Контрруление
Противорулевое управление используется операторами однопутных транспортных средств , такими как велосипедисты и мотоциклисты , для инициирования поворота в заданном направлении путем мгновенного поворота против желаемого направления («поверните налево, чтобы повернуть направо»). Чтобы успешно пройти поворот, объединенный центр масс гонщика и однопутного автомобиля сначала должен быть наклонен в направлении поворота, а кратковременное рулевое управление в противоположном направлении вызывает этот наклон. [1] Действие гонщика по противодействию рулевому управлению иногда называют «подачей команды на рулевое управление». [2] [3] : 15
В научной литературе нет четкого и исчерпывающего определения контруправления. Фактически, «должное различие между крутящим моментом рулевого управления и углом поворота… не всегда проводится». [4]

Как это работает
[ редактировать ]
При противодействии повороту направо выполняются следующие действия: [5] [6]
- Прикладывается крутящий момент на руле слева.
- При этом переднее колесо будет вращаться вокруг оси поворота влево, а шина будет создавать силы в пятне контакта слева.
- Машина в целом поворачивает влево.
- Поскольку силы в пятне контакта находятся на уровне земли, колеса вытягиваются «из-под» велосипеда влево и заставляют его наклоняться вправо.
- Водитель или, в большинстве случаев, собственная устойчивость велосипеда обеспечивает крутящий момент на рулевом колесе, необходимый для поворота переднего колеса назад вправо и в направлении желаемого поворота.
- Мотоцикл начинает поворот направо.
Хотя это кажется сложной последовательностью движений, на самом деле ее выполняет каждый ребенок, ездящий на велосипеде. Вся последовательность действий остается практически незамеченной большинством гонщиков, поэтому некоторые утверждают, что они этого не делают. [6]
Также важно отличать крутящий момент рулевого управления, необходимый для начала наклона, необходимого для данного поворота, от устойчивого крутящего момента рулевого управления и угла поворота, необходимых для поддержания постоянного радиуса и угла наклона до тех пор, пока не придет время выхода из поворота.
- Начальный крутящий момент и угол поворота противоположны желаемому направлению поворота.
- Устойчивый угол поворота соответствует направлению поворота.
- Устойчивый крутящий момент поворота, необходимый для поддержания угла поворота либо по направлению поворота, либо против него. [7] направление в зависимости от скорости движения, геометрии велосипеда и комбинированного распределения массы велосипеда и гонщика.
Нужно наклониться, чтобы повернуть
[ редактировать ]Велосипед может преодолевать поворот только тогда, когда объединенный центр масс велосипеда и гонщика наклонен внутрь поворота под углом, соответствующим скорости и радиусу поворота:
где это скорость движения вперед, радиус поворота и это ускорение силы тяжести . [8]
Более высокие скорости и более крутые повороты требуют больших углов наклона. Если масса сначала не наклонится в поворот, инерция гонщика и мотоцикла заставит их продолжать движение по прямой, поскольку шины выходят из-под них по повороту. Переход от езды по прямой к прохождению поворота — это процесс наклона мотоцикла в поворот, и наиболее практичный способ вызвать этот наклон (объединенного центра масс велосипеда и гонщика) — переместить точки опоры. сначала в противоположном направлении. [9]
Стабильный постный
[ редактировать ]По мере достижения желаемого угла переднее колесо обычно необходимо повернуть в поворот, чтобы сохранить этот угол, иначе байк будет продолжать наклоняться под действием силы тяжести, увеличивая скорость, пока сторона не коснется земли. Этот процесс часто требует небольших физических усилий или вообще не требует никаких физических усилий, поскольку геометрия рулевого управления большинства велосипедов устроена таким образом, что переднее колесо имеет сильную тенденцию поворачивать в сторону наклона.
Фактический крутящий момент, который гонщик должен прикладывать к рулю для поддержания устойчивого поворота, является сложной функцией геометрии велосипеда, распределения массы, положения гонщика, свойств шин, радиуса поворота и скорости движения. На низких скоростях крутящий момент, необходимый водителю, обычно отрицательный, то есть противоположный направлению поворота, даже если угол поворота направлен в сторону поворота. На более высоких скоростях направление необходимого входного крутящего момента часто становится положительным, то есть в том же направлении, что и поворот. [7] [10]
На низких скоростях
[ редактировать ]На низких скоростях контрруление в равной степени необходимо, но тогда оно настолько незаметно, что скрыто постоянными корректировками, которые вносятся в балансировку велосипеда, часто падая ниже едва заметной разницы или порога восприятия гонщика. Контрруление на низкой скорости может быть дополнительно скрыто за счет значительно большего угла поворота, возможного в направлении поворота. [ нужна ссылка ]
Гироскопические эффекты
[ редактировать ]Одним из последствий поворота переднего колеса является момент крена, вызванный гироскопической прецессией . Величина этого момента пропорциональна моменту инерции переднего колеса, скорости его вращения (движению вперед), скорости, с которой водитель поворачивает переднее колесо, прикладывая крутящий момент к рулю, и косинусу угла между ось поворота и вертикаль. [10]
Для примера мотоцикла, движущегося со скоростью 22 м/с (50 миль в час), переднее колесо которого имеет момент инерции 0,6 кгм. 2 , поворот переднего колеса на один градус за полсекунды создает момент крена 3,5 Нм. Для сравнения, боковая сила, действующая на переднее колесо, когда оно выходит из-под мотоцикла, достигает максимум 50 Н. Это, действуя на высоту центра масс 0,6 м (2 фута), создает момент крена 30 Нм. . [10]
Хотя момент от гироскопических сил составляет всего 12% от этого, он может играть значительную роль, поскольку начинает действовать, как только водитель прикладывает крутящий момент, а не нарастает медленнее по мере отклонения колеса от колеи. Это может быть особенно полезно в гонках на мотоциклах . [10]
Мотоциклы
[ редактировать ]Намеренное противодействие рулевому управлению имеет важное значение для безопасной езды на мотоцикле и, как следствие, обычно является частью курсов безопасного вождения, проводимых такими организациями, как Фонд безопасности мотоциклов , Совет безопасности Канады или австралийские поставщики услуг Q-Ride. Намеренное противодействие мотоциклу — гораздо более эффективный способ управления, чем просто наклон. [3] : 15 На более высоких скоростях свойство самобалансировки велосипеда становится более жестким, и заданная входная сила, приложенная к рулю, вызывает меньшие изменения угла наклона. [3] : 16
Обучение
[ редактировать ]Большая часть искусства прохождения поворотов на мотоцикле заключается в том, чтобы научиться эффективно нажимать на ручки в поворотах и сохранять правильные углы наклона во время поворота. Когда в экстренной ситуации внезапно возникает необходимость быстрого поворота в сторону, важно на основе предшествующей практики знать, что противорулевое управление является наиболее эффективным способом изменения курса мотоцикла. [3] : 16 Многие несчастные случаи происходят, когда опытные гонщики, которые никогда тщательно не развивали этот навык, сталкиваются с неожиданным препятствием.
Чтобы способствовать пониманию явлений, связанных с контррулевым управлением, фраза «позитивное рулевое управление» . иногда используется [11] [12] Другие фразы: «НАЖМИТЕ — чтобы повернуть, мотоцикл должен наклониться», «Чтобы наклонить мотоцикл, нажмите на рукоятку в направлении поворота» или «Нажмите влево — наклонитесь влево — идите влево». [13]
Фонд безопасности мотоциклов обучает контррулению всех учащихся во всех своих школах, как и все школы мотоспорта. Противорулевое управление включено в руководства и тесты для операторов мотоциклов в штатах США, таких как Вашингтон, [14] Нью-Джерси, [15] Калифорния, [16] и Миссури. [17]
Безопасность
[ редактировать ]Согласно отчету Hurt Report , большинство мотоциклистов в Соединенных Штатах слишком сильно тормозят и скользят задним колесом, а также недотормаживают переднее, когда изо всех сил пытаются избежать столкновения. Способность противодействовать повороту и повороту практически отсутствовала у многих водителей мотоциклов. [18] Часто небольшое начальное усилие противодействия рулевому управлению, необходимое для наклона мотоцикла, которое может составлять всего 0,125 секунды, удерживает многих гонщиков в неведении об этой концепции. [19]
Многогусеничные машины
[ редактировать ]

Трехколесным мотоциклам без возможности наклона нет необходимости в противодействии рулевому управлению, и начальный крутящий момент поворота в одном направлении не приводит автоматически к повороту в другом направлении. Сюда входят установки с коляской , где автомобиль жестко закреплен на велосипеде. Трехколесный родстер BRP Can-Am Spyder использует два передних колеса, которые не наклоняются, поэтому он управляется как легковой автомобиль. [20]
Некоторые коляски позволяют мотоциклу наклоняться независимо от коляски, а в некоторых случаях коляска даже наклоняется параллельно мотоциклу. Эти транспортные средства должны управляться так же, как и одиночный мотоцикл. [21] В трехколесном Piaggio MP3 используются механические рычаги для наклона двух передних колес параллельно задней раме и обеспечения противодействия рулевому управлению так же, как у двухколесного мотоцикла. [20]
Свободно наклоняющиеся многогусеничные транспортные средства перед поворотом должны быть сбалансированы путем противодействия рулевому управлению. Многогусеничные наклоняемые машины с принудительным наклоном, такие как Carver , наклоняются без противодействия рулевому управлению и не балансируются оператором. В более поздних версиях Carver появилась автоматическая противоповоротность для увеличения скорости наклона и уменьшения силы, необходимой для наклона автомобиля. Другие транспортные средства с принудительным наклоном могут иметь автоматическое противодействие рулевому управлению. [22] В 1984 году был разработан прототип наклоняемой многогусеничной машины со свободным наклоном, которая использует автоматическое противоповоротное управление и не требует каких-либо навыков балансировки. [23]
Контрруление за счет смещения веса
[ редактировать ]На достаточно легком велосипеде (особенно велосипеде ) гонщик может начать наклон и поворот без использования руля, перемещая вес тела, что называют контрнаклоном . некоторые авторы [8] [24] [25] [26] Документированные физические эксперименты показывают, что на тяжелых мотоциклах (многих мотоциклах ) перенос веса тела менее эффективен для начала наклона. [27]
При противодействии повороту с использованием переноса веса для поворота налево выполняется следующее:
- Водитель прикладывает мгновенный крутящий момент либо к сиденью через ноги, либо к туловищу, что заставляет сам велосипед наклоняться вправо.
- Объединенный центр масс велосипеда и гонщика только опускается, а не сдвигается, но если передняя часть велосипеда может свободно поворачиваться вокруг оси поворота, наклон вправо заставит его повернуть вправо за счет некоторой комбинации. гироскопической прецессии, сил реакции земли, силы гравитации во внеосевом центре масс или просто инерции внеосевого центра масс в зависимости от точной геометрии и распределения массы конкретного велосипеда, а также величины крутящего момента и скорости. в котором он применяется. [8] [28]
- Это противодействие вправо приводит к тому, что контакт с землей смещается вправо от центра масс, когда мотоцикл движется вперед, создавая тем самым наклон влево. Наконец передняя часть поворачивает влево, и мотоцикл входит в левый поворот.
Величина поворота влево, необходимая для балансировки наклона влево, соответствующего скорости движения вперед и радиусу поворота, контролируется крутящим моментом, создаваемым гонщиком, опять же либо на сиденье, либо в туловище.
Чтобы выпрямиться после поворота, гонщик просто меняет процедуру входа в него в обратном порядке: заставляет байк наклониться дальше влево; это заставляет его поворачивать дальше влево, в результате чего пятна контакта колес смещаются дальше влево, в конечном итоге уменьшая наклон влево и выход из поворота.
Исследование Национальной администрации безопасности дорожного движения показало, что наклон водителя оказывает большее влияние на более легкий мотоцикл, чем на более тяжелый. [29] это помогает объяснить, почему рулевое управление без помощи рук менее эффективно на тяжелых мотоциклах. Наклон туловища относительно байка не приводит к тому, что байк наклоняется достаточно сильно, чтобы генерировать что-либо, кроме самых пологих поворотов. Гонщики без рук, возможно, смогут удерживать тяжелый велосипед по центру полосы движения и преодолевать неглубокие повороты шоссе, но не более того.
Сложные маневры невозможны, используя только перераспределение веса, поскольку даже для легкой машины недостаточно полномочий управления. [24] Хотя на достаточно легком велосипеде (особенно велосипеде ) гонщик может инициировать наклон и поворот, перенося вес тела, [8] нет никаких доказательств того, что сложные маневры можно выполнять только с помощью веса тела. [27]
Другое использование
[ редактировать ]Термин «противоречащее управление» также используется некоторыми авторами для обозначения необходимости на велосипедах поворачивать в направлении, противоположном повороту (отрицательный угол поворота), чтобы сохранить контроль в ответ на значительную пробуксовку задних колес. [10] Гонки на мотоциклах по спидвею проходят на овальной трассе с рыхлым покрытием из грязи, шлака или сланца. Гонщики сдвигают свои машины в сторону, скользя или разворачиваясь в поворотах, используя крайнюю форму этого типа противодействия рулевому управлению, которая сохраняется на протяжении всего поворота. Это также работает без мощности для велосипедов на рыхлых или скользких поверхностях, хотя это продвинутый метод.
Этот термин также используется при обсуждении техники вождения автомобиля, называемой дрифтом .
Братья Райт
[ редактировать ]Уилбур Райт объяснил контруправление следующим образом:
Я спрашивал десятки велосипедистов, как они поворачивают налево. Я никогда не встречал ни одного человека, который бы правильно изложил все факты, когда его впервые спросили. Почти всегда говорили, что для поворота налево они поворачивали руль влево и в результате делали поворот налево. Но при дальнейшем расспросе некоторые согласятся, что сначала они повернули руль немного вправо, а затем, когда машина наклонилась влево, они повернули руль влево и в результате сделали круг, наклонившись внутрь. [30] [31]
См. также
[ редактировать ]Примечания
[ редактировать ]- ^ Шелдон Браун . «Контрруление» . Проверено 9 ноября 2012 г.
«Контрруление» означает мгновенное движение руля в направлении, противоположном желаемому повороту.
- ^ «Учебная программа для получения водительских прав A1, A2 и A» / «Læreplan Førerkortklasse A1, A2 и A» (PDF) . Норвежское управление дорог общего пользования . 2013. с. 55.
- ^ Перейти обратно: а б с д Лейф Клив; Генри Энокс; Гуннар Кубберёд. Полный контроль (PDF) . Норвежский союз мотоциклистов. стр. 15. ISBN 82-92276-00-9 . Архивировано из оригинала (PDF) 8 октября 2008 года.
- ^ Шарп, Р.С. (2008). «Об устойчивости и управляемости велосипеда». Обзоры прикладной механики . 61 (6): 1–24. Бибкод : 2008ApMRv..61f0803S . дои : 10.1115/1.2983014 .
Положительный крутящий момент на правой стороне приводит к отрицательным углам поворота и крена, что соответствует повороту налево. Такое поведение часто называют противодействующим рулевым управлением, и, похоже, оно было известно еще на заре велоспорта, хотя правильное различие между крутящим моментом поворота и усилием угла поворота не всегда проводится.
- ^ Джонс, Дэвид (1970). «Устойчивость велосипеда» (PDF) . Проверено 31 марта 2009 г.
- ^ Перейти обратно: а б «Больше о противодействии рулевому управлению» , Cycle World : 71, октябрь 1985 г.,
мотоциклу приходится наклоняться для поворота, а противодействующее рулевое управление влево выводит переднее колесо из-под мотоцикла, заставляя мотоцикл наклоняться вправо. Итак, основная последовательность поворота направо такова: поверните руль влево, чтобы начать поворот, а затем дайте ему повернуться обратно вправо, пока вы не примете устойчивое положение на повороте. Многие (если не большинство) мотоциклистов не осознают эту последовательность и находят ее немного невероятной... [но] это единственный способ заставить мотоцикл быстро повернуть.
- ^ Перейти обратно: а б В. Коссалтер, стр. 1343–1356: «Корреляция с субъективными мнениями экспертов-гонщиков-испытателей показала, что к рулю следует прикладывать небольшое крутящее усилие, чтобы обеспечить хорошее ощущение, и предпочтительно в направлении, противоположном направлению поворота. ."
- ^ Перейти обратно: а б с д Фаянс, Джоэл (июль 2000 г.). «Рулевое управление на велосипедах и мотоциклах» (PDF) . Американский журнал физики . 68 (7): 654–659. Бибкод : 2000AmJPh..68..654F . дои : 10.1119/1.19504 . Проверено 4 августа 2006 г.
- ^ Уилсон, Дэвид Гордон; Джим Пападопулос (2004). Велосипедная наука (Третье изд.). Массачусетский технологический институт Пресс. стр. 100-1 270–272 . ISBN 0-262-73154-1 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и V. Cossalter pp. 241–342
- ^ Джон Тейлор и Стефан Бартлетт (2009). Как стать лучшим гонщиком . Институт продвинутых автомобилистов. ISBN 978-0-9562239-1-3 .
- ^ «Начинающие мотоциклисты учатся положительному рулевому управлению» . Байкерские новости 24/7. 29 июня 2009 года. Архивировано из оригинала 10 сентября 2011 года . Проверено 31 декабря 2009 г.
- ^ «Руководство по эксплуатации мотоцикла» (PDF) . Фонд безопасности мотоциклов (MSF-США). Архивировано из оригинала (PDF) 2 ноября 2012 года . Проверено 28 августа 2014 г.
- ^ «Руководство для оператора мотоцикла Департамента лицензирования» (PDF) . Департамент лицензирования штата Вашингтон.
- ^ «Руководство по мотоциклу» (PDF) . Комиссия по автомобильному транспорту штата Нью-Джерси.
- ^ «Справочник для водителей мотоциклов в Калифорнии» (PDF) . Калифорния DMV. Архивировано из оригинала (PDF) 11 июня 2014 года . Проверено 28 августа 2014 г.
- ^ «ДОР-2332 (3-2008) Мотоциклист» (PDF) . Департамент доходов штата Миссури. Архивировано из оригинала (PDF) 6 августа 2009 года . Проверено 28 августа 2014 г.
- ^ Хью Х. Хёрт; Уэлле, СП; Том, доктор медицинских наук (январь 1981 г.). Факторы причин аварии на мотоцикле и определение мер противодействия, Том 1: Технический отчет (PDF) (Технический отчет). Вашингтон, округ Колумбия: Министерство транспорта США. Архивировано из оригинала (PDF) 23 августа 2014 года.
- ^ Национальный научно-исследовательский институт общественных служб, «Фотографический анализ реакций оператора мотоцикла», 1976 [1]
- ^ Перейти обратно: а б Журнал мотоциклиста; Штейн, Джон Л. (2011). Полное руководство идиота по мотоциклам (5-е изд.). Пингвин . п. 339. ИСБН 978-1-61564-070-6 . Проверено 15 января 2011 г.
- ^ Х.А. Кендалл (2003). Руководство по эксплуатации коляски (PDF) . п. 98.
- ^ Поелгест, А.; Эдж, Калифорния; Дарлинг, Дж. (ноябрь 2007 г.). Разработка контроллера наклона рулевого управления для трехколесного наклоняемого транспортного средства .
- ^ Майк Маккарти (январь 1987 г.). «Прибыльное будущее для наклонных автомобилей» . Журнал «Колеса». стр. 12–13 . Проверено 18 ноября 2014 г.
- ^ Перейти обратно: а б Эвангелу, С., 2004 г. «Анализ управления и устойчивости двухколесных дорожных транспортных средств», докторская диссертация, Имперский колледж Лондона.
- ^ Кокко, Гаэтано (2004). Дизайн и технология мотоциклов . Мотоциклы. п. 25. ISBN 978-0-7603-1990-1 .
- ^ Фоул, Тони (2006). Управление мотоциклами и дизайн шасси, искусство и наука (2-е изд.). Дизайн Тони Фоула. стр. 4–7. ISBN 978-84-933286-3-4 .
- ^ Перейти обратно: а б Громер, Клифф (1 февраля 2001 г.). «РУЛЕВАЯ ШЕСТЕРНЯ Так как же на самом деле повернуть мотоцикл?» . Популярная механика . Архивировано из оригинала 26 января 2010 года . Проверено 7 августа 2006 г.
- ^ Брандт, Йобст (16 сентября 1997 г.). «Что удерживает велосипед в вертикальном положении?» . sheldonbrown.com . Проверено 17 октября 2007 г.
- ^ Анил В. Хадилкар; Р. Николс; Р. Шварц (1977), «Аналитические результаты: влияние угла наклона водителя» , «Улучшение безопасности мотоциклов » , том. 2, Министерство транспорта США, Национальное управление безопасности дорожного движения, с. 4-24
- ^ Крауч, Том Д. (1989). Мальчики епископа . Нью-Йорк: WW Нортон. п. 170. ИСБН 0-393-30695-Х .
- ^ Келли, Фред К. (1989). Братья Райт . Публикации Courier Dover. стр. 297–299 . ISBN 978-0-486-26056-3 .
Ссылки
[ редактировать ]- Витторе Коссалтер; Р. Лот; М. Перетто (2007). «Устойчивый поворот мотоциклов». Труды Института инженеров-механиков, Часть D: Журнал автомобильной техники . 221 (11): 1343–1356. дои : 10.1243/09544070jauto322 . ISBN 978-1-4303-0861-4 . S2CID 109274283 . (требуется подписка)
- Лейф Клив; Генри Энокс; Гуннар Кубберёд (2006). «Полный контроль»/«Полный контроль» (PDF) . Норвежский союз мотоциклистов . ISBN 82-92276-00-9 . Архивировано из оригинала (PDF) 8 октября 2008 года.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Баланс и рулевое управление , Тони Фоул
- Полный контроль (английская версия) , Норвежский союз мотоциклистов.
- «No BS Machine» Физические эксперименты
- «Физика одноколесного велосипеда», 5 минут, объясняет противодействие с точки зрения фундаментальных принципов физики, требуется Adobe Flash.