Fiets, stabiliteit, corrigeren

[Josker]

Ik heb sinds een paar jaar een fiets met vreemd rijgedrag.
Toen ik hem afhaalde en ermee terug reed merkte ik dat hij erg - ik poog er maar een woord op te plakken - "overreageerde".
De fiets in rechte lijn te sturen bleek beduidend lastig in vergelijking met eerdere fietsen, ik kreeg er een onveilig gevoel van en dat hield niet op.
Kort later plaatste ik enkele kilo's bagage bovenop het achterrek. Plots was dat "overreageren" er niet meer.
Recent moest het crankset vervangen worden. Daartoe moest ik mijn bagagevoorzieningen (dubbele tas, staalkooimand) eraf halen omdat hij anders niet paste in het vervoer van de fietshersteller. Na teruglevering en zelf monteren van kettingblad bleek bij een testrit dat instabiele gevoel er plots weer te zijn. Rest verhaal idem, na hermontage van mijn extra bagagevoorzieningen, met een paar rugzakken en frame in de mand achteraan, terug geheel weg.
Mijn 2 oudere fietsen, zelfde voorzieningen, hadden dit verschil niet.
Het is geen probleem voor me aangezien ik de zaken altijd bij me heb achterop, maar ik ben wel geinteresseerd in een verklaring voor het fenomeen.
Dus een gewicht achteraan en ter hoogte van het zadel, doet de fiets opvallend stabieler rijden, het lijkt me erop dat de geometrie van het frame versus die van de oudere fietsen, de verklaring moet geven.

[CoenCo]

Ik dacht altijd dat het door een combinatie van gyroscopisch effect en de naloop(kromming van de voorvork) kwam. Maar het blijkt iets complexer.
Zie o.a:
https://www.nrc.nl/nieuws/2011/07/02/he ... 1-a1217613
En
http://bicycle.tudelft.nl/stablebicycle/

[Rik Speybrouck]

het onstabiel zijn van de fiets kan veroorzaakt worden doordat de spaken niet strak zijn opgespannen waardoor de de velg bij draaien als het ware een beetje gaat wiebelen en deze beweging kan zich overzetten op het kader waardoor de ganse fiets gaat wiebelen.

[Josker]

Ik kan het verschil stabiliteit bij rijden op eenvoudige wijze reproduceren:
- als ik de metalen kooi mand leeg laat, moet ik me constant concentreren (vermoedelijk door noodzaak bijsturen) om op een doorlopende witte wegmarkering (15 cm breed denk ik) te kunnen blijven en dat lukt ook niet.
- Leg ik mijn 2 rugzakken, tas en vrij groot / zwaar stuk plastiekfolie (om bij regenweer mijn bagage af te dekken) erin, dan blijf ik moeiteloos op die witte wegmarkering.
Deze reproduceerbaarheid sluit me dunkt alle oorzaken uit die in beide tests aanwezig zijn.

Het door CoenCo gelinkte artikel (link 2) haalt als derde oorzaak aan: "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."
Daar die enige kilo's op het bagagerek achter zoveel verschil maakt, kan het me dunkt niet anders dat het met massaverdeling te maken heeft, hier specifiek het massacentrum van de voorkant van de fiets. Wat kan ik daarbij zeggen? Enkel dat de voorvork van staal is, niet van aluminium; volgens de fabrikant voor de sterkte, wat zou betekenen dat het sterktevoordeel niet is weggegeven door dunnere wanden, en dus hoger gewicht zou betekenen.
Recentelijk heb ik een tas gemonteerd tussen stuur en koplamp (die ik daarvoor naar voren heb moeten verplaatsen), met daarin enkele kilo's gewicht (gereedschap, ketting, binnenbanden). Ik heb daarna nog niet gereden zonder de kilo's op het achterrek.
Als de massa aan de voorkant van de fiets oorzaak is, dan zou het dus met die bijgekomen tas nog minder stabiel zijn. Ik ga morgen dus eens rijden zonder de massa bovenop het achterrek.

[Professor Puntje]

Als de fiets in trilling raakt kan het helpen extra massa toe te voegen omdat de uitwijking dan vanzelf minder wordt (het in beweging brengen van die extra massa vereist extra energie).

[klazon]

Het hele verhaal lijkt er op dat de wielen niet sporen. Of het achterwiel zit scheef in het frame, of de voorvork is verbogen.

[Jan van de Velde]

Opmerking moderator

Verplaatst naar praktische en overig technische wetenschappen

[tempelier]

Het hele verhaal lijkt er op dat de wielen niet sporen. Of het achterwiel zit scheef in het frame, of de voorvork is verbogen.

Op de lange duur kan men dat soms zien, doordat het loopvlak van de banden sneller en onregelmatig slijten.

[Josker]

Het hele verhaal lijkt er op dat de wielen niet sporen. Of het achterwiel zit scheef in het frame, of de voorvork is verbogen.

Maar hoe kan het dan dat een 3 kg bovenop de bagagedrager achter die onstabiliteit wegneemt?

[Jan van de Velde]

Daar die enige kilo's op het bagagerek achter zoveel verschil maakt,

Dan lijkt me dat het ook een behoorlijk verschil zou moeten maken of je zelf voorover of achterover leunt.

[Josker]

Kan zijn maar hoe test je de stabiliteit zonder het stuur vast te hebben?
Met gestrekte armen zit ik rechtop. Voorover is op zichzelf al lastiger - door gebogen armen en gekromde rug heb je zo al minder controle.
Ik wil ook toevoegen dat (veel) meer gewicht in de bagagekorf en zelfs erbovenop, me geen merkbaar stuurcontrole verschil geeft - op vlak van in rechte lijn rijden. Ik heb af en toe tientallen kilo's mee (al eens 50 gehad).
De enige laadsituatie die op dit vlak probleem geeft is als ik teveel gewicht te ver naar achter heb (zoals achteraan uitstekende metalen of houten profielen doorheen de mazen van de korf). Dan neigt de fiets in een slingerbeweging te raken waar ik soms maar met veel moeite uitraak. Dat komt allicht door hetzelfde dat een aanhangwagen doet slingeren.

[Josker]

Als de fiets in trilling raakt kan het helpen extra massa toe te voegen omdat de uitwijking dan vanzelf minder wordt (het in beweging brengen van die extra massa vereist extra energie).

Sturen is eigenlijk constant corrigeren. Misschien kon ik mijn vraag ook anders gesteld hebben: waarom reageert de fiets, bij afwezigheid van 3-4 kg massa ter hoogte van zadel op bagagerek achter) zo "overdreven" (woord dat ik erop wil plakken) bij het sturen?

In deze bewoording heeft naar mijn gevoel (te) kleine stuurcorrectie heeft een (te) grote uitslag, die naar mijn gevoel normaal wordt na toevoeging van een bepaalde (en relatief erg kleine) minimum massa op het bagagerek.

Dit was niet zo met mijn 2 eerdere fietsen, kleinere kaders (ook een reden geweest om deze aan te schaffen), wat denk ik een reden als "stuurgewenning" uitsluit.

Welke invloed heeft gewicht aan het voorwiel, achterwiel, het stuur, het bagagerek enz?
Neem nu elektrische fietsen, volgens wat ik las zit het gewicht van de motor rond de 2 en van de accu rond de 3 kg. Soms zit de motor aan de vooras, soms achteras soms trapas. Accu zit soms bovenop bagagerek, hangend onder de bovenbuis, hangend aan de zitbuis. Welke stuurinvloed hebben deze situaties? Aan de vooras allicht meer kracht nodig om de stuuras te draaien. Bvb de eerder gegeven situatie van meer gewicht ver achteraan (uitstekend achter bagagerek) geeft een stuurbeweging een erg grote uitslag - de fiets raakt gemakkelijk in een slinger en de zaak is zo weinig mogelijk te moeten sturen.
Maar dit beoordelen is minder gemakkelijk, je eigen (lichaams) bewegingen hebben ook invloed bvb je kunt een fiets sturen zonder stuur, door je lichaamgewicht te gebruiken, en allicht worden beide methoden - zonder te beseffen - simultaan gebruikt.

Het lijkt me dus inderdaad iets te zijn als u hier suggereert. Het frame van de fiets is een specialer iets, geschikt gemaakt voor verschillende configuraties waaronder een elektrische met accu gemonteerd bovenop de schuine onderbuis (traject trapas - stuurbuis) - dus binnen de driehoek die het frame daar heeft. Het lijkt me daarom niet dat het frame is ontworpen voor een accu op het bagagerek.
De kernvraag is waarom die massa daar nodig is om dezelfde stuurervaring te hebben als op mijn oudere fietsen. Het lijkt me ergens een inbalans in het kale (zoals geleverd) frame ontwerp.
Er zijn enkele elementen die meer gewicht hebben dan bij de oudere fietsen: voorvork en bagagedrager zijn staal ipv aluminium. Ook is er aan het voorwiel een bagageframe links / rechts, S vormige stalen buizen ter hoogte van de vooras.

[Professor Puntje]

Kun je hier foto's van je fiets plaatsen? Misschien is daar iets raars aan te zien?

[Josker]

Eerder vandaag enkele foto's genomen, deze geeft de geometrie het beste weer:
Het frame van de fiets wordt aangeboden in volgende maten (mm):
Maat Zitbuis lengte Bovenbuis lengte Overstap hoogte Balhoofd hoogte Balhoofd - Dropout
45 cm 450 570 717 883 582
49 cm 490 580 742 892 592
53 cm 530 590 811 904 602
57 cm 570 600 841 923 622
61 cm 610 610 868 942 642
65 cm 650 620 896 960 662
70 cm 700 635 927 979 682
De vet getagde zijn deze van de fiets van dit onderwerp.

Achteraan zie je een nogal grote metalen kooi-mand.
Erin heb ik altijd een paar rugzakken, een aluminium rugframe, stuk vrij zware folie en nog enkele zaken mee. Samen toch 5 kilo. Zonder enkele kilo's (eigenlijk maar 2-3 kg nodig) bovenop het bagagerek achter, wordt het ding zodanig lastig te controleren dat ik maar met moeite en concentratie op een witte lijn op de baan kan blijven. De eerste keren dat ik er mee reed raakte ik om de haverklap borduren, zo verrassend en gek was het. Ik dacht eerst aan ongewendheid aan brede banden en ook aan te weinig druk, maar dat bleken geen redenen. Met enkele tientallen kilo's in de mand vooraan, evenmin probleem, geen wijziging in stuurgevoel, enkel lastiger te rijden.
Dat met blauwe plastiek omhangen rugzakje onder het stuur is recent, van na bovenstaand geschetste verhaal. Doel was wat meer gewicht naar voren te brengen, tegengewicht voor de bagage achter (mijn fiets kiepert anders soms achterover bij laden) - erin zit mijn depannage materiaal (een paar kilo)
De fiets is nu een 2,5 jaar in gebruik.

[Professor Puntje]

Wat zit er voor constructie aan de voorvork?