[Technique] Les roues - l'effet gyroscopique

paru dans Science (pas mal..) 15 avril 2011

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la dernière ligne ne permet pas de copier les 5 pages ici.


un extrait raisonnable c'est 10% soit une demi-page :

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Pickup, tu aurais du dire merci Frits

Pickup a écrit:

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)

C'est ce qu'on entrevoie à la fin de la vidéo où le vélo ne cesse de se dandiner avec la direction qui oscille.
Une partie de la réponse se trouve dans la vidéo qui suit, donnant du sens à l'expression:"One necessary condition for bicycle self stability is (once we define the words carefully) that such a bicycle turns into a fall."



Etonnant, non?
Ce qui ne veut pas dire que les autres paramètres n'ont pas d'importance n'est-ce pas Janpol, amusement en perspective!

Moi, je biche comme un pou !

(je ne sais pas si Frits peut comprendre cette dernière expression, malgré sa maîtrise de la lecture du français)

janpol84 a écrit:

Moi, je biche comme un pou ! (je ne sais pas si Frits peut comprendre cette dernière expression, malgré sa maîtrise de la lecture du français)

I can guess, but I am not sure about the exact meaning of bicher

Don't worry, Frits! Neither me!
I don't understand some sentences from the "strange people who live in the south part of France"... :)
Did you also know that they use to eat human beings?

Pickup a écrit:

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)

Ça, je savais pas. Donc la draisienne est pas stable, comme ça m’était apparu ce matin en y réfléchissant.

Citation :

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

Ça, ça joue pas, en première approximation.



Pour le papier, je suis quand même rassuré, pour avoir moi aussi fait l'exercice de la stabilité du vélo, quand je vois écrit

J. D. G. Kooijman , J. P. Meijaard , Jim M. Papadopoulos , Andy Ruina, A. L. Schwab a écrit:

Following Carvallo, Whipple, K&S and others since (see history in (6)) we start with the linearized equations of motion. Using the numerical values from the benchmark example in (6)) and setting the gyroscopic terms to zero we find here that self-stability is lost (Ch. S6.1, similar to the result of K&S for the Whipple parameters).

En gros : ils ont fait l'analyse que tout le monde (enfin, presque) a fait, il mettent les effets gyroscopiques à zéro, et trouvent que le vélo n'est plus stable. Par contre, ce que j'ai jamais essayé, c'est de chercher à savoir si un vélo pouvait être stable sans effet gyroscopique. Et la, ils écrivent qu'il existe des design qui peuvent être stables sans gyroscopie.

J. D. G. Kooijman , J. P. Meijaard , Jim M. Papadopoulos , Andy Ruina, A. L. Schwab a écrit:

However, we also found bicycle designs that are self-stable without gyroscopic terms.

Dans l'autre sens, comme c'est marqué plus loin dans le papier, la gyroscopie et la trainée ne sont pas non plus suffisantes pour assurer la stabilité.

Je me coucherais moins bête ce soir!

To be jubilant (with a kind of pride) might be a translation.As Marc, I didn't know louses could be jubilant.
this smiley could be a better translation.

Thieu a écrit:

Pickup a écrit:

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

Ça, ça joue pas, en première approximation.

Oui en voulant faire concis j'ai mal exprimé l'idée...

je voulais parler du bras de levier qui tend a faire basculer l'engin (expérience sans bonhomme)

c'est un peu si comme dans l'expérience du vélo , en bout de colonne, on mettait un mat de 6 mètres avec une croix en haut , ...

je pense qu'une trottinette avec son guidon scié juste au dessus de la colonne roulerait un moment toute seule comme le vélo (mais je pressent quand même que le rapport empattement diamètre des roues changera aussi le résultat)

Pickup a écrit:

Thieu a écrit:

Pickup a écrit:

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

Ça, ça joue pas, en première approximation.

Oui en voulant faire concis j'ai mal exprimé l'idée...

je voulais parler du bras de levier qui tend a faire basculer l'engin (expérience sans bonhomme)

c'est un peu si comme dans l'expérience du vélo , en bout de colonne, on mettait un mat de 6 mètres avec une croix en haut , ...

je pense qu'une trottinette avec son guidon scié juste au dessus de la colonne roulerait un moment toute seule comme le vélo (mais je pressent quand même que le rapport empattement diamètre des roues changera aussi le résultat)

OK, tu fais référence à l'influence de la masse du "système directeur", de la même façon que sur leur "trottinette", ils ont mis une grosse masse sur la colonne de direction pour simuler la masse du train avant. C'est en effet une explications qu'ils donnent pour la stabilité de leur trottinette, que cette "masse" tend à tomber avec une vitesse différente de celle de la masse qui se trouve sur l'avant de la trottinette. Et c'est cette différence qui explique en partie la stabilité.

M'enfin la conclusion, c'est que c'est quand même super compliqué, et qu'avec les mains, on en rate quand même des gros morceaux.

Thieu a écrit:

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 :

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Pour avoir essayé ces 2 types de trotinette je confirme que la seconde est plus stable. En les regardant de pres, on remarque que la seconde a de plus grandes roues et surtout l'axe de direction est plus incliné. Celui de la petite est presque vertical donc quasiment sans déport. C'est a mon avis la raison du manque de stabilité. Meme a grande vitesse (c'est relatif hein ) la petite reste tres casse gueule, j'aurai donc tendance a penser que l'effet gyroscopique n'est pas préponderant.

D'ailleurs dans la vidéo on voit que le vélo est auto stable a basse vitesse. (vitesse d'un homme qui trotine, env 10km/h) . Vu la fable masse des roues de vélo, a cette vitesse l'effet gyroscopique doit etre tres faible non ?

Thieu a écrit:

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.

Oui ! Il suffit de tenter de rouler assis sur la trotinette pour comprendre l'importance du mouvement du corps pour garder l'équilibre.

Pépé, le clavier n'aurait-il pas fait déraper ta syntaxe?:

"....la force du point d'appui que constitué par l'inertie et le couple gyroscopique."

Tu pourrais nous la refaire?

Thieu a écrit:

"OK, tu fais référence à l'influence de la masse du "système directeur", de la même façon que sur leur "trottinette", ils ont mis une grosse masse sur la colonne de direction pour simuler la masse du train avant. C'est en effet une explications qu'ils donnent pour la stabilité de leur trottinette, que cette "masse" tend à tomber avec une vitesse différente de celle de la masse qui se trouve sur l'avant de la trottinette. Et c'est cette différence qui explique en partie la stabilité.
M'enfin la conclusion, c'est que c'est quand même super compliqué, et qu'avec les mains, on en rate quand même des gros morceaux".

En fait, Thieu, peut on dire qu'ils s'étonnent du fait que "l'effet de la chasse" (donc le facteur stabilité) soit le bras de levier que constitue la valeur de chasse au sol (trainée) que multiplie la charge :
- Stabilité = Trainée x Charge-

Dois-je en déduire que Pit-lane.biz est très peu lu ?


J'ai corrigé !

Eric Offenstadt a écrit:

- Stabilité = Trainée x Charge-

Dois-je en déduire que Pit-lane.biz est très peu lu ?[/font]

Bah, si mais je ne sais plus qui a dit: "n'avalez pas tout cru ce qu'on vous dit , essayez de comprendre par vous-même" ou un truc dans ce genre.

OK pour la correction, Pépé...

Oui mais quand il n'y a pas de chasse, il n'y a plus d'effet de chasse, non?

Moi non plus je ne comprends pas tout au TMS, la machine bizarre de l'équipe de la Delft University of Technology, mais on comprend bien qu'il n'y a, par construction, NI CHASSE, ni effet gyroscopique, et pourtant, ça "roule droit"
Par contre je m'interroge sur le rôle des 2 masselottes, et notamment sur celui de celle située au-dessus de la roue avant...

Par ailleurs, sur l'influence de l'effet gyroscopique, il faut quand même rappeler qu'il varie avec la vitesse de rotation, et qu'à très basse vitesse, il ne doit pas rester grand'chose, en tous cas pas de quoi empêcher la chte de l'engin.
Je ne sais pas si c'est pertinent comme support de réflexion, mais l'exemple du cycliste de piste qui fait du "sur-place" dans une épreuve de sprint (épisode stratégique tout à fait paradoxal dans une compétition de vitesse), m'a toujours interpellé : la roue avant est braquée à 45°, les manivelles du pédalier sont à l'horizontale, et le système du pignon fixe permet d'avancer ou de reculer, en provoquant ainsi des petits mouvements latéraux gauche/droite nécessaires à contrer les déséquilibres (Pfff... pas facile à décrire). Donc je me dis que la masselotte de la roue avant du TMS doit avoir un effet pendulaire qui provoque un braquage suffisamment important dès la moindre bascule de l'ensemble, et que la ligne des points d'appui au sol se déplace alors rapidement, contrant ainsi la bascule. C'est ça?

Bon de toutes façons, on ne va pas appliquer ça à la moto...

janpol84 a écrit:

Bon de toutes façons, on ne va pas appliquer ça à la moto...

Et le trial?

Figures-toi que j'y ai pensé, et que je me disais qu'il y aurait forcément quelqu'un pour poser la question
Trial : équilibre de funambuliste sur une base pneu assez large et mou car très basse pression. En général, ça ne dure
que quelques dizaines de secondes. Ça me semble donc peu comparable.
En sprint vélo sur piste, le "pilote" est bloqué sur ses cale-pieds, et les boyaux sont étroits et gonflés super-dur (10kg/cm², voire plus), Et on a vu des séances de sur-place durer plus de 20 minutes (débile, non?), Mais justement, le bonhomme gère non plus seulement son centre de gravité, mais aussi la position de la ligne d'appui, qu'il peut donc déplacer latéralement de façon suffisamment rapide, grâce au braquage à 45° de la roue avant.
En plus, le cycliste s'aide de la pente transversale de la piste, et ce n'est pas pour rien que ça se passe le plus souvent dans les virages, à l'endroit où cette pente est la plus forte. Mais on ne va pas compliquer davantage.
En terrain horizontal à très basse vitesse, on voit souvent les cyclistes braquer alternativement de part et d'autre et avec une certaine vivacité pour conserver l'équilibre. Et pourquoi? sinon pour déplacer rapidement la ligne d'appui au sol?

janpol84 a écrit:

... la ligne des points d'appui au sol se déplace alors rapidement...

I think in a 'real' surplace with zero forward velocity these contact points do not move.
But if you turn the front fork to the left, you move the frame sideways to the right, so the CoG moves to the right of the contact line and everything will start falling to the right.
Then you react by quickly turning the front fork in the opposite direction, moving the CoG so far to the left of the contact line that the right-falling movement is stopped and reversed.

Pour JanPol, ton post de la fin de la page 2, les explications sont dans le papier. Bon, il est en anglais, et faudrait que je le relise, mais même eux peinent à interpréter physiquement tout ce qui se passe ce qui se passe :

Citation :

Why does this bicycle steer the proper amounts at the proper times to assure self-stability? We have found no simple physical explanation equivalent to the mathematical statement that all eigenvalues must have negative real parts

Traduction :

Citation :

Pourquoi est-ce que le vélo braque de la bonne quantité au bon moment pour assurer son auto équilibre? Nous n'avons trouvé aucune explication physique simple équivalente à l'énoncé mathématique qui impose que toutes les valeurs propres aient une partie réelle négative.

Pour Pépé, dans le cas de la trottinette de Delft, la chasse est négative (si on considère qu'elle est positive d'habitude). Et, effectivement, ils arrivent aussi à exhiber des systèmes stables SANS GYROSCOPIE et SANS CHASSE!

Ce sont les positions relatives des centres de gravité du cadre et du train avant qui permettent de regagner la stabilité dans le cas présent. La stabilité se fait non plus par le biais des efforts de réaction du sol sur la roue, qui induisent les moments qui vont bien, ou la gyroscopie, mais par les différentes inerties de ces masses, placées bizarrement. C'est assez space, mais en y réfléchissant, ca se tient. Ca m'a quand même bien occupé l'esprit aujourd'hui, tout ça.

Après, pour ceux qui ont lu le papier, la dernière phrase m'a fait penser à Pépé

Après, pour les cyclistes et le trial, les efforts générés par le bonhomme qui appui sur les pédales, sur le guidon, déplace son corps, etc., ben, c'est chaud bouillant à analyser.

Frits, je pense que tu fais référence à l'effet dû à la combinaison des déports géométriques, à savoir le braquage rapide de la roue par rapport au cadre, à un moment où le point de contact du pneu sur le sol est quasiment fixe. Sans détailler davantage, on comprend que ça induit des petits mouvements latéraux du cadre.
Et je pense que ça marche aussi.

Dans le cas du cycliste sur piste, le braquage de la roue avant ne change pas; le cycliste peut pédaler en avant ou en arrière, pour faire avancer ou reculer le vélo de quelques centimètres. Et le braquage à 45° de la roue avant transforme ces petits déplacements longitudinaux en petits déplacements transversaux.
Je cherche une vidéo, mais j'ai un peu de mal à trouver ce que je veux : un très long sur-place (plus de 5 minutes).


@ Thieu : malgré mon passé aéronautique, plus le temps passe, et plus je deviens allergique à l'anglais. Le lire m'ennuie rapidement et l'écrire encore plus.

janpol84 a écrit:

@ Thieu : malgré mon passé aéronautique, plus le temps passe, et plus je deviens allergique à l'anglais. Le lire m'ennuie rapidement et l'écrire encore plus.

Il n'y a que 4 pages. Et très bien écrites, en plus! Ca se lit vraiment bien.

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:......bravo: ................ .................. ..............bravo: ................ .................. .......

On sort de l'effet "Gyro" Pur , d’ailleurs faudrait faire un topic "dynamique globale"


"Padoue" classe la stabilité du 2 roues suivant 3 modes:

wobble mode , weave mode et capsize mode


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la diapo sur l'effet gyroscopique:


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the gyroscopic effect


:)

Peut-être en raison du besoin impérieux de vivacité le Supermoto fut un temps un bon labo de la question

Quelques extraits du paddock de Busca 2008


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Frits Overmars a écrit:

I think in a 'real' surplace with zero forward velocity these contact points do not move.
But if you turn the front fork to the left, you move the frame sideways to the right, so the CoG moves to the right of the contact line and everything will start falling to the right.
Then you react by quickly turning the front fork in the opposite direction, moving the CoG so far to the left of the contact line that the right-falling movement is stopped and reversed.

je quoi aussi que le endroit de la columne de direction se monte et decendre avec cette manipulation,
qui va changer le trail et chasse,

technique utilisé avec les motos de trial qui reste sur place,