El efecto Shimmy ( English wobble [1] , speed wobble [2] , tank-slapper [3] , death wobble [4] ) es la aparición de vibraciones rápidas (frecuencia 4…10 Hz), por regla general, en los volantes de un vehículo En el momento del zigzagueo, el vehículo en su conjunto no se ve afectado por las vibraciones; sin embargo, a medida que aumenta su amplitud, se produce una pérdida de control debido al aumento de la guiñada . La amenaza de desarrollo de zigzagueo existe teóricamente en cualquier vehículo con un único punto de aplicación de la acción de control con un grado suficiente de libertad del volante, por ejemplo, motocicletas , bicicletas y monopatines , y además, aviones ligeros de tres ruedas capaces de alcanzar velocidades superiores a los 80 km/h en tierra. En la mayoría de los vehículos, el efecto de oscilación no se muestra de manera significativa. La inestabilidad que precede al desarrollo del efecto, por regla general, se produce a altas velocidades y se siente aproximadamente igual que las vibraciones características de las ruedas de los carros de la compra o el comportamiento del tren de aterrizaje del avión durante el aterrizaje [5] [6] .
En el estado estacionario de las oscilaciones, el papel principal del mecanismo lo desempeñan: bajo coeficiente de amortiguamiento en el sistema de segundo (o superior) orden, así como retroalimentación positiva . Un ejemplo de un sistema de segundo orden con un factor de amortiguamiento bajo es el sistema de carga de resorte más simple, en el que una carga se mueve hacia arriba y hacia abajo (oscila) mientras está suspendida de un resorte.
En el momento de recibir un impulso empujando la rueda en dirección opuesta a la desviación del rumbo, parte de la energía es extinguida por el amortiguador , lo que aumenta automáticamente el próximo intervalo de tiempo para que la rueda salga de la calzada - cuando el marco y el amortiguador el amortiguador resuelve la carrera inversa y el volante se lanza en la dirección opuesta. Como resultado, se produce una retroalimentación positiva que conduce a un aumento de las oscilaciones con una frecuencia de 4 ... 10 Hz del volante con respecto al rumbo. El motivo de la aparición de tal reacción puede ser el cálculo incorrecto de las características de los amortiguadores, los resortes de suspensión, las irregularidades de la carretera, especialmente de naturaleza periódica (revestimiento tipo tabla de lavar), la naturaleza de la aceleración, etc.
Desde el punto de vista de TAU , el zigzagueo es la inestabilidad del sistema de control, que incluye, además del diseño del volante, horquilla, amortiguador, etc., y la actuación del conductor.
Si no se puede excluir la aparición de oscilaciones durante el funcionamiento durante el desarrollo del diseño del sistema, es posible utilizar un amortiguador de dirección especial . Este dispositivo es una implementación de un filtro de parada de banda diseñado para amortiguar el efecto de vibración en frecuencias conocidas [7] .
El fenómeno de zigzagueo suele asociarse a la deformación de los neumáticos de las ruedas . Sin embargo, también se observa en ruedas indeformables (de acero). Como muestran V. F. Zhuravlev y D. M. Klimov [8] , el zigzagueo se explica por completo si, además de las fuerzas normalmente consideradas en la literatura, se introducen fuerzas de fricción seca multicomponente .
El efecto de zigzagueo (es decir, vibraciones) se produce cuando la rueda recibe, por cualquier motivo, una aceleración lateral en condiciones de imperfección técnica insignificante. Tales imperfecciones incluyen características no ideales de la rueda: desviación de la planitud , desviación de la redondez , fallas en el equilibrio [9] . La rueda durante la rotación transfiere la carga cíclica al bastidor del vehículo. Cuando la frecuencia de estas oscilaciones coincide con la frecuencia de las oscilaciones naturales del sistema (es decir, el vehículo con toda la carga transportada), se produce resonancia , lo que puede conducir al desarrollo de zigzagueo [9] . Con una mayor rotación de la rueda, la fuerza de reacción del marco comienza a actuar sobre él, por lo que la rueda recibe aceleración en la dirección opuesta. Todo el proceso se repite en posteriores revoluciones de la rueda con la exposición posterior a las imperfecciones técnicas. Si al mismo tiempo la amortiguación en el sistema de dirección es insuficiente, la amplitud de oscilación aumentará hasta destruir el sistema. La frecuencia de oscilación se puede cambiar cambiando la velocidad del movimiento de traslación, aumentando o disminuyendo la rigidez del vehículo, así como aumentando la rigidez del sistema de dirección, cuyo componente principal es el conductor [5] . A pesar de que la intensidad del efecto de zigzagueo se puede reducir fácilmente reduciendo la velocidad de movimiento, cambiando la posición de la mano en el volante y la fuerza de su agarre, si no se controla, el efecto de zigzagueo puede ser catastrófico [10]. ] .
A igualdad de otros factores, el efecto shimmy es más característico de los vehículos de carretera que de sus variantes de montaña. Esto se debe al hecho de que en los vehículos de montaña, por regla general, se instala una suspensión , que amortigua mucho más el marco. Además, la banda de rodadura desarrollada en los neumáticos funciona como un amortiguador de vibraciones adicional de la superficie de la carretera [9] .
Dado que la frecuencia de las oscilaciones depende de la velocidad del movimiento, el efecto del giroscopio no es esencial para el desarrollo del fenómeno [5] . Para las motocicletas, se han encontrado cinco factores principales que afectan la aparición del efecto zigzagueo: la rigidez de las superficies laterales del neumático de la rueda delantera, la rigidez del amortiguador del volante, la altura del centro de masa, la distancia desde el centro de masa de la rueda trasera y la resistencia angular del neumático de la rueda delantera [6] [11] .
De acuerdo con el informe de investigación experimental y la simulación por computadora del efecto shimmy, se demostró la influencia en el modo de vibración de las características del neumático de la rueda delantera, la inercia del cuadro delantero de la bicicleta y la rigidez del chasis. Más precisamente, se ha demostrado que al aumentar la presión de los neumáticos de las ruedas delanteras, aumentar la rigidez del chasis y la inercia del bastidor delantero en relación con el eje de dirección, y reducir la resistencia al deslizamiento lateral del neumático de las ruedas delanteras, el efecto amortiguador del Se mejora el modo de oscilación, lo que aumenta la estabilidad del vehículo. [12] .
La teoría de la aparición de shimmy en los automóviles fue desarrollada en la URSS por el académico E. A. Chudakov a mediados de los años 30 del siglo XX. La lucha contra el zigzagueo en los automóviles se reduce a establecer en el diseño de los parámetros de la suspensión delantera que garanticen la autoestabilización de las ruedas: estática ( camber , caster) y dinámica ( convergencia y equilibrio cuidadoso de las propias ruedas, amortiguación de suspensión obligatoria) . El primer automóvil de producción con una suspensión diseñada para resistir la aparición de vibraciones fue el GAZ-M1 doméstico .
Posibilidades de salir del shimmy en una motocicleta: al principio, abrir el acelerador (aceleración), relajar los brazos, transferir el peso corporal más cerca del eje trasero. Además, en la "acumulación": en línea recta: frenado fuerte y suave de la rueda trasera; en las esquinas: no existe una táctica generalmente aceptada.
Instalación eficiente del amortiguador de dirección para compensar las vibraciones. Es extremadamente importante equilibrar la rueda delantera, la calidad del neumático, la capacidad de servicio de la horquilla y la rigidez correcta del amortiguador.
Mstislav Vsevolodovich Keldysh estudió el efecto shimmy a finales de los años 30 y 40. En 1945, su obra “Shimmy de la rueda delantera de un chasis de tres ruedas / M. Keldysh. — M. »