[Technique] Les roues - l'effet gyroscopique

Nombre de messages : 2208 Localisation : * Date d'inscription : 26/09/2010

Seconde question sur les roues:

On voit souvent que l'argumentaire de définition de la conception d'une roue repose souvent (au moins en partie) sur la limitation de l'effet gyroscopique induit par celle-ci. mais doit-on considérer ce phénomène physique comme nécessairement nuisible au pilotage ou doit-on là aussi rechercher un compromis?

Non, l'effet gyroscopique n'est pas nécessairement néfaste. C'est lui qui fait qu'une moto tient sur deux roues. Si il n'y en avait pas , nous aurions encore nos petites roulettes sur les côtés pour pas tomber lol!

Donc je serais tenté de penser: pas assez d'effet gyroscopique, moto ultra maniable mais instable dans les lignes droites
Trop d'effet gyroscopique: moto stable mais difficile à mettre sur l'angle.

Donc, d'après moi, on pourrait diminuer encore la masse des roues et si cela devenait instable, augmenter la chasse au sol pour redonner de la stabilité tout en ayant diminué les masses non suspendues.... Ce qui favorise les montées en régime.

Mais bien sûr, ceci n'est que ma propre analyse. Nos éminents experts sauront certainement te renseigner mieux que moi .

Il n'y a pas que les roues... Qui induisent un effet gyroscopique sur une moto, toutes les pièces en mouvement rotatifs en "produisent" et en particulier le vilebrequin, il me semble avoir lu sur ce forum que "Pépé" se plaignait des Kawasaki H1R a cause de cela.

I had a little correspondence with Pépé about this subject, and he advised me to publish some links on the forum. Here they are:

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It seems that for stability you need neither gyroscopic effects nor trail. But I think trail is necessary to give feedback to the rider about the forces acting at the road/tire contact patch.

Nombre de messages : 2208 Localisation : * Date d'inscription : 26/09/2010

Thank you frits.
I take the time to watch thoses links and I will probably have a few more questions lol!

[Technique] Les roues - l'effet gyroscopique 199739

Nombre de messages : 1045 Localisation : Monaco Date d'inscription : 15/01/2011

Tiens, puisqu'on en parle, vous voulez de l'effet gyroscopique ? EN voilà :

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(Source vintagebike.co)

Normalement le moteur en étoile est fixe scratch

Nombre de messages : 3592 Localisation : Sète Date d'inscription : 23/11/2009

Hi! Frits !
You can give my answer as well, krkrkr [Technique] Les roues - l'effet gyroscopique 809262

[Technique] Les roues - l'effet gyroscopique 980796

Yes I could, Eric, but didn't, because I did not know which part of our correspondence may be published and which part should remain confidential.
Anyway, below is Pépé's reaction regarding the above links (I left out the GEKO remarks, Eric; I feel it is not my position to make those public. You can do that yourself if you think the time is right).

Eric Offenstadt a écrit:: For sure very interesting, even if what they say is half of the time "Trying to unlock wide-open doors"... ... Not surprising about physicians without any experience about bicycles.
What I mean is that the gyroscopic effect is negligible at very low speed (as shown on those videos). Gyroscopic effect is only important because the riders uses the counter-force of the gyroscopic effect (torque) to help him flicking the bike down. However in terms of slow motion in town traffic, you can pick-up a few ideas (as always).

Offset by itself does not mean a lot, because the weight offset has a self steering effect independent from the geometrical offset.
To my point off view the TRAIL by itself is only 1 of the dozen parameters I'm using as it reacts differently according to different geometrical offsets.
One example: If you have got a lot of weight offset on the fork (apart from the wheel itself which is inducing also gyroscopic offset), you can reduce the wheel offset itself.

The notion that is most interesting is that of the "stability effect " (They have touched the subject on the documents about the counter-gyroscopic effect bike !!!). Stability effect is INDEED tied with weight on the steering device (just because "TRAIL" is only a matter of leverage). On a normal motorcycle with trail the stability is measured by the amount of trail x by load. Stability = TRAIL X LOAD.
Therefore you do need much more trail when you have no weight on the front wheel and nearly none when all the load is on the front.

Salut à tous,
Merci de pousser à élever notre culture !
Hello all,
Thanks to push us to much better understanding !
Fred

SEB4LO a écrit:: Normalement le moteur en étoile est fixe

...pas du tout! [Technique] Les roues - l'effet gyroscopique 380224

Les premiers moteurs en étoile aéronautiques étaient des "rototo", moteurs rotatifs, très simples de conception comme les Gnomes ou Le Rhône chez nous, et bien d'autres encore.
Ils ont disparu au profit des fixes à cause de leur limitation en vitesse de rotation engendrant les contraintes que tu devines. [Technique] Les roues - l'effet gyroscopique 800210

[Technique] Les roues - l'effet gyroscopique 800210

Nombre de messages : 2208 Localisation : * Date d'inscription : 26/09/2010

Well, if I try to summarize what I have learnt today, it would give this:

A bike does not need gyroscopic effect or trail to self balance(It does not mean these two parameters don’t influence balance especially with high speed).
Center of mass location or load on steering can give the self balance.

We can conclude that minimise the gyroscopic effect of a wheel is a good thing ,you just have to modify the other parameters to give the bike the behaviour you want.

So why not reduce the diameter of wheels to minimise the gyroscopic effect and modify the other parameters to compensate the loss of stability? (this is the subject of the second topic I have open)
[Technique] Les roues - l'effet gyroscopique 55116

[Technique] Les roues - l'effet gyroscopique 55116

Eh bien, si j'essaie de résumer ce que j'ai appris aujourd'hui, cela donnerait ceci:

Une moto n'a pas besoin de l'effet gyroscopique ou de chasse pour être auto-stable (cela ne veut pas dire que ces deux paramètres n'influent sur l'équilibre en particulier avec la vitesse).
L'emplacement du centre de gravité ou le fait de charger la direction peuvent conduire à cette stabilité.

Nous pouvons conclure que minimiser l'effet gyroscopique d'une roue est une bonne chose, il suffit de modifier les autres paramètres pour donner à la moto, le comportement que vous voulez.

Alors pourquoi ne pas réduire le diamètre des roues afin de minimiser l'effet gyroscopique et modifier les autres paramètres pour compenser la perte de stabilité? (ce qui est l'objet du deuxième topic que j'ai ouvert)

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amusant lol!

Dernière édition par Thieu le Mer 12 Oct 2011 - 20:22, édité 1 fois

Je viens de tomber sur ce sujet. Juste pour tordre le cou a quelques idées fausses véhiculées ici, qu'on pourrait résumer par : L'effet gyroscopique est indispensable sur un moto

1) Stabilité

L'effet gyroscopique, c'est par construction ce qui assure la stabilité d'un 2 roues. Sans effet gyroscopique, la seule position d'équilibre stable de la moto est la position exactement verticale. La position du centre de gravité de la moto étant situé au dessus de la droite définie par les points de contact des roues au sol, cette position d'équilibre est instable! Ça veut dire que dès qu'on va s'écarter de cette position (commencer à pencher, en gros), le système va chercher une autre position d'équilibre, plus stable : moto par terre.

La gyroscopie, c'est la différence entre une moto qui roule, et une moto a l'arrêt. Si l'effet gyroscopique n'avait pas d'effet sur la stabilité, on n'aurait pas besoin de béquille... Les effets gyroscopiques des elements internes (vilebrequin, boite, etc...) ne sont pas suffisants pour assurer la stabilité. VOus pouvez toujours essayer de rester a l'equilibre, a l'arret, sur votre moto. Meme en zone rouge, vous allez pas rester stable longtemps...

2) Direction

Ben oui, c'est grace a l'effet gyroscopique qu'on tourne... A partir d'une certaine vitesse, du moins (mais néanmoins faible, cette vitesse). Parce que l'effet gyroscopique contribue a faire pencher la moto! Et, a partir d'une certaine vitesse, une moto tourne parce qu'elle est penchée, pas parce qu'on a tourne le guidon (ce qui, en général, conduit a la chute...). Pour vous en convaincre, je peux faire la demo. Mais ca ne parlera à personne, à part ceux qui le savent déjà. Par contre, si vous avez une roue de vélo, vous pouvez faire l'expérience. Prenez les deux extrémités de l'axe de roue (une extrémité dans une main, l'autre dans l'autre main), en tenant l'axe horizontal. Faites tourner la roue assez vite (demandez un coup de main a un collègue / ami / autre), et essayer de faire tourner la roue autour, comme si vous actionniez un guidon. Et qu'est-ce qui se passe? La roue penche :)

Et pour se convaincre que c'est le fait de pencher qui fait tourner la moto, prenez la même roue, et faites la rouler sur le sol. Si vous la lancez bien verticale, elle va tout droit. Si vous la lancez penchée, elle va tourner du coté ou elle penche. Et plus elle penche, plus elle tourne Wink

Sujet: Re: [Technique] Les roues - l'effet gyroscopique Mer 12 Oct 2011 - 20:10

Sujet: Re: [Technique] Les roues - l'effet gyroscopique Mer 12 Oct 2011 - 23:35

OK, Thieu
Juste deux petites questions :
1) quand tu dis que les effets gyroscopiques des elements internes (vilebrequin, boite, etc...) ne sont pas suffisants pour assurer la stabilité, qu'en est-il au moins pour le vilo qui est assez lourd et tourne très vite (sans parler de celui de la H1R de Pépé dont il s'est plaint si souvent).
2) quand à l'influence de l'effet gyroscopique, ne serait-ce pas parce que la roue avant est montée sur un pivot (la colonne de direction) qu'elle a un effet bénéfique sur la stabilité. Autrement dit, la draisienne (pas de direction) est-elle aussi stable qu'un vélo (avec direction)? intuitivement, je me dis que non...

Nombre de messages : 2208 Localisation : * Date d'inscription : 26/09/2010

janpol84 a écrit:: 2) quand à l'influence de l'effet gyroscopique, ne serait-ce pas parce que la roue avant est montée sur un pivot (la colonne de direction) qu'elle a un effet bénéfique sur la stabilité. Autrement dit, la draisienne (pas de direction) est-elle aussi stable qu'un vélo (avec direction)? intuitivement, je me dis que non...

Je propose un exemple similaire, une patinette avec des roulettes extrêmement légères et de faible diamètre dont on peut considérer qu'à faible vitesse l'effet gyroscopique est négligeable. Et pourtant, elle roule assez bien même à très faible vitesse.
Maintenant, si je bloque la direction en position roue avant/roue arrière alignées et que je me déplace à la même vitesse, j'ai idée (peut-être fausse) que l'équilibre sera beaucoup plus instable, non?

Sujet: Re: [Technique] Les roues - l'effet gyroscopique Jeu 13 Oct 2011 - 8:20

1) Ce qui compte, pour l'effet gyroscopique, c'est le produit du moment d'inertie par la vitesse de rotation. Or, le moment d'inertie dépend du rayon au carre. Plus précisément, ca dépend de la distance au centre de rotation au carre des masses en mouvement (m*R^2). Donc même si un vilo tourne vite et est lourd, l'essentiel de la masse est quand même très concentré près de l'axe. Donc, au final, je pense que l'effet gyroscopique est faible devant celui des roues. Mais je ne nie pas qu'il puisse avoir un effet désagréable que la conduite. Cependant, il n'assure pas la stabilité (reprendre l'exemple de la moto en zone rouge au feu). Après, ca marche peut être avec une HR1, j'en ai jamais essayé. Mais avec toutes les motos que j'ai essayées, j'ai jamais réussi a être stable au feu plus de quelques secondes (numéro d'équilibriste)

2) Le rôle de la direction dans la stabilité est vachement compliqué. Là, on rejoint les discussions sur les angles de chasse, la trainée, les déports, etc. Globalement, je dirais comme toi que le fait de pouvoir faire tourner la roue avant donne au vélo la marge de manœuvre pour rétablir sa stabilité, justement parce que la roue peut tourner. Dans le cas de la draisienne, quand elle commence à pencher, les roues avant et arrière développent des efforts sur le cadre, liés à la gyroscopie. Sauf que comme l'ensemble n'est pas mobile, ces efforts ne sont pas suffisant pour modifier les trajectoires des roues. Mais, dans la mesure ou les roues tournent, sans autre action exterieure, la draisienne doit quand meme être stable (J'ai jamais essayé de draisienne). Dans le cas du vélo, le couple gyroscopique développé peut faire tourner la roue, et ca doit participer à la stabilité . C'est d'ailleurs l'objet de recherches actives par Arend Scwhab (TU Delft), et d'autres. On trouve des videos rigolotes et des petits bouts de code pour les analyses.

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Dans la vidéo, même si c'est pas très net (le vélo est loin), on voit bien la direction qui s'adapte pour redonner sa trajectoire et sa stabilité au vélo.

Neanmoins, même si c'était moins stable qu'un vélo, une draisienne avec les roues qui tournent est plus stable qu'une draisienne avec les roues qui tournent pas Wink

Et plus les roues tournent vite, plus elle sera stable. Comme l'exemple de la vidéo avec la roue attachée par une extrémité. Sans rotation, la roue est horizontale. Plus elle tournera vite, plus elle sera verticale.

Sujet: Re: [Technique] Les roues - l'effet gyroscopique Jeu 13 Oct 2011 - 8:24

MANETON a écrit:

janpol84 a écrit:: 2) quand à l'influence de l'effet gyroscopique, ne serait-ce pas parce que la roue avant est montée sur un pivot (la colonne de direction) qu'elle a un effet bénéfique sur la stabilité. Autrement dit, la draisienne (pas de direction) est-elle aussi stable qu'un vélo (avec direction)? intuitivement, je me dis que non...

Je propose un exemple similaire, une patinette avec des roulettes extrêmement légères et de faible diamètre dont on peut considérer qu'à faible vitesse l'effet gyroscopique est négligeable. Et pourtant, elle roule assez bien même à très faible vitesse.
Maintenant, si je bloque la direction en position roue avant/roue arrière alignées et que je me déplace à la même vitesse, j'ai idée (peut-être fausse) que l'équilibre sera beaucoup plus instable, non?

Considère la même trottinette, mais sans le bonhomme dessus : elle se pète la gueule. Tu n'as peut être jamais fait gaffe, mais pour assurer la stabilité de ta trottinette, tu bouges sans cesse le guidon. De façon très faible, mais ca bouge. Essaye de faire de la trottinette sans les mains, et tu verras Wink

Dans ce cas la, les roues de la trottinette ne développent pas assez d'effort pour stabiliser. De la même façon (et ca, j'ai jamais essayé), je pense qu'on ne peut pas tourner sur une trottinette en contre braquant. A moins d'emmener aussi le corps, ce qui n'est pas nécessaire en moto, ou en vélo. Mais la, l'expérience est, je pense, plus dur a réaliser.

Tu peux aussi reproduire l'expérience réalisée dans la vidéo au dessus. Et tu nous diras combien de temps la trottinette roule droit, à titre de comparaison. J'ai jamais essayé non plus, mais je pense qu'elle roule pas longtemps.

Sujet: Re: [Technique] Les roues - l'effet gyroscopique Jeu 13 Oct 2011 - 9:42

En y réfléchissant, je suis en fait pas sur qu'on peut considérer que la draisienne est stable. La gyroscopie doit plutôt jouer dans le sens d'une augmentation de l'inertie, mais je suis pas sur qu'au sens propre de l'analyse de stabilité, on puisse qualifier ce système de stable.

Pour la trottinette, faudrait faire l'analyse propre. Il existe peut être des trottinettes stables, si les roues deviennent suffisamment grandes, et si la géométrie est adaptée. Mais les p'tites trottinettes qu'on voit partout ne sont pas intrinsèquement stables, genre ca :

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Celles là, en revanche, peuvent l'être :

[Vous devez être inscrit et connecté pour voir cette image]

Après, quand on met un bonhomme dessus, on modifie fortement les données du problème, vu que l'oreille interne se démerdera, autant que possible, pour rendre stable le système "bonhomme + engin", même si le système "engin" seul n'est pas stable. Y a qu'a voir les difficultés que ca pose de faire un robot bipède qui marche, alors que pour un humain, c'est un geste naturel Wink

Nombre de messages : 2208 Localisation : * Date d'inscription : 26/09/2010

Je mets ici la vidéo (provenant aussi de l'institut technologique de Delft)du lien donné plus haut par Frits ou la patinette est lancée seule avec un effet gyroscopique des roues annulé:

Puis ci-dessous la version écrite des commentaires:

Long known, but still amazing, is that a moving bicycle can balance itself. Most people think this balance follows from a gyroscopic effect. That's what Felix Klein (of the Klein bottle), Arnold Sommerfeld (nominated for the Nobel prize 81 times) and Fritz Noether (Emmy's brother) thought. On the other hand a famous paper by David Jones (published twice in Physics.Today) claims bicycle stability is also because of something called trail". Trail is the distance the front wheel trails behind the steer axis. The front wheel of a shopping cart castor trails behind its support bearing and so must a bicycle front wheel, Jones reasoned. Jones insisted that trail was a necessary part of bicycle stability.

We suspected that such simple images (above) were missing at least part of the picture.

To find the essence of bicycle self balance we looked at simpler and simpler dynamical models until we found a minimal two-mass-skate (TMS) bicycle that theory told us should be self-stable. This bicycle has no gyroscopic effect and no trail. We built a bicycle (of sorts) based on the theory to prove the point.

This bicycle proves that self-stability cannot be explained in any simple words. Bicycles are not stable because of gyros, because you can make a self stable bicycle without gyros. We did that. And they are not stable because of trail, you can take that away too. And we did that. More positively, we have shown that the distribution of mass, especially the location of the center of mass of the front assembly, has as strong an influence on bicycle stability as do gyros and trail.

Why can a bicycle balance itself? One necessary condition for bicycle self stability is (once we define the words carefully) that such a bicycle turns into a fall.

The paper and supplementary material describe the problem and our solution in more detail, available at: [Vous devez être inscrit et connecté pour voir ce lien]

This research was started by Jim Papadopoulos, working with Andy Ruina and Scott Hand at Cornell in 1985. The basic theoretical result was in-hand then. In some sense, the recent Proceedings of the Royal Society paper on bicycle stability was written to support the present paper. We couldn't publish this gyro-free-no-trail result without that foundation being in the literature. The experimental two-mass-skate (TMS) bicycle, and the fleshing out of the theory, were carried out by Jodi Kooijman and Arend Schwab at Delft University of Technology, starting in 2008. Jaap Meijaard found the key errors in Klein & Sommerfeld and in Whipple.

Sujet: Re: [Technique] Les roues - l'effet gyroscopique Jeu 13 Oct 2011 - 10:50

Là où ça va devenir chouette, c'est quand on va commencer à regarder ce qui se passe pour la roue de la moto inclinée pendant un virage, avec le plan de rotation de la roue qui n'arrête pas de changer de direction, les diverses actions de pilotage sur le guidon, les mouvements liés aux irrégularités de la piste, etc... ça va être amusant tout plein...
[Technique] Les roues - l'effet gyroscopique 809262

Nombre de messages : 2208 Localisation : * Date d'inscription : 26/09/2010

Version rillettes pour les réfractaires au pudding (toute correction est la bienvenue):

Connu depuis longtemps, mais toujours étonnant, est le fait qu'une bicyclette en mouvement peut s'auto-équilibrer. La plupart des gens pensent cet équilibre résulte d'un effet gyroscopique. C'est ce que Félix Klein (de la bouteille de Klein), Arnold Sommerfeld (nomé 81 fois pour le prix Nobel) et Fritz Noether (frère d'Emmy) pensaient. D'autre part un document célèbre de David Jones (publié deux fois dans Physics.Today) affirme que la stabilité des bicycles est aussi due à quelque chose appelée trainée . La trainée est la distance qui sépare la roue avant et l'axe de direction. La roue avant d'un caddie « traine » derrière son support de palier et donc une roue avant de vélo doit faire de même, pensait Jones. Jones insistait sur le fait que la trainée était un élément nécessaire de la stabilité d'un bicycle.

Nous supposions qu'au regard de ces faits simples (ci-dessus) il manquait au moins une partie au tableau.

Pour trouver l'essence de l'auto-équilibre d'un bicycle, nous avons examiné des modèles dynamiques de plus en plus simples jusqu'à trouver un skate à deux masses minimal (TMS) que la théorie nous laissait penser être auto-stable. Ce bicycle n'a pas d'effet gyroscopique et aucune trainée. Nous avons construit un bicycle(un genre) basé sur la théorie afin de la prouver.

Ce bicycle prouve que l'auto-stabilité ne peut être expliquée en termes simples. Les bicycles sont pas stables en raison des effets gyroscopiques, parce qu'il est possible de faire un bicycle auto-stable sans gyroscopes. Nous l'avons fait. Et ils ne sont pas stables en raison de la trainée, vous pouvez retirer ça aussi. Et nous l'avons fait. Plus positivement, nous avons montré que la distribution de la masse, en particulier l'emplacement du centre de masse de l'ensemble avant, a une incidence aussi forte sur la stabilité des bicycles que les effets gyroscopiques ou la trainée.

Pourquoi un vélo peut s'auto-équilibrer? Une condition nécessaire pour l'auto-stabilité d'un bicycle est (une fois que nous auront défini les mots avec soin) due au fait qu'il va tomber.

L'article et le matériel supplémentaire décrivant le problème et notre solution de manière plus détaillée, disponible à l'adresse: [Vous devez être inscrit et connecté pour voir ce lien]

Cette recherche a été lancée par Jim Papadopoulos, travaillant avec Andy Ruina et Scott Hand à l'Université Cornell en 1985. Le résultat de base théorique a été connu depuis lors. Dans un certain sens, le récent article des Procédures de Société Royale du papier sur la stabilité des bicycles a été écrite pour soutenir le présent document. Nous ne pouvions pas publier ce résultat « sans gyro-ni trainée » sans les bases issues de la littérature. Le dispositif expérimental du bicycle TMS, et l'amélioration de la théorie, ont été réalisées par Jodi Kooijman et Arend Schwab à la Delft University of Technology, à partir de 2008. Jaap Meijaard déterminéé les erreurs clés dae Klein & Sommerfeld ainsi que de Whipple.

Sujet: Re: [Technique] Les roues - l'effet gyroscopique Jeu 13 Oct 2011 - 12:11

Je suis sur le cul!!!

J'arrive pas à voir la vidéo au boulot, mais la prose en anglais est particulièrement éloquente. Je vais regarder les papiers en détail quand j'aurais un peu de temps. J'aurais vraiment appris un truc essentiel aujourd'hui. Il faut donc, du coup, très nettement relativiser mon propos. Je pense néanmoins que, sur un vélo classique, l'effet gyro joue un rôle dans la stabilité, même si, du coup, ça n'est pas le seul paramètre qui intervient.

Sujet: Re: [Technique] Les roues - l'effet gyroscopique Jeu 13 Oct 2011 - 12:41

Merci Maneton ! (sans la traduc , je ne l'aurais sans doute pas lu...)
on voie bien qu'il n'y a pas certitude , la recherche se poursuit...

autant que l'explication du "giro" se vérifie pour une roue toute seule(nombreuses expériences vidéo) mais avec 2 roues ça se complique !

Thieu a écrit:: Tu n'as peut être jamais fait gaffe, mais pour assurer la stabilité de ta trottinette, tu bouges sans cesse le guidon. De façon très faible, mais ca bouge.

Idem pour un vélo ou une moto (d'ailleurs si on verrouille la direction , ça tombe immédiatement y compris sans bonhomme dessus)

de plus sur la trottinette le guidon est a "3 kilometres" de la roue

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