Oscilación de velocidad

El bamboleo de velocidad (también conocido como temblor , golpeteo de tanque , ^{[ 1 ]} o bamboleo mortal ) es una rápida vibración lateral de la(s) rueda(s) de un vehículo que ocurre a altas velocidades y puede provocar la pérdida de control. Se presenta como una oscilación rápida (4-10 Hz )  de la(s) rueda(s) direccional(es) principalmente, y es causada por una combinación de factores, incluyendo perturbaciones iniciales y amortiguación insuficiente , lo que puede crear un efecto de resonancia . Inicialmente, el resto del vehículo permanece prácticamente inalterado, hasta que se traduce en una oscilación de guiñada del vehículo de amplitud creciente , produciendo la pérdida de control.

Entre los vehículos que pueden experimentar esta oscilación se incluyen motocicletas y bicicletas , patinetas y, en teoría, cualquier vehículo con un único punto de pivote de dirección y suficiente libertad de movimiento en el volante, incluyendo algunos aviones ligeros con tren de aterrizaje triciclo, donde la inestabilidad puede ocurrir a velocidades inferiores a 80 km/h (50 mph) ; esto no incluye a la mayoría de los automóviles . La inestabilidad inicial se produce principalmente a alta velocidad y es similar a la que experimentan las ruedas de los carritos de la compra y el tren de aterrizaje de los aviones. ^{[ 2 ] [ 3 ]}  

La oscilación sostenida tiene dos componentes necesarios: un sistema subamortiguado de segundo orden o superior y un mecanismo de retroalimentación positiva . Un ejemplo de un sistema subamortiguado de segundo orden es un sistema masa-resorte , donde la masa puede oscilar (subir y bajar) al estar suspendida de un resorte.

Si no se puede eliminar el temblor del sistema mediante el diseño, se puede utilizar un dispositivo conocido como amortiguador de dirección , que es esencialmente un filtro de muesca diseñado para amortiguar el temblor en su frecuencia natural conocida. ^{[ 4 ]}

El temblor se asocia generalmente con la deformación de los neumáticos (de caucho). Sin embargo, también puede observarse en ruedas no deformables (por ejemplo, de acero). Este fenómeno puede explicarse mediante la introducción de fuerzas de fricción seca multicomponentes, ^{[ 5 ]} además de las fuerzas habituales consideradas en la bibliografía.

Otra explicación es que la oscilación de velocidad es una bifurcación de Hopf , un fenómeno matemático en el que un punto fijo estable de un sistema dinámico pierde estabilidad a medida que cambia un parámetro, dando lugar a un ciclo límite (una trayectoria que un sistema sigue repetidamente, volviendo sobre sí mismo en un patrón predecible, que otros comportamientos cercanos tienden a imitar con el tiempo). En el caso de una oscilación de velocidad, el sistema cambia de un estado (un viaje estable) a un segundo estado (oscilación de amplitud constante) cuando un parámetro (velocidad de avance o velocidad del aire) pasa por un punto crítico. ^{[ 6 ] : 1 [ 7 ] : 1}

El bamboleo o temblor comienza cuando alguna irregularidad, por lo demás menor, acelera la rueda hacia un lado. La irregularidad puede ser una rueda descentrada , descentrada o desequilibrada . ^{[ 6 ]} A medida que la rueda gira, ejerce una carga cíclica sobre el chasis del vehículo, que, si coincide con la frecuencia de resonancia del sistema (vehículo y accesorios acoplados) , puede producir un bamboleo de velocidad. ^{[ 6 ]} Durante la rotación de la rueda, se aplica una fuerza restauradora en fase con el avance de la irregularidad, y la rueda gira hacia el otro lado donde el proceso se repite. Si la amortiguación en la dirección es insuficiente, la oscilación aumentará hasta que falle el sistema. La frecuencia de oscilación puede cambiarse modificando la velocidad de avance, haciendo que la bicicleta sea más rígida o más ligera, o aumentando la rigidez de la dirección, de la cual el conductor es un componente principal. ^{[ 2 ]} Si bien el bamboleo o temblor se puede remediar fácilmente ajustando la velocidad, la posición o el agarre en el manillar, puede ser fatal si no se controla. ^{[ 8 ]}

En igualdad de condiciones, la oscilación a alta velocidad es generalmente menos probable en una bicicleta de montaña que en una bicicleta de carretera, porque el cuadro de una bicicleta de montaña generalmente tiene mayor amortiguación gracias al sistema de suspensión , y los tacos de los neumáticos también producen cierta amortiguación entre el vehículo y la carretera. ^{[ 6 ] : 1}

Dado que la frecuencia de vibración es independiente de la velocidad de la bicicleta, los efectos giroscópicos "claramente no son esenciales para el fenómeno". ^{[ 2 ]} Se ha descubierto que las cinco principales influencias en la oscilación son la rigidez lateral del neumático delantero, el amortiguador de dirección, la altura del centro de masa de la bicicleta, la distancia del centro de masa de la bicicleta a la rueda trasera y la rigidez de giro del neumático delantero. ^{[ 3 ] [ 9 ]}

Un artículo académico que investigó el bamboleo mediante experimentación física y modelado computacional concluye: "Se demostró la influencia en el modo de bamboleo de las características del neumático delantero, la inercia del bastidor delantero y la rigidez del chasis. En particular, muestra que [al] aumentar la presión de inflado del neumático delantero, la rigidez del chasis y la inercia del bastidor delantero alrededor del eje de dirección, y disminuir la rigidez de deslizamiento lateral del neumático delantero, se mejora la amortiguación del modo de bamboleo, lo que promueve la estabilidad del vehículo". ^{[ 10 ]}

Las oscilaciones de velocidad ocurren en los monociclos eléctricos ( EUC ) y en las patinetas de una sola rueda (como Onewheel ). "Para corregir las oscilaciones de Onewheel, es necesario reposicionar ambos pies, moviéndolos lentamente hasta una posición que proporcione un centro de gravedad adecuado. El controlador de Onewheel está diseñado para equilibrar la tabla únicamente de adelante hacia atrás, sin controlar el movimiento lateral." ^{[ 11 ]}

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