Мотоцикл который не падает: первый мотоцикл, который не падает

Устойчивость и управляемость мотоцикла: от чего зависят и как на них повлиять

Почему одни мотоциклы рулятся хорошо, а другие – не очень? Разбираем геометрию мотошасси: вынос, рейк, трейл, база (и другие незнакомые слова), затрагивая чуть больше, чем типичные интернет-копипасты, проще и без формул.

Почему мотоцикл не падает? «Потому что он либо едет, либо стоит на подножке, а когда едет, его курсовую устойчивость поддерживают два больших гироскопа (колеса), крутящихся в одном направлении. И чем быстрее он едет, тем точнее держит изначально заданный курс и положение! Физика — 7 класс! Этому же в школе учат, тут все понятно!» – ответит любой осведомленный мотоциклист и будет прав… на 12%. Или около того. От 10 до 12% влияния на устойчивость мотоцикла оказывает тот самый гироскопический эффект.

Остальное – заслуга правильно подобранной геометрии частей шасси: рамы, заднего маятника, а особенно передней вилки. От их формы, размеров и взаимного положения зависит, будет байк послушным и вертким, или устойчивым, как паровоз на рельсах. Изменив всего один параметр на 2-3 см, из двух мотоциклов одной и той же модели можно получить два совершенно разных по «характеру». Сейчас разберем, как это делается. Без нудных формул и вычерчивания векторов сил. Только принцип – как взаимосвязаны ключевые размеры мотошасси.

Рейк, трейл, кастер, база и центр тяжести – повторяем, что все это значит

Объяснять нужно от простого к сложному, поэтому сначала напомню (или объясню для тех, кто не знаком с терминологией), какие существуют важные параметры «геометрии» мотоцикла, и как они называются.

У каждого современного двухколесника с мотором, независимо от класса и кубатуры, есть те самые два «гироскопа», передняя (управляющая поворотом колеса) подвеска, задняя подвеска и «подвешенная» на них рама, жестко связывающая переднюю и заднюю часть.

Рамы могут быть любой формы и конструкции. Они могут быть из стали, алюминия, карбона. Они могут быть даже лишены маятника и задней подвески вообще (сухие).

Но у каждой рамы есть рулевая колонка – посадочное место под подшипники, на которых поворачивается передняя вилка.

Угол, под которым приварена труба рулевой колонки к раме, задает положение всей передней вилки: на сколько градусов она будет отклоняться от вертикали. Это первый из важных параметров: рейк.

Даже у мотоциклов с автомобильным (консольным) типом подвески переднего колеса есть своя рулевая колонка. Это «поворотный кулак» и его ось, также наклоненные под углом к вертикали. Меньшим, чем на мотоцикле, но тоже обязательным.

Рейк

Английское rake angle переводится как «угол наклона» или «грабли». Это старый мотоциклетный и кастомбилдерский термин. Более точно он определяется как угол наклона оси поворота рулевого колеса (он же – «вылет передней вилки»). Оперировать понятием «рейк» проще, согласитесь? Измеряется он тоже просто: одна прямая линия проводится вертикально через центр оси переднего колеса сверху вниз, пока не упрется в землю (пол, асфальт), вторая прямая проводится через центр рулевой колонки (там, где крутятся подшипники) сверху вниз, пока также не упрется в поверхность, на которой стоит мотоцикл. Верхний угол между этими двумя линиями и называется «рейк», (он же «кастер», который измеряют на авто в ходе регулировки развала-схождения).

Вертикальную линию, от которой отмеряют угол наклона (рейк), не обязательно брать от оси колеса. Можно даже «бросить» перпендикуляр вниз от самого центра рулевой колонки. Но «отбив» его от оси, мы сразу получим опорную точку для измерения остальных двух важных параметров: трейл и база мотоцикла.

Траверсный рейк (он же – экстра-рейк, он же у некоторых авторов – «вынос») – это угол наклона самих перьев вилки в траверсах, дающий дополнительное выдвижение колеса вперед относительно рулевой колонки или смещение его назад, ближе к ней. Чем больше траверсный рейк «отдаляет» колесо, тем сильнее он влияет на длину трейла. Неправильно подобранный траверсный рейк может серьезно ухудшить показатель управляемости (но об этом – позже).

Трейл

Трейл – тоже английское слово-определение, означающее «след от волочения», и это самая, пожалуй, близкая расшифровка того, что «делает» и как «работает» трейл в геометрии мотоцикла. Измеряется trail в миллиметрах или дюймах от точки, в которую «упал» перпендикуляр через ось переднего колеса, до точки пересечения с землей оси из центра рулевой колонки.

Чем больше трейл мотоцикла, тем меньше переднее колесо «гуляет» на кочках по прямой, тем ровнее держится на курсе, и тем большее усилие нужно приложить, чтобы повернуть его вправо-влево. Чем меньше трейл, тем резче переднее колесо реагирует на малейший поворот руля (или неровность на дороге!), тем меньшее усилие нужно прикладывать к рулю, чтобы повернуть, и тем меньше радиус поворота.

Чем больше трейл, тем больше устойчивость мотоцикла, чем меньше трейл, тем больше его маневренность. В свою очередь, длина трейла зависит от рейка: больше угол наклона вилки (если в траверсах он не меняется) – трейл потенциально длиннее; вилка стоит практически без наклона – трейл потенциально будет очень коротким.

Почему «потенциально»? Здесь нужно смотреть на конструкцию передней подвески. Параллелограммные, коротко- и длиннорычажные вилки-гердеры, торсионные и знаменитые БМВ-шные «Телелеверы» в ходе работы смещают колесо не строго параллельно оси своего наклона, не настолько критично влияя на длину базы мотоцикла. Их «поведение» включает еще несколько факторов, влияющих на управляемость. Описание, адаптированное к каждому из этих типов, будет громоздко, поэтому рассмотрим самые массовые и популярные сейчас конструкции – телескопические вилки. В них тоже есть нюанс:

База

Колесная база – расстояние между центрами пятна контакта переднего и заднего колеса с земной поверхностью. Для стокового мотоцикла ее проще всего узнать, заглянув в мануал, а фактически – измерить рулеткой, «кинув» перпендикуляр от центра каждой колесной оси до асфальта. Сила тяжести действует на технику строго вертикально, поэтому, независимо от класса мотоцикла, его рейка или типа подвески, середина пятна контакта будет именно под осью.

Чем больше (длиннее) колесная база мотоцикла, тем он устойчивее на прямой. И тем менее охотно эту прямую покидает, когда надо «завалиться» в поворот. Пропорционально росту скорости, чем быстрее едешь – тем труднее. Длинный мотоцикл, особенно с низко расположенным центром тяжести, очень сложно завалить в поворот. Приходится прилагать усилие, смещая собственный вес, чтобы удержать его на траектории, которую он постоянно стремится «распрямить».

Если к длинной базе добавляется большой трейл, мот просто превращается в «трамвай», не желающий «покидать колею» и поворачивать. Даже победив его сопротивление, предварительно оттормозившись почти до нуля и «ввалив» мотоцикл в поворот, водитель обнаружит, что аппарат просто не способен пройти его по малому радиусу, повернув под крутым углом.

Из-за разницы в «поведении» переднего колеса, которое, поворачиваясь, «складывает» мотоцикл вокруг оси рулевой колонки, и заднего, толкающего всю оставшуюся длину мотоцикла по прямой, в повороте заднее и переднее колесо всегда проезжают по разной траектории. Чем меньше база, тем меньше различие между двумя этими траекториями, меньше радиус разворота. И, при одинаково расположенном центре тяжести, на меньший угол нужно будет наклонить в повороте тот мотоцикл, у которого короче база.

Центр тяжести

Центр тяжести (ЦТ) находится в точке, «подвесив» мотоцикл за которую, можно равномерно распределить вес аппарата во все стороны. Это как отбалансировать карандаш на пальце, чтобы не перевешивала ни одна из его половин – тогда в центре, над пальцем, найдется эта условная «точка». Центр тяжести иногда ошибочно называют центром масс, но это два разных понятия.

В статике у большинства мотоциклов центр тяжести расположен в районе двигателя и распределяет вес между колесами примерно поровну. Примерно, поскольку распределение 50/50 практически не встречается. В среднем оси загружены с разным процентом в диапазоне от 40/60 до 60/40 (в зависимости от класса мотоцикла, количества мест и наличия багажника).

У мотоциклиста тоже есть свой ЦТ, расположенный в районе живота, на высоте поясницы (в среднем). Вес мотоциклиста может составлять около трети от снаряженной массы мотоцикла. А в случае с малокубатурником – даже больше половины. Поэтому масса райдера будет сильно влиять на общее распределение нагрузки на подвеску (по осям). От того, насколько близко будут располагаться ЦТ мотоцикла и ЦТ водителя, зависит стабильность и управляемость байка на дороге. Садясь в седло, мотоциклист «создает» общий с мотом ЦТ, на смещение которого может влиять свешиванием, вставанием на подножки и сдвигом вперед-назад по сиденью.

Так центр тяжести мотоцикла меняет свое расположение при разгоне и торможении, разгружая и загружая переднюю или заднюю подвеску. При загрузке передней вилки, база мотоцикла несколько укорачивается, а при загрузке задней подвески и «складывании» маятника – несколько удлиняется.

Чем сильнее заложить (наклонить) мотоцикл, тем с большей скоростью и по меньшему радиусу можно пройти поворот. Но чем ниже центр тяжести мотоцикла, тем большее усилие приходится для этого приложить водителю, смещая свой ЦТ далеко за ось наклона байка, вплоть до чирканья локтями и коленями по асфальту.

На выходе из поворота недостаточно «отпустить» мот, чтобы он «сам выровнялся». Тот самый «эффект гироскопа» не может полностью компенсировать момент, даже при интенсивном добавлении газа. Кроме того, прибавляя газ в самом повороте, при экстремальных наклонах, есть опасность сорвать в букс заднее колесо.

Потеря сцепления колеса с дорогой приводит к его «сносу» под действием центробежной силы наружу поворота, а вслед за смещением «пятна контакта» резины с асфальтом вбок поедет вся задняя часть мотоцикла. Если переднее колесо «смотрело» внутрь поворота, крен усугубится, и через секунды весь экипаж хлопнется об землю той стороной, в которую поворачивал, словив лоусайд. Если в момент сноса заднее колесо вновь резко получит большое сцепление с дорогой – будет еще веселее: пилота ждет хайсайд во всей красе, с перелетом через руль и приземлением отдельно от мотоцикла.

Хайсайд, лоусайд и еще несколько неприятных ситуаций, на ликвидацию которых направлены курсы контраварийного вождения, – скорее тема для отдельной статьи, а мы дальше поговорим о геометрии. Так вот: «поднимать» мотоцикл из поворота «помогают» именно трейл и база. Чем они длиннее, тем труднее побеждать сопротивление колеса повороту, и тем сильнее оно само стремится снова выехать на прямую, поднявшись вертикально.

Как это работает?

Почему на поведение такого большого мотоцикла влияет длина какого-то абстрактного отрезка, который даже не контактирует физически с поверхностью асфальта? Как трейл «заставляет» колесо поворачиваться в противоположную сторону? Почему маленький трейл – это «плохо», а когда его нет – еще хуже? Почему большая база – это и хорошо и нехорошо одновременно? Как подвеска влияет на поворачиваемость, и почему неправильный подбор покрышек превратит езду в мучение?

По порядку:

• Идеального мотоцикла» не существует.
• Идеальной подвески» не существует.
• Идеальной резины» не существует.
• Деда Мороза… хотя, тут есть варианты…

Для каждого типа дорог и условий езды геометрия мотоцикла, тип и жесткость подвески, типоразмер резины подбираются исходя из того, что актуальнее. Устойчивость и маневренность – два «полюса», балансируя между которыми, инженеры получают лучшую управляемость в определенной категории. Мотоциклам для дрэг-рейсинга не важно «уметь» поворачивать, зато важно быть устойчивыми и «загрузить» перед, чтобы не опрокинуться при старте. Поэтому их конструкторам плевать на трейл, главное – база и развесовка. Мотоциклам для триала жизненно важно быть верткими, легкими, способными развернуться не просто на «пятачке», а на месте. Поэтому у них самый маленький трейл и самая короткая база в сравнении с остальными.

Как «работает» трейл

Упрощенно: у переднего колеса есть центр пятна контакта с поверхностью. Он находится под центром оси. Но поворачивается колесо не вокруг вертикали, проходящей через этот центр, а стремится повернуться вокруг оси наклона рулевой колонки – в точке, где проекция синей линии на рисунке выше «падает» на землю. Когда мы поворачиваем руль, например, влево, пятно контакта, оставшееся «позади» этой оси поворота колеса, выдвигается вправо, на большее или на меньшее расстояние, в зависимости от диаметра колеса, высоты резины и интенсивности поворота руля. Как только пятно контакта и всю часть колеса, оставшуюся позади проекции оси рулевой колонки, начинает «тянуть» вправо – возникает противоположно направленная сила сопротивления, стремящаяся «вернуть» все «как было». Чем больше расстояние между центром пятна контакта и точкой проекции оси рулевой колонки (трейл), тем больше «рычаг», которым эта сила «пользуется», тем быстрее колесо выравнивается.

«Что ты заладил: трейл-трейл…» – пора бы уже возмутиться – «Неужели ничего важнее нет в геометрии мотоцикла?» Есть. Баланс между длиной трейла и длиной колесной базы. От него зависит коэффициент устойчивости байка. «Опять трейл?!» Да, снова он. Это единственный показатель, взаимосвязанный практически со всем в ходовой части мотоцикла. Колесная база не поменяется, если установить покрышки другого профиля. Вынос перьев вилки не поменяется, если просто сдвинуть их дальше в траверсах, а угол… эм… рейк передней вилки не изменится, если эти перья удлинить даже на метр. Трейл на все эти изменения обязательно отреагирует. Станет больше или меньше по отношению к базе. Из-за этого увеличится или уменьшится коэффициент устойчивости, и пропорционально изменится «поведение» мотоцикла на дороге.

Что важнее – рейк или трейл

В 1982 году английский инженер и мотогонщик Тони Фоул (Tony Foale), посвятивший больше 50 лет теории и практике постройки мотоциклетных шасси, автор двух популярных учебников по конструированию решил экспериментально проверить, что станет с управляемостью, если «поиграть» с рулевой геометрией?

«Пожертвовав» своим BMW R75, на котором радикально изменил рейк на нулевой, а через некоторое время – на 15-градусный (в сравнении со стоковым, на 32 градуса), он в течение года тестировал мотоцикл с разным значением трейла.

Для чистоты эксперимента Тони привлекал к тестам других гонщиков. По итогу выяснил, что независимо от угла наклона вилки, байк остается управляемым и предсказуемым до тех пор, пока длина трейла остается не меньше 3,5 дюймов.

Устойчивость и управляемость

Устойчивость – это то, что позволяет на мотоцикле рулить одной рукой, а на велосипеде – исполнить детский трюк: «Мам, смотри, я еду без рук!», это то, что помогает байку выходить из поворота и возвращаться из наклона к нормальному перпендикулярному дороге положению. Устойчивый мотоцикл сбалансирован и может самостоятельно «поливать» по прямой, без вмешательства водителя.

Устойчивость – это когда мотоцикл не «переставляет» при торможении, не «колбасит» на скорости выше крейсерской, и не «шиммит» руль, заставляя ее сбрасывать. Устойчивость – это хорошо, но только до какого-то предела, потому что дальше она снижает маневренность и не дает быстро перестраиваться или вписываться в крутой поворот на приличной скорости.

Маневренность – способность мотоцикла резко «вотпрямщас» вывернуть перед препятствием, развернуться на маленьком «пятачке», «завалиться» на максимально возможный угол наклона и выйти из него, не сорвавшись в лоусайд, сохранив управляемость – самую важную характеристику, баланс между маневренностью и устойчивостью, не дающий провернуть второй детский трюк: «Мам, смотри, я еду без зубов!».

От чего зависит управляемость

Управляемость – это предсказуемость, четкое ощущение у водителя «обратной связи» и уверенность, что мот послушно поедет именно так и именно туда, куда его «рулят». Управляемость – «золотая середина» между «паровозной» устойчивостью и «нервозной» маневренностью, когда мотоцикл резко реагирует на малейший толчок руля, феноменально поворотлив, но не «прощает» ошибки наклона буквально в один градус. Излишняя маневренность – большой минус на высоких скоростях и на плохой дороге. На практике высокую маневренность показывают именно мотоциклы с коротким… «Трейлом?!» Им, родимым. Все действительно «крутится» вокруг него, как и весь мотоцикл – вокруг оси рулевой колонки. Есть лишь маленький диапазон его значения, в пределах которого байк управляем. Все, что меньше – «нервная обезьяна», все что больше – «трамвай».

Управляемость мотоцикла, кроме соотношения трейл-база, зависит от (загибайте пальцы): соосности колес, расположения центра тяжести; длины хода, исправности (и наличия) подвески, эффективности тормозов, наличия ABS; от веса и посадки водителя, ширины руля, распределения общей загрузки, исправности сцепления, состояния (износа) двигателя и КПП… все? Нет, не все. Еще она зависит от жесткости и материала рамы мотоцикла, формы протектора и качества сцепления резины с дорогой, немного – от обтекаемости обвеса байка (аэродинамического сопротивления), чуть-чуть – от продольного или поперечного расположения двигателя… а еще управляемость – понятие динамичное и сильнее всего зависит от скорости, которую мот развил в конкретный момент.

Еще раз повторю мысль о том, что соотношение трейла и базы мотоцикла взаимосвязано практически с любым изменением «геометрии» его ключевых точек. Есть такой рейсинговый прием, как trail braking: чтобы легче было «вложить» мот в поворот, непосредственно перед входом в него нужно интенсивно оттормозиться, загрузив и сжав переднюю вилку. Уменьшится расстояние от рулевой колонки до земли, и, соответственно, уменьшится длина трейла по отношению к базе. Сила сопротивления повороту станет меньше. Но эффективность этого приема четко зависит от исправности передней подвески: если вилка «подсела» – вместо плавного сжатия, ее «раскачает», и тогда ни о какой управляемости речи быть не может.

Сразу напрашивается вопрос: «Если приходится этот трейл уменьшать, то почему его не сделают сразу маленьким?» Потому что при маленьком трейле чаще всего возникает вобблинг (он же «шимми», он же «расколбас» руля). Колесу с маленьким «рычагом воздействия» сложнее сопротивляться мелким боковым толчкам от дорожных неровностей и резонансу от вибраций подвески.

Есть ли вывод?

«Понятно, в общем, берем мотоцикл с короткой базой, высоким центром тяжести и самым большим трейлом, который будем «сжимать» перед каждым поворотом, и получаем крутой управляемый мот, правильно?» Нет. Если бы это было так просто – технические отделы мотопроизводителей не бились бы за каждый грамм миллиметр и лошадиную силу. К примеру, тот же самый «эффект гироскопа», дающий устойчивость на прямой и «подруливающий» колесо в сторону крена, напрямую зависит от массы колеса. Чем оно тяжелее, тем сильнее стабилизирующий эффект от его вращения. Но, в то же время, чем больше вес и диаметр колеса, тем хуже динамика разгона и торможения, больше неподрессоренные массы, больше расход топлива и в целом – нагрузка на двигатель. В совокупности «минусы» перевешивают «плюсы».

Пользуясь знанием о роли трейла в геометрии мотоцикла, можно вычислить для каждого конкретного байка коэффициент его устойчивости. Для этого нужно измерить общую длину базы, вместе с трейлом и трейл отдельно. Затем разделить меньшее на большее и умножить на 100. Полученное число – процентный показатель. Если полученный показатель не устраивает, его можно корректировать в разумных пределах. У современных «классиков» и дорожных мотоциклов он составляет от 6,3 до 7 %, у круизеров 7 – 7,4%, у нейкедов и гражданских версий спортбайков от 6 до 6,5%, а все, что меньше 6%, относится к чисто спортивным или «кольцевым» моделям.

Как изменить геометрию без вмешательства в конструкцию рамы

Если вы меняете резину на более высокопрофильную, удлиняете или укорачиваете маятник, даже если меняете преднатяг заднего амортизатора, уменьшив его ход на 1-2 см, вы измените соотношение «база-трейл», сделав мотоцикл либо более устойчивым, либо более маневренным.

Увеличить trail можно «поднятием» задней части мотоцикла за счет хода подвески. Сменив резину, либо установив переднее колесо чуть большего диаметра. Уменьшить – продвинув на пару см перья в траверсах (вверх) или заменив вилку на более «короткую», удлинив задний маятник.  Главное – делать это с предварительным расчетом и возможностью «отыграть» изменения назад, если результат окажется неудовлетворительным.

Радиоуправляемые мотоциклы / Хабр

Картинка youtube-канал RC Crawler Extreme

Некоторое время назад, широкому кругу пользователей стал доступен класс весьма примечательных устройств — мотоциклы на радиоуправлении. Тот, кто в первый раз видит подобное устройство в действии, застывает в лёгком ступоре — как же такое может быть?!

Понятно, когда это радиоуправляемая машинка. Но мотоцикл…

Если попытаться обобщить все способы стабилизации подобных устройств, то в основе их лежит принцип гироскопа — устройства, которое реагирует на изменение угла тела, с которым оно связано.

Именно гироскоп позволяет телу сохранять своё положение в пространстве. Первый гироскоп появился ещё в 1817 году, а в 1832 году был усовершенствован с добавлением к нему вращающегося диска. В том же году французский учёный Фуко ещё более усовершенствовал его, добавив карданный подвес, который уже позволил наглядно демонстрировать изменение направления:

Картинка Lucas Vieira, wikipedia.org

Со временем к конструкции гироскопа добавили ещё и электродвигатель, для поддержания скорости его вращения, благодаря этому, в 1880-х годах гироскоп впервые был использован для стабилизации торпед.

Гироскопов существует ряд видов, однако в настоящее время имеет смысл выделить два из них:

• Механические: которые представляют собой раскрученное физическое тело, у которого ось вращения может изменять своё положение в трёхмерном пространстве. Причём скорость вращения тела существенно превышает скорость изменения положения в пространстве его оси вращения. Благодаря этому гироскоп сопротивляется силам, пытающимся изменить положение его оси. Причём это сопротивление тем больше, чем выше скорость вращения физического тела;
• Микроэлектромеханические (МЭМС) гироскопы: миниатюрные устройства, в которых электрическая и механическая части соединены воедино, представляя собой конструкцию микронного размера. Принцип работы подобных устройств построен на инерции стоячей волны, которая сопротивляется воздействию, пытающемуся изменить её положение в пространстве. Благодаря значительному снижению стоимости производства подобных устройств, в настоящее время они используются в массе направлений: мобильные устройства, игровые приставки, системы ориентирования роботов и т.д. МЭМС-гироскопы зачастую используются в сочетании с акселерометрами, что позволяет определять движение тела в пространстве. Поэтому, обычно они выпускаются в виде единого устройства (например, широко известный в любительской робототехнике датчик GY-521 (на базе микросхемы MPU-6050) ):

Картинка 3d-diy. ru

Способы стабилизации же двухколёсных устройств появились далеко не вчера. Например, в истории известен двухколёсный автомобиль П.А.Шиловского, первая открытая презентация которого произошла в 1914 году и автомобиль проехал по улицам Лондона:

Для стабилизации автомобиля был использован принцип механического гироскопа, описанный выше (сопротивление попыткам изменить угол оси вращения). Для этого был применён большой маховик, весом 600 кг и диаметром 1м, толщиной 12 см, который раскручивался с помощью электродвигателя на 110 вольт (1,25 л.с.), питающегося от генератора. Для привода машины использовались 2 ДВС, один — для питания генератора, другой — для привода машины в движение.

Эффективность системы была достаточно высокой и как писали свидетели этого события, вызвала фурор во время презентации, когда во время попыток повалить машину, люди не смогли её даже раскачать!

К сожалению, начавшаяся Первая Мировая война не дала продолжить эти разработки.

Исторические свидетельства о презентации можно было бы считать сказанными «для красного словца», однако и в наше время существуют энтузиасты, строящие подобные полноразмерные устройства, чья механическая гиростабилизация также выглядит впечатляюще, вполне себе неплохо работает и подтверждает исторические свидетельства наглядно:

Причём не обязательно маховик должен располагаться независимо от колёс, он может располагаться и прямо в самих колёсах, вращаясь независимо от них:

Известны построенные на подобном принципе велосипеды, использующиеся для обучения езде на них:

Картинка coolthings. com

Ещё один возможный способ расположения маховика — поперечный, горизонтальный:

Однако это всё больше механические способы стабилизации. А что же насчёт интеллектуальных вариантов?

Один из наиболее известных представляет собой конструкцию, когда маховик расположен вертикально, поперёк конструкции аппарата и стабилизируется с помощью электродвигателя с большим моментом. Благодаря этому маховик может давать компенсирующие импульсы в противоположную сторону при заваливании конструкции на один или другой бок:

На подобном принципе базировались два балансирующих робота японской компании Murata: Murata boy и Murata girl, которые получили приз, как лучшее изобретение 2006 года. Роботы содержали встроенный в тело маховик, компенсирующий заваливание системы.

Однако исследователи отмечают минус подобной стратегии коррекции положения: стабильность её весьма условна, так как она легко выйдет из равновесия, если система всё время будет наклонена в одну сторону во время езды, что приведёт к тому, что рано или поздно, двигатель, раскручивающий маховик, достигнет максимальной скорости вращения в противоположную, компенсирующую сторону. Другими словами, у него не останется необходимых ресурсов для компенсации завала, и система опрокинется.

Гораздо более интересной в этом смысле видится стратегия стабилизации, которая аналогична принципу езды на велосипеде человека, когда выравнивание осуществляется с помощью поворота руля, в сторону заваливания.

Кстати сказать, многие исследователи вопроса систем стабилизации стараются концентрироваться как раз на этом подходе, так как именно он позволяет обеспечить энергоэффективный способ (не нужно постоянно держать вращающимся маховик), который, к тому же, не занимает полезное пространство движущейся системы, так как все более-менее серьёзные исследования практически полностью направлены на создание альтернативных видов городского транспорта, и поэтому борьба за свободное место на борту и эффективность идёт «в полный рост».

Однако, вернёмся к нашим мотоциклам. Автору этой статьи, к сожалению, не удалось найти процесс разборки подобного готового мотоцикла, который дал бы однозначно понять, как происходит процесс стабилизации у таких игрушек. Единственное, что удалось выяснить, это то, что у дешёвых вариантов мотоциклов — в заднем колесе установлен массивный маховик, вращающийся независимо от колеса (собственно поэтому, как можно заметить, заднее колесо таких мотоциклов не «спицевое» и выглядит как монолитный диск, т.к. внутри скрывается маховик, со своим, отдельным электроприводом).

Мало того, несмотря на многодневные поиски, не удалось найти ни одной мало-мальски стоящей самоделки, базирующийся на этом принципе стабилизации с помощью доворота руля (и доступного подробного описания к ней). В интернете не просто мало информации на тему таких самоделок, она просто отсутствует! Периодически, у некоторых энтузиастов на форумах возникают подобные вопросы, однако, ввиду сложности вопроса, они так и остаются простым желанием.

Это связано с тем, что подобные разработки требуют достаточно серьёзных исследований и являются далеко не «проектом выходного дня».

Те же счастливчики, которые добились существенных результатов, просто не выкладывают свой код и схемотехнику на общее обозрение:

Либо вообще начинают выпускать свои устройства, маркированные пометкой «patent pending» 🙂

К тому моменту, когда автор уже окончательно приуныл, ему пришла в голову интересная мысль: а что если для рядового самодельщика подобное устройство является слишком сложным (для разработки с нуля), но оно вполне посильно для выпускников соответствующих технических ВУЗов, в выпускных работах которых вполне может содержаться анализ и решение подобной проблемы? И эта мысль оказалась абсолютно правильной!

Автору удалось найти целый ряд выпускных квалификационных работ на соискание учёной степени, одна из которых (оригинал — на англ. языке) привлекла внимание тем, что не только содержала тщательную проработку теоретической модели, но и реально созданное устройство — механическую и электронную части (ниже, кликабельно). Кроме того, работа включала отлаженный код для Arduino Uno, доступный для копирования (код содержится прямо в работе, по ссылке выше).

Картинка Riderless self-balancing bicycle/Arthur Grönlund, Christos Tolis. Stockholm, Sweden 2018

Все детали велосипеда (кроме колёс) были отпечатаны на 3D принтере из PLA-пластика, колёса были изготовлены с помощью лазерной резки из оргстекла и оклеены полоской резины.

Ядром системы являлось достаточно стандартное решение из платы микроконтроллера (Arduino Uno), акселерометра/гироскопа GY-521, H-моста для управления коллекторными электродвигателями, ряда датчиков, а также алгоритма PID-регулятора.

В работе был проведён анализ ситуаций, возникающих при вождении велосипеда, и выведено на их основе дифференциальное уравнение, которое связало угол поворота руля с углом наклона велосипеда.

При этом, во время экспериментов с велосипедом данные собирались на SD-карту (данные о величине ШИМ, углах, ускорении и т.д.), дальнейший анализ собранных данных производился в среде MATLAB.

В работе подчёркивается, что весь анализ был проведён по простому варианту, поэтому здесь существует потенциал для улучшения работы системы. Результаты анализа в дальнейшем были использованы для реализации алгоритма системы автоматического контроля.

Сами авторы работы называют результаты неоднозначными, так как в некоторых случаях система работала, а в некоторых нет. Среди отмеченных проблем наблюдалось зависание Arduino Uno, вероятно, из-за одного из далеко расположенных модулей гироскопа/акселерометра, так как провода до него шли рядом и параллельно с силовыми проводами двигателя, в результате чего в них, скорее всего, наводились помехи (его можно увидеть на картинке выше, установленным на вилке руля), кроме того, ещё одна из причин зависания Arduino Uno, скорее всего, кроется в плохом, недостаточно стабилизированном питании платы микроконтроллера).

Тем не менее, это одно из самых проработанных исследований на тему стабилизированных двухколёсных аппаратов, доступное для изучения, результаты которого, вполне могут быть использованы энтузиастами, для дальнейшего осмысления и улучшения.

Подытоживая весь этот рассказ, хочется сказать, что, по мнению ряда исследователей, у некоторых из имеющихся в продаже мотоциклов на радиоуправлении, скорее всего, применён гибридный принцип стабилизации, так как подобные мотоциклы остаются стабильными, даже в состоянии покоя (что невозможно, при использовании только метода подруливания), то есть, помимо подруливания, у ряда моделей видимо используется ещё и вращающийся маховик.

Создание же своего собственного радиоуправляемого мотоцикла помимо интересного вызова, представляет собой ещё и интересные возможности. Например, многие не имеют возможности ездить на мотоцикле (боятся разбиться, негде его хранить и т.д. и т.п.). При установке же на подобный мотоцикл системы FPV можно получить весьма интересные возможности гонок на мотоциклах, без какого-либо риска «для своей бренной тушки» :-), тем более, если мотоцикл будет относительно большого размера (скажем, сантиметров 40-50 в высоту, бензиновый), для спокойного отрабатывания колёсами неровностей почвы, чтобы сильно не трясло картинку FPV-камеры:

Кстати говоря, в качестве «донора» механической части, для последующей установки системы стабилизации для будущего FPV-мотоцикла, можно попробовать взять так называемый «минибайк»:

Картинка mototraveller. ru

При наличии же достаточного количества увлечённых людей, возможно даже проведение чемпионатов:

Этой статьёй автор не задавался целью предложить полностью готовое к применению решение, так как сама задача не слишком простая, и информации по ней не так уж и много. Скорее хотел обратить внимание на интересную сферу приложения своих усилий и любопытный вызов для исследователей гиростабилизированного движения. А уж если подключить машинное обучение, то глядишь и…

RUVDS | Community в telegram и уютный чат

BMW представляет сверхбезопасный мотоцикл, который не может упасть с высоты

Элис Морби |

13 октября 2016 г.
23 комментария

Последний концептуальный мотоцикл BMW утверждает, что аварии «ушли в прошлое».

BMW Motorrad Vision Next 100 с нулевым уровнем выбросов включает в себя систему самобалансировки, которая, по утверждению BMW, защитит водителя от любых аварий и избавит его от необходимости носить шлем.

Как концептуальный автомобиль, он представляет собой прогноз компании относительно будущего дизайна мотоциклов.

«Мы полагаем, что все недостатки езды на мотоцикле исчезнут», — сказал Адриан ван Хойдонк, старший вице-президент BMW Group Design.

BMW представляет концептуальный автомобиль, меняющий форму, с компьютерами, которые могут предсказывать каждое ваше движение

«Автомобиль будет настолько безопасным, что вы не сможете упасть, а несчастные случаи останутся в прошлом.»

Ультрабезопасная система работает несколькими способами. Самобалансирующаяся система удерживает мотоцикл в вертикальном положении, автоматически регулируя углы крена, а набор «умных очков» сканирует препятствия впереди и заранее предупреждает водителя.

Чтобы управлять велосипедом, водитель двигает руль. Вместо поворота только переднего колеса перемещается вся рама, а система стабилизации гарантирует, что она не опрокинется.

Дизайн мотоцикла во многом основан на BMW R32, который был разработан в 1923 году. Треугольная рама R32 была переосмыслена: подшипники и шарниры скрыты, чтобы рама выглядела как единый объем.

Поверхность рамы покрыта черной матовой тканью, а элементы кузова, такие как сиденье, верхняя крышка рамы и крылья, изготовлены из углеродного волокна.

Логотип BMW подсвечивается синим и белым цветом во время движения мотоцикла, а красные полосы под сиденьем образуют задний фонарь и указатели поворота.

Подвеска обеспечивается шинами, чей регулируемый рисунок протектора адаптируется к различным грунтовым условиям.

Дисплеи, кабели и кнопки сведены к минимуму, за исключением красного переключателя на правой стороне руля.

Это четвертый и последний концептуальный автомобиль, выпущенный BMW в рамках празднования своего 100-летия.

В марте 2016 года был представлен первый трансформирующийся автомобиль со встроенными компьютерами, которые могли предсказывать желания и поведение водителя.

С тех пор немецкая компания выпустила автомобиль, меняющий цвет в зависимости от настроения водителя, и роскошный автомобиль со встроенным красным ковром.

Подпишитесь на нашу рассылку

Ваш электронный адрес

Dezeen Debate

Наш самый популярный информационный бюллетень, ранее известный как Dezeen Weekly. Рассылается каждый четверг и содержит подборку лучших комментариев читателей и самых обсуждаемых историй. Плюс периодические обновления услуг Dezeen и последние новости.

Новинка! Dezeen Agenda

Рассылается каждый вторник и содержит подборку самых важных новостей. Плюс периодические обновления услуг Dezeen и последние новости.

Dezeen Daily

Ежедневный информационный бюллетень, содержащий последние новости от Dezeen.

Dezeen Jobs

Ежедневные обновления последних вакансий в области дизайна и архитектуры, рекламируемых на Dezeen Jobs. Плюс редкие новости.

Dezeen Awards

Новости о нашей программе Dezeen Awards, включая сроки подачи заявок и объявления. Плюс периодические обновления.

Dezeen Events Guide

Новости от Dezeen Events Guide, справочника, посвященного ведущим событиям, связанным с дизайном, происходящим по всему миру. Плюс периодические обновления.

Мы будем использовать ваш адрес электронной почты только для отправки вам запрошенных вами информационных бюллетеней. Мы никогда не передадим ваши данные кому-либо еще без вашего согласия. Вы можете отказаться от подписки в любое время, нажав на ссылку отказа от подписки в нижней части каждого письма или написав нам по адресу [email protected].

Для получения более подробной информации см. наше уведомление о конфиденциальности.

Спасибо!

Вскоре вы получите приветственное письмо, поэтому проверьте свой почтовый ящик.

Вы можете отказаться от подписки в любое время, щелкнув ссылку внизу каждого информационного бюллетеня.

Больше изображений

Электрический мотоцикл, который не упадет

Энтони Ингрэм

13 декабря 2012 г.

Посмотреть галерею

6

фото

Энтони Ингрэм

13 декабря 2012 г.

Проблема с мотоциклами, как скажет вам любой, кто когда-либо страдал от дорожно-транспортных происшествий, заключается в том, что падение на самом деле довольно болезненно.

Чтобы упасть с машины, нужно сильно постараться, но и с ними не обошлось без проблем — они довольно тяжелые, что делает их относительно неэффективными.

Lit Motors C-1, кажется, решает обе эти проблемы в одном автомобиле, сочетая комфорт и устойчивость к опрокидыванию автомобиля с азартом и эффективностью мотоцикла.

И это действительно, действительно круто.

Оставаться в вертикальном положении

Сначала вы заметите, что у C-1 всего два колеса. Он также имеет закрытые двери, так что вам не придется спускать ноги каждый раз, когда вы останавливаетесь.

В мотоцикле ты быстро упадешь. Падать, когда вы даже не двигаетесь, как вам скажет любой байкер, глупо.

Чтобы вы не выглядели глупо, C-1 использует гироскопическую стабилизацию. Два гироскопа, установленных низко в шасси, удерживают автомобиль в вертикальном положении, даже когда он стоит на месте.

Вместе они обеспечивают гироскопический крутящий момент в 1000 фунтов. С некоторой точки зрения, это серьезная стабильность — и Лит продемонстрировал это, попытавшись протолкнуть ее. Это не сдвинется с места. Как насчет того, чтобы привязать джип к С-1 и попытаться перетащить его? Нет, это тоже не работает.

«Вам понадобится слоненок, чтобы опрокинуть нашу машину», — говорит основатель Lit Дэниел Ким. Так что, в отличие от традиционного мотоцикла, вы не упадете с него. Если только вы не окажетесь в вольере для слонов в ближайшем зоопарке. У него есть «шасси», которое выдвигается, когда вы паркуетесь, но пока автомобиль включен, вы будете оставаться в вертикальном положении.

Lit также опубликовал некоторые основные характеристики.

Говорят, что максимальная скорость

составляет более 100 миль в час, 0-60 миль в час можно достичь менее чем за 6 секунд, а компания указывает запас хода в 200 миль на аккумуляторной батарее емкостью 8 киловатт-часов. Весь автомобиль весит всего 800 фунтов и выглядит довольно аэродинамически, что объясняет как производительность, так и запас хода.

Могу ли я купить один?

В настоящее время Lit C-1 является только прототипом, но компания ожидает, что серийные версии появятся на дорогах к 2014 г.

Он также принимает депозиты от заинтересованных лиц. Ожидается, что первоначальный производственный цикл будет стоить около 24 000 долларов каждый или около 19 000 долларов после налоговых льгот.

Это много для крошечного электромобиля, но понятно для небольшой компании, производящей высокотехнологичный продукт. Если он пойдет в полномасштабное производство, цена может упасть до 12 500 долларов до льгот.

Что касается скучного названия, оно, скорее всего, изменится — Лит говорит, что это просто код разработки.

Вы бы катались на Лит С-1? Оставьте свои мысли ниже.

+++++++++++

Подписывайтесь на GreenCarReports в Facebook и Twitter.

Метки:

Электромобили
электрические мотоциклы
Зеленый
мотоциклы

Пожертвовать:

• Отправьте нам чаевые

• Связаться с редактором

• Ford F-150 Lightning: «Зеленый автомобиль» признан лучшим автомобилем для покупки в 2023 году

  Бенгт Халворсон 4 января 2023 г.

  Ford F-150 Lightning очень похож на бензиновый F-150, но ездит лучше почти во всех отношениях.

• Повышение цен на электромобили Bolt, VW ID.7, Tesla в порядке, F-150 Lightning превзошли их всех: сегодняшние автомобильные новости

  Volkswagen представляет свой грядущий электрический седан. Диапазон холодных погодных условий стоит за штрафом Tesla. Цены на электромобили Chevy Bolt растут по мере возврата налоговой льготы. И наш выбор года соответствует тому, что американцы найдут очень знакомой формой. Это и многое другое здесь, в Green Car Reports. Сегодня мы назвали нашу Зеленую Машину…

  Бенгт Халворсон 4 января 2023 г.

• GM повышает цену электромобиля Chevy Bolt 2023 года в соответствии с налоговой льготой в размере 7500 долларов США

  Покупатели Chevrolet Bolt EV и EUV снова имеют право на получение полной суммы налоговой льготы в размере 7500 долларов США, начиная с этого месяца, но цены выросли только на 900 долларов США.

  Стивен Эдельштейн 4 января 2023 г.

• Отчет: Южная Корея оштрафовала Tesla на 2,2 миллиона долларов за запас хода в холодную погоду

  Отсутствие связи с Tesla из-за потери запаса хода в холодную погоду, по-видимому, является основанием для штрафа со стороны регулирующего органа Южной Кореи.

  Стивен Эдельштейн 4 января 2023 г.

• Прототип VW ID.7 демонстрирует электрический седан большой дальности, который должен появиться в 2024 году диапазона.

  Бенгт Халворсон 4 января 2023 г.

• Rivian EDV вблизи, пузырь перепродажи Tesla лопается, налоговый кредит на подержанный PHEV: сегодняшние автомобильные новости

  Взглянем на электрические фургоны Rivian. Платформа VW MEB должна быть ускорена в середине десятилетия, зарядка V2G может быстро окупиться. Подержанные подключаемые гибриды пользуются спросом. И кажется, пузырь цен на подержанные Tesla лопнул. Это и многое другое здесь, в Green Car Reports. Пока Ривиан генерирует…

  Бенгт Халворсон 3 января 2023

• Rivian EDV: все об электрических фургонах для Amazon и не только

  Джоэл Федер 3 января 2023 г.

  Rivian EDV — это электрический фургон для доставки, разработанный Amazon с целью изменить правила доставки.

• Каждый электромобиль с зарядным устройством V2G может принести 15 000 долларов США в течение 10 лет

  Хранение электроэнергии в непиковые часы и ее продажа в пиковые часы могут принести владельцам электромобилей прибыль, но преимущества будут сильно различаться.

  Стивен Эдельштейн 3 января 2023 г.

• Отчет: Цены на подержанные автомобили Tesla быстро падают

  Автомобили Tesla также стоят на стоянке подержанных автомобилей гораздо дольше, чем модели других марок автомобилей, что указывает на то, что цены могут упасть еще больше.

  Стивен Эдельштейн 2 января 2023 г.

• Платформа VW для недорогих электромобилей получит ускорение в середине десятилетия

  Обновленная версия, получившая название MEB+, будет включать обновления зарядки и аккумулятора, а также электрическую архитектуру, предназначенную для поддержки более продвинутых технологий помощи водителю.

  Стивен Эдельштейн 2 января 2023 г.

• Цены на подержанные PHEV выросли в преддверии налоговой льготы в размере 4000 долларов США

  Некоторые подержанные подключаемые гибриды теперь имеют право на получение налоговой льготы на подержанные электромобили в размере 4000 долларов США, хотя, как недавно указал Carmax, цены росли намного раньше, чем эта льгота.

  Стивен Эдельштейн 1 января 2023 г.

• Обновление обзора Lucid Air, предварительный просмотр Rivian с двумя двигателями, лазейка в налоговой льготе по лизингу электромобилей: The Week In Reverse

  Какой автопроизводитель представил один из самых аэродинамических внедорожников в мире? Какие штаты недавно присоединились к Калифорнии в запрете автомобилей, работающих только на бензине, к 2035 году? Это наш взгляд на Неделю наоборот — прямо здесь, в Green Car Reports — за неделю, закончившуюся 30 декабря 2022 года.