|
Tegensturen gaat in feite vanzelf.
 Veel motorrijders doen het zonder dat ze het beseffen. Het is onmogelijk om met lichamelijke kracht het stuur die kant op te draaien waar je heen wilt bij bijna elke snelheid harder dan stapvoets. Het gyroscopische effect van je voorwiel laat dat niet toe.
Klik hier voor een demonstratie van gyroscopische precessie (mpeg videobestand)
Lees meer over gyroscopische kracht onderaan deze pagina.
De krachten die hoofdzakelijk verantwoordelijk zijn voor het tegensturen zijn traagheid en centripetaalkracht.
Een draaiend achterwiel zorgt voor 80 procent van de gyroscopische stabiliteit van je motor (en jezelf) omdat het rechtstreeks via zijn as met het frame van de motor verbonden is. Het voorwiel wordt slechts indirect beïnvloed door het draaiende achterwiel. Gyroscopische krachten liggen niet ten grondslag aan het tegensturen. Als dat wel zo was, dan zou je verwachten dat motoren met grote voorwielen erg snel zouden kunnen draaien. Maar dat is niet het geval. In de praktijk zie je eerder het tegenovergestelde.
Ook is het een wijdverbreid misverstand dat de wielen als gyroscopen zouden werken en de benodigde stabiliteit inbrengen om de motor rechtop te houden. Als dit waar was, dan zou de motor stabieler worden naarmate hij harder rijdt totdat het onmogelijk wordt om nog te leunen of te sturen. Bovendien is een motor net zo stabiel bij 30 als bij 100 kilometer per uur, hoofdzakelijk door het zelfcorrigerend design dat altijd weer een rechte lijn zoekt (probeer maar eens zonder handen en alleen met je gewicht te sturen).
Als je voorwiel (ook maar heel iets) van zijn rechte koers afwijkt, dan zal je motor in tegenovergestelde richting leunen. Zelfs zonder gyroscopische krachten zal het effect van je voorwiel van onder je motor wegsturen zijn dat je motor in de tegenovergestelde richting gaat leunen. Het resultaat van stuurgeometrie. Je kunt dit heel goed zien bij een complete stop. Draai je stuur in een bepaalde richting en je ziet dat je motor in tegengestelde richting gaat leunen.
Geometrie en gyroscopie
 De geometrie van een motor bepaalt voor een groot deel het gedrag tijdens het rijden. De gyroscopische precessiekracht wordt via de telescoopvork doorgegeven naar het frame, waar deze het balhoofd naar een kant dwingt. De balhoofdshoek en de naloop zijn bepalend voor het gedrag van je motor. Hoe groter de balhoofdshoek, des te groter wordt de naloop. Naloop is de afstand tussen de hartlijn van het balhoofd en het hart van het voorwiel, horizontaal gemeten vanaf de grond. Hoe groter deze afstand, des te sterker de neiging van de motor om rechtdoor te gaan. Dus kun je gebrek aan gyroscopische krachten (bijv. bij kleine wielen) compenseren door je naloop groter te maken. Daarom kun je met een racemotor fantastisch manoeuvreren en rijdt een ‘chopper’ met verlengde voorvork het liefst alleen maar rechtdoor.
Hoe groter je naloop, hoe stabieler je motor bij lage snelheden. Hoe groter de snelheid (en dus belasting), hoe onstabieler de motorfiets echter wordt. Een grote naloop is heerlijk tijdens het cruisen, maar maakt de motor dus minder bochtgewillig.
Een meer steile voorvorkhoek zorgt ook voor een kortere afstand tussen het balhoofd en de as van het voorwiel, waardoor de motorrijder meer controle heeft in snelle bochten, maar een te steile voorvorkhoek kan de stabiliteit van een motor op een rechte weg nadelig beïnvloeden, want ook niet bedoelde stuurbewegingen worden direct doorgegeven, waardoor het voorwiel nog wel eens wil gaan klapperen.
Tijdens het remmen neemt de voorvorkhoek af doordat de motor in meer of mindere mate in zijn vering duikt.
Het stuur is bevestigd aan het balhoofd.
 Dat is zo ongeveer het punt waar beide vorkpoten, samen met de stuurstang, aan het frame van de motor vastzitten.
De voorvorken wijzen niet recht naar beneden vanaf het balhoofd, maar staan in een hoek. Zonder deze hoek (meestal 30°) zou het voorwiel bij punt A de grond raken.
Kijk naar het plaatje. Stel je voor dat het wiel in plaats van naar rechts naar je toe gericht staat. (Het frame van de motor nog steeds naar rechts). Je realiseert je dat het loopvlak dat B was voordat het wiel draaide, nou dicht bij C' zit. Met andere woorden: het feit dat je wiel in de voorvork hangt, zorgt ervoor dat een gedeelte van je stuurinput in een verplaatsing van het loopvlak van het wiel omgezet wordt (daarom wordt het sturen langzamer - hoe groter de hoek, hoe langzamer het wordt).
Waar de rode diagonale lijn C' de band raakt is hoger dan waar B de band raakt. Dit laat zien dat een gevolg van draaien is dat je voorkant daadwerkelijk lager wordt als gevolg van de geometrie van je voorvorken. De afstand tussen waar B en C (niet C') de grond raken wordt bepaald door de voorvorkhoek, de offset (afstand tussen de hartlijn door de voorvorkpoten en hartlijn door de balhoofdspen) en de radius van de band. Sommige motoren hebben de spil van het voorwiel of boven, of onder de voorvorken in plaats van precies in het midden. Deze verschillen hebben als doel het effect van de offset groter of kleiner te maken om de naloop groter of kleiner te maken.
De stabiliteit van je motor op snelheid hangt af van de lengte van de naloop.
Elke kantel van het wiel krijgt hulp van de zwaartekracht bij zijn pogingen het contactoppervlak in het juiste spoor te voeren. Zwaartekracht probeert namelijk de voorkant te verlagen. De spilas van je vorken loopt langs C, niet C', en dat is achter de massa van de voorkant. Daarom speelt zwaartekracht zelfs een grotere rol in de draai van het wiel dan je zou denken. Hoe langer je wielbasis (hartafstand tussen voor- en achterwiel), hoe lager je zwaartepunt, denk maar aan een verlengde Harley. Een Harley gaat prima rechtdoor, maar om zichzelf in een bocht onder het zwaartepunt uit te rijden is een stuk moeilijker. Het sturen wordt moeilijker omdat het gedeelte in contact met de weg een stuk verder van het zwaartepunt ligt. Hoe hoger het zwaartepunt, hoe groter de hellingskracht, hoe moeilijker een motor in de bocht in balans kan worden gehouden. De rijder en passagier zijn vaak de belangrijkste redenen voor een hoog zwaartepunt (reden om af te vallen?...).
Als de motor naar een kant overhelt, stuurt het voorwiel automatisch naar die kant en de motor zal zijn wielen snel weer onder het zwaartepunt brengen. Dit is te danken aan gyroscopische krachten en de eigenschappen en hoek van je voorvork. De stabiliteit van je motor heeft alles te maken met de lengte van de naloop. En dat gyroscopische krachten geen noodzaak zijn voor tegensturen moge na het lezen van dit artikel duidelijk zijn... |
|
Wat is gyroscopische kracht?
Een gyroscoop is niets meer of minder dan een discusvormige schijf die ronddraait. De schijf heeft een massa, en die draait rond. Het is dus mogelijk om een impuls toe te kennen aan de schijf (impuls = m.v = massa maal snelheid, en de schijf heeft een massa en een omtreksnelheid). Omdat de impuls wordt veroorzaakt door een rotatie, is er sprake van een zogenaamd impulsmoment. Dit impulsmoment heeft een grootte, bepaald door de massa en het toerental van de schijf, en een richting, bepaald door de draairichting van de schijf (linksom or rechtsom). Het impulsmoment is dus een vector en die vector staat parallel met de as waarom de schijf roteert. Voor een wiel gemonteerd in een motor staat de impulsmomentvector dus evenwijdig aan de wielas en loodrecht op de rijrichting.
Gyroscopische precessie (draaibeweging) is wat er gebeurt als wordt geprobeerd de richting van de draaias van een roterend voorwerp (gyroscoop) te veranderen. Vanwege de wet van behoud van impulsmoment zal in zo'n geval de werkelijke verandering van de draaias loodrecht (90 graden) staan op het krachtmoment dat erop wordt uitgeoefend.
De motor heeft twee onderdelen die gyroscopische krachten produceren: het voor- en het achterwiel. Dankzij gyroscopische krachten heeft je motor de neiging (bij meer dan 30 km per uur) om rechtuit te gaan.
Als een zijdelingse kracht uitgeoefend wordt op de as van een draaiende gyroscoop (motorwiel), zal een van de merkwaardige effecten die dan optreden zijn dat als die kracht wordt uitgeoefend waardoor de wielas van beweging gaat veranderen, de verandering niet evenwijdig is aan de richting van de kracht, maar loodrecht erop: je motor gaat kantelen.
Voorbeeld: neem in gedachten een draaiend wiel, met de as evenwijdig met de horizon. Probeer nu de as verticaal te kantelen, en dan zul je zien dat de as begint te draaien in het horizontale vlak. Dit is het gyroscopisch effect. Het werkt ook andersom: stel je hebt een draaiend wiel dat je laat ronddraaien loodrecht op de draairichting in het horizontale vlak, dan ontstaat er een kracht die naar boven of beneden is gericht.
De draaiende gyroscoop vertaalt de krachtvector negentig graden tegenovergesteld aan de draairichting. Dus als we proberen ons voorwiel naar links te draaien is de kracht die we gebruiken een zijdelingse kracht voorwaarts tegen de aslijn aan de rechterkant en deze wordt vertaald in een kracht die probeert het wiel naar rechts te buigen. Vergelijkbaar: proberen het wiel naar rechts te draaien resulteert in een wiel dat naar links probeert te leunen. Gyroscopische precessie is niet een noodzakelijke component van tegensturen. Als je voorwiel (ook maar heel iets) van zijn rechte koers afwijkt, dan zal je motor in tegenovergestelde richting leunen. Zelfs zonder gyroscopische krachten zal het effect van je voorwiel van onder je motor wegsturen zijn dat je motor in de tegenovergestelde richting gaat leunen. Het resultaat van stuurgeometrie.
Je kunt dit heel goed zien bij een complete stop. Draai je stuur in een bepaalde richting en je ziet dat je motor in tegengestelde richting gaat leunen. De inbreng op je stuurstang wordt onmiddellijk vertaald naar gyroscopische precessie en leunen in tegenovergestelde richting. Omdat je voorwiel aan het frame van je motor vastzit, zal de motor zelf ook proberen te leunen. Het is het kantelen van het frame dat de stuurpoging overweldigt en het voorwiel in deze richting meesleept.
Gyroscopische precessie start het proces min of meer, maar wordt al snel onbelangrijk voor het eindresultaat. Als je bijvoorbeeld een ski had in plaats van een voorwiel, dan zou de voorkant in de richting van de stuurinput beginnen te draaien (net als met een wiel) maar het kantelen in tegenovergestelde richting zou het door de ski gemaakte tegenstuureffect nog steeds effectief overweldigen.
Lees meer over tegensturen en gewichtsverplaatsing.
|
Tegensturen en gyroscopische krachten?
