Draaicirkel

Om met het vluchtvoertuig binnen een draaicirkel te blijven van 3500 mm is er uitgerekend dat het wiel waarop gestuurd wordt minimaal onder een hoek van 38 graden moet kunnen komen te staan. Dit is berekent met de diameter van de draaicirkel en de afstand tussen de assen van het voor- en achterwiel.

 

Met de formule R = W / sin(alpha)

Waarin R de radius van de draaicirkel is, W de afstand tussen de assen van het voor- en achterwiel en alpha (α) de hoek die het stuur moet maken.

 

Om de benodigde lengte van W te berekenen kan deze gekoppeld worden aan de bewegingsuitslag van de arm. Het stuur zit aan de zijkanten van het voertuig en is in figuur 1 schematisch weergegeven. In figuur 1 zijn twee blauwe punten te zien wat de handvaten zijn, het zwarte punt is de draaiingsas. Om de hoekverdraaiing te berekenen moet eerst de bewegingsuitslag bekent zijn. De arm kan gezien worden als twee staven.  Hieronder weergegeven (figuur 2), de blauwe boog is de hoek waarin de elleboog staat (α).

Figuur 1: Schematische weergave van het stuur.

 

 

 

Figuur 2: Schematische weergave van de arm.

Om de bewegingsuitslag te berekenen wordt de afstand van de maximale hoek min de afstand van de minimale hoek gedaan. Hieronder (figuur 3) aangegeven door de blauwe pijl. Dit is gedaan met de onderstaande:

Figuur 3: Visualisatie voor de berekening met betrekking op het stuur.

 

In figuur 3 is α een denkbeeldige lijn van punt A naar punt C  met deze lijn wordt er een driehoek gevormd waarmee hoek β en daarna de lengte in horizontale richting van A tot C uitgerekend kan worden. De omgevormde cosinus formule die gebruikt wordt om hoek β uit te rekenen is (hiernaast weergegeven). Als hoek β bekend is, kan de horizontale lengte tussen A en C uitgerekend worden.

 

Wanneer deze stappen voor zowel de minimale als de maximale hoek zijn gevolgd kunnen de uiteindelijke waarden van elkaar afgetrokken worden en is de bewegingsuitslag bekend. Hiermee kan uiteindelijk de hoekverdraaiing van het stuur uitgerekend worden.  De blauwe lijn in figuur 4 (links) is de lengte van stuuras tot het handvat de zwarte lijn is de helft van de bewegingsuitslag. Hiermee is de hoekverdraaing van het stuur te berekenen. Dit wordt gedaan met de tan-1 (A/B), hierin is B de helft van de bewegingsuitslag en A de helft van de heupbreedte van de P95 plus tien cm. Dit is gedaan zodat iedereen tussen het stuur past. Uit de antropometrie is gehaald dat de heupbreedte van de P95 421 mm is dus A is 310 mm.

Figuur 4: Visualisatie van het stuur voor het bepalen van de bewegingsuitslag en de hoeken.

Met de hierboven beschreven formules kan de hoekverdraaiing van het stuur berekend worden en de draaicirkel. Uit de antropometrie is gehaald dat bovenarmlengte B 275 mm is en onderarmlengte C bedraagt 251 mm. Er wordt een ellebooghoek (α) gebruikt maximaal 170 graden en minimaal 80 graden. Hieronder is stap voor stap te zien hoe de berekening is uitgevoerd:

Nu de bewegingsuitslag bekend is, kan hiermee in de volgende stap de hoekverdraaiing berekend worden. Met de halve bewegingsuitslag A en de helft van de heupbreedte van de P95. Dit wordt dan A is 241.1 mm en B is 310 mm (hiernaast weergegeven).

Dit kan weer terug gekoppeld worden aan de formule voor de draaicirkel. Er moet een minimale radius gemaakt kunnen worden van 1750 mm maar omdat er drie wielen op het voertuig zitten zal er een wiel uitsteken. De breedte van het voertuig is 700 mm dus er gaat nog 350 van 1750 af. Hiermee zal de minimaal te behalen radius 1400 mm worden. Om dit te behalen zal het voertuig een afstand van 862 mm van as tot as moeten bedragen. De bijbehorende draaicirkel van de vluchtwagen heeft een diameter van 1389 mm, dit valt binnen de richtlijnen.

naloop

De naloop is het verschil tussen het raakpunt van een denkbeeldig doorgetrokken lijn van de fietsvork tot de weg en het raakpunt van het voorwiel op de weg. De rotatie-as ligt daarmee dus voor het contactpunt (figuur 1). Door de naloop volgt het wiel de richting van het voertuig. Voertuigen met een grote naloop, zoals een ‘opoefiets’ of een Harley Davidson, rijden stabieler, maar maken minder gemakkelijk een bocht dan voertuigen met kleine naloop.

 

Figuur 1: Visualisatie van de definitie van een naloop (http://velofilie.nl/driewielers.htm).

Driewielers met één sturend voorwiel en een normale fietsvoorvork moeten in vergelijking met een tweewieler een relatief grotere vorkdoorbuiging  (= “sprong”) hebben, zo’n 10-15 % groter (van den Broek, velofilie). Als de vorkdoorbuiging (sprong) klein is, is de naloop groot en het stuurkarakter erg stabiel. Bij lage snelheden heeft men dan een wat grotere stuuruitslag nodig om de bocht te maken; een gevolg van te grote stabiliteit. Een bepaalde mate van instabiliteit is gewenst! Als de vorkdoorbuiging groot is, zullen de krachten die via de vork op het stuur uitgeoefend worden, ook groot zijn. Vooral bij hoge snelheden op hobbelige wegen maakt dit het sturen lastiger. Als de naloop nul is, heeft het voertuig geen eigen stabiliteit meer.

Een grote naloop zorgt er dus voor dat het sturen te zwaar wordt. Een kleine naloop zorgt ervoor dat sturen lichter wordt, bij hard remmen kan het wiel echter wel omslaan (Kraaijvanger H.M., 2007).

Een naloop van 7 tot 10 cm geeft de fiets een rustig rijgedrag en daarom wordt er hiervoor gekozen bij het vluchthulpmiddel. Bij het remmen veert het voorstuk zodanig in dat de naloop nog groter wordt. Dat geeft de fiets (extra) remstabiliteit (Vrielink J., 1989).

 

mechanisme

Om te kunnen sturen met het voertuig moet een speciaal stuurmechanisme ontworpen worden. Het stuur moet onder de stoel worden geplaatst en gestuurd wordt met het voorwiel. In figuur 1 is een zijaanzicht van het stuurmechanisme weergegeven. Deze is meer als verduidelijking van figuur 2 zodat duidelijk te zien is wat ieder onderdeel is.

 

Figuur 1: Zijaanzicht van stuurmechanisme waarbij zwarte lijn het stuurmechanisme is, rode lijn het stuur en paarse lijn de voorvork.

Figuur 2: Bovenaanzicht stuurmechanisme. Rode lijn is stuur, zwarte lijn is stuurmechanisme en paarse lijn is voorvork. De gele punten zijn de draaipunten van zowel het stuur als de voorvork.

 

In figuur 2 is het bovenaanzicht te zien van het stuurmechanisme. Zoals al aangegeven moet de rode lijn het stuur voorstellen, de paarse lijn de voorvork en de zwarte lijn het stuurmechanisme. De gele punten zijn de draaipunten van het stuur en de voorvork. Door een staaf vast te maken naast het draaipunt op zowel het stuur als de voorvork kan men sturen. Als bij de groene pijl naar voren geduwd wordt resulteert dit in een draaiing van de voorvork in de richting van de groene pijl en dit zorgt ervoor dat er naar rechts gestuurd wordt. Het tegenovergestelde gebeurt als er in de richting van de blauwe pijl gedrukt wordt.