Введение
Физическое явление, влияющее на двухколесные транспортные средства.
Wobble, shimmy, tank slapper, speed wobble и даже death wobble – это термины, используемые для описания быстрых (4–10 Гц) колебаний, в основном управляемого колеса (колес) транспортного средства. Первоначально остальная часть транспортного средства остается относительно неподвижной, пока колебания не переходят в колебания рыскания транспортного средства с возрастающей амплитудой, приводящие к потере управления. К транспортным средствам, подверженным этим колебаниям, относятся мотоциклы и велосипеды, скейтборды, а также, теоретически, любое транспортное средство с одной осью поворота рулевого управления и достаточной свободой вращения рулевого колеса, включая некоторые легкие самолеты с трехколесным шасси, где нестабильность может возникать на скоростях менее определенного значения; это не относится к большинству автомобилей. Начальная нестабильность обычно возникает на высоких скоростях и аналогична колебаниям колес тележек для покупок и шасси самолетов.
Теория
Устойчивые колебания имеют два необходимых компонента: систему второго или более высокого порядка с недостаточной демпфированностью и механизм положительной обратной связи. Примером системы второго порядка с недостаточной демпфированностью является система «масса на пружине», где масса может подниматься и опускаться (колебаться), когда подвешена на пружине. Если невозможно исключить рыскание (шимми) из системы, может быть использовано устройство, известное как демпфер рулевого управления, которое по сути является режекторным фильтром, предназначенным для гашения рыскания на его известной собственной частоте. Рыскание обычно связано с деформацией (резиновых) шин. Однако оно также может наблюдаться и в не деформируемых (например, стальных) колесах. Это явление можно объяснить введением многокомпонентных сил сухого трения, помимо обычных сил, рассматриваемых в литературе. Другое объяснение заключается в том, что спиральная неустойчивость (колебание скорости) является бифуркацией Хопфа, при которой система переходит из одного состояния (стабильное движение) в другое (колебания постоянной амплитуды), когда один параметр (скорость движения или воздушная скорость) проходит через критическую точку.
В двухколесных транспортных средствах
Колебание или рыскание начинается, когда незначительная неровность ускоряет колесо в сторону. Эта неровность может быть вызвана тем, что колесо некруглое, не отцентрованное или несбалансированное. При вращении колесо оказывает циклическую нагрузку на раму транспортного средства, которая, при совпадении с резонансной частотой системы (транспортного средства и установленного на нем оборудования), может спровоцировать колебание скорости. Во время вращения колеса, восстанавливающая сила применяется в фазе с движением неровности, и колесо отклоняется в противоположную сторону, где процесс повторяется. Если в рулевом управлении недостаточно демпфирования, колебания будут нарастать до выхода системы из строя. Частоту колебаний можно изменить, изменяя скорость движения, делая велосипед более жестким или легким, или увеличивая жесткость рулевого управления, частью которого является и сам велосипедист. При прочих равных условиях, колебание скорости менее вероятно у горного велосипеда по сравнению с дорожным, поскольку рама горного велосипеда обычно обладает большим демпфированием благодаря системе подвески, а шины с протектором также обеспечивают некоторое демпфирование в месте контакта транспортного средства с дорогой. Поскольку частота рыскания не зависит от скорости велосипеда, гироскопические эффекты "очевидно не являются ключевым фактором этого явления". В академической работе, посвященной исследованию колебаний посредством физических экспериментов и компьютерного моделирования, делается вывод: "было показано влияние характеристик передней шины, инерции передней рамы и жесткости шасси на режим колебаний. В частности, было установлено, что увеличение давления в передней шине, жесткости шасси и инерции передней рамы относительно оси рулевого управления, а также уменьшение жесткости передней шины при боковом скольжении, улучшают демпфирование в режиме колебаний, повышая устойчивость транспортного средства".
В одноколесных устройствах передвижения
Скоростные колебания возникают на электрических одноколесных велосипедах (EUC) и одноколесных скейтбордах (например, Onewheel). "Чтобы устранить колебания Onewheel, необходимо переставить обе ноги, слегка смещая их в положение, обеспечивающее правильный центр тяжести. Контроллер Onewheel предназначен для балансировки доски только в продольном направлении и не контролирует боковое движение."