Shimmy de vitesse

Le shimmy de vitesse de ou le shimmy est l'oscillation spontanée des roues avant, ou " ; wobbling" ; d'un véhicule , à une vitesse d'ensemble ou à une gamme de vitesse. Les oscillations sont dues à la fréquence latente de résonance de de la roue orientée du véhicule et sont un phénomène complexe. Il peut se produire avec les bicyclettes des planches à roulettes des motos ou dans la théorie n'importe quel véhicule avec un seul point de pivot de direction et une quantité suffisante de liberté de la roue orientée ; ceci n'inclut pas la plupart des automobiles cependant, les véhicules lover-jaillis avec une barre de voie installée comme la jeep WJ, XJ, ZJ, et TJ avec des ascenseurs de suspension de marché des accessoires peut avoir ce problème également. Tandis qu'habituellement facilement remédié à en ajustant la vitesse ou en changeant la position sur le véhicule, shimmy de vitesse peut être mortel, particulièrement aux vitesses.

Shimmy et shimmy de la mort

L'oscillation soutenue a deux composants nécessaires : Un underdamped le système du second degré et un mécanisme de rétroaction positive de .

Le système underdamped par du second degré est la nutation de la roue avant. Un exemple d'un système underdamped du second degré est un système de ressort et de masse de à travers où la masse peut pendiller (osciller) en pendant d'un ressort.

Le mécanisme de rétroaction positive de est le bike+rider, rapprochant un système atténué le deuxième par ordre. À une vitesse critique de vélo, la fréquence de nutation de roue avant assortit la fréquence normale de bike+rider ; si le système vertical de bike+rider est insuffisamment atténué, le mouvement fournit une rétroaction positive au système du second degré de roue avant, amplifiant ou soutenant la nutation.

Animation de shimmy

Animation de shimmy de la mort

Vidéo d'accident de bicyclette montrant le shimmy de la mort

Nutation

La nutation est la tendance couple-libre d'un axe de rotation de corps rigide librement de rotation d'osciller autour de l'axe de rotation moyen. Dans le meilleur des cas, c'est un comportement du second degré sans l'atténuation. Dans de vrais cas, l'oscillation délabrera en raison du atténuant dans le système.

La nutation est facilement démontrée en suspendant une roue de bicyclette de rotation par l'axe tels que l'axe accroche verticalement. Si la jante est donnée une bosse pointue parallèle à l'axe de rotation, l'axe de rotation oscillera dans un mouvement en forme de cône autour de l'axe de rotation moyen. C'est nutation, ne pas être confondu avec la précession .

Une roue avant de vélo de bicyclette ou de moteur a deux degrés de de liberté dans un système efficace du cardan . Le cardan intérieur est la fourchette de direction, libèrent pour tourner autour de l'axe de direction. Le cardan externe est effectivement le vélo entier, capable incliner à l'un ou l'autre côté le long de l'axe longitudinal. Ceci donne à la roue avant les deux degrés de liberté required nécessaires pour que la nutation se produise.

Si une roue avant est dérangée dans la nutation, l'effet sur le vélo est d'orienter rapidement de l'un côté à l'autre, aussi bien que pour incliner le vélo de l'un côté à l'autre. Ces 2 mouvements sont des rotations autour des deux degrés de liberté du système gymbal efficace décrit plus tôt. L'effet est manifesté en modes fondamentalement différents du deux, selon combien le cavalier coûte une partie du système de cardan :

Le le premier est généralement connu comme shimmy et peut facilement se produire tout en ne montant aucune main sur une bicyclette. C'est un côté relativement inoffensif à dégrossir secousse du tube principal combiné avec un côté pour dégrossir shimmy de direction car la roue avant pivote autour du point de contact au sol. Le le cavalier n'est pas une partie du système de nutation. le cavalier sur la selle fournit un point d'attache ferme pour le reste de l'armature au pivot autour.

Le le deuxième cas de est moins terrain communal et peut avoir comme conséquence un accident. Ce s'appelle différemment un shimmy ou une armure de la mort. Il se produit à une vitesse plus élevée avec une poignée ferme sur les barres. Le pivot longitudinal n'est pas près de la pièce rapportée moulue de contact de comme dans le shimmy mais plus près du corps du cavalier. Le dans ce cas-ci le cavalier fait partie du système de cardan dû à une poignée ferme sur les barres de poignée. l'effet est que le bike+rider entier tisse rapidement de l'un côté à l'autre, comme si les cavaliers monte un mini cours de slalom, par opposition au shimmy en lequel principalement le tube et les guidons principaux secouent.

Atténuation

Le coefficient de atténuation (l'inverse du facteur de Q) du système de nutation du second degré est une fonction du moment angulaire. Plus la vitesse de roue est haute, plus le facteur de Q de nutation (moins d'atténuation) est haut, autre factorise rester le même. Avec un facteur de Q plus élevé, moins de rétroaction positive est nécessaire pour que l'instabilité se produise. Ceci explique pourquoi le shimmy et le shimmy de la mort se produit seulement au-dessus de certaines vitesses - le facteur de Q doit devenir assez haut pour l'instabilité de direction. Des vélos de moteur sont souvent équipés d'un amortisseur de direction pour augmenter l'atténuation de cardan, abaissant le facteur de Q de nutation.

Inertie de cardan

L'inertie de moment de cardan autour de l'axe de direction est influencée par la façon dont étroitement le cavalier saisit les guidons. Main sur les barres n'a pas comme conséquence le plus bas moment de l'inertie et d'une plus haute fréquence de nutation et un facteur de Q plus élevé à une vitesse donnée. Une poignée légère sur la barre de poignée aura un effet d'atténuation fort, abaissant le facteur de Q rigoureusement. Cependant, si les barres sont saisies étroitement, le corps du cavalier est plus serré couplé au cardan de direction et le corps de bras et supérieur deviennent une partie de ce cardan, augmentant son moment de l'inertie. Le corps entier du cavalier devient une partie du cardan longitudinal, augmentant ce moment de l'inertie aussi bien. L'effet est d'abaisser la fréquence de nutation et le facteur de Q de nutation, ainsi une vitesse plus élevée est exigée pour atteindre le facteur de Q nécessaire pour l'instabilité par rapport aux aucun-mains d'équitation. Puisque l'au centre de la masse pour le cardan longitudinal est plus haut, le centre de la rotation est également beaucoup plus haut comparé aux aucun-mains le cas.

Affaire 1 : Shimmy, aucunes mains sur les guidons

Car il n'y a aucun contact avec les guidons, le moment de cardan de l'inertie autour de l'axe de direction est le plus bas. Il n'y a aucune atténuation des mains du cavalier ainsi le facteur de Q de nutation est haut même à la vitesse modeste. La plupart des vélos montreront le shimmy si la vitesse est suffisante. L'atténuation de elle est également facile par une poignée légère sur les barres ou en touchant le tube supérieur avec une jambe. Les deux actions ajoutent le " ; soft" ; amasser au système de cardan, abaissant le facteur de Q rigoureusement. Pédaler tandis que la monte des aucun-mains relie également le " ; soft" ; amasser plus fermement à l'avant du vélo par l'intermédiaire des bras de pédale, ayant pour résultat un comportement plus stable.

Affaire 2 : Shimmy de la mort, saisissant étroitement les barres

Les bras et le corps du cavalier sont une partie des cardan. Les bras et l'augmentation de masse de corps supérieur le moment de cardan de direction de l'inertie, alors que le corps entier fait partie du moment de l'inertie longitudinal. La fréquence de nutation est inférieure. Puisque le corps du cavalier est une partie de l'inertie de système de cardan, le pivot longitudinal est beaucoup plus haut vers le corps supérieur de cavalier, puisque l'au centre de la masse est maintenant plus haut. Il y a moins secousse du tube principal et du tissage des roues. Le cavalier est secoué de l'un côté à l'autre. Il est difficile de commander le shimmy de la mort puisque le mouvement se produit trop rapidement pour imposer la commande musculaire, et l'effet involontaire de saisir les guidons augmente étroitement seulement le facteur de Q. Un effort conscient de libérer la poignée serrée aura un effet bien meilleur en augmentant l'atténuation.

Depuis les bras et le corps ne pas être complètement rigide, il y a atténuation encore considérable fournie, ainsi une vitesse plus élevée est exigée pour que le facteur de Q soit assez haut de permettre la rétroaction positive.

Rétroaction

Tous les systèmes du deuxième ordre ont une certaine quantité d'atténuation due aux effets de friction. Une roue seule, si perturbé dans la nutation, amortira par elle-même. Pour obtenir le shimmy ou le shimmy de la mort, un système de rétroaction est exigé pour que la nutation soit soutenue. Le système de rétroaction est fourni par le bike+rider.

Pour que la rétroaction positive existe, faut il un système tels que la nutation est amplifiée assez pour que tous les effets d'atténuation soient décommandés. Un système du second degré peut fournir une telle rétroaction à une certaine fréquence ou gamme des fréquences. Si un bike+rider rapproche un système du second degré, alors à une certaine fréquence ou gamme des fréquences, la réponse de phase sera telle que la rétroaction positive est établie. Puisqu'une roue avant de rotation est un système légèrement atténué, seulement un peu de rétroaction positive est exigé pour l'instabilité.

Shimmy

L'examen du déplacement et des points relativement stationnaires sur un vélo pendant le shimmy indique :

la pièce rapportée de contact de roue avant est relativement tranquille, mais le tube principal secoue de l'un côté à l'autre. Ceci signifie que le pivot longitudinal de nutation de roue avant est proche de la terre.

dû à l'inertie du cavalier sur la selle, la selle est également relativement immobile.

la pièce rapportée arrière de contact de roue est également relativement immobile. Ceci implique que là doit fléchir le mouvement dans la roue arrière, l'armature, le poteau de siège et la selle pour permettre au tube principal de se déplacer en longueur.

la roue arrière fléchira habituellement les la plupart depuis
il n'est pas aussi raide que les autres composants ;
il est sous la charge de cavalier, ainsi des rais verticaux inférieurs la tension est réduite, et avec une roue bombée les rais latéraux non moteurs sont sous même moins de tension ; et
il est sujet à une action de levier. Il exige seulement un peu en longueur de fléchissement pour expliquer le mouvement principal de tube.

Tout ceux-ci prévoient qu'une roue plus raide, et une roue également bombée seront moins à de shimmy enclin. les rais Double-aboutés devraient être un shimmy plus enclin, et de même des cavaliers plus lourds réduiront la tension inférieure de rai, augmentant le shimmy.
La triangle arrière est prochaine dans la ligne pour faire le fléchissement. Actuellement il n'est pas clair si le siège reste ou des séjours de chaîne fléchira plus.

le tube principal de triangle et de siège devrait fléchir très peu dû aux diamètres plus grands de tube.

la fourchette devrait fléchir très peu en raison du moment de flexion relativement petit là-dessus. La roue arrière souffre le plus grand moment de flexion comparé à tous autres composants.

si la selle est plus haute, la force de haut en bas par la selle passe plus près de l'axe arrière, et moins de fléchissement de roue est exigé pour expliquer le mouvement principal de tube. Ceci prévoit que des cas plus grands seront un shimmy plus enclin.
Le support arrière chargé par A de

ajoute une masse puissante derrière le pivot de selle et amplifiera tous les moments de flexion, augmentant le shimmy.

Les pièces de fléchissement fournissent la masse jaillie par suffisant pour produire de la rétroaction positive required.

Shimmy de la mort

Le cavalier entier est secoué de l'un côté à l'autre. La rétroaction positive est établie si le cavalier est secoué à sa fréquence normale de corps : À une vitesse critique que le bike+rider est secoué exactement à la fréquence elle-même vacille à. Elle est comme secouer une gelée : Trop lent et vous déplacent simplement la gelée. Trop rapide et vous vibrent juste la gelée. Mais redresser juste et la gelée secouera violemment et peut se désagréger. Le bike+rider représente la gelée. Le " ; jelly" ; peut être le décalage de cavalier de l'un côté à l'autre sur la selle, roulant effectivement sur le tissu entre le bassin et la selle. La propriété semi-fluide du corps du cavalier dans la région d'estomac amplifiera l'effet de gelée. Un cavalier avec de la graisse du corps excessive moins sera atténué qu'un cavalier maigre. Une selle capitonnée molle qui permet au cavalier de se déplacer en longueur par la conformité du matériel de remplissage de selle est encore une autre possibilité.

Excitation de système

Shimmy

Puisque la roue avant est un système mal atténué du second degré, n'importe quelle quantité de perturbation causera la nutation. Ceci se produira à toutes les vitesses excepté la vitesse nulle et sur toutes les bicyclettes, essentiellement sans interruption parce qu'il y a toujours les vibrations de vent et de route et le mouvement de cavalier. Au-dessous d'une certaine vitesse la perturbation sans interruption et immédiatement est atténuée ainsi n'est pas notée. Au-dessus de cette vitesse, la fréquence de nutation assortit la fréquence normale de n'importe quel springiness sur le vélo. Pendant que la nutation cause un léger mouvement latéral du vélo, elle tire le long de Massachusetts souple. La nutation cause le mouvement à l'inverse et la masse est tirée le long dans la direction opposée. À une vitesse critique la masse souple est secouée à sa fréquence normale et la rétroaction positive est établie.

Pour vérifier la stabilité, monter assez à vitesse réduite sans des mains et donner aux barres une légère bosse de direction. Vous devriez voir la nutation qui amortit rapidement. Augmenter la vitesse et répéter l'expérience. La nutation prendra plus longtemps pour absorber. À une certaine vitesse elle n'absorbera pas. Presser un genou contre le tube supérieur ou une main légèrement sur les barres pour l'atténuation.

Shimmy de la mort

Le déclenchement du de shimmy de la mort exige un mouvement soudain de direction tels que l'inertie cause à un parent le mouvement latéral de Massachusetts. L'effet de gelée fournira la rétroaction au dispositif de direction ; si la vitesse de vélo est suffisante tels que la nutation assortit la fréquence de gelée, le shimmy de la mort peut s'ensuivre fournissant la rétroaction positive est plus que la quantité minimum pour décommander tous les effets d'atténuation de nutation. N'importe quelle situation où la direction soudaine est lancée involontairement, peut avoir comme conséquence le shimmy de la mort si des conditions de rétroaction pour lui sont remplies. Les exemples d'un mouvement si soudain de direction peuvent être de vent latéral, ou du freinage brusquement dans un coin particulièrement si fermant à clef vers le haut de la roue arrière momentanément, ou si la roue avant est soulevée vers le haut et revient en bas de tourner légèrement outre de la direction de roulement.

Il n'est pas recommandé d'expérimenter avec le shimmy de la mort excepté peut-être sur un système de rouleau.

Les observations ont expliqué

Shimmy

Le pressant un genou contre le tube supérieur l'amortit dehors : effectivement, une masse est ajouté au tube supérieur. Puisque le shimmy est manifesté comme côté pour dégrossir secousse du tube principal, ajouter la masse au tube supérieur augmentera le moment de l'inertie autour de l'axe longitudinal. En outre, la masse supplémentaire de la jambe est reliée au tube supérieur par l'intermédiaire du tissu de muscle et pas rigidement fixe, agit ainsi comme Massachusetts de atténuation puissant. L'effet combiné est d'abaisser la fréquence de nutation, le décalant à partir de la fréquence de la rétroaction positive suffisante, et atténuant le système de nutation, tels que la rétroaction positive fournie par rider+bike n'est plus suffisante pour soutenir la nutation et elle amortit. L'effet d'atténuation est le plus important des deux.

il ne se produit pas sur le vélo de xyz : Vélos de non tous les ont assez de springiness pour fournir la rétroaction nécessaire pour que la nutation soit amplifiée, qui explique pourquoi beaucoup de cavaliers ne l'ont jamais éprouvée ; Ou ils n'ont pas atteint cette vitesse critique où le facteur de Q de nutation est assez haut, ou où la fréquence de nutation assortit la fréquence normale de n'importe quel Massachusetts souple.

Vélo chargé par : l'inertie du cavalier sur la selle en combination avec la pièce rapportée arrière de contact de roue crée un pivot ; n'importe quelle masse derrière ce pivot aura un effet de sling-shot et augmente puissant la rétroaction positive au tube principal de secousse. Un vélo autrement stable empirera rigoureusement avec un support chargé sur le dos, plus ainsi si la charge n'est pas rigidement fixe. Beaucoup de masse secouant en longueur près du dos du vélo fera n'importe quel shimmy de vélo aux vitesses assez modestes, indépendamment de la façon dont l'écurie il était avant.

ralentissant ou accélérant : l'un ou l'autre cas changera la fréquence de nutation et la tirera à partir de la fréquence de gelée, éliminant la rétroaction positive. L'accélération souvent ne travaille pas aux bicyclettes dues à l'éventail de fréquences dans le système de rétroaction où la rétroaction positive est suffisante pour soutenir le shimmy.

Rigidité de vue de : Le jeu de mai par petite partie, les armatures flexibles peut montrer un certain câble pendant le shimmy, diminuant l'atténuation du système. Cependant, la flexibilité d'armature n'est pas exigée pour le shimmy.

Différentes roues de : changeant la roue avant pour une avec la masse différente affectera le moment angulaire changera donc la fréquence de nutation. Ceci peut éliminer l'effet ou le présenter, selon les fréquences critiques. Habituellement il changera la vitesse où on observe le shimmy. Une roue avec plus de flexibilité dans elle ajoutera la tendance de vibrer à un vélo.

Shimmy de la mort

il ne se produit pas sur le vélo de xyz : Systèmes de non tous les bike+rider fournissent la rétroaction nécessaire pour que la nutation soit amplifiée, qui explique pourquoi beaucoup de cavaliers ne l'ont jamais éprouvée. Ou ils n'ont pas atteint cette vitesse critique où la rétroaction positive est plus que la quantité critique, ou où la fréquence de nutation assortit le " ; frequency" de gelée ;.

Fuselage porteur de outre de la selle : soulevant et le corps vers le haut de la selle change complètement la dynamique du système de rétroaction et des moments de l'inertie. En particulier, le levage outre de la selle élimine l'effet de gelée.

La poignée de libération de barre des arrêts il : libérant les barres de poignée découple le cavalier du cardan de direction et change le moment de l'inertie. On élimine des déplacements de fréquence de nutation à partir de la fréquence et de la rétroaction tellement positive de gelée.

Description mathématique

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Voir également

Dynamique de bicyclette et de moto de

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