Велосипеды с задним рулевым колесом – ВЗРК.

Я надеюсь, что эта статья явится отправной точкой для всех, кто собирается конструировать вело с задним рулевым колесом.

Уже довольно давно люди предпринимают попытки сконструировать и построить велосипед с задним рулевым колесом (ВЗРК). Причем большинство из них следуют принципу проб и ошибок. Основными же доводами к постройке ВЗРК выступают следующие:

• Трансмиссия может быть сделана очень простой и легковесной: короткая цепь приводит в движение непосредственно переднее колесо.
• ВЗРК может быть легко сделан складным – здесь нет проблем, связанных с длинной цепью.
• Управляемое колесо располагается позади велосипедиста, а, значит, не мешает крутить педали на крутых поворотах.
• Нет помех (цепи) для установки сиденья так низко как возможно, что позволяет улучшить аэродинамику.
• Ноги могут двигаться очень близко к переднему колесу, что позволяет делать кузов (обтекатель) очень узким в этой части, и опять же улучшить аэродинамику.

Кто был первым?

Мне неизвестно когда впервые были предприняты серьезные попытки построить функциональный ВЗРК, но в одной из моих книг о велосипедах я нашел рисунок некоего господина Дональда (M.C. Donald), датированный 1869 годом. Неизвестно, был ли этот велосипед реально построен и можно ли было на нем ездить. Я думаю, что нет.

В том же самом году был выдан патент господину Лаубаху (W.H. Laubach), который изобрел велосипед с «ломающейся» рамой. Так как сиденье закреплено на передней части, можно сказать, что этот аппарат также относится к классу ВЗРК. Удивительно, но предусмотрена даже мягкая подвеска сиденья! Относительно этого вело я также сомневаюсь по поводу способности к передвижению.

Первый известный мне ВЗРК, на котором можно было ездить, это ABT голландца Фреда де Вирта (Fred de Weert). Он описал его в голландском журнале «HPV-nieuws 7-2» (июль 1991 г.). Вело имел отрицательный наклон рулевой колонки и большой трэйл. Рулевой механизм имел устройство реверсирования, благодаря чему вело поворачивал в ту же сторону, куда велосипедист поворачивал руль.

Поняв на собственном опыте, что здесь что-то не то, я начал изучать теорию двухколесных транспортных средств.

Когда вы едете на двухколесном велосипеде вы фактически все время пытаетесь упасть. Руль постоянно совершает небольшие корректировки. Другими словами: вы постоянно поворачиваете то влево, то вправо. Вы никогда не едете точно прямо. Особенно это заметно на песчаной или заснеженной поверхности: след заднего колеса никогда не совпадает со следом переднего. Во время поворота на управляемое колесо действует комбинация различных сил. Для начала уясним, какие силы действуют на обычный двухколесный велосипед. Представьте себе, что стандартный дорожный велосипед поворачивает направо: Рама велосипеда несколько наклоняется вправо, в результате чего велосипед стремиться упасть в ту же сторону. На повороте та часть переднего колеса, которая находится спереди от линии оси рулевой колонки, стремится повернуть руль под собственным весом, так как эта часть колеса больше чем, та, которая находится позади от линии оси рулевой колонки. Эта малая часть колеса силой собственного веса старается повернуть руль в обратную сторону, то есть влево. Велосипед обладает инерцией, которая порождает центробежную силу. По первому закону Ньютона, тело, обладающее массой, пытается удержаться в равновесном положении, то есть, в данном случае, на велосипед действует сила, направленная от центра поворота, перпендикулярно его траектории и выравнивающая его в вертикальное положение. Колесо обладает гироскопическим эффектом, который выражается в том, что при наклоне колеса вправо оно стремится повернуть в ту же сторону. Этот эффект в данном случае увеличивает угол поворота. Заднее колесо в этом случае также вносит свой вклад, но менее значительный, так как угол наклона его в повороте меньше переднего (рулевая колонка ведь наклонена назад). Так как вилка обладает смещением, при повороте велосипед приподнимается (точнее поворачивается относительно оси заднего колеса по направлению вверх-назад). Таким образом, поворот руля также несколько лимитируется за счет массы велосипеда. Этот эффект можно наблюдать если наклонять велосипед в стороны держа его только за сиденье: руль повернется на конкретный угол, зависящий от того насколько сильно вы наклонили велосипед. Из-за того, что велосипед обладает трэйлом, центр тяжести системы велосипед-человек оказывается смещенным вправо как только вы повернули руль вправо. Это усиливает стремление к продолжению поворота. Трэйл стабилизирует отклонение руля. Это сравнимо с тем как мебельные катки, например, на офисном кресле, всегда поворачиваются в сторону движения. В то же время отрицательное значение величины трэйла («обратный трэйл») ведет к крайней нестабильности: попробуйте двигать кресло в обратную сторону и вы заметите, что катки пытаются развернуться, чтобы занять устойчивое положение.

Примечание переводчика:

Для внимательных: сказанное выше объясняет, почему рулевое управление велосипеда устроено так, а не иначе. Вот назначение основных геометрических параметров:

Трэйл (расстояние между мнимой точкой пересечения оси рулевой колонки с поверхностью земли и точкой касания колеса с поверхностью земли) – обеспечивает выравнивание колеса в направлении движения.

Смещение (расстояние между линией оси рулевой колонки и параллельной ей, проходящей через центр колеса) – обеспечивает стабилизацию угла поворота за счет массы системы велосипед-человек.

Угол наклона рулевой колонки – определен равновесием гироскопических моментов заднего и переднего колес в повороте.

А теперь взглянем на динамику прохождения поворота ВЗРК. Так как стандарта в этом классе велосипедов не существует, возьмем для примера велосипед «ABT» Фреда де Вирта, и рассмотрим, что происходит при повороте направо. Различия в поведении велосипеда относительно обычного отмечены красным цветом: Рама велосипеда несколько наклоняется вправо, в результате чего велосипед стремиться упасть в ту же сторону. На повороте большая часть заднего колеса (часть колеса между линией оси рулевой колонки и точкой касания колесом земли) пытается опрокинуться вправо, увеличивая таким образом угол поворота. Центробежная сила, действующая на велосипед, еще более увеличивает угол поворота заднего колеса. Гироскопический эффект созданный задним колесом уменьшает угол поворота велосипеда вправо Так как вилка обладает смещением, при повороте велосипед приподнимается (точнее поворачивается относительно оси переднего колеса по направлению вверх-вперед). Таким образом, поворот руля несколько лимитируется за счет массы велосипеда. Из-за того, что велосипед обладает значительным трэйлом, центр тяжести системы велосипед-человек сильно смещается влево, в то время как совершается поворот направо. Это не только увеличивает тенденцию к увеличению угла поворота колеса, но и к падению влево. Большой трэйл стабилизирует отклонение руля.

Вывод: наблюдаются большие различия в поведении переднее- и заднеуправляемых велосипедов. На практике это выражается в том, что поведение ВЗРК бывает очень трудно предсказать. По собственному опыту могу сказать, что ВЗРК крайне нестабилен на поворотах и даже 25-сантиметровый трэйл не в состоянии стабилизировать машину.

Анализируя, как «ABT» может быть модернизирован, я думал следующим образом: основным недостатком «ABT» является то, что значительный трэйл при повороте смещает центр тяжести не в ту сторону. Для того чтобы избавиться от этого нежелательного эффекта, ось рулевой колонки должна проходить позади центра заднего колеса. Но таким образом мы создадим обратный трэйл, что сделает рулевое управление еще более нестабильным.

Возникает вопрос: как сделать возможным смещение центра тяжести на повороте в нужную сторону, но иметь при этом положительный трэйл?

Это невозможно имея одну ось поворота, но что если сконструировать сложную систему рулевого управления. С такими мыслями я разработал прототип, названный мною «ABT-2»:

Эта машина не имела рулевой колонки в обычном смысле этого слова: задняя вилка в верхней части крепилась к раме шаровым шарниром, а в нижней - двумя тягами к нижней части рамы. С целью поиска оптимальной геометрии рулевого управления тяги крепились к вилке и к раме посредством разъемных соединений. Рулевой механизм был образован двумя несвязанными друг с другом непосредственно рукоятками под сиденьем и двумя тягами, соединяющими рукояти с верхней частью задней вилки. Такая система сделала возможным создать лемнискатную (в виде восьмерки) траекторию движения заднего колеса при поворотах.

Я решил, что теперь это должно работать, но после четырех месяцев упорных попыток подобрать приемлемые параметры геометрии рулевого управления я смог проехать лишь 1 метр на этой машине! К сожалению, движение различных частей рулевого механизма были настолько сложны, что понять, почему на этом велосипеде нельзя было ездить, оказалось невозможно. Своей модернизацией я не смог решить многих фундаментальных проблем, связанных с динамикой управления ВЗРК. Результат удручающий, но поучительный.

---

Следующим, кто попытался создать свой ВЗРК на основе «ABT» Фреда де Вирта был Джуриан Бол (Jurriaan Bol). Он создал множество разных модификаций этой конструкции, о чем сообщил в статье в журнале «HPV-nieuws 11-3» (май 1995 г.). Статья ценна тем, что Бол проанализировал систему управления очень подробно. Но с реальной машиной и его постигла неудача.

Фото справа: одна из модификаций, сделанных Болом. Линия оси рулевой колонки здесь проходит позади центра заднего колеса.

---

Из всех знакомых мне машин типа ВЗРК по сей день нет ни одной, на которой можно было бы комфортно передвигаться. С практической точки зрения есть несколько причин, почему ВЗРК, даже если он способен (теоретически) к передвижению, будет неудобен в повседневной езде: Если вы едете на ВЗРК и перед вами вдруг появляется препятствие, например, в виде открывшейся двери автомобиля, вы неизбежно врежетесь в автомобиль, поскольку заднее колесо поворачивается как раз в сторону противоположную той, куда вам надо повернуть. Если вы едете по тротуару и хотите с него съехать, это будет очень трудно сделать именно в намеченном месте.

Для меня было большим сюрпризом обнаружить фотографию ВЗРК под названием Kalle на одном немецком сайте. Судя по всему, человек на фотографии чувствует себя совсем неплохо, управляя этой машиной.

Дополнительная информация, взятая из журнала «Bike Culture Quarterly» (№ 11, стр. 52 и № 18, стр. 49) и присланная мне читателями моей странички указывает на то, что велосипед изготавливается Гансом-Ульрихом Реймерсом (Hans-Ulrich Reimers) из г.Рейнкендорф (Reinickendorf), неподалеку от Берлина, по заказу. Выглядит велосипед вполне практично. Изготовитель заявляет максимальную скорость в 40 км/ч. Конструкция похожа на Флево-Байк (FlevoBike), но здесь сиденье закреплено на передней (поворотной) части машины. Из особенностей геометрии стоит отметить, что угол наклона рулевой колонки положителен (как в обычных велосипедах), рулевая колонка находится далеко впереди относительно заднего колеса, а также, что ось рулевой колонки пересекается с поверхностью земли спереди от точки касания передним колесом земли. С некоторой долей воображения можно сказать, что и у переднего и у заднего колеса положительный трэйл.

By the way, you can wonder if this bike can be really called a RWSB. You can also consider it as a FWSB on which the rider is actually sitting on the handlebars.
In contrast to the Flevo, I expect this bike will not be rideable without using your hands. I hope to find more information about this remarkable bike, soon.

---

За всю историю велосипеда было создано множество ВЗРК, и многие энтузиасты все еще продолжают попытки создать подобные машины.Кроме того, было построено много трехколесных веломобилей подобной конструкции, так как у них нет проблем с равновесием. Некоторые даже выпускаются серийно.

Вот что я могу сказать о ВЗРК. Не очень утешительно. Я приостановил все свои планы по созданию ВЗРК и в настоящее время разрабатываю вело других типов. Если вы все еще хотите сконструировать ВЗРК, дам вам один совет: вперед!, но для начала поговорите с людьми, которые уже строили такие машины.

Подготовлено Den FoX

По материалам сайта www.wannee.nl

Оригинал статьи здесь