/forskning

Video: Se den nye forklaring på hvordan en cykel stabiliserer sig selv

Det er ikke, som hidtil antaget, en gyroskopisk effekt, der selvstabiliserer cykler. Massefordeling og styreaksens hældning er derimod på en kompliceret måde medvirkende til selvstabiliteten, viser ny forskning.

Af Jens Ramskov, lørdag 23. apr 2011 kl. 09:09

Selvstabilitet af cykler har været studeret i mere i hundrede år siden den franske matematiker Emmanuel Carvallo i 1897 og den engelske studerende Francis Whipple i 1899 uafhængigt af hinanden var de første til at studere problematikken og pege på den gyroskopiske effekt, som altafgørende.

Det er en forkert opfattelse, forklarer Jodi Kooijman og Arend Schwab fra Delft University of Technology, som sammen med forskere fra USA har udført en større teoretisk og eksperimental analyse af selvstabiliteten af cykler, som er offentliggjort i Science den 15. april 2011.

På denne video illustrerer Arend Schwab de mekanismer, der medvirker til at selvstabilisere cykler.



23. apr 2011 kl 12:18

Richard Foersom

Trail på forhjul

Godt at se at det er et land som Nederland der forsker i cykler ;-).

Har deres forsknings-cykel ikke trail på forhjulet?

På videoen ser det ud som om at forgaflen og specielt ledet til resten af stellet er placeret efter centrum af forhjulet.


23. apr 2011 kl 12:26

Thomas Green

Turn into a fall

Med fare for at lyde som en kværulant, så... det er også sådan en cyklist holder balancen. Man hælder til den ene side hvorefter man drejer til den samme side. Dermed flytter man understøtningspunktet, bunden af hjulet, hen under tyngdepunktet igen, eller man flytter det lidt til den anden side for at korrigere svinget og komme tilbage på kursen.

Da man kendte til gyro og trail før og det "nye" er gammelkendt styring, hvad er så egentlig det nye?


23. apr 2011 kl 17:32

Eskild Nielsen

Re: Trail på forhjul

Trail eller efterløb er afstanden fra den forlængede styrakses skæring med underlaget og tilbage til hjulet s røringspunkt

Så vidt jeg kan se, hælder hans krone lidt bagover - tilstrækkeligt til at han intet efterløb har


23. apr 2011 kl 18:56

Søren Lund

BEVISER INTET !!!

Arend Schwab drager sin konklusion på følgende:

1) Cykler er IKKE stabile p.g.a. gyroeffekten - fordi man KAN bygge en selvstabiliserende cykel, uden gyroeffekt.

2) Cykler er IKKE stabile p.g.a. trail - fordi man KAN bygge en stabil cykel uden uden.

3) Cykler må derfor ALENE være stabile p.g.a. massen fordelt foran kronrøret - fordi man KAN lave en selvstabiliserende cykel, alene på dette grundlag.

Jamen, tillykke til Arend Schwab for at have designet en ny type cykel, der er stabil, uden gyro og trail...!

Det beviser bare ikke at de cykler de fleste af os kører rundt på, indklusiv den der vises først i videoen, ikke er stabile p.g.a. både gyro- og traileffekten.

Ville han bevise det, behøvede han bare at bøje forakslen lidt bagud på denne, så efterløbet er væk, og ville straks se at den umuligt kunne holde balancen selv.

I øvrigt noget enhver ved, der har prøvet at lege med en BMX-cykel som denne: http://www.billigcykel.dk/shop...age=
- som faktisk HAR efterløb, men ikke nok til være selvafbalancerende.

Ligeledes kunne han jo prøve at udbalancere hjulenes gyroeffekt, ved at montere et svinghjul, med samme inertimoment men modsatrettet rotation, på samme aksler som de to cykelhjul, og han ville ligeledes straks kunne se at samme cykel ikke ville kunne holde balancen selv.

Derimod kunne han sandsynligvis sagtens vende det fremadrettede styr om, så det udbalancerer massen foran kronrørsaksen - og cyklen ville stadig være selvbalancerende.

Det eneste han har formået at bevise, er at hvis en cykel har de rette vægtfordelingsmæssige proportioner, især dem foran kronrøret, så KAN den være selvbalancerende uden gyro og trail. - Endnu engang; Tillykke med det!

Om man så også kan cykle på den - så man kan kalde den en cykel - må være hans næste problem!


24. apr 2011 kl 14:18

Thomas Hansen

Re: BEVISER INTET !!!

Jeg forstår nu det han siger som, balanceevnen kan ikke beskrives kun ved gyro og trail, da det er muligt at lave en selvbalancerende cykel uden de to effekter. Han siger på intet tidspunkt at de to kendte effekter ikke har noget at sige på alm. cykler, men blot at der tilsyneladende er en tredje effekt. Det kan tydeligt bevises ved at lave en cykel uden gyro og trail som ikke vælter.


24. apr 2011 kl 15:20

Søren Lund

Re: BEVISER INTET !!!

Jeg forstår nu det han siger som, balanceevnen kan ikke beskrives kun ved gyro og trail

Ikke enig!

Han indleder simpelthen videoen, ved at sige:

"Længe kendt, men stadig forbløffende, at en rullende cykel kan balancere sig selv. De fleste folk tror at balancen er en følge af en gyroskopisk effekt af de roterende hjul. Endvidere påstod [....] at cykelstabilitet også skyldes noget som kaldes trail.

Vi mistænkte at sådanne simple forestillinger mangler i det mindste en del af sandheden."

Derefter kommer han ind med sine to "klare" statements:

"Cykler er IKKE stabile p.g.a. gyroeffekten - fordi man kan bygge en selvstabiliserende cykel, uden gyro, - det gjorde vi!

Og de er IKKE stabile p.g.a. trail - for man kan også fjerne denne!"

Men det beviser jo ikke hans påstand om at Jones m.fl. tager fejl, når de påstår at cykler er selvbalancerende, alene med gyro og trail.

Men faktum er, at hvis man udbalanerer massen af forgaffel og hjul over kronrørsaksen, på den gule cykel på videoen (kan sandsynligvis gøres blot ved at montere styret bagvendt), så er den med garanti stadig selvbalancerende - altså alene med gyro og trail!

Men det vil han jo hellere forsøge at modbevise med hans underlige "cykel"-konstruktion, frem for at foretage det mest enkle forsøg!

Det er m.a.o. løgnagtig sensationsmageri. Sensationen ligger i at fortælle os, at vi alle tager fejl, hvis vi tror at cykler er stabile pga gyro- og traileffekten .

Hvis det bare gik ud på at fortælle os at cykler også kan balanceres på andre måder, er sensationen jo væk og resultatet fuldstændigt uinteressant!


24. apr 2011 kl 19:14

Casper Lyhne

Pimære og sekundære effekter.

De har vist at det er en primær effekt er at cyklen skal styre ind i faldet. Hvis de vendte styret om så det styrer ud af faldet vil man helt sikkert se cyklen falde. Det svarer til en positiv feedback og det er ustabilt.

Ja - man kan muligvis opnå yderligere stabilisering ved trailing, og ved gyro. Men jeg vil tro at en cykel der er helt neutral i at styre ind i faldet kun liiige akkurat vil være stabil med gyro og trailing, og der skal ikke pilles ret meget ved indstyringen før den er det ene eller det andet. Det burge være en ret simpel model.


24. apr 2011 kl 20:00

Søren Lund

Re: Pimære og sekundære effekter.

De har vist at det er en primær effekt er at cyklen skal styre ind i faldet. Hvis de vendte styret om så det styrer ud af faldet vil man helt sikkert se cyklen falde. Det svarer til en positiv feedback og det er ustabilt.

Den primære effekt du taler, er ikke ny for nogen. Gyroeffekten, som er den stærkeste og mest kontrollerede, gør at ca ligeså meget man krænger cyklen ind mod centrum af kurven, ligeså meget drejer forhjulet ind i kurven.

Har man prøvet at holde et roterende cykelhjul i hver ende af akslen, og forsøge at krænge det i én retning, ved man hvor stærk denne effekt er.

Efterløbet (trail), som blot betyder at forhjulet træder på et punkt på underlaget bag kronrørsaksen, betyder at hjulet automatisk drejer indad i svinget, når cyklen krænges, selvom cyklen ikke ruller.

Dette gælder OGSÅ selvom der er lige meget masse for og bag kronrørsaksen, eller sågar mere bag end for (til en vis grænse). Det er nemlig hele cyklens masse, foran baghjulets trædepunkt, der får forhjulet til at styre ind, fordi forhjulet er "hængslet" foran dets trædepunkt når den krænger.

Det betyder at cyklen også har den nødvendige balance ved lav hastighed, så man eksempelvis kan gå langsomt med cyklen, blot ved at holde i sadlen, og styre blot ved at "hælde" cyklen ind i kurven.

Det er endda selvregulerende, fordi afstanden mellem trædepunkt og kronrørsakse mindskes, når hjulet drejer.

Desværre kom jeg til at forvirre mig selv lidt, da jeg den viste BMX-cykel som eksempel. Denne har ikke det karakteristiske svaj i forgaflen, der flytter forakslen lidt fremad i.f.t. kronrørsaksen.

Det betyder faktisk at den har MERE trail end almindelige cykler, da trædepunktet er placeret længere bagude i.f.t. kronrørsaksen, og det er derfor den ikke ruller mange meter med lav fart, før den "snubler" over forhjulet, fordi dette styrer for kraftigt ind. Forhjulet vil nemlig helst stå på tværs, når forakslen krydser kronrørsaksen, og det gør det næsten på en BMX.

Ved tilstrækkeligt høj fart, balancerer den faktisk fint, p.g.a. gyroeffekten.


25. apr 2011 kl 10:14

Egon Jensen

Flere mysterier

En cykel er en komplicret ting. Bare nogen lige kunne forklare, hvorfor der er venstregevind på venstre pedal og højregevind på højre pedal.
Hvis det skulle modvirke, at man "træder pedalen af" skulle det dog være omvendt.


25. apr 2011 kl 11:50

Poul Anker Ersly

Re: Flere mysterier

Det skyldes et fænomen kaldet valsning, hvor det er friktionskraften mellem gevindet på pedalens aksel og pedalarmens gevind, der sørger for at holde pedalen fastspændt.
Se nærrmere her:
http://en.wikipedia.org/wiki/P...ical)


25. apr 2011 kl 15:27

Mattias Gregersen

Re: BEVISER INTET !!!

Jeg tror ikke du hørte helt hvad han sagde - lyt efter, i tidsrummet 1:57-2:11. Her siger han, at trail, gyro og massefordelingen alle har en påvirkning.

Det han siger er, at dine punkter 1 og 2, er mindre kritiske end massefordelingen.


25. apr 2011 kl 15:47

Søren Lund

Re: BEVISER INTET !!!

Jeg tror ikke du hørte helt hvad han sagde - lyt efter, i tidsrummet 1:57-2:11. Her siger han, at trail, gyro og massefordelingen alle har en påvirkning.

Det han siger er, at dine punkter 1 og 2, er mindre kritiske end massefordelingen.

Det ændrer ikke på at han indleder med at sige "De fleste folk TROR at balancen er en følge af en gyroskopisk effekt af de roterende hjul."

Og at han konstaterer:

"Cykler er IKKE stabile p.g.a. gyroeffekten" - (fordi man kan bygge en selvstabiliserende cykel, uden gyro)

"Og cykler er IKKE stabile p.g.a. trail" - (fordi man også kan fjerne denne)

Det oversætter Jens Ramskov i nærværende artikel til: "Det er ikke, som hidtil antaget, en gyroskopisk effekt, der selvstabiliserer cykler."

Det er jo helt korrekt oversat - men faktuelt lodret forkert! - uanset om man fortsætter med at andre effekter er "medvirkende" eller ej.

Gyroeffekten er afgørende for alle tohjulede cykler, lige bortset fra hans egen underlige konstruktion (som sikkert mister balancen så snart en større eller mindre person sætter sig på den) og så dem linedansere bruger.

Massefordelingen over kronrørsaksen, betyder ikke mere for en almindelig cykel, end at den balancerer fint, båden når den er helt udbalanceret og med en fyldt cykelkurv.

Skulle der endda findes andre underlige tohjulede cykler, som de færreste kender til, som ikke behøver gyroeffekten, så er det stadig ikke rimeligt at bilde folk ind, at det ikke er gyroeffekten der balancerer de cykler 99,99% af alle cyklister kører rundt på - bare fordi man vil påkalde sig opmærksomhed!


25. apr 2011 kl 21:42

John Tvingsholm

Re: BEVISER INTET !!!

Gyroeffekten er afgørende for alle tohjulede cykler,

Klart, og der er nogen der har fundet på at udnytte det lidt mere...

http://www.thegyrobike.com/

Der er i øvrigt ikke meget svaj i gaflen.


28. apr 2011 kl 22:26

Alli Fabrin

Husk lige tyngdekraften

Gyroeffekten har meget lille virkning ved lave hastigheder.
P.g.af forgaflens efterløb, vil f.eks. kronrøret være i laveste position ved ligeudkørsel.
Når hjulet er drejet vil kronrøret alt andet lige være hævet nogle få mm over underlaget. Derfor vil 'hvilestilling' være lig med ligudkørsel.

PS! Hvis pedalerne ikke havde højre- hhv. venstregevind, som de nu har, ville de skrue sig ud af pedalarmen, hvis kuglelejet i pedalen satte sig fast - og det er vel ikke så godt.


28. apr 2011 kl 22:49

avatar

Steen Jensen

Re: Husk lige tyngdekraften

I vore dage har det ingen betydning med gevindretningen, fordi Locktite (læs. lim til "rynker") har forlængst løst dette problem !


29. apr 2011 kl 00:05

Casper Jensen

Trail eksperiment.

Man kan prøve at lave et lille trail-eksperiment hjemme på vejen eller i stuen med sin cykel.
En cykel har positiv trail, dvs. at at forhjulet rører jorden bagved kronrørsaksen fiktive kontakt med jorden. Hvis man fatter sadlen og løfter op i baghjulet, så ændres kronrørsaksen, og forhjulet vil nu ramme jorden foran kronrørsaksen. Dette kaldes negativ trail.


Hvis man prøver at skubbe cyklen fremad imens man har hævet baghjulet, som beskrevet ovenfor, vil cyklen ikke kunne stabiliserer sig selv, og det er derved umuligt at skubbe cyklen fremad.


Afstanden fra krønrørsaksen og hjulnavet kaldes "rake". Navet vil ofte være foran kronrørsaksen, ved at forgaflen bøjer fremad. Rake er også betydende for hvor stabil en cykel opfører sig. Jo lavere rake jo mere lige er forgafflen, og jo mindre retningsstabil er cyken.

Banecykler har fx. større kronrørsvinkel (stejlere kronrørsakse end landevejscykler) og lavere rake end almindelige landevejscykler. Dette gør banecyklen mindre retningsstabil, men cyklen vil derimod kunne reagere hurtigere på rytterens input. Dette er fordi banecykler skal kunne dreje hurtigt, for at undgå sammenstød, samt banerytteren skal hurtigt kunne bevæge banecyklen op og ned på velodromens skrå underlag.


01. maj 2011 kl 15:34

Kim Garsdal Nielsen

Re: Trail eksperiment.


Banecykler har fx. større kronrørsvinkel (stejlere kronrørsakse end landevejscykler) og lavere rake end almindelige landevejscykler. Dette gør banecyklen mindre retningsstabil, men cyklen vil derimod kunne reagere hurtigere på rytterens input. Dette er fordi banecykler skal kunne dreje hurtigt, for at undgå sammenstød, samt banerytteren skal hurtigt kunne bevæge banecyklen op og ned på velodromens skrå underlag.

Helt extremt er det ved motorpace-cykler, hvor man har vendt gaflen om, sådan at rytteren kan komme tættere på motorcyklen, og tendensen til at køre ind under afstandsvalsen bag på motorcyklen, når man rammer den, reduceres.


Ny i debatten? Opret en brugerkonto

  • Seneste nyt
  • Mest læste
  • Topdebat
Populært på Facebook
 

Nyhedsbrev

Tilmeld dig vores nyhedsbrev.