Dynamique des cycles - Définition

Instabilité

Les cycles, étant des mécanismes complexes ont de nombreux modes d'instabilité (autrement dit de nombreuses manières d'être instable). Dans ce contexte, "stable" signifie que le cycle continue de rouler sans tomber tant que la vitesse est maintenue. A l'inverse, "instable" signifie que le cycle chute même si la vitesse d'avance est maintenue. Les modes d'instabilité sont différencié par la vitesse où ils se produisent et   leur phase relative de basculement et changement de direction  ⇔  traduction douteuse.

Modes

Il y a trois principaux modes d'instabilité pour un cycle: il peut se renverse, vaciller et enfin osciller. A lesser known mode is rear wobble, and it is usually stable.

Renversement

On dit qu'un cycle se renverse quand il chute sans osciller, c'est la simple chute sur le côté. Durant un renversement, la roue avant est généralement orientée dans le sens de la chute mais pas suffisamment pour compenser la prise d'angle, qui augmente jusqu'à une certaine valeur au delà de laquelle, la roue peut se dirigé vers le côté opposé. Le renversement peut se produire très doucement a vitesse élevée. Du fait de cette lenteur -la durée du phénomène est de l'ordre de la seconde- il est en fait facile pour le pilote de contrôler ce déséquilibre qui est d'ailleurs utilisé pour initier la prise d'angle nécessaire à un virage..

   ⇔  le passage suivant semble faux dans son contenuFor most bikes, depending on geometry and mass distribution, capsize is stable at low speeds, and becomes less stable as speed increases until it is no longer stable. However, on many bikes, tire interaction with the pavement is sufficient to prevent capsize from becoming unstable at high speeds.

Vacillement

Le vacillement d'un cycle désigne un lente (0–4 Hz) oscillation entre la roue arrière qui se penche et la roue avant qui change de direction. Le cycle tout entier est affecté avec des modifications perceptibles dans sa direction ,son angle d'inclinaison( roulis) et son angle de direction (tangage). La direction est en opposition de phase(180° de décalage) avec la trajectoire et en quadrature(90°) avec l'inclinaison. Ce AVI clip vidéo illustre ce phénomène.

Dans la plupart des cas, suivant la géométrie et la répartition des masse, le vacillement est instable a faible vitesse et s'atténue avec une vitesse plus élevée. Alors que l'amplitude peut diminuer avec la vitesse, la fréquence augmente.

Guidonnage

Le guidonnage décrit un oscillation rapide (4–10 Hz) du train avant (roue avant,fourche et guidon). Le reste du cycle n'est que très peu affecté. Cette instabilité se produit principalement à haute vitesse et est similaire au phénomène qui se produit sur les chariots de supermarché, les trains atterrissage des avions ou les roues avant des voitures.. Même si le guidonnage peut facilement être supprimer en ajustant sa vitesse, sa position, ou son grip sur la guidon, il se révèle fatale (chute assurée) si il n'est pas contrôlé.. Ce clip vidéo illustre le guidonnage.

Le guidonnage peut se produire à cause d'autre raison, comme une asymétrie de la fourche , qui accélère la fourche d'un côté. La réaction s'applique en phase avec l'évolution de l'irrégularité et la roue se tourne du côté opposé a celui de la source. S'il n'y a pas d'amortissement suffisant dans la direction, les oscillations augmente jusqu'à la rupture. La fréquence des oscillations peut être modifié en changeant sa vitesse, le poids du cycle ou en augmentant la dureté de la direction ,dont le pilote est un élément principal.

Une étude a montré que les ondulations de la route peuvent exciter les oscillations dans les virages si leur fréquence est en adéquation avec la vitesse du véhicule et d'autres paramètres, ce phénomène peut être évité avec un amortisseur de direction performant.

Guidonnage arrière

Bicycles leaning in a turn.

Le terme de guidonnage arrière est utilisé pour décrire les oscillations durant lesquels l'angle de roulis et de tanguage sont presque en phase et tous les deux en opposition de phase avec l'angle de direction. La fréquence de ces oscillations est modéré avec un maximum d'environ 6,5 Hz. Le guidonnage arrière est un phénomène très amorti et disparait rapidement quand la vitesse augmente.

Critères de conception

On peut caractériser les effets de la géométrie du cycle sur l'instabilité en examinant les valeurs propres des équations du mouvement dans leur versions linéarisée. Pour plus de détails sur les équation de mouvement et les valeurs propres, se reporter à la . Des conclusions générales sont décrites ici.

La rigidité en torsion et en flexion du train arrière et de l'axe de la roue modifient l'amortissement du guidonnage de manière substantielle. Un grand empattement, une chasse importante et un angle de chasse faible augmente l'amortissement du guidonnage. La distorsion latérale peut être contrer en plaçant l'axe de rotation de la [[Fourche(vélo]|fourche]] le plus bas.

La tendance au vacillement en courbe est amplifiée par un mauvais amortissement dans la suspension arrière. Les caractéristique mécaniques du pneu arrière et sa réponse aux efforts  Cornering, camber stiffnesses and relaxation length  ⇔  .pas de traduction exacte trouvée contribue fortement à l'amortissement du vacillement. La caractéristiques du pneu avant influent en revanche moins. Une concentration de masse à l'arrière favorise la tendance au vacillement. En revanche, une répartition arrière des masses associée à une rigidité et un amortissement adaptée sont efficace dans la surpression du guidonnage et du vacillement.

Enfin, la pression des pneumatiques est un paramètre important pour la stabilité des cycles à haute vitesse.