Míříte ze dveří? Přečtěte si tento článek o nové aplikaci Outside+, která je nyní pro členy dostupná na zařízeních iOS! >»,»name»:»in-content-cta»,»type»:»link»>>’>Stáhněte si aplikaci.
Dokončíte lezení, vystoupáte na kopec a pak začnete létat dolů z druhé strany. A pak se to z ničeho nic stane.
Nejezdíte bezohledně; ani nešlapeš. Ale najednou, jak naberete rychlost, kolo začne žít svým vlastním životem. To, co začíná jako malé zakolísání, se rychle stane mnohem více. Řídítka se prudce třesou ze strany na stranu a vy děláte vše, co můžete, jen abyste zůstali ve vzpřímené poloze.
Vyděšení z havárie zaparkujete na kraj silnice a rychle se rozhodnete, že pokud spadnete, raději to uděláte na travnatém okraji než na nemilosrdném bitumenu. Odepnete nohu a k vaší velké úlevě se kolo postupně vrací pod vaši kontrolu.
S rachotem se zacvaknete a pokračujete v klesání, znatelně pomaleji než předtím.
Kolísání rychlosti. Je to jedna z nejděsivějších věcí, které můžete na kole zažít. Jak se to tedy stane? Co se vlastně děje s motorkou uprostřed kolísání rychlosti? A co je nejdůležitější, co můžete udělat pro to, aby se to nestalo?
Proč se to děje
Kolísání rychlosti neboli shimmy lze definovat jako „kmitání sestavy řízení jízdního kola při frekvencích příliš vysokých pro účinnou reakci jezdce“. Je to fenomén, který je také vidět u motorek, skateboardů, nákupních vozíků a podvozků letadel.
Na kolech začíná kolísání rychlosti, když něco způsobí zrychlení předního kola na jednu stranu. Mohlo by to být něco tak jednoduchého, jako je třesoucí se jezdec při studeném sjezdu, kýchání jezdce, poryv větru, hrbol na silnici nebo dokonce kolo, které není tak docela pravda.
Damon Rinard je inženýrem pro silniční kola ve společnosti Cannondale a mužem s bohatými zkušenostmi, pokud jde o design rámu. Jak vysvětluje pro CyclingTips, aby došlo ke kolísání rychlosti, musí se dokonale sladit několik faktorů.
“Při správné rychlosti na silnici (“rychlost shimmy”) a pokud jsou správné podmínky, jakmile je systém narušen, přední část motocyklu začne oscilovat: to je shimmy,” říká. “Při většině rychlostí a často i při rychlosti shimmy se taková porucha rychle utlumí a žádné shimmy nevznikají.”
Když se objeví shimmy, je to případ, kdy systém bike-and-rider osciluje na své „rezonanční frekvenci“ – vlastní frekvenci oscilace systému, jak je určena fyzikálními parametry tohoto systému. Vzpomeňte si na zvuk, který vydává křišťálové sklo, když přejete mokrým prstem po jeho okraji – toto je další příklad systému vibrujícího na své rezonanční frekvenci.
Je všeobecně známo, že kolísání rychlosti se pravděpodobně stane na kolech, která nejsou zvlášť tuhá nebo která nejsou zvláště dobře tlumená. To je jeden z důvodů, proč jsou kolísání rychlosti mnohem pravděpodobnější na silničním kole než na horském kole – MTB mají odpružení, které pomáhá tlumit nechtěné oscilace dříve, než se stanou problémem (nemluvě o nerovných stezkách, které kolu ztěžují jízdu). dosáhnout stabilní rovnováhy plus nižší rychlosti pro začátek).
Naštěstí mají kolísání rychlosti to, co se nazývá „stabilní limitní cyklus“, což znamená, že oscilace budou mít vždy omezenou amplitudu (maximální rozsah oscilací na obou stranách středu). To zabrání tomu, aby se oscilace zvětšovaly a zvětšovaly, dokud i ten nejzkušenější jezdec jednoduše nevypadne z kola.
Zajímavé je, že ke kolísání rychlosti dochází pouze tehdy, když jezdec jede setrvačností. Je to proto, že shimmy nastává v systému, který je ve stavu rovnováhy a šlapání má za následek vyvrácení této rovnováhy.
Existuje také jiný způsob, jak se dívat na kolísání rychlosti. „Hopfova bifurkace“ je matematická teorie, která naznačuje, že systém fungující tak, jak má (tj. kolo klesající bez podrážek) může přestat fungovat normálně, když se změní jeden parametr v tomto systému. V případě shimmy se může stát, že rychlost je parametr, který se mění, a že při určité rychlosti se systém stane nestabilním a začne oscilovat.
Naštěstí je dnes mnohem méně pravděpodobné, že zaznamenáte kolísání rychlosti, než tomu bylo před několika desítkami let.
„Dnes je většina rámů dostatečně tuhá, takže shimmy jsou méně běžné, a s tím, že se s nimi setkává méně jezdců, se také snížila potřeba vědět a v některých oblastech se znalosti mohou téměř ztratit v mlze času,“ míní Rinard. „Dnešní tužší motorky jsou stále schopné šmejdit, akorát při vyšších rychlostech (tužší systémy rezonují při vyšší frekvenci.)
„Tour Magazin [vyd. Německá publikace dobře uznávaná pro své přísné laboratorní testy] odhaduje, že rám tužší než 75 Nm na stupeň je obecně bezpečný pro shimmy (to je tuhost hlavové trubky nebo torzní tuhost.) Rámy v 70. a 80. letech byly často blízko tomuto číslu nebo dokonce pod ním. Mnoho závodních rámů se v dnešní době pohybuje kolem 90 až 100 Nm na stupeň. Nejtužší, co znám, je kolem 140, ale na této úrovni trpí další aspekty jízdní kvality.“
Co se děje?
Co se tedy vlastně děje s motorkou, jakmile začne kolísání rychlosti?
Většina výzkumu v této oblasti byla založena na matematických modelech a podpořena laboratorními testy; Skutečná měření shimmy na silnici pomohla ověřit numerické modely jen málo.
Ale nějaké studie mít zahrnovala měření v reálném světě, jako je nejnovější článek v tomto prostoru od italských vědců z Politecnico di Milano (Polytechnická univerzita v Miláně). Při testech na silnici byli schopni zachytit data z probíhajícího kolísání rychlosti a poté tato data analyzovat, aby vysvětlili skutečný pohyb motocyklu a jeho částí během shimmy.
Vědci pod vedením Nicolò Tomiatiho připravili 52 cm silniční kolo se šesti inerciálními měřicími jednotkami obsahujícími akcelerometry a gyroskopy (IMU 1-6 na obrázku níže). Všechny jednotky byly připojeny k jednodeskovému počítači Raspberry Pi na spodní trubce a power bance nainstalované na sedlovce.
Jednoho dne v roce 2017 (kola akademického výzkumu se pomalu otáčejí) testovaný subjekt sjel na přístrojovém kole z kopce poblíž Lecca v Lombardii, aby zjistil, zda mohou detekovat shimmy.
Jezdec byl v kapkách, pevně se držel a snažil se dosáhnout rychlosti mezi 50-65 km/h (31-40 mph) ve spodní části klesání – teoreticky dost na to, aby vyvolal kolísání rychlosti. Během testu byly použity dvě různé sady pneumatik – jedna sada byla široká 22 mm a druhá 25 mm – a sjezd byl jel třikrát pro každou sadu pneumatik.
I když je možné vyvolat kolísání rychlosti úderem do řídítek uprostřed klesání (jako v děsivém videu níže od Damona Rinarda), testovaný subjekt v tomto případě neaplikoval žádný záměrný stimul, který by podpořil nástup shimmy.
“Natočil jsem to, protože jsem právě dostal svou první kameru na helmu (tehdy byly nové, před GoPro) a právě jsem to nastavoval,” říká Rinard o videu. “Ten shimmy byl jen pro zábavu.” Několikrát jsem to video přetočil, jel jsem zpátky do kopce a cestou dolů jsem se zase šoural a mezi běhy jsem nastavoval kameru.“
Vědci objevili shimmy ve dvou ze svých šesti testů, oba při použití 22mm pneumatik. Potom vzali větší z těchto dvou kolísání jako případovou studii a vrhli se do dat.
Výzkumníci zjistili, že shimmy začal s frekvencí asi 6.9 Hz – to znamená, že se přední kolo otáčelo doleva a doprava téměř sedmkrát za sekundu. To je rozhodně rychlejší, než na co může kterýkoli jezdec zareagovat a dostat ho pod kontrolu pouhým protisměrováním. V průběhu „události kolísání“ frekvence vyskočila na 7.2 Hz, poté na 7.4 Hz, než odezněla.
Výzkumníci naznačují, že jejich data poskytují další důkaz toho, co jiné studie dříve odhalily – že frekvence a amplituda shimmy se zdá být nezávislé na rychlosti. To znamená, že přední kolo nekmitá rychleji nebo prudčeji, čím rychleji (nebo pomaleji) jedete.
Předchozí modelování také naznačovalo, že shimmy by měly zmizet, jakmile rychlost jezdce klesne pod 51 km/h (31.8 mph). Vědci to našli ve svých datech, i když s malým zpožděním. Jejich hypotéza je, že systému nějakou dobu trvá, než dosáhne stabilní rovnováhy, jakmile je dosaženo potřebné rychlosti.
Zpoždění bylo zjištěno i při zrychlování: „dopředné zrychlení má stabilizační účinek na oscilace a zpožďuje jejich nástup při dopředné rychlosti,“ píší vědci ve svém nejnovějším článku. Taková zpoždění byla zjištěna i v předchozích studiích.
Jak se kolo vlastně pohybuje
Když přední část kola kmitá pomaleji než asi 6 Hz, nazývá se to „tkaní“ (viz animace vlevo dole). Zdá se, že při těchto frekvencích přední i zadní část kola působí pevně – to znamená, že nedochází k žádnému kroucení nebo ohýbání rámu. Jakmile jsou však dosaženy shimmy frekvence, věci se značně zkomplikují.
| Režim Weave (frekvence nižší než ~6 Hz) | Shimmy režim (frekvence vyšší než ~6 Hz) |
| Animace: Wikimedia Commons | |
Což je místo, kde přicházejí data z nejnovější studie – šest senzorů namontovaných na experimentálním kole nám ukazuje, jak se motorka pohybuje během shimmy.
Z italského výzkumu můžeme vidět, že amplituda oscilací je největší v přední části rámu (zejména u hlavové trubky) a klesá, když míříte k zadnímu kolu. To dává smysl: přední část kola (představec, vidlice a kolo) je částí s největší volností pohybu.
Údaje z této nejnovější studie ukazují i něco méně zřejmého: oscilace na sedlových vzpěrách jsou mimo fázi s těmi na horní trubce. Jinými slovy, když přední část motocyklu zrychluje jedním směrem během shimmy, zadní část motocyklu zrychluje v opačném směru, čímž se motorka efektivně stáčí pod vámi.
Vidlice se mezitím při shimmy mírně stáčí nahoru ve směru, ke kterému je otočeno kolo. Řídítka se stáčejí směrem dolů ve stejném směru, což vytváří torzi v přední sestavě řízení. Levá polovina následujícího diagramu to ukazuje jasněji.
Jak zastavit shimmy
To je to, co víme o tom, jak a proč kolísání rychlosti. Ale co něco praktičtějšího: jak zastavit shimmy, jakmile to začne?
V první řadě se snažte nepropadat panice. I když to může být děsivé, je relativně snadné dostat kolo zpět pod kontrolu. Chcete-li to provést, musíte v systému něco změnit.
Pokud k shimmy došlo, když jste měli ruce pryč od tyčí, jemně je znovu nasaďte (viz video Rinard výše). To by mělo zastavit kolísání. Pokud to začalo, když byly vaše ruce on mříže, odolejte pokušení zmáčknout mříže pevněji – to pravděpodobně situaci zhorší. Místo toho udržujte pevné, ale ne příliš pevné uchopení tyčí.
Anekdoticky, nejjednodušší způsob, jak dostat shimmy pod kontrolu, je upnout kolena k horní trubce.
„Funguje to přidáním tlumení (vaše tělo se dotýká rámu) a zvýšením tuhosti systému,“ vysvětluje Rinard. „Tím, že je systém tužší, zvýšili jste rezonanční frekvenci systému. U motocyklů to znamená, že byste potřebovali vyšší rychlost, abyste se šoupli. V praxi je to v pořádku, protože právě teď nejezdíte takovou vyšší rychlostí, ale jedete skluzovou rychlostí. Takže shimmy přestane.”
Můžete také zkusit mírně zvednout záď ze sedla.
“Funguje to snížením tuhosti systému odstraněním inerciálního kotevního bodu (vaše tělo na sedle),” říká Rinard. „Tím, že je systém méně tuhý, snížili jste rezonanční frekvenci systému. U motocyklů to znamená, že byste potřebovali nižší rychlost, abyste se šoupli. Opět, v praxi je to v pořádku, protože právě teď nejezdíte tou nižší rychlostí, ale jedete skluzovou rychlostí. Takže shimmy přestane.”
Nakonec budete pravděpodobně chtít také zpomalit. Zkuste se vyhnout přední brzdě, pokud můžete; místo toho použijte zadní brzdu jemně. Můžete také zaujmout vzpřímenější polohu a použít své tělo jako vzduchovou brzdu – zvýšený aerodynamický odpor vám pomůže zpomalit.
Italští vědci mají několik doporučení, pokud jde o zastavení shimmy.
„Odolejte co nejvíce pokušení seskočit z kola, které se v dané situaci může jevit jako menší zlo,“ píší. „Snažte se nespadnout a nenarazit do jiných vozidel nebo vyjet mimo silnici po dobu nezbytně nutnou ke snížení rychlosti pod práh zmizení shimmy. [vyd. někde pod 50 km/h nebo 31 mph].
“Bohužel je to poměrně obtížný úkol, pokud silnice zůstává velmi [strmá] a křivolaká, protože brzdy nelze účinně používat v zatáčkách a mohou zpočátku dokonce způsobit zvýšení amplitudy oscilace řízení.”
Opět se zdá, že klíčem je zůstat co nejklidnější, změnit něco v systému, aby se destabilizovaly oscilace, a bezpečně snížit rychlost. Pokud to dokážete, měli byste být schopni dostat kolo zpět pod kontrolu s o něco více než jen obrovským strachem, abyste to ukázali.
Ale co když se shimmy opakuje? No, stejně jako když jste uprostřed kolísání rychlosti, musíte v systému něco změnit, abyste zabránili opakování děsivé rovnováhy shimmy. Bude to pravděpodobně proces pokusů a omylů.
„Chcete-li zabránit tomu, aby se motorka znovu šmýkala, změňte hmotnost nebo tuhost systému,“ říká Rinard. “Menší hmotnost a větší tuhost zvyšují rezonanční frekvenci systému, takže je méně pravděpodobné.”
Nukleární možností je získat nový frameset.
„Rám a vidlice jsou největšími pružinami v systému, takže změna na tužší rámovou sadu je dobrá volba, i když drahá,“ říká Rinard.
Pokud hledáte mnohem dostupnější alternativu, začněte vyměňovat komponenty.
„Protože na jaře se účastní mnoho komponent [vyd. v systému pružin a hmotnosti kola], pokud jste přemýšleli o změně něčeho, jděte do toho a změňte to – může to snížit pravděpodobnost shimmy,“ říká Rinard. “Uvažujete o nové sadě kol, pneumatik, řídítek nebo představce?”
Zdá se, že pružnější pneumatiky jsou dobrým (a relativně levným) místem, kde začít, aby zajistily větší tlumení na silnici: „Měkčí nebo méně strukturované pneumatiky mohou zcela zabránit vzniku shimmy,“ píší Tomiati a spol. papír 2017.
Pokud výměna součástí nefunguje, možná by stálo za to zkontrolovat, zda jsou vaše kola kulatá a správná. Je možné, že drobné nedokonalosti na předním kole dávají vašemu motocyklu potřebnou podporu, aby jednou rychlostí vytvořilo boční pohyb. U jiných intervencí, o kterých jste možná slyšeli, je méně pravděpodobné, že přinesou velký rozdíl.
„Pokud se zeptáte kolem sebe, nepochybně uslyšíte o různých mechanických opravách: seřiďte ložiska, zkontrolujte vyrovnání, utáhněte paprsky atd.,“ říká Rinard. “Nic z toho nedělá významný rozdíl, pokud to nezmění hmotnost nebo tuhost systému.”
Můžete se také podívat na svou pozici na kole: shimmy se objevují častěji, když má jezdec na kole vyšší pozici a když je na kole velká váha vpředu nebo vzadu. Zkuste změnit polohu a uvidíte, zda to pomůže.
Opět platí, že nalezení něčeho, co funguje k zastavení shimmy, bude pravděpodobně procesem pokusů a omylů, často s souvisejícími náklady. Ale jak vám řekne každý, kdo má zkušenosti s kolísáním rychlosti, jakmile se to stane poprvé, uděláte cokoli, abyste tomu zabránili.
