Fahrradstabilität unter besonderer Berücksichtigung des Lenkungsflatterns

Abstract

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Stabilität der Geradeausfahrt eines Fahrrads mit konstanter Geschwindigkeit. Dabei wird besonderes Augenmerk auf die Instabilität durch Lenkungsflattern (Wobble) gelegt. Aus der Praxis ist das Lenkungsflattern an Motorrädern aber auch an Fahrrädern bekannt. Als gefährlich gilt Wobble vor allem wegen der verhältnismäßig hohen auftretenden Frequenz. Nach Herleiten der Bewegungsgleichungen des Fahrrads und Linearisierung um die aufrechte Geradeausfahrt mit konstanter Geschwindigkeit und ohne Lenkwinkeleinschlag wird unter Berücksichtigung eines linearen Reifenmodells eine Stabilitätsuntersuchung durchgeführt. Für ein konkretes Fahrrad werden die notwendigen Masse- und Geometriedaten ermittelt und Einflussgrößen auf das Stabilitätsverhalten durch Variation wesentlicher Parameter aufgezeigt. Am Ende der Arbeit werden anschließend die aus der Berechnung erhaltenen Ergebnisse durch Messungen verifiziert. Dabei werden neben Geschwindigkeit und Lenkwinkel auch die Beschleunigungen und Winkelgeschwindigkeiten - jeweils in drei Richtungen - messtechnisch erfasst.<br />

The work deals with the stability of rectilinear motion of a bicycle, considering constant forward speed. Special emphasis is put on the so called wobble-instability, which describes a violent steering oscillation. As known from practical experience wobble occurs among motorcycles and bicycles. Wobble is known to be dangerous, because of the occurring high frequency. The equations of motion are derived and linearized considering small deviations from upright motion with constant speed and small steering angles. Additionally a linear tyre model is used and a stability analysis is performed. For this purpose parameters of a test-bicycle are derived. Based on this configuration, changes in stability behaviour are observed for variations of particular important parameters. Finally, the occurring instabilities obtained from calculation are verified by measurements. Therefore the test-bicycle was equipped with facilities for measuring forward speed, steering angle as well as accelerations and angular rates in three directions.