnitud de este momento es proporcional a la momento de inercia de la rueda delantera, su tasa de giro (marcha adelante), la tasa que el jinete gira la rueda delantera mediante la aplicación de un esfuerzo de torsión para el manillar y el coseno del ángulo entre el eje del manejo y la vertical.

Para una motocicleta muestra a 22 m/s (50 mph) que tiene una rueda delantera con un momento de inercia de 0,6 kg·m², convirtiendo el una grado rueda delantera en medio segundo genera un momento de rodillo de 3.5 N·m. En comparación, la fuerza lateral en el neumático delantero como sigue por debajo de la motocicleta alcanza un máximo de 50 N. Esto, a la altura de 0,6 m (2 pies) del centro de masa, genera un momento de rodillo de 30 N·m.

Mientras que el momento de fuerzas giroscópicas es sólo el 12% de esto, puede desempeñar una parte importante porque comienza a actuar tan pronto como el jinete aplica la torsión, en lugar de construir más lentamente que la rueda hacia fuera-pistas. Esto puede ser especialmente útil en carreras de motos.

Dos ruedas de dirección

Debido a los beneficios teóricos, como un radio de giro más ajustado a baja velocidad, se hicieron intentos para la construcción de motocicletas con dos ruedas de dirección. Un prototipo que funciona por Ian Drysdale en Australia se informó que "trabajan muy bien." Los problemas en el diseño incluyen proporcionar control activo de la rueda trasera o dejarlo oscilar libremente. En el caso de control activo, el algoritmo de control tiene que decidir entre el volante o en la dirección opuesta de la rueda delantera, cuándo y cómo mucho. Una implementación de dos ruedas de dirección, el Bicicleta hacia los lados, permite al piloto controlar el manejo de ambas ruedas directamente. Otro, el Bici columpio, tuvo el segundo eje del manejo delante del asiento de modo que también podría ser controlado por el manillar.

Milton W. Raymond construyó una bicicleta del manejo de dos ruedas baja largo, llamado "X-2", con diversos mecanismos de dirección para controlar las dos ruedas de forma independiente. Los movimientos del manejo incluyen "equilibrio", en el cual ambas ruedas se mueven juntos dirigir los contactos del neumático en el centro de masa; y "círculo verdadero", en el cual dirigen las ruedas igualmente en enfrente de direcciones y el manejo por lo tanto la bicicleta sin cambiar sustancialmente la posición lateral de la llanta contactos comparado con el centro de masa. X-2 también fue capaz de ir "crabwise" con el paralelo de las ruedas pero fuera de línea con el marco, por ejemplo con la parte delantera de la rueda cerca de la carretera centro línea y posterior rueda cerca de la bordillo. «Equilibrio» Dirección permite fácil equilibrar a pesar de la larga distancia entre ejes y bajo centro de masa, pero no uno mismo-equilibrio configuración ("sin manos") fue descubierto. Verdadero círculo, como se esperaba, era esencialmente imposible balancear, como manejo no corrige desalineamiento del remiendo del neumático y centro de masa. Crabwise ciclismo en ángulos probados hasta unos 45° no mostró una tendencia a caerse, ni siquiera en la frenada. X-2 es mencionado de pasada en Whitt y de Wilson Ciclismo ciencia 2ª edición.

Manejo de la posterior-rueda

Debido a las ventajas teóricas, especialmente una simplificada impulsión de rueda delantera mecanismo, se hicieron intentos para construir bicicleta disponible posterior-rueda volante. El Empresa Bendix construyó una bicicleta del manejo posterior-rueda, y el U.S. Department of Transportation encargó la construcción de una motocicleta del manejo posterior-rueda: ambos resultaron para ser unridable. Arco iris entrenadores, Inc. en Alton, Illinois, ofreció US$ 5.000 a la primera persona "que puede montar exitosamente la bicicleta trasera-dirigido, parte posterior Steered bicicleta me". Un ejemplo documentado de alguien con éxito montando un manejo posterior-rueda de la bicicleta es la de L. H. Laiterman en el Massachusetts Institute of Technology, en una bicicleta reclinada especialmente diseñada. Inicialmente la dificultad es que girando a la izquierda, logra girando la rueda trasera a la derecha, se mueve el centro de la masa a la derecha y viceversa. Esto complica la tarea de compensar se inclina inducida por el ambiente. Examen de la valores propios para bicicletas con geometrías comunes y distribuciones masivas demuestra que cuando se mueve en sentido inverso, con el fin de tener manejo posterior-rueda, son inherentemente inestables. Otros, especialmente diseñadas para los diseños han sido publicados, sin embargo, que no sufren este problema.

Manejo de centro

Flevobike con manejo de centro

Entre los extremos de las bicicletas con el manejo de la rueda delantera clásica y con estrictamente posterior-rueda de dirección es una clase de bicicletas con un punto de giro en algún lugar entre las dos conocida como centro-volante, similar a manejo articulado. Una pronta aplicación del concepto era la bicicleta fantasma en el 1870s temprano promovido como una alternativa más segura a la velocípedo. Este diseño permite una simple tracción delantera y las implementaciones actuales parecen no ser bastante estables, incluso disponible-manos, como muchas fotografías ilustran.

Estos diseños, tales como la Python Lowracer, usualmente tienen ángulos cabeza muy laxos (40° a 65°) y sendero positivo o incluso negativo. El constructor de una moto con Estados sendero negativo que manejo la bicicleta hacia adelante las fuerzas el asiento (y por lo tanto el jinete) aumentando ligeramente y esto compensa el efecto desestabilizador de la senda negativa.

Efecto de la sierpe

Efecto de Sierpe es la expresión utilizada para describir cómo manillar que extienden lejos detrás de la ley del manejo del eje (tubo) como un sierpe en un barco, en uno se mueve las barras a la derecha para dar vuelta a la parte delantera de la rueda hacia la izquierda y viceversa. Esta situación se encuentra comúnmente en Bicicletas cruiser, algunas bicicletas y algunas motocicletas. Puede ser problemático cuando se limita la capacidad de dirigir debido a interferencia o llegar a los límites del brazo.

Neumáticos

Neumáticos tienen una gran influencia sobre manejo, especialmente en motocicletas, bicicletas Pero también en bicicleta. Los neumáticos influyen en bicicleta dinámica de dos maneras distintas: finita corona radio y fuerza de la generación. Aumentar el radio de la corona de la rueda delantera se ha demostrado para reducir el tamaño o eliminar la estabilidad. Aumentar el radio de la corona de la rueda trasera tiene el efecto contrario, pero en menor grado.

Neumáticos generan las fuerzas laterales necesarias para el manejo y equilibrio a través de una combinación de las curvas de fuerza y comba de empuje. Presiones de inflado de neumáticos también se han encontrado para ser variables importantes en el comportamiento de una motocicleta a altas velocidades. Porque la parte delantera y traseros neumáticos pueden tener diferentes ángulo de deslizamiento debido a la distribución del peso, las propiedades del neumático, etc., pueden experimentar bicicletas subviraje o sobreviraje. De los dos, subviraje, en la cual se desliza la rueda delantera más que la rueda trasera, es más peligroso ya que manejo de la rueda delantera es esencial para mantener el equilibrio. También, porque reales neumáticos tienen un finito Contacta con parche con la superficie de la carretera que puede generar un par de matorral y cuando en un giro, puede experimentar algunos deslizamientos laterales como ruedan, pueden generar alrededor de un eje de torsión normal en el plano del parche de contacto.

Neumáticos de bicicletas Contacta con parche durante un giro a la derecho

Una torsión generado por un neumático, llamado el Auto alineación de esfuerzo de torsión, es causada por las asimetrías en el deslizamiento lateral a lo largo de la longitud del parche de contacto. El resultante fuerza de este deslizamiento lateral ocurre detrás del centro geométrico del parche en el contacto, una distancia descrito como el neumático traily así crea una torsión en el neumático. Puesto que la dirección del deslizamiento lateral hacia el exterior de la curva, la fuerza en el neumático es hacia el centro de la vuelta. Por lo tanto, este par tiende a girar la rueda delantera en la dirección del deslizamiento lateral, lejos de la dirección de la vuelta y por lo tanto, tiende a aumento el radio de la vuelta.

Otro esfuerzo de torsión es producido por la anchura finita del parche de contacto y la inclinación del neumático en un giro. La porción del parche contacto hacia el exterior de la vuelta en realidad se está moviendo hacia atrás, con respecto al eje de la rueda, parche más rápido que el resto del contacto, debido a su mayor radio del concentrador. Por el mismo razonamiento, la parte interna se mueve hacia atrás más lentamente. Así las porciones externas e internas del contacto del parche deslizamiento sobre el pavimento en direcciones opuestas, generando un torque que tiende a girar la rueda delantera en la dirección de la vuelta y por lo tanto, tiende a disminución el radio de giro.

La combinación de estos dos opuestos pares crea un par de guiñada resultante de la rueda delantera, y su dirección es una función del ángulo del deslizamiento lateral de la llanta, el ángulo entre el camino real de la llanta y la dirección está apuntando, y el ángulo de caída de la llanta (el ángulo que se inclina el neumático de la vertical). El resultado de este esfuerzo de torsión es a menudo la supresión de la velocidad de inversión predicha por modelos de rueda rígida descritos en la sección sobre torneado de estado estacionario.

Lado de alta

Artículo principal: Highsider

A Highsider, Highside, o lado de alta es un tipo de movimiento de la bicicleta que es causado por una rueda trasera ganando tracción cuando no está enfrentando en la dirección del recorrido, generalmente después de deslizarse lateralmente en una curva. Esto puede ocurrir bajo pesado de frenado, aceleración, una diversa superficie de la carretera o activación de suspensión, especialmente debido a la interacción con el tren de la impulsión. Puede tomar la forma de un simple resbalón-entonces-flip o una serie de violentas oscilaciones.

Manejo y maniobrabilidad

Manejo y maniobrabilidad de la bicicleta es difícil de cuantificar por varias razones. La geometría de una bicicleta, especialmente el ángulo de giro eje hace cinemática Análisis complicado. Bajo muchas condiciones, bicicletas son inherentemente inestables y siempre deben estar bajo control del motociclista. Finalmente, la habilidad del jinete tiene una gran influencia en el rendimiento de la bicicleta en cualquier maniobra. Diseños de bicicleta tienden a consisten en un equilibrio entre estabilidad y maniobrabilidad.

Entradas de control de jinete

Gráficos mostrando el magro y dirigir la respuesta del ángulo de una bicicleta incontrolado, viajando a una velocidad de avance en su gama estable (6 m/s), a una torsión de buey que comienza como un impulso y luego se mantiene constante. Torque buey inicial causas bien a bien, se inclinan a la izquierda, y eventualmente un estado estacionario buey, magro y gire a la izquierda.

La entrada de control primario que el jinete puede hacer es aplicar un esfuerzo de torsión directamente en el mecanismo de dirección vía el manillar. Debido a la dinámica propia de la bicicleta, debido a la geometría del manejo y efectos giroscópicos, control de posición directa de ángulo de dirección se ha encontrado para ser problemático.

Una entrada de control secundario que puede hacer que el jinete es inclinar el torso superior en relación con la moto. Como se mencionó anteriormente, la efectividad del jinete magra varía inversamente con la masa de la bicicleta. En motos pesadas, tales como motocicletas, jinete magra principalmente altera los requisitos de separación de tierra en un giro, mejora la visión de la carretera y mejora la dinámica del sistema bicicleta de una manera pasiva de muy baja frecuencia.

Diferencias de los automóviles

La necesidad de mantener una bicicleta en posición vertical para evitar lesiones al ciclista y posibles daños al vehículo incluso limita el tipo de pruebas de maniobrabilidad que se realiza con frecuencia. Por ejemplo, mientras los entusiastas del automóvil publicaciones a menudo realizan y citar skidpad resultados, motocicleta publicaciones no. La necesidad de "establecer" para una vuelta, incline la moto con el ángulo adecuado, significa que el jinete debe ver más adelante que la necesaria para un automóvil típico a la misma velocidad, y esta necesidad aumenta más que proporcionalmente a la velocidad.

Esquemas de clasificación

Varios esquemas han sido diseñados para el manejo de bicicletas, motocicletas particularmente la tarifa.

• El Índice del rodillo es el cociente entre el esfuerzo de torsión del manejo y rodillo o ángulo de inclinación.

• El Índice de aceleración es el cociente entre el esfuerzo de torsión del manejo y lateral o aceleración centrípeta.

• El proporción de dirección es la relación entre el radio de giro teórico basado en el comportamiento del neumático ideal y el radio de giro real. Valores de menos de uno, donde la rueda delantera deslizamiento lateral es mayor que el deslizamiento lateral de rueda trasera, se describen como debajo-manejo; manejo igual a uno como neutral; y más de uno como exceso de dirección. Valores inferiores a cero, en el que la rueda delantera debe girarse opuesta a la dirección de la curva debido a la mayor parte posterior rueda deslizamiento lateral de la rueda delantera se han descrito como la dirección. Los jinetes tienden a preferir neutral o leve exceso de dirección. Conductores tienden a preferir subviradora.

• El Índice de Koch es la relación entre la máxima dirección par y el producto de pico magra tasa y velocidad de avance. Grande, motos Touring tienden a tener un alto índice de Koch, motocicletas del deporte tienden a tener un índice medio de Koch, y scooters tienden a tener un índice bajo de Koch. Es más fácil de maniobrar scooter luz de motocicletas pesadas.

Teoría de movimiento lateral

Aunque sus ecuaciones de movimiento pueden ser lineal, una bicicleta es una sistema no lineal. Las variables que hay que resolver para no se puede escribir como una suma lineal de componentes independientes, es decir, su comportamiento no es expresable como la suma de los comportamientos de sus descriptores. Generalmente, los sistemas no lineales son difíciles de resolver y son mucho menos comprensibles que los sistemas lineales. En el caso idealizado, en que la fricción y se omite cualquier flexión, una bicicleta es una conservador sistema. Amortiguación, sin embargo, todavía puede ser demostrado: bajo las circunstancias correctas, las oscilaciones de lado a lado disminuirá con el tiempo. Energía añadida con una sacudida de lado a una bicicleta corriendo recto y vertical (demostrando Self-Stability) se convierte en la mayor velocidad de avance, no perdida, como las oscilaciones se extinga.

Una bicicleta es una sistema Nonholonomic porque su resultado es Ruta de acceso-dependiente. Para conocer su configuración exacta, sobre todo la ubicación, es necesario conocer no sólo la configuración de sus partes, sino también sus historias: Cómo se han trasladado con el tiempo. Esto complica el análisis matemático. Finalmente, en el lenguaje de teoría de control, exhibe una bicicleta fase no-mínimo comportamiento. Se convierte en la dirección opuesta de lo inicialmente se dirige, como se describe anteriormente en la sección sobre countersteering

Grados de libertad

Gráficos de moto dirigen ángulo y ángulo de inclinación vs gire a la radio.

El número de grados de libertad de una moto depende de la particular modelo siendo utilizado. El modelo más simple que capta las características dinámicas clave, cuatro cuerpos rígidos con ruedas de borde de cuchillo rodar sobre una superficie plana Lisa, tiene 7 grados de libertad (variables de configuración necesarias para describir completamente la ubicación y orientación de los cuatro cuerpos):

1. x coordenada del punto de contacto de la rueda trasera
2. y coordenada del punto de contacto de la rueda trasera
3. ángulo de orientación de bastidor trasero (guiñada)
4. ángulo de rotación de la rueda trasera
5. ángulo de rotación de la rueda delantera
6. ángulo de inclinación del bastidor trasero (rodillo)
7. ángulo de dirección entre el armazón posterior y front-end

Agregar complejidad al modelo, tales como suspensión, cumplimiento del neumático, marco flex o movimiento del jinete, agrega grados de libertad. Mientras que hace el marco posterior echada con que se inclina y el manejo, el ángulo completamente está limitado por el requisito de las dos ruedas a permanecer en el suelo y entonces puede calcularse geométricamente de las otras siete variables. Si la ubicación de la moto y la rotación de las ruedas son ignorados, los primeros cinco grados de libertad también puede ser ignoradas y la moto puede ser descrita por sólo dos variables: ángulo de inclinación y el ángulo de dirección.

Ecuaciones de movimiento

El ecuaciones de movimiento de una moto idealizada, consistiendo en

• un rígido marco,
• un tenedor rígido,
• dos knife-edged, rígido ruedas,
• todo conectado con cojinetes de fricción y balanceo sin fricción o deslizamiento sobre una superficie horizontal lisa y
• operar en o cerca de la vertical y la línea recta, equilibrio inestable

puede ser representado por un único cuarto orden linealizado ecuación diferencial ordinaria o dos acoplados ecuaciones diferenciales de segundo orden, la ecuación magra

$M_{\theta\theta}\ddot{\theta_r} + K_{\theta\theta}\theta_r + M_{\theta\psi}\ddot{\psi} + C_{\theta\psi}\dot{\psi} + K_{\theta\psi}\psi = M_{\theta}$

y la ecuación de buey

$M_{\psi\psi}\ddot{\psi} + C_{\psi\psi}\dot{\psi} + K_{\psi\psi}\psi + M_{\psi\theta}\ddot{\theta_r} + C_{\psi\theta}\dot{\theta_r} + K_{\psi\theta}\theta_r = M_{\psi}\mbox{,}$

donde

• $\theta_r$ es el ángulo de inclinación de la Asamblea posterior,
• $\psi$ es el ángulo del buey de la Asamblea en relación con el conjunto trasero delantero y
• $M_{\theta}$ y $M_{\psi}$ se aplican los momentos (pares) en la Asamblea posterior y el eje de dirección, respectivamente. Para el análisis de una bicicleta incontrolado, ambos son llevados a ser cero.

Estos pueden ser representados en forma de matriz como

$M\mathbf{\ddot{q}}+C\mathbf{\dot{q}}+K\mathbf q=\mathbf f$

donde

• $M$ es la matriz simétrica de masa que contiene términos que incluyen solamente la masa y la geometría de la moto,
• $C$ es la matriz de amortiguación llamada, aunque una moto idealizada no tiene ninguna disipación, que contiene términos que incluyen la velocidad de avance $v$ y es asimétrica,
• $K$ es la matriz de rigidez llamada que contiene términos que incluyen la constante gravitacional $g$ y $v^2$ y es simétrica en $g$ y asimétricas en $v^2$,
• $\mathbf q$ es un vector de ángulo de inclinación y el ángulo de dirección, y
• $\mathbf f$ es un vector de fuerzas externas, los momentos antes mencionados.

En este modelo idealizado y lineal, hay muchos parámetros geométricos (distancia entre ejes, ángulo de la cabeza, masivo de cada cuerpo, radio de la rueda, etc.), pero sólo cuatro variables significativas: ángulo de inclinación, tarifa magra, ángulo de buey y tasa de buey. Estas ecuaciones han sido verificadas por la comparación con múltiples modelos numéricos derivados totalmente independientemente.

Las ecuaciones muestran que la bicicleta es como un péndulo invertido con la posición lateral de su apoyo controlada por términos representando a rodillo de aceleración, velocidad del rodillo y rodillo desplazamiento al manejo par retroalimentación. El término de aceleración de rodillo es normalmente del mal signo para la estabilización y puede esperarse que sea importante principalmente con respecto a las oscilaciones de bamboleo. La retroalimentación de velocidad del rodillo de la señal correcta, es giroscópica en la naturaleza, siendo proporcional a la velocidad y está dominada por la contribución de la rueda delantera. El término de desplazamiento del rodillo es el más importante y es principalmente controlado por sendero, rastrillo y el desplazamiento del centro de masa marco frontal del eje del manejo de la dirección. Todos los términos implican combinaciones complejas de los parámetros de diseño de la bicicleta y a veces la velocidad. Se consideran las limitaciones de la bicicleta de referencia y extensiones para los tratamientos de neumáticos, Marcos y los jinetes y sus implicaciones, están incluidas. Jinete óptimos controles para la estabilización y control de seguir una ruta también se discuten.

Valores propios

Autovalores conspiraron contra la velocidad de avance para una típica bicicleta de utilidad simplificado para que las ruedas del filo de la navaja que ruedan sin deslizar.

Es posible calcular valores propiosuno para cada uno de los cuatro variables de estado (ángulo de inclinación, tarifa magra, ángulo de buey y tasa de buey), de las ecuaciones lineal con el fin de analizar la modos normales y self-stability de un diseño particular de la bicicleta. En el diagrama a la derecha, se calculan valores propios de una bicicleta especial para velocidades delanteras de 0 – 10 m/s (22 mph). Cuando el real partes de los valores propios (mostrados en oscuro azules) son negativas, la moto es autoportante. Cuando el imaginario las piezas de cualquier autovalores (mostrado en cian) son cero, exhibe la moto oscilación. Los valores propios son simétricas sobre el origen y así cualquier diseño de bicicletas con una región autoportante en velocidades delanteras no será autoportante retrocediendo a la misma velocidad.

Hay tres velocidades hacia adelante que pueden ser identificadas en el diagrama a la derecha en la cual el movimiento de la bicicleta cambia cualitativamente:

1. La velocidad de avance en el que comienzan las oscilaciones, en alrededor de 1 m/s (2,2 mph) en este ejemplo, a veces llamado el doble raíz velocidad debido a haber repetido raíz para el polinomio característico (dos de los cuatro valores propios tienen exactamente el mismo valor). Debajo de esta velocidad, la moto cae simplemente como un péndulo invertido hace.
2. La velocidad de avance en el cual las oscilaciones no aumenta, donde los valores propios modo armadura cambia de positiva a negativa en una Bifurcación de Hopf a unos 5,3 m/s (12 mph) en este ejemplo, se llama el velocidad de la armadura. Debajo de esta velocidad, las oscilaciones aumentan hasta que cae la moto incontrolada. Por encima de esta velocidad, oscilaciones eventualmente morir.
3. La velocidad de avance en el cual no oscilatoria inclinada aumenta, donde los valores propios modo zozobra cambiar de negativo a positivo en un bifurcación tridente en aprox. 8 m/s (18 mph) en este ejemplo, se llama el volcar la velocidad. Por encima de esta velocidad, esta inclinación no oscilante finalmente causa la moto incontrolada a caer.

Entre estas últimas dos velocidades, si ambos existen, es una gama de velocidades delanteras en el cual el diseño de bicicletas particulares es autoportante. En el caso de la bicicleta, cuyos valores propios se muestran aquí, la gama autoportante es 5.3 – 8.0 m/s (12 – 18 mph). Cuarto valor propio, que es generalmente estable (muy negativo), representa el comportamiento castoring de la rueda delantera, que tiende a girar hacia la dirección en la que viaja la moto. Tenga en cuenta que este modelo idealizado no exhibe el oscilación o vibración excesiva y Bamboleo trasero inestabilidades descritas anteriormente. Se observan en los modelos que incorporan interacción neumático con el suelo o en otros grados de libertad.

Experimentación con bicicletas reales ha confirmado hasta ahora el modo armadura predecido por los valores propios. Se comprobó que son neumáticos resbalones y marco flex No es importante para la dinámica lateral de la bicicleta en la velocidad de la gama hasta 6 m/s. El modelo idealizado bicicleta utilizado para calcular los valores propios que se muestra aquí no incorporar cualquiera de los pares que pueden generar neumáticos reales, y así interacción de neumáticos con el pavimento no puede evitar el zozobra el modo de ser inestable a altas velocidades, como Wilson y Cossalter sugieren ocurre en el mundo real.

Modos

Gráficos que muestran (de izquierda a derecha, de arriba a abajo) tejen inestabilidad, self-stability, self-stability marginal y volcar la inestabilidad en un modelo lineal idealizado de una descontrolada bicicleta de utilidad.

Las bicicletas, como complejos mecanismos, tienen una gran variedad de modos:: formas fundamentales que pueden moverse. Estos modos pueden ser estable o inestable, dependiendo de los parámetros de la bicicleta y su velocidad de avance. En este contexto, "estable" significa que una bicicleta incontrolada continuará rodando hacia adelante sin caerse mientras se mantiene la velocidad de avance. Por el contrario, "inestable" significa que una bicicleta incontrolada eventualmente caerá encima, incluso si se mantiene la velocidad de avance. Los modos pueden ser distinguidos por la velocidad a la que cambian la estabilidad y las fases relativas de inclinarse y manejo como la bicicleta experiencias de ese modo. Cualquier movimiento de la bicicleta se compone de una combinación de varias cantidades de los modos posibles, y hay tres modos principales que puede experimentar una bicicleta: volcar, tejer y tambalearse. Un modo menos conocido es bamboleo trasero, y es generalmente estable.

Volcar

Volcar es la palabra usada para describir una bicicleta cayéndose sin oscilación. Durante la zozobra, una rueda delantera incontrolada generalmente dirige en la dirección de inclinación, pero nunca es suficiente para detener la magra, que aumenta hasta alcanza un ángulo de inclinación muy alto, momento en el cual la dirección puede dar vuelta en la dirección opuesta. Puede ocurrir un vuelco muy lentamente si la moto está avanzando rápidamente. Debido a la inestabilidad de la zozobra es tan lenta, del orden de segundos, es fácil para el piloto de control y de hecho es utilizado por el ciclista iniciar la inclinación necesaria para una vuelta.

Para volcar más bicicletas, dependiendo de la geometría y la distribución en masa, es estable a bajas velocidades y llega a ser menos estable a medida que aumenta la velocidad hasta que ya no es estable. Sin embargo, en muchas bicicletas, neumáticos de interacción con el pavimento es suficiente para evitar volcar se convierta en inestable a altas velocidades.

Armadura

Armadura es el término utilizado para describir una lenta (0 – 4 Hz) oscilación entre inclinada a la izquierda y el volante derecho y viceversa. La bici entera es afectada con cambios significativos en ángulo, ángulo de inclinación (roll), de dirección y hacia el ángulo (desvío). El manejo es 180° fuera de fase con el rumbo y 90 ° fuera de fase con la que se inclina. Esto Película AVI muestra de tejido.

Para tejen las bicicletas más, dependiendo de la geometría y la distribución en masa, es inestable a baja velocidad y se convierte en menos pronunciado como la velocidad aumenta hasta que ya no es inestable. Mientras que puede disminuir la amplitud, la frecuencia en realidad aumenta con la velocidad.

Oscilación o vibración excesiva

Autovalores conspiraron contra la velocidad de avance para un motocicleta modelo con marco flexibilidad y dinámica realista del neumático. Pueden verse modos adicionales, tales como Bamboleo, que se vuelve inestable a 43.7 m/seg.

Los mismos valores propios como en la figura anterior, pero grafica en un lugar geométrico de la raíz parcela. Varios modos adicionales oscilantes son accesibles.

Bamboleo, shimmy, tanque-percutor, velocidad wobble, y muerte wobble son todas las palabras y frases utilizadas para describir una rápida oscilación (4 – 10 Hz) del principalmente sólo front end (delantero rueda, horquilla y manillar). También involucrada es la desviación en el cuadro posterior que pueda contribuir a la oscilación cuando demasiado flexible. Esta inestabilidad se produce sobre todo a alta velocidad y es similar a la experimentada por compras ruedas de carro, tren de aterrizaje de avión y las ruedas delanteras del automóvil. Mientras que la oscilación o vibración excesiva puede remediarse fácilmente mediante el ajuste de velocidad, posición o agarre sobre el manillar, puede ser fatal si no se controla. Esto Película AVI espectáculos se tambalean.

Oscilación o vibración comienza cuando algunas irregularidades menores de lo contrario, como la asimetría de la horquilla, acelera la rueda hacia un lado. Se aplica la fuerza restauradora en fase con el progreso de la irregularidad, y la rueda gira hacia el otro lado donde se repite el proceso. Si hay insuficiente amortiguación en la dirección la oscilación aumentará hasta que se produzca el fallo del sistema. La frecuencia de oscilación puede modificarse cambiando la velocidad de avance, haciendo la bicicleta más rígido o más ligero, o aumentando la rigidez de la dirección, de los cuales el jinete es un componente principal.

Bamboleo trasero

El término Bamboleo trasero se utiliza para describir un modo de oscilación en que ángulo de inclinación (rollo) y el ángulo de dirección (guiñada) están casi en fase y ambos 180° fuera de fase con ángulo de buey. La tasa de esta oscilación es moderada con un máximo de aproximadamente 6.5 wobble Hz. trasera está fuertemente amortiguado y cae rápidamente como moto velocidad aumenta.

Criterios de diseño

El efecto que tienen los parámetros de diseño de una bicicleta en estos modos puede investigarse mediante el examen de los valores propios de las ecuaciones de movimiento lineal. Para más detalles sobre las ecuaciones de movimiento y valores propios, consulte la sección sobre las ecuaciones de movimiento por encima de. Aquí se describen algunas conclusiones generales que se han elaborado.

La rigidez torsional y lateral de la bastidor trasero y el eje de la rueda afecta wobble-modo sustancialmente de amortiguación. Largo distancia entre ejes y sendero y un plano ángulo de dirección-cabeza se han encontrado para aumentar la amortiguación de la armadura-modo. Distorsión lateral puede ser contrarrestado por localizar la horquilla delantera eje torsional lo más bajo posible.

Curvas de tendencias de armadura son amplificadas por degradados de amortiguación de la suspensión trasera. Las curvas, la comba rigideces y longitud de relajación de la parte posterior neumático hacen la mayor contribución a la amortiguación de la armadura. Los mismos parámetros de la rueda delantera tienen un efecto menor. Carga trasera también amplifica arrinconar las tendencias de la armadura. Las Asambleas de carga trasera con adecuada rigidez y amortiguación, sin embargo, tuvieron éxito en amortiguación a la armadura y tambalean oscilaciones.

Un estudio ha demostrado teóricamente que, mientras que una bicicleta se inclinó en un giro, ondulaciones camino pueden excitar el modo armadura a alta velocidad o el modo de oscilación a baja velocidad si cualquiera de sus frecuencias coinciden con la velocidad del vehículo y otros parámetros. Excitación del modo de oscilación puede ser mitigada por un eficaz amortiguador de dirección y la excitación de la modalidad de tejido es peor para los jinetes ligeros que para jinetes pesados.

Cintas y rodillos

Cabalgando sobre un caminadora es teóricamente idéntica a montar a caballo en el pavimento estacionario, y pruebas físicas ha confirmado esto. Cintas han sido desarrollados específicamente para entrenamiento bicicleta indoor. Montar a caballo en rodillos está todavía bajo investigación.

Otras hipótesis

Aunque las bicicletas y las motocicletas pueden parecen ser mecanismos simples con sólo cuatro piezas móviles principales (cuadro, horquilla y dos ruedas), estas piezas están dispuestas en una forma que les hace complicado para analizar. Mientras que es un hecho observable de que las bicicletas pueden ser montadas incluso cuando el efectos giroscópicos de sus ruedas se cancelan hacia fuera, la hipótesis que los efectos giroscópicos de las ruedas son lo que mantener una bicicleta en posición vertical es común en forma impresa y en línea.

Ejemplos de impresión:

• "Ímpetu Angular y motocicleta contra Dirección: una discusión y una demostración", A. J. Cox, Soy J. Phys. 66, 1018-1021 ~ 1998
• "La moto como un giroscopio", J. Higbie, Soy J. Phys. 42, 701-702
• La física de fenómenos cotidianosW. T. Griffith, McGraw-Hill, Nueva York, 1998, pp. 149-150.
• Las cosas funcionan.Macaulay, Houghton Mifflin, Nueva York, NY, 1989

Dinámica longitudinal

Un ciclista realizando un Wheelie.

Las bicicletas pueden experimentar una variedad de movimientos y fuerzas longitudinales. En la mayoría de las bicis, cuando la rueda delantera se gira hacia un lado u otro, los lanzamientos de toda la trama posterior hacia adelante levemente, según el ángulo del eje de dirección y la cantidad de rastro. En bicicletas con suspensiones, delantero, trasero o ambos, recortar se utiliza para describir la configuración geométrica de la bicicleta, especialmente en respuesta a las fuerzas de frenado, acelerar, girar, tren de la impulsión y aerodinámico de arrastre.

La carga a cargo de las dos ruedas varía no sólo con localización del centro de masa, que a su vez varía con la cantidad y ubicación de los pasajeros y equipaje, sino también con la aceleración y desaceleración. Este fenómeno se conoce como transferencia de carga o transferencia de peso, según el autor y ofrece retos y oportunidades a dos pilotos y diseñadores. Por ejemplo, los corredores de la motocicleta pueden utilizarlo para aumentar la fricción para la rueda delantera en las curvas, e intenta reducir la compresión de la suspensión delantera durante el frenado pesado ha generado varios horquilla de motocicleta diseños.

Las fuerzas de la aerodinámica neto pueden ser consideradas para actuar en un solo punto, llamado el Centro de presión. A altas velocidades, esto creará un momento neto sobre la rueda trasera de conducción y resultado en una transferencia neta de carga de la rueda delantera de la rueda trasera. Además, dependiendo de la forma de la moto y la forma de cualquier carenado puede ser instalado, aerodinámica Levante puede ser presente que aumenta o reduce aún más la carga de la rueda delantera.

Estabilidad

Aunque longitudinalmente estable cuando estacionario, una bicicleta puede desestabilizarse longitudinalmente bajo suficiente aceleración o desaceleración, y Segunda ley de Euler puede utilizarse para analizar las fuerzas de reacción de tierra generadas. Por ejemplo, las fuerzas de la reacción del suelo (vertical) normal en las ruedas de una bicicleta con un distancia entre ejes $L$ y un centro de masa en altura $h$ y a una distancia $b$ delante de cubo de la rueda trasera y por razones de simplicidad, con ambas ruedas bloqueado, puede expresarse como:

$N_r = mg\left(\frac{L-b}{L} - \mu \frac{h}{L}\right)$ para la rueda trasera y $N_f = mg\left(\frac{b}{L} + \mu \frac{h}{L}\right)$ para la rueda delantera.

Simplemente son las fuerzas friccionales (horizontales)

$F_r = \mu N_r \,$ para la rueda trasera y $F_f = \mu N_f \,$ para la rueda delantera,

donde $\mu$ es el coeficiente de fricción, $m$ es el total masa de la bicicleta y el jinete, y $g$ es la aceleración de la gravedad. Por lo tanto, si

$\mu \ge \frac{L-b}{h},$

que ocurre cuando el centro de masa está en cualquier lugar por encima o delante de una línea extiende detrás de la rueda delantera en contacto con parche e inclinado en un ángulo

$\theta = \tan^{-1} \left( \frac{1}{\mu} \right) \,$

por encima de la horizontal, luego la fuerza normal de la rueda trasera será cero (momento en el que la ecuación no se aplica) y la moto comienza a voltear o bucle hacia adelante sobre la rueda delantera.

Por otro lado, si la altura del centro de masa es detrás o debajo de la línea, como sucede, por ejemplo en la mayoría bicicletas Tandem o long-rueda-base bicicletas reclinadas, entonces, incluso si el coeficiente de fricción es 1.0, es imposible para la rueda delantera generar suficiente fuerza de frenado para voltear la moto. Lo hará resbalón en su lugar, a menos que caiga algún obstáculo fijo, como una curva.

Del mismo modo, potentes motocicletas pueden generar suficiente par a la rueda trasera para levantar la rueda delantera del suelo en una maniobra llamada un Wheelie. Una línea similar a la descrita anteriormente para analizar el rendimiento de frenado puede obtenerse del parche de contacto rueda trasera para predecir si una rotación es posible dada la fricción disponible, la ubicación del centro de masa y suficiente potencia. Esto puede ocurrir también en bicicleta, aunque hay mucho menos energía disponible, si el centro de masa está de vuelta, hasta lo suficiente o los jinete bandazos de vuelta al aplicar potencia a los pedales.

Por supuesto, el ángulo del terreno puede influir en todos los cálculos anteriores. Todo lo demás permaneciendo igual, el riesgo de cayendo el front-end es reducido al subir a la colina y aumenta cuando el caballo cuesta abajo. La posibilidad de realizar una rotación aumenta cuando sube la colina, y es un factor importante en la motocicleta hillclimbing competiciones.

Frenado según las condiciones de terreno

Con no frenar, en una bicicleta m suele ser aproximadamente sobre el eje de pedalier

Al frenar, el jinete en el movimiento está tratando de cambiar la velocidad de la masa combinada m del jinete más bici. Esta es una aceleración negativa a en la línea de su viaje. F=ma, la aceleración a provoca una inercial fuerza de avance F en masa m. El frenado a es de una velocidad inicial u a una velocidad final v, sobre una longitud de tiempo t. La ecuación u - v = at implica que cuanto mayor sea la aceleración menor será el tiempo necesario para cambiar la velocidad. La distancia de frenado s también es más corto cuando aceleración a es el mayor valor posible compatible con las condiciones del camino: la ecuación s = ut + 1/2 at² hace s cuando baja a es alta y t es baja.

Cuánto de frenada para aplicar a cada rueda depende en las condiciones de terreno y en el equilibrio del peso sobre las ruedas en cada instante en el tiempo. El total de fuerza de frenado no puede exceder la fuerza de gravedad en los tiempos de jinete y bicicleta el coeficiente de fricción µ de la llanta en el suelo. mgµ > = Ff + Fr. Un deslizamiento se produce si la proporción de o Ff sobre Nf o Fr sobre Nr es mayor que µ, con un patín de ruedas traseras con menos de un impacto negativo en la estabilidad lateral.

Al frenar, la fuerza inercial ma en la línea de viaje, no siendo colineal con f, tiende a girar m acerca de f. Esta tendencia a girar, un momento de vuelco es resistida por un momento de mg.

En luz de frenado, Nr es todavía significativo para Fr pueden contribuir a frenar. Nr disminuye a medida que ma aumenta

Tomando momentos sobre la rueda delantera en contacto con punto en una instancia en tiempo:

• Cuando no hay ningún freno, masa m suele ser por encima de la caja de pedalier, aproximadamente 2/3 del camino entre las ruedas delanteras y traseras, con Nr por lo tanto mayor Nf.
• En constante luz de frenado, ya sea porque una parada de emergencia no es necesaria o porque las condiciones de tierra pobre evitar frenar fuerte, mucho peso todavía se basa en la rueda trasera, lo que significa que Nr es todavía grande y Fr pueden contribuir a a.
• Como de frenado a aumenta, Nr y Fr disminuir porque el momento Mah aumenta con la a. En constante máxima a, en sentido horario y antihorario momentos son iguales, en cuyo momento Nr = 0. Mayor Ff inicia un car.
  

  En el frenado máximo, Nr = 0

Otros factores:

• Descenso es mucho más fácil de voltear la rueda delantera porque la pendiente mueve la línea de mg cerca de f. Para tratar de reducir esta tendencia el jinete puede soportar en los pedales para tratar de mantener m tan lejos como sea posible.
• Cuando el frenado está aumentando el centro de masa m puede avanzar en relación con la rueda delantera, como el jinete avanza en relación con la moto, y, si la moto tiene suspensión de la rueda delantera, la horquilla delantera se comprime bajo carga, cambiando la geometría de la bicicleta. Todo esto pone una carga sobre la rueda delantera.
• Al final de una maniobra de freno, como el jinete llega a su fin, la suspensión descomprime y rechaza el jinete.

Valores de µ variar grandemente dependiendo de varios factores:

• El material que es de la superficie del suelo o por carretera.
• Si el suelo está húmedo o seco.
• La suavidad o rugosidad del terreno.
• La firmeza o aflojamiento de la tierra.
• La velocidad del vehículo, con la fricción reduciendo por encima de 30 mph (50kph).
• Fricción es balanceo o corredizas, con resbalar la fricción por lo menos 10% por debajo pico de rozamiento de rodadura.

Frenado

Un motociclista realizando un Car.

La mayoría de la fuerza de frenado de motos verticales estándar viene de la rueda delantera. Como el análisis sobre la muestra, si el frenos ellos mismos son lo suficientemente fuertes, la rueda trasera es fácil derrapar, mientras que la rueda delantera a menudo puede generar suficiente parar la fuerza a voltear el jinete y la bicicleta de la rueda delantera. Esto se llama un Car Si se levanta la rueda trasera, pero la moto no se voltea, o un Endo (forma abreviada de extremo a extremo) si la moto se invierte. En las bicis largas o bajas, sin embargo, tales como crucero motocicletas y bicicletas reclinadas, el neumático delantero se resbalón en su lugar, posiblemente causando pérdida de equilibrio.

En el caso de un frente suspensión, especialmente telescópico tubos de la horquilla, el aumento de fuerza hacia abajo de la rueda delantera durante el frenado puede causar la suspensión para comprimir y el extremo delantero para bajar. Esto se conoce como freno de buceo. Una técnica de conducción que aprovecha como frenado aumenta la fuerza hacia abajo de la rueda delantera se conoce como pista de frenado.

Freno de rueda delantera

Los factores limitantes en la desaceleración máxima en frente de frenado de la rueda son:

• el máximo, limitar el valor de fricción estática entre el neumático y el suelo, a menudo entre 0,5 y 0,8 por goma en seco asfalto,
• el fricción cinética entre las zapatas de freno y la llanta o disco, y
• cabeceo o bucle (de bicicleta y jinete) sobre la rueda delantera.

Para una bicicleta vertical sobre asfalto seco con frenos excelentes, pitcheo será el factor limitante. El centro de masa combinada de una típica bicicleta vertical y jinete será aproximadamente 60 cm (24 pulg) de la rueda delantera parche contacto y 120 cm (47 pulgadas) por encima, permitiendo una desaceleración máxima de 0,5g (5 m/s² o 16 ft/s²). Si el jinete modula los frenos adecuadamente, sin embargo, pitcheo puede evitarse. Si el jinete retrocede su peso y, aún más grandes desaceleraciones son posibles.

Los frenos delanteros en muchas bicicletas baratas no son fuertes lo suficiente para, en el camino, son el factor limitante. Frenos cantilever barato, especialmente con "moduladores de poder" y Raleigh-frenos de tracción lateral restringen severamente la fuerza de frenado. En condiciones húmedas son incluso menos efectivas. Diapositivas de rueda delantera todoterreno son más comunes. Barro, agua y piedras sueltas reducen la fricción entre el neumático y el camino, aunque neumáticos de tacos pueden mitigar este efecto por el acaparamiento de las irregularidades de la superficie. Rueda delantera diapositivas también son comunes en las esquinas, ya sea en carretera o fuera. Aceleración centrípeta agrega a las fuerzas en el contacto neumático-suelo, y cuando la fricción fuerza se excede las diapositivas de la rueda.

Ruedas de frenado

El freno trasero de una bicicleta vertical sólo puede producir sobre 0.1g (1 m/s²) desaceleración a lo mejor, debido a la disminución de la fuerza normal en la rueda trasera como se describe anteriormente. Todas las bicicletas con sólo freno trasero están sujetos a esta limitación: por ejemplo, las bicicletas con sólo un freno de contrapedal, y piñón fijo bicicletas con ningún otro mecanismo de frenado. Sin embargo, hay situaciones que pueden justificar una rueda trasera de frenado

• Superficies resbaladizas o superficies lleno de baches. En la rueda delantera frenada, el coeficiente de fricción más bajo puede causar la rueda delantera al resbalón que a menudo resulta en una pérdida de equilibrio.
• Llanta delantera. Una rueda con una rueda pinchada de frenado puede causar el neumático fuera de la llanta que reduce la fricción y, en el caso de una rueda delantera, resultar en una pérdida de equilibrio.
• Fallo del freno delantero.

Técnica de frenado

Dictamen pericial varía de "usar ambas palancas igualmente al principio" "es el más rápido que puedes detener cualquier bici de batalla normal aplicar el freno delantero tan duro que la rueda trasera está a punto de levantar del suelo" dependiendo de las condiciones del camino, nivel de habilidad del jinete y fracción deseada de la desaceleración máxima posible.

Suspensión

Bicicleta de montaña suspensión trasera

Artículo principal: Suspensión de la bicicleta

Artículo principal: Suspensión (motocicleta)

Las bicicletas pueden tener frente único, sólo posterior, suspensión no o ninguna suspensión que operan principalmente en el plano central de simetría; Aunque con un poco de consideración dado cumplimiento lateral. Los objetivos de una suspensión de la bicicleta son reducir la vibración experimentada por el jinete, mantener el contacto de la rueda con el suelo y mantener vehículo ajuste. Los parámetros de suspensión primaria son rigidez, amortiguación, soltados y masa no soportado, y neumático características. Además de las irregularidades del terreno, frenado, aceleración y fuerzas tren de la impulsión también pueden activar la suspensión como se describió anteriormente. Los ejemplos incluyen Bob y regeneración del pedal en bicicleta, la efecto del eje en motocicletas, y posición en cuclillas y buceo de freno en ambos.

Vibración

El estudio de la vibración en bicicletas incluye sus causas, tales como balance del motor, balance de la rueda, superficie de la tierra, y aerodinámica; su transmisión y absorción; y sus efectos sobre la bicicleta, el jinete y la seguridad. Un factor importante en cualquier análisis de vibraciones es una comparación de la frecuencias naturales del sistema con la posible conducir las frecuencias de las fuentes de vibración. Significa un igualado resonancia mecánica Eso puede resultar en grandes amplitudes. Un desafío en la amortiguación de vibraciones es crear cumplimiento en ciertas direcciones (verticalmente) sin sacrificar la rigidez estructura necesaria para poder (transmisión y manipulacióntorsión). Otro problema con la vibración de la moto es la posibilidad de incumplimiento debido a fatiga del material Efectos de la vibración en los jinetes incluyen malestar, pérdida de eficiencia, Síndrome por vibración mano-brazo, una forma secundaria La enfermedad de Raynaud, y vibración transmitida al cuerpo entero. Vibrar los instrumentos puede ser inexactos o difíciles de leer.

En bicicletas

La principal causa de las vibraciones en una bicicleta funcione correctamente es la superficie sobre la cual rueda. Además de neumáticos neumáticos y tradicional suspensiones de bicicleta, se ha desarrollado una variedad de técnicas húmedo vibraciones antes que alcancen el jinete. Estos incluyen materiales, tales como fibra de carbono, ya sea en el conjunto marco o sólo los componentes dominantes tales como la horquilla delantera, tija de sillín, o manillar; formas de tubo, tales como curvadas asiento permanece; e insertos especiales, tales como Zertz por Especializada, y Buzzkills por Bontrager.

En motos

Además de la superficie de la carretera, las vibraciones en una motocicleta pueden ser causadas por el motor y las ruedas, si no balanceada. Fabricantes emplean una variedad de tecnologías para reducir o estas vibraciones, como motor y húmedo ejes de equilibrio, montajes de motor de goma, y pesos del neumático. Los problemas que causa la vibración también han generado una industria de partes del mercado de accesorios y sistemas diseñados para reducirlo. Complementos incluyen manillar pesos, Estriberas aislados y el motor contrapesos. A altas velocidades, motocicletas y sus jinetes pueden también experimentar aerodinámico aleteo o turbulencias. Esto puede ser disminuido por cambiar el flujo de aire sobre las partes fundamentales, tales como la parabrisas.

Experimentación

Una variedad de experimentos se han realizado con el fin de verificar o refutar varias hipótesis sobre la dinámica de la bicicleta.

• David Jones construyó varias bicicletas en busca de una configuración de unridable.
• Richard Klein construyó varias bicicletas para confirmar los resultados de Jones.
• Richard Klein también construyó un "par llave bicicleta" y un "cohete" para investigar pares de dirección y sus efectos.
• Keith Code construyó una motocicleta con manillar fijo para investigar los efectos del movimiento del jinete y posición de manejo.
• Schwab y Kooijman han realizado mediciones con una bicicleta instrumentada.
• Hubbard y Moore han realizado mediciones con una bicicleta instrumentada.

Véase también

• Geometría de bicicletas y motocicletas
• Horquilla de bicicleta
• Neumático de la bicicleta
• Ángulo de caída
• Comba de empuje
• Ángulo caster
• Las curvas de fuerza
• Countersteering
• Highsider
• Lowsider
• Horquilla de motocicleta
• Problema de estacionamiento paralelo
• Ángulo de deslizamiento
• Velocidad wobble
• Car
• Pista de frenado
• Wheelie
• Contorno de motos y motociclismo

Lectura adicional

• 'Una introducción a la geometría de la bicicleta y manejo'Anderson Karl
• '¿Qué hace la bicicleta vertical?' Jobst Brandt
• 'Informe sobre la estabilidad de la bicicleta Dahon' por John Forester
• Actas del 2010 bicicleta y motocicleta dinámica Simposio varios autores

Enlaces externos

Vídeos:

• Video de la bicicleta sin jinete demostrando self-stability
• ¿Por qué no bajan bicicletas: Arend Schwab en TEDx Delft 2012
• Bamboleo película (AVI)
• Armadura de película (AVI)
• Bamboleo Crash (Flash)
• Video en Ciencia el viernes

Centros de investigación:

• Bicicleta dinámica en Delft University of Technology
• Mecánica de bicicletas en la Universidad de Cornell
• Bicicleta ciencia en la Universidad de Illinois
• Dinámica de la motocicleta en la Universidad de Padua
• Grupo de investigación de energía en el Imperial College y control
• Bicicleta dinámica, control y manejo en UC Davis

Conferencias:

• Bicicleta y motocicleta dinámica 2010:: Simposio sobre dinámica y Control de vehículos de vía única, Universidad técnica de Delft20-22 Oct de 2010
• Dinámica de vehículos vía única en DSCC 2012:: dos sesiones de la ASME Sistemas dinámicos y Control Conferencia en Fort Lauderdale, Florida, EEUU, 17 – 19 de octubre de 2012, con unos 20 participantes de Italia, Japón, Holanda y Estados Unidos.
• Bicicleta y motocicleta dinámica 2013:: Simposio sobre dinámica y Control de vehículos de vía única, La Universidad NihonNov 11-13 de 2013

Otras Páginas

• Biblioteca-Servicio Geologico de Estados Unidos
• Mosiera
• Costos de coche
• Medicina reproductiva
• Seyyedhasan, Lorestan
• Lenguaje de senas de Burkina
• Parkour
• Respuesta vasovagal
• Universidad de Wisconsin Facultad de derecho de