اهتزاز السرعة

📅 آخر تحديث: ٣ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 1 صور
الموسوعة الحرة
مخمد توجيه مثبت على دراجة نارية لتقليل اهتزاز السرعة

اهتزاز السرعة (المعروف أيضًا باسم التذبذب الجانبي أو اهتزاز عجلة القيادة ) هو اهتزاز سريع من جانب إلى آخر لعجلة أو عجلات المركبة يحدث عند السرعات العالية، وقد يؤدي إلى فقدان السيطرة. يظهر هذا الاهتزاز على شكل تذبذب سريع (4-10 هرتز ) للعجلات القابلة للتوجيه بشكل أساسي ، وينتج عن مجموعة من العوامل، بما في ذلك الاضطرابات الأولية وعدم كفاية التخميد ، مما قد يُحدث تأثير رنين . في البداية، تبقى بقية أجزاء المركبة سليمة إلى حد كبير، حتى يتحول هذا الاهتزاز إلى تذبذب دوراني متزايد السعة ، مما يؤدي إلى فقدان السيطرة. 

تشمل المركبات التي قد تتعرض لهذا التذبذب الدراجات النارية والهوائية ، وألواح التزلج ، ونظريًا، أي مركبة ذات نقطة ارتكاز توجيه واحدة وحرية كافية لعجلة القيادة، بما في ذلك بعض الطائرات الخفيفة ذات العجلات الثلاثية حيث يمكن أن يحدث عدم الاستقرار عند سرعات أقل من 80 كم/ساعة (50 ميل/ساعة) ؛ وهذا لا يشمل معظم السيارات . يحدث عدم الاستقرار الأولي غالبًا عند السرعات العالية، وهو مشابه لما يحدث في عجلات عربات التسوق وعجلات هبوط الطائرات. [ 2 ] [ 3 ]  

نظرية

يتكون التذبذب المستمر من عنصرين أساسيين: نظام من الدرجة الثانية أو أعلى ذو تخميد منخفض ، وآلية تغذية راجعة موجبة . ومن أمثلة أنظمة الدرجة الثانية ذات التخميد المنخفض نظام الكتلة والنابض ، حيث يمكن للكتلة أن تتحرك لأعلى ولأسفل (تتذبذب) عند تعليقها بنابض.

إذا تعذر تصميم النظام بحيث لا يحدث اهتزاز، فيمكن استخدام جهاز يُعرف باسم مخمد التوجيه ، وهو في الأساس مرشح نطاقي مصمم لتخميد الاهتزاز عند تردده الطبيعي المعروف. [ 4 ]

يرتبط اهتزاز العجلات عادةً بتشوه الإطارات (المطاطية). ومع ذلك، يمكن ملاحظته أيضًا في العجلات غير القابلة للتشوه (مثل العجلات الفولاذية). ويمكن تفسير هذه الظاهرة بإدخال قوى احتكاك جافة متعددة المكونات، [ 5 ] بالإضافة إلى القوى المعتادة المذكورة في المراجع.

تفسير آخر هو أن تذبذب السرعة هو تشعب هوبف ، وهي ظاهرة رياضية تفقد فيها نقطة ثابتة مستقرة لنظام ديناميكي استقرارها مع تغير أحد المعاملات، مما يؤدي إلى دورة حدية (مسار يتبعه النظام بشكل متكرر، ويعود إلى نفسه بنمط يمكن التنبؤ به، والذي تميل السلوكيات المجاورة الأخرى إلى محاكاته بمرور الوقت). في حالة تذبذب السرعة، ينتقل النظام من حالة (رحلة مستقرة) إلى حالة أخرى (تذبذب ثابت السعة) عندما يتجاوز أحد المعاملات (السرعة الأمامية، أو سرعة الهواء) نقطة حرجة. [ 6 ] : 1 [ 7 ] : 1

في المركبات ذات العجلتين

يبدأ التذبذب أو الاهتزاز عندما يتسبب خلل بسيط في تسارع العجلة إلى أحد الجانبين. قد يكون هذا الخلل عبارة عن عجلة غير مستديرة ، أو غير مستقيمة، أو غير متوازنة . [ 6 ] أثناء دوران العجلة، فإنها تُسلط حملاً دورياً على هيكل المركبة، والذي إذا توافق مع تردد الرنين للنظام (المركبة والملحقات الملحقة) ، فقد يُنتج تذبذباً في السرعة. [ 6 ] خلال دوران العجلة، تُطبق قوة استعادة متزامنة مع تقدم الخلل، فتدور العجلة إلى الجانب الآخر حيث تتكرر العملية. إذا لم يكن هناك تخميد كافٍ في نظام التوجيه، فسيزداد التذبذب حتى يتعطل النظام. يمكن تغيير تردد التذبذب عن طريق تغيير السرعة الأمامية، أو جعل الدراجة أكثر صلابة أو أخف وزناً، أو زيادة صلابة نظام التوجيه، الذي يُعد الراكب أحد مكوناته الرئيسية. [ 2 ] في حين أنه يمكن معالجة التذبذب أو الاهتزاز بسهولة عن طريق تعديل السرعة أو الوضع أو القبضة على المقود، إلا أنه قد يكون قاتلاً إذا تُرك دون سيطرة. [ 8 ]

مع ثبات العوامل الأخرى، يكون اهتزاز السرعة أقل احتمالاً في الدراجات الجبلية مقارنةً بالدراجات الهوائية، لأن هيكل الدراجة الجبلية يتمتع عمومًا بقدرة أكبر على امتصاص الصدمات من نظام التعليق ، كما أن نتوءات الإطارات تُنتج أيضًا بعض التخميد بين الدراجة والطريق. [ 6 ] : 1

بما أن تردد الاهتزاز لا يعتمد على سرعة الدراجة، فإن التأثيرات الجيروسكوبية "ليست ضرورية لهذه الظاهرة". [ 2 ] وقد وُجد أن أهم خمسة عوامل مؤثرة على التذبذب هي: الصلابة الجانبية للإطار الأمامي، ومخمد التوجيه، وارتفاع مركز ثقل الدراجة، ومسافة مركز ثقل الدراجة عن العجلة الخلفية، وصلابة الإطار الأمامي عند الانعطاف. [ 3 ] [ 9 ]

An academic paper that investigated wobble through physical experimentation and computer modeling concludes: "the influence on wobble mode of front tire characteristics, front frame inertia and chassis stiffness were shown. In particular, it shows that [by] increasing front tire inflation, chassis stiffness, and front frame inertia about steering axis and decreasing sideslip stiffness of front tire, wobble mode damping is improved, promoting vehicle stability."[10]

In single-wheeled mobility devices

Speed wobbles occur on electric unicycles (EUC) and single-wheeled skateboards (such as Onewheel). "To fix Onewheel wobbles, both feet need to be repositioned by inching them to a position that properly provides a center of gravity. The Onewheel’s controller is designed to only balance the board from front-to-back having no control of the side-to-side movement."[11]

See also

References

  1. ↑Hough, David L. (2000). "Glossary". Proficient Motorcycling: The Ultimate Guide to Riding Well (2nd ed.). USA: BowTie Press. p. 253. ISBN 1-889540-53-6. tank slapper: a speed wobble so severe that the handlebars bang alternately against the sides of the fuel tank
  2. 123Wilson, David Gordon; Jim Papadopoulos (2004). Bicycling Science (Third ed.). The MIT Press. pp. 263–390. ISBN 0-262-73154-1.
  3. 12Cossalter, Vittore (2006). Motorcycle Dynamics (Second ed.). Lulu.com. pp. 241–342. ISBN 978-1-4303-0861-4.
  4. ↑Simos Evangelou, David J.N. Limebeer, Robin S. Sharp, and Malcolm C. Smith (October 2006). "Control of Motorcycle Steering Instabilities". IEEE Control Systems Magazine. CiteSeerX 10.1.1.227.9657. For machines with a stiff front frame, a steering damper is required to stabilize the wobble mode at high speeds, while older, more flexible machines may require a steering damper at intermediate speeds.{{cite magazine}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  5. ↑ جورافليف، ف. ف.؛ كليموف، د. م. (2010). "نظرية ظاهرة الاهتزاز". ميكانيكا المواد الصلبة . 4 (3): 324-330 . Bibcode : 2010MeSol..45..324Z . doi : 10.3103/S0025654410030039 . S2CID 122904947 . 
  6. 1 2 3 4 إمبفيلد، دان (24 أبريل 2015). "تذبذب السرعة" . slowtwitch.com . مؤرشف من الأصل في 7 يونيو 2015. تم الاطلاع عليه في 23 أغسطس 2019 .
  7. ↑ زين، لينارد (19 نوفمبر 2013). "أسئلة وأجوبة فنية: التشعب والاهتزاز عالي السرعة" . فيلونيوز . مؤرشف من الأصل في 24 أغسطس 2019. تم الاطلاع عليه في 23 أغسطس 2019 .
  8. ↑ كيتلر، بيل (15 سبتمبر 2004). "حادث يودي بحياة راكب دراجة" . صحيفة ميل تريبيون . تم الاطلاع عليه بتاريخ 10 يوليو 2016 .
  9. ↑ مانفريد بلوخل؛ يوهانس إيدلمان؛ برنارد أنغروش؛ كريستوف أوت (7 يوليو 2011). "حول وضع التذبذب في الدراجة الهوائية". ديناميكيات أنظمة المركبات . 50 (3). تايلور وفرانسيس: 415-429 . Bibcode : 2012VSD....50..415P . doi : 10.1080/00423114.2011.594164 . ISSN 0042-3114 . S2CID 110507657 .  
  10. ↑ ماورو، سلفادور؛ فابريس، دافيد (27-28 مايو 2004). دراسة استقرار مركبة ذات عجلتين من خلال تجارب على الطريق وفي المختبر (ملف PDF) . مودينا، إيطاليا . تاريخ الاسترجاع: 31 أغسطس 2008 .
  11. ↑ "دراجة ون ويل تتأرجح وتشعر بعدم الاستقرار [ كيفية إصلاح التأرجح ] " . تريل ويل . 7 أكتوبر 2022.