Gegenlenkung - Countersteering

Das Gegenlenken wird von einspurigen Fahrzeugführern wie Radfahrern und Motorradfahrern verwendet , um eine Kurve in eine bestimmte Richtung einzuleiten, indem sie kurzzeitig gegen die gewünschte Richtung lenken ("nach links lenken, um nach rechts abzubiegen"). Um eine Kurve erfolgreich zu bewältigen, muss der kombinierte Schwerpunkt des Fahrers und des einspurigen Fahrzeugs zuerst in die Richtung der Kurve geneigt werden, und ein kurzes Lenken in die entgegengesetzte Richtung bewirkt diese Neigung. Die Gegenlenkung des Fahrers wird manchmal als "Lenkbefehl erteilen" bezeichnet.

Die wissenschaftliche Literatur bietet keine klare und umfassende Definition des Gegenlenkens. Tatsächlich wird "nicht immer richtig zwischen Lenkmoment und Lenkwinkel unterschieden ...".

Eine hypothetische Kurve auf trockenem Asphalt

Wie es funktioniert

Bildmontage mit verschiedenen Stufen der Gegenlenkung. Hier wird ein Roller gegengesteuert, um nach links abzubiegen.

Beim Gegenlenken nach links wird Folgendes ausgeführt:

  • Ein Drehmoment am Lenker rechts wird aufgebracht.
  • Das Vorderrad dreht sich dann um die Lenkachse nach rechts und der Reifen erzeugt Kräfte in der Kontaktfläche rechts.
  • Die Maschine als Ganzes lenkt nach rechts
  • Da sich die Kräfte in der Kontaktfläche auf Bodenniveau befinden, werden die Räder "unter" dem Fahrrad nach rechts herausgezogen und nach links geneigt.
  • Der Fahrer oder in den meisten Fällen die inhärente Stabilität des Fahrrads liefert das Lenkmoment, das erforderlich ist, um das Vorderrad nach links und in Richtung der gewünschten Kurve zurückzudrehen.
  • Das Fahrrad beginnt eine Kurve nach links.

Während dies eine komplexe Abfolge von Bewegungen zu sein scheint, wird sie von jedem Kind ausgeführt, das Fahrrad fährt. Die gesamte Sequenz bleibt für die meisten Fahrer weitgehend unbemerkt, weshalb einige behaupten, dass sie dies nicht tun.

Es ist auch wichtig, das Lenkmoment, das erforderlich ist, um die für eine bestimmte Kurve erforderliche Neigung einzuleiten, von dem anhaltenden Lenkmoment und dem Lenkwinkel zu unterscheiden, die erforderlich sind, um einen konstanten Radius und Neigungswinkel aufrechtzuerhalten, bis es Zeit ist, die Kurve zu verlassen.

  • Das anfängliche Lenkmoment und der anfängliche Lenkwinkel sind beide entgegen der gewünschten Drehrichtung.
  • Der anhaltende Lenkwinkel ist in der gleichen Richtung wie die Kurve.
  • Das anhaltende Lenkmoment, das erforderlich ist, um diesen Lenkwinkel aufrechtzuerhalten, ist abhängig von der Vorwärtsgeschwindigkeit, der Fahrradgeometrie und der kombinierten Massenverteilung von Fahrrad und Fahrer entweder mit oder gegen die Drehrichtung.

Ich muss mich lehnen, um mich umzudrehen

Ein Fahrrad kann eine Kurve nur dann befahren, wenn sich der kombinierte Schwerpunkt von Fahrrad und Fahrer in einem Winkel, der der Geschwindigkeit und dem Radius der Kurve entspricht, zur Innenseite der Kurve neigt:

Wo ist die Vorwärtsgeschwindigkeit, ist der Radius der Kurve und ist die Beschleunigung der Schwerkraft .

Höhere Geschwindigkeiten und engere Kurven erfordern größere Neigungswinkel. Wenn die Masse nicht zuerst in die Kurve geneigt wird , führt die Trägheit des Fahrers und des Fahrrads dazu, dass sie in einer geraden Linie weiterfahren, während die Reifen entlang der Kurve unter ihnen hervorlaufen. Der Übergang vom Fahren in einer geraden Linie zum Abbiegen einer Kurve ist ein Vorgang, bei dem das Fahrrad in die Kurve gelehnt wird. Der praktischste Weg, diese Neigung (des kombinierten Massenschwerpunkts von Fahrrad und Fahrer) zu verursachen, besteht darin, die Stützpunkte zu bewegen zuerst in die entgegengesetzte Richtung.

Stabil schlank

Diagramme, die das Neigungs- und Lenkwinkelverhalten eines ansonsten unkontrollierten vereinfachten Modells eines typischen Fahrrads zeigen, das mit einer Vorwärtsgeschwindigkeit in seinem stabilen Bereich (in diesem Fall 6 m / s) zu einem positiven Lenkmoment (rechts) fährt , das beginnt als Impuls und bleibt dann konstant. Es bewirkt einen anfänglichen Lenkwinkel nach rechts, eine Neigung nach links und schließlich eine stationäre Neigung nach links, einen Neigungswinkel nach links und damit eine Drehung nach links.

Wenn der gewünschte Winkel erreicht wird, muss das Vorderrad normalerweise in die Kurve gelenkt werden, um diesen Winkel beizubehalten. Andernfalls neigt sich das Fahrrad mit zunehmender Schwerkraft weiter, bis die Seite den Boden berührt. Dieser Vorgang erfordert oft wenig oder gar keine körperliche Anstrengung, da die Geometrie des Lenksystems der meisten Fahrräder so ausgelegt ist, dass das Vorderrad stark dazu neigt, in Richtung einer Neigung zu lenken.

Das tatsächliche Drehmoment, das der Fahrer auf den Lenker ausüben muss, um eine stationäre Kurve aufrechtzuerhalten, ist eine komplexe Funktion der Fahrradgeometrie, der Massenverteilung, der Fahrerposition, der Reifeneigenschaften, des Kurvenradius und der Vorwärtsgeschwindigkeit. Bei niedrigen Geschwindigkeiten ist das vom Fahrer erforderliche Lenkmoment normalerweise negativ, dh entgegen der Richtungsrichtung, selbst wenn der Lenkwinkel in Abbiegerichtung liegt. Bei höheren Drehzahlen wird die Richtung des erforderlichen Eingangsdrehmoments häufig positiv, dh in die gleiche Richtung wie die Kurve.

Bei niedrigen Geschwindigkeiten

Bei niedrigen Geschwindigkeiten ist ein Gegenlenken ebenso notwendig, aber das Gegenlenken ist dann so subtil, dass es durch die kontinuierlichen Korrekturen verborgen wird, die beim Auswuchten des Fahrrads vorgenommen werden und oft unter einen gerade wahrnehmbaren Unterschied oder eine Wahrnehmungsschwelle des Fahrers fallen. Das Gegenlenken bei niedriger Geschwindigkeit kann durch den sich daraus ergebenden viel größeren Lenkwinkel, der in Drehrichtung möglich ist, weiter verdeckt werden.

Gyroskopische Effekte

Ein Effekt des Drehens des Vorderrads ist ein Rollmoment , das durch eine gyroskopische Präzession verursacht wird . Die Größe dieses Moments ist proportional zum Trägheitsmoment des Vorderrads, seiner Durchdrehzahl (Vorwärtsbewegung), der Geschwindigkeit, mit der der Fahrer das Vorderrad dreht, indem er ein Drehmoment auf den Lenker ausübt, und dem Kosinus des Winkels zwischen dem Lenkachse und die Vertikale.

Bei einem Beispielmotorrad mit einer Geschwindigkeit von 22 m / s und einem Vorderrad mit einem Trägheitsmoment von 0,6 kgm 2 erzeugt das Drehen des Vorderrads um ein Grad in einer halben Sekunde ein Rollmoment von 3,5 Nm. Im Vergleich dazu erreicht die Seitenkraft auf den Vorderreifen beim Herausfahren unter dem Motorrad ein Maximum von 50 N. Dies erzeugt auf die Höhe des Schwerpunkts von 0,6 m (2 ft) ein Rollmoment von 30 Nm .

Während der Moment der Kreiselkräfte nur 12% davon beträgt, kann er eine bedeutende Rolle spielen, da er zu wirken beginnt, sobald der Fahrer das Drehmoment aufbringt, anstatt sich langsamer aufzubauen, wenn das Rad aus der Spur gerät. Dies kann besonders im Motorradrennsport hilfreich sein .

Motorräder

Bewusstes Gegensteuern ist für sicheres Motorradfahren unerlässlich und daher in der Regel Teil sicherer Fahrkurse, die von Organisationen wie der Motorcycle Safety Foundation , dem Canada Safety Council oder australischen Q-Ride-Anbietern durchgeführt werden. Das absichtliche Gegensteuern eines Motorrads ist eine viel effizientere Art zu lenken als nur zu lehnen. Bei höheren Geschwindigkeiten wird die selbstausgleichende Eigenschaft des Fahrrads steifer, und eine auf den Lenker ausgeübte Eingangskraft führt zu kleineren Änderungen des Neigungswinkels.

Ausbildung

Ein Großteil der Kunst des Motorrad-Kurvenfahrens besteht darin, zu lernen, wie man die Griffe effektiv in Kurven drückt und wie man die richtigen Neigungswinkel während der Kurve beibehält. Wenn im Notfall plötzlich die Notwendigkeit einer schnellen Abzweigung zur Seite auftritt, ist es wichtig, durch vorheriges Üben zu wissen, dass das Gegenlenken der effizienteste Weg ist, um den Kurs des Motorrads zu ändern. Viele Unfälle ereignen sich, wenn ansonsten erfahrene Fahrer, die diese Fähigkeit nie sorgfältig entwickelt haben, auf ein unerwartetes Hindernis stoßen.

Um das Verständnis der Phänomene des Gegenlenkens zu fördern, wird manchmal der Ausdruck positive Lenkung verwendet. Andere Ausdrücke sind "DRÜCKEN - Zum Abbiegen muss sich das Motorrad lehnen", "Um das Motorrad zu lehnen, drücken Sie auf den Handgriff in Richtung der Kurve" oder "Drücken Sie nach links - nach links lehnen - nach links gehen".

Die Motorcycle Safety Foundation lehrt allen Schülern aller Schulen Gegensteuerung, ebenso wie allen Motorradrennschulen. Das Gegenlenken ist in den Handbüchern und Tests der US-amerikanischen Motorradfahrer enthalten, z. B. in Washington, New Jersey, Kalifornien und Missouri.

Sicherheit

Laut dem Hurt Report würden die meisten Motorradfahrer in den USA das Hinterrad überbremsen und rutschen und die Vorderachse unterbremsen, wenn sie sich bemühen, eine Kollision zu vermeiden. Die Fähigkeit zum Gegensteuern und Ausweichen war bei vielen Motorradfahrern im Wesentlichen nicht vorhanden. Die oft geringe anfängliche Gegenlenkung, die erforderlich ist, um das Fahrrad zum Anlehnen zu bringen, die nur 0,125 Sekunden betragen kann, hält viele Fahrer von dem Konzept ab.

Mehrspurige Fahrzeuge

Beiwagen auf Vespa- Roller
Tripendo Liegerad Dreirad, ein kippbares Dreirad

Dreirädrige Motorräder ohne Neigungsfähigkeit müssen nicht gegengelenkt werden, und ein anfängliches Lenkmoment in eine Richtung führt nicht automatisch zu einer Drehung in die andere Richtung. Dies schließt Seitenwagen- Rigs ein, bei denen das Auto fest am Fahrrad montiert ist. Der dreirädrige BRP Can-Am Spyder Roadster verwendet zwei Vorderräder, die sich nicht neigen, und lenkt daher wie ein Auto.

Bei einigen Beiwagen kann sich das Motorrad unabhängig vom Beiwagen neigen, und in einigen Fällen neigt sich der Beiwagen sogar parallel zum Motorrad. Diese Fahrzeuge müssen wie ein Solo-Motorrad gegengelenkt werden. Der dreirädrige Piaggio MP3 verwendet mechanische Verbindungen, um die beiden Vorderräder parallel zum hinteren Rahmen zu lehnen und so wie ein zweirädriges Motorrad gegenzulenken.

Freiliegende mehrspurige Fahrzeuge müssen vor dem Abbiegen durch Gegenlenkung ausgeglichen werden. Mehrspurige Fahrzeuge, die zwangsweise gekippt werden, wie z. B. der Carver , werden ohne Gegensteuerung der Steuerung gekippt und vom Bediener nicht ausgeglichen. Spätere Versionen des Carver führten eine automatische Gegensteuerung ein, um die Neigungsgeschwindigkeit zu erhöhen und die zum Kippen des Fahrzeugs erforderliche Kraft zu verringern. Andere Fahrzeuge mit erzwungener Neigung können eine automatische Gegenlenkung enthalten. 1984 wurde ein Prototyp eines kippbaren, mehrspurigen, frei geneigten Fahrzeugs entwickelt, das eine automatische Gegenlenkung verwendet und keine Auswuchtfähigkeiten erfordert.

Gegenlenken durch Gewichtsverlagerung

Mit einem ausreichend leichten Fahrrad (insbesondere einem Fahrrad ) kann der Fahrer durch Verlagern des Körpergewichts, das von einigen Autoren als Gegenmager bezeichnet wird, eine Neigung einleiten und ohne Verwendung des Lenkers drehen . Dokumentierte physikalische Experimente zeigen, dass bei schweren Fahrrädern (vielen Motorrädern ) eine Verlagerung des Körpergewichts beim Einleiten von Neigungen weniger effektiv ist.

Folgendes wird beim Gegenlenken mit Gewichtsverlagerung nach links ausgeführt:

  • Der Fahrer übt ein kurzes Drehmoment auf den Sitz über die Beine oder auf den Oberkörper aus, wodurch sich das Fahrrad selbst nach rechts neigt.
  • Der kombinierte Schwerpunkt von Fahrrad und Fahrer wird nur abgesenkt und nicht herausbewegt. Wenn sich die Vorderseite des Fahrrads jedoch frei um seine Lenkachse drehen lässt, führt die Neigung nach rechts dazu, dass es durch eine Kombination nach rechts lenkt der gyroskopischen Präzession, der Bodenreaktionskräfte, der Gravitationskraft auf einen außeraxialen Massenschwerpunkt oder einfach der Trägheit eines außeraxialen Massenschwerpunkts in Abhängigkeit von der genauen Geometrie und Massenverteilung des jeweiligen Fahrrads sowie der Höhe des Drehmoments und der Geschwindigkeit bei dem es angewendet wird.
  • Dieses Gegenlenken nach rechts bewirkt, dass sich der Bodenkontakt rechts vom Schwerpunkt bewegt, wenn sich das Fahrrad vorwärts bewegt, wodurch eine Neigung nach links erzeugt wird. Schließlich lenkt das vordere Ende nach links und das Fahrrad fährt in die Linkskurve.

Der Betrag der Lenkung nach links, der erforderlich ist, um die für die Vorwärtsgeschwindigkeit und den Radius der Kurve geeignete Neigung nach links auszugleichen, wird durch das vom Fahrer erzeugte Drehmoment entweder am Sitz oder im Oberkörper gesteuert.

Um sich wieder aus der Kurve zu begradigen, kehrt der Fahrer einfach das Verfahren zum Betreten um: Lassen Sie das Fahrrad weiter nach links lehnen; Dies führt dazu, dass es weiter nach links lenkt, wodurch die Radkontaktflächen weiter nach links verschoben werden, wodurch schließlich die Neigung nach links verringert und die Kurve verlassen wird.

Eine Studie der National Highway Traffic Safety Administration hat gezeigt, dass die Neigung des Fahrers einen größeren Einfluss auf ein leichteres Motorrad hat als auf ein schwereres, was erklärt, warum das Lenken ohne Hände bei schweren Motorrädern weniger effektiv ist. Wenn Sie den Oberkörper in Bezug auf das Fahrrad neigen, neigt sich das Fahrrad nicht weit genug, um etwas anderes als die flachsten Kurven zu erzeugen. No-Hands-Fahrer können möglicherweise ein schweres Fahrrad in der Mitte einer Fahrspur halten und flache Autobahnkurven überwinden, aber sonst nicht viel.

Komplexe Manöver sind mit Gewichtsverlagerung allein nicht möglich, da selbst für eine leichte Maschine keine ausreichende Kontrollbefugnis vorhanden ist. Obwohl der Fahrer auf einem ausreichend leichten Fahrrad (insbesondere einem Fahrrad ) durch Verlagern des Körpergewichts eine Neigung und Kurve einleiten kann, gibt es keine Hinweise darauf, dass komplexe Manöver allein durch das Körpergewicht ausgeführt werden können.

Andere Verwendungen

Motorrad-Speedway-Rennen

Der Begriff Gegenlenkung wird von einigen Autoren auch verwendet, um auf die Notwendigkeit bei Fahrrädern hinzuweisen, in die entgegengesetzte Richtung der Kurve zu lenken (negativer Lenkwinkel), um die Kontrolle über einen erheblichen Schlupf des Hinterrads aufrechtzuerhalten. Motorrad-Speedway-Rennen finden auf einer ovalen Strecke mit einer losen Oberfläche aus Schmutz, Asche oder Schiefer statt. Die Fahrer schieben ihre Maschinen seitwärts, kraftschiebend oder breit in die Kurven, wobei sie eine extreme Form dieser Art des Gegenlenkens verwenden, die während der gesamten Kurve beibehalten wird. Dies funktioniert auch ohne Strom für Fahrräder auf losen oder rutschigen Oberflächen, obwohl es sich um eine fortschrittliche Technik handelt.

Der Begriff wird auch in der Diskussion der Automobilfahrtechnik verwendet, die als Driften bezeichnet wird .

Die Gebrüder Wright

Wilbur Wright erklärte das Gegensteuern folgendermaßen:

Ich habe Dutzende von Fahrradfahrern gefragt, wie sie nach links abbiegen. Ich habe nie eine einzige Person gefunden, die bei der ersten Frage alle Fakten richtig angegeben hat. Sie sagten fast immer, dass sie, um sich nach links zu drehen, den Lenker nach links drehten und infolgedessen eine Drehung nach links machten. Bei weiteren Befragungen stimmten einige zu, dass sie zuerst den Lenker ein wenig nach rechts drehten und dann, als die Maschine nach links geneigt war, den Lenker nach links drehten und dadurch den Kreis nach innen neigten.

Siehe auch

Anmerkungen

Verweise

Externe Links