Parametereinflüsse auf den Wobble-Mode bei Fahrrädern : Theorie und Praxis

Abstract

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit den auftretenden Instabilitäten eines Fahrrades während aufrechter Geradeausfahrt. Besonderes Augenmerk wird hierbei auf den Wobblemode gelegt, welcher eine oszillatorische Schwingung um die Lenkachse, kurz Lenkungsflattern, beschreibt und vom Fahrer als unangenehm empfunden wird, ja sogar zu schweren Stürzen führen kann.<br />Einige Modelle zur Darstellung desWobblemodes werden vorgestellt, wobei deren Komplexität vom einfachen Schlepprad, welches häufig in der Literatur verwendet wird, zusehends gesteigert wird, bis schließlich das Modell des gesamten Fahrrades abgebildet wird. Für Schlepprad als auch Fahrrad wurden die nichtlinearen Bewegungsgleichungen hergeleitet und nach anschließender Linearisierung zur Eigenwertanalyse verwendet.<br />Im Zuge dessen wurden, aufbauend auf den Erkenntnissen vorangegangener Diplomarbeiten weitere Einflussparameter untersucht, die der äußerst komplexen Begründung des Wobblemodes näher kommen sollen. Besondere Beachtung wurde dem Gelenk um eine zur Lenkachse normale Achse, welches die Quersteifigkeit von Rahmen und vorderer Baugruppe widerspiegeln soll, geschenkt. Vorallem dessen Lage und Steifigkeit haben auf das Stabilitätsverhalten eine große Auswirkung.<br />Wie sehr die Rahmensteifgkeit den Wobblemode beeinflusst, konnte durch Messfahrten mit verschiedenen Rahmen festgestellt werden.<br />Aber auch der Einfluss der Reifenkräfte und die gyroskopischen Effekte wurden in dieser Diplomarbeit untersucht.<br />

The following diploma thesis is based on previous diploma thesis, where the influence of several model paramters on the wobble mode of a straight running bicycle has already been investigated.<br />The wobble mode, however, is referred to an oscillatory movement about the steering axis, that besides its inconvenience can become a hazardous event for the rider.<br />In order to simulate the wobble mode several models are introduced, starting with the simple trailing wheel model and increasing its complexity gradually up to the model of the entire bicycle.<br />Therefore the equations of motion have been derived and are used for some eigenvalue analysis.<br />The focus was set on the joint with its axis of rotation normal to the steering axis situated in the longitudinal plane of symmetry. Its linear spring stiffness as well as its location along the steering axis seem to have a major influence on the stability of the wobble mode. In order to show the influence of the spring stiffness, some simulations comparing the eigenvalues of the wobble mode due to different spring stiffnesses have been made.<br />Additionally some test runs have been done, comparing several frames of a Trekkingbicycle.<br />In doing so, some evidences could be made concerning the correlation between frame stiffness and wobble mode frequency. The influence of the forces and moments generated by the tire model are analysed as well as the assumed stabilizing effect of the gyroskopic couple