제동없이 산 하강에서 속도를 조절할 수있는 장치가 있습니까?


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숲속 목에는 상당히 산이 많은 산하 강이 있습니다. 예를 들어, 평균적으로 평균 7 % 등급 인 600 미터, 많은 커브와 움푹 들어간 곳과 같은 장애물이 있습니다. 일반적으로 표면은 합리적인 품질의 아스팔트입니다. 투어링 자전거가 있습니다.

제동의 필요성을 줄이기 위해 (예를 들어, 자동차에서 다운 시프트 할 수있는) 속도를 조절할 수있는 기술이나 장치가 있는지 궁금합니다.

봉투 뒤의 계산으로, 50km / hour, 또는 약 13m / s에서 7 % 등급으로 110kg의 라이더 / 자전거 시스템을 고려하십시오. 등급으로 인해 수평 13m마다 수직으로 0.91m 내려갑니다. 따라서 매초마다 110kg 질량의 0.91m의 잠재적 에너지가 자전거 및 라이더 시스템에 추가되고 가속되지 않도록 제거해야합니다. 그 잠재적 에너지 ( U = mgh )는 대략 980 주울입니다. 즉, 사이클리스트는 가속하지 않기 위해 약 1kW를 소산시켜야합니다.

이것은 나를 놀라게한다. 환경에 쏟아지는 많은 에너지처럼 보입니다. 그러나 경주에서 비슷한 속도에 도달하기 위해 레이서가 생산할 수있는 것과 동등합니다.

내가 계산하는 방법을 모르는 것은 공기 드래그, 자전거의 기계적 마찰, 구름 저항 등으로 소비되는 에너지가 얼마나 느리게 장치가 소비해야하는지 실제로 아는 것입니다.

내가 생각한 것은 다이너 모 허브였다. 그러나 그것들은 5 와트 미만을 소비하는 것처럼 보이므로 실제 차이는 없습니다.

(나는 계속해서 브레이크를 계속 밟아서는 안된다는 것을 알고 있어야한다. 내 질문은 속도를 피하기 위해 자전거에 추가 할 수있는 것들이 있는지, 아니면 추가 할 수 있는지에 관한 것이다.)


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오프로드 (내리막) 또는 도로 (아스팔트)입니까?
heltonbiker 2018 년

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그것은 아스팔트이며, 나는 여행 프레임에 있습니다 (즉, 다소간 도로 자전거).
Reid

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순수한 호기심 때문에 왜 브레이크가 잘 작동해야하는지에 대한 해결책을 찾고 있습니까?
Jack M.

제동 이없는 산하 강 은 불가능하다고 확신 합니다.

@ 잭, 브레이크는 "정상"이 아닙니다. 1-2,000 피트 강하에서 제동을 유지하는 것은 지루합니다. 그들은 작동하지만 내 터미널 속도가 더 합리적이라면 훨씬 더 즐거운 여행이 될 것입니다. 나는 아드레날린이 아닙니다. 다른 사람도있을 수 있습니다.
Reid

답변:


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질문에는 두 부분과 두 가지 대답이 있습니다. 질문의 첫 번째 부분은 하강 속도를 조절하는 장치가 있는지 여부입니다. 이것은 탠덤 자전거 (때로는로드 투어링 용으로 설계된 자전거)의 일반적인 문제입니다. 많은 탠덤 전용 후면 허브에는 "드래그 브레이크"를 장착 할 수있는 나사산이있는 왼쪽이 있습니다. 일반적으로 드럼 브레이크는 약간의 드래그로 조절할 수 있습니다. 림 브레이크는 정지를위한 기본 브레이크로 유지됩니다. 드럼 브레이크의 장점은 림에서 멀어지고 (림에서 과도한 가열로 인해 튜브 나 타이어에 심각한 결과를 초래할 수 있기 때문에) 열용량이 높다는 것입니다. 더 이상 제조되지 않았지만 존경받는 아라이 탠덤 드럼 브레이크가 그 예입니다.

두 번째 질문은 자전거의 항력 요구를 어떻게 추정 할 것인가에 관한 것입니다. 이것은 잘 알려져 있지는 않지만 잘 알려진 문제이며 Wilson과 Papadopoulos의 자전거 과학 섹션 2에서 논의됩니다.. 예상 한대로, 잠재적 에너지 성분은 에어로 드래그, 제동 또는 롤링 저항과 같은 다른 곳으로 드래그하여 오프셋해야합니다. 터미널 속도는 잠재적 에너지 손실이 다른 곳에서 생성 된 항력과 정확히 균형을 이루는 지점에서 달성됩니다. 구름 저항 계수 (Crr)는 경사와 정확히 동일하게 스케일되므로 경사의 1 % 변화는 Cr의 0.01 변화와 정확히 같습니다. 슬프게도,이 목적으로, 당신은 상당한 추가 드래그를 위해 Crr에 크게 의존 할 수 없을 것입니다. 따라서 이론적 인 의미에서 회전 저항을 고려해야하지만 실제적인 의미에서는 너무 적은 에너지를 소비하여 소실됩니다. 구불 구불 한 하강에서 Crr을 높이기 위해 타이어를 수축시키는 것만으로는 충분하지 않으며 나쁜 생각입니다.

에어로 드래그는 더 쉽게 조작 할 수 있지만 효율성도 제한적입니다. 전형적인로드 바이크의 전형적인 사이클리스트에 대한 드래그 면적 (일반적으로 정면 표면적 A와 공기 역학적 항력 계수 Cd의 곱으로 표시)은 약 .3 평방 미터 (대략 3 평방 피트)입니다. 아마도 .5 평방 미터 이상. 공기 역학적 항력은 공기 속도의 제곱에 따라 달라집니다 (힘은 공기 속도의 제곱에 따라 달라지기 때문에 그 힘을 극복하는 데 필요한 힘은 속도 큐브에 따라 달라지기 때문에), 앉거나 재킷을 풀고 팔과 다리를 넓힐 수 있습니다 일부 CdA; 그러나 ~ .2 평방 미터 이상은 거의 없습니다.

이는 제동, 즉 운동 수단을 통한 잠재적 에너지의 열로의 전환 및 전술 한 바와 같은 드래그 브레이크의 장소를 남긴다.


감사! 표면적을 기준으로 와트 단위의 드래그를 추정 할 수있는 온라인 리소스를 알고 있습니까? 끌기 힘을주는 계산을 제공하는 일부 리소스 (예 : my.execpc.com/~culp/rockets/descent.html )를 찾았 지만 와트로 변환하는 방법을 모르겠습니다. 아니면 문제를 잘못 프레임합니까?
Reid

질문에 대한 짧은 대답은 항력을 힘으로 변환하는 방법이며 간단합니다. 항력을 뉴턴으로 변환 한 다음 속도를 미터 / 초로 곱하십시오. 와트는 뉴턴 미터 / 초이므로 10m / s로 이동하고 3kg의 끌기 힘이 발생하는 경우 뉴턴으로 변환 한 다음 속도를 곱하면됩니다. 그것은 3 * 9.8 m / sec ^ 2 * 10 m / s = ~ 300 와트입니다. 더 긴 질문은 자전거의 드래그 면적을 추정하는 방법입니다. 대답은 길기 때문에 (그리고 10 자 미만의 설명이 남았으므로) 아마도 자체 질문이 필요합니다. 물어 보면 대답하겠습니다.
R. Chung

@Reid는 기본적으로 다음과 같이 질문합니다. "언덕을 특정 속도로 밟을 때의 끌기 힘의 양 또는 특정 속도로 평지 또는 언덕을 타는 데 필요한 힘의 양을 추정하고 싶습니다 모든 온라인 계산기는 구름 저항 계수 또는 공기 역학적 항력을 추정하거나 추정치가 있다고 가정합니다. 이러한 가정을 어떻게 만들거나 어떻게 직접 추정 할 수 있습니까? "
R. Chung

완료 ( bicycles.stackexchange.com/questions/9938 ); 제안 해 주셔서 감사합니다!
Reid

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어떤 유형의 자전거를 사용하고 있는지 말하지는 않지만 도움이 될 몇 가지 간단한 사항이 있습니다.

  1. 앉아서 몸을 최대한 넓히면 상당한 항력이 추가됩니다. 재킷을 착용하고 7/8의 압축을 풀어 바람을 잡을 수도 있습니다.
  2. 타이어 압력을 약간 낮추십시오. 너무 낮아서 안정성을 잃지 않지만 105psi와 120psi 사이의 회전 저항은 차이를 만듭니다
  3. 높은 구름 저항 타이어를 찾으십시오. 자전거 종류에 따라이 데이터에 대한 여러 소스가 있습니다.
  4. 직접 관련이 없지만 적절한 브레이크 패드와 림 / 로터를 ​​사용해야합니다. 일부는 다른 것보다 긴 디 캔트를 사용하는 것이 좋습니다.

속도로 내려가거나 느린 자전거로 바꾸는 법을 배우는 것과 같은 명백한 의견도 있습니다.


“속도로 내려가는 학습”과 관련하여이 하강의 자연 평형은 40-50 MPH입니다. 게시 된 속도 제한은 25 MPH이며, 곡선이 빡빡하면 상당히 합리적입니다. 나는 절벽 위에 있으며 종종 타기의 가장 가파른 부분 인 그러한 곡선을 통해 폭발하기를 원하지 않습니다. 따라서 기본 포인트는 전체적으로 더 천천히 내려가는 것이 아니라 직선에서 50MPH로 가속하고 커브에 들어가기 전에 급격히 제동해야한다는 것입니다. (유사하게, 루트가 너무 가파르 기 때문에“느린”자전거는 실질적인 효과가 거의 없습니다.)
Reid

Stefan은 좋은 대답을했습니다. 진심이야? 자전거에 물건을 추가하고 싶을 때 일어나기 어렵게 만들고 싶습니까?

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어쨌든, 내리막 길에서 속도를 늦추기 위해 자전거에 물건을 추가하는 이유는 무엇입니까? 언제 어디서나 나를 느리게할까요?

타이어 압력을 120psi에서 105psi로 낮추는 것에 관한 포인트 # 2와 관련하여 : 매끄러운 표면에서 측정하면 압력이 증가함에 따라 Crr이 감소하는 것으로 나타났습니다. 수수께끼는 매우 평활하지 않은 표면에서 측정 값이 압력과 Crr 사이에 "V"모양의 관계를 나타 내기 때문에 때때로 압력을 낮추면 실제로 Crr이 감소한다는 것입니다. 흥미롭게도, "V"는 대칭이 아닌 것으로 보이므로, "최적"압력을 약간 초과하면 Crr이 약간 밑보다 증가합니다. 불행히도 "최적"은 노면에 따라 다릅니다.
R. Chung

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일부 전기 자전거에는 회생 제동이 있습니다. 그것이 내가 생각할 수있는 유일한 것은 당신의 질문에 대답하는 것입니다.

이론적으로 낙하산과 같은 것을 사용하여 속도를 늦출 수는 있지만 너무 많은 문제가 발생할 수 있습니다 (바람, 추 바퀴가 뒤 바퀴에 얽히고, 더 이상 필요하지 않을 때 낙하산을 수축시켜야 함).


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속도 제어를 위해 장치를 요청하는 경우 일부 탠덤 (2 인승 자전거)에는 "드래그 브레이크"라는 전용 브레이크 시스템이 있습니다. 탠덤 브레이크의 쉘던 브라운 페이지에서 :

마찰 제어 드래그 브레이크

가장 일반적이고 가장 만족스러운 시스템은 각각의 기존 브레이크 레버에 하나씩 림 브레이크를 설정하고 마찰 식 탈선 변속기에 의해 허브 브레이크를 작동시키는 것입니다. 이것은 "Barcon", 산악 자전거 형식의 엄지 shifer 또는 Sun Tour Command Shifter 일 수 있습니다.

마찰 식 시프터를 사용하면 선장이 허브 브레이크 제어를 해제 한 후에도 원하는 양의 드래그를 적용하도록 허브 브레이크를 설정할 수 있습니다. 그런 다음 선장은 림 브레이크의 양손을 사용하여 자전거의 속도를 조절하고 필요할 경우 멈 춥니 다.

가장 간단한 전략은 림 + 허브 브레이크가 장착 된 뒷바퀴를 사용하는 것인데, 하나는 핸들 바 레버 용이고 다른 하나는 마찰 시프터 용이지만 드래그 브레이크로 사용할 수있는 전용 허브가 있습니다. 찾다). Google에서 찾은 모델 중 하나는 Arai Drum Brake (생산 중)입니다.


마찰 식 브레이크를 달성하기 위해 기계식 디스크 브레이크와 썸 시프터가 작동 할 수 있습니까? 인덱싱 시프터가 필요하다고 생각하지만 인덱싱이 아닌 인덱싱을 사용하면 디스크 브레이크에 '일정한'제동력을 설정하는 동시에 림 브레이크 / 정지 디스크 브레이크를 유지하면서 정지 할 수 있습니다 ...
Ehryk

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@Reid-이 솔루션이 관심있는 것입니까? 아니면 상용 솔루션으로 제한 했습니까?
Ehryk 2018 년

@Ehryk 아이디어는 마찰 시프터를 조정하여 두 번째 브레이크를 작동시키는 것입니다. 여전히 정상 브레이크와 정상 시프터가 있습니다. 내리막 길을 따라갈 때 마찰 시프터를 원하는 제동력으로 비틀고 일정한 힘을 계속가합니다 (레버가 제 위치에 유지되기 때문에). 일반 변속 시스템으로 브레이크 또는 기어를 교체하십시오.
heltonbiker 2016 년

드럼 모델이 더 이상 생산되지 않기 때문에 현대식 디스크 브레이크 (기계식 또는 유압식)가 그 목적을 달성 할 수 있는지 여부를 묻습니다. 그런 다음 림 브레이크 또는 리어 림 / 프론트 디스크는 자유롭게 정지 전원을 추가합니다.
Ehryk

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자동차에서, 동력 및 회전 중량 문제를 정지시키는 것이 바람직하다; 그러나 드럼은 열 방출이 훨씬 우수하기 때문에 대형 세미 트럭 (비 조향 휠)에서 선호됩니다. 디스크 브레이크가 유압 유체를 휘거나 끓이기 전에 드럼을 사용할 수있는 한 디스크 브레이크를 거의 '라이딩'할 수 없습니다. 그러나 자전거에는 적합 할 수 있습니다.
Ehryk

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나는 당신이 원하는 것을 할 수있는 기성품 장치에 대해 들어 본 적이 없습니다. 내가 생각할 수있는 유일한 것은 팬이나 자기 저항 장치를 훈련 스탠드 또는 롤러에서 가져 와서 어떻게 켜고 끌 수있는 방식으로 부착하는 것입니다. 또는 옆에 전자석이 달린 알루미늄 플라이휠이있는 일부 운동 자전거에 사용되는 것과 같은 리그를 얻는 것이 더 좋습니다. 자기장이 증가함에 따라 저항이 증가합니다. 이론적으로 플라이휠 대신 깊은 알루미늄 림을 사용할 수 있습니다.

그러나 이러한 작업을 수행하기 위해 어딘가에서 부품을 구제 한 다음 기계 작업을 수행해야합니다.

그렇지 않으면 아마도 귀하의 경우 가장 좋은 해결책은 디스크 브레이크가 달린 자전거입니다.


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드 로그 슈트를 만들거나 구입할 수 있습니다. 립 스톱 나일론 1m2와 얇은 코드 몇 미터 미만인 무게는 그다지 중요하지 않습니다. 귀하의 국가에서 "해상 차량 없음"법을 작성하는 방법 (또는 그러한 법이 존재하는지)에 따라 그렇게하는 것이 합법적 일 수도 있습니다. 벨크로로 내 몸에 붙임으로써 찢어지게 만드는 경향이 있습니다.

나는 반대의 일을 해왔고, 강한 꼬리 바람이 있었고 투어 자전거를 타고 오르막길을 갔을 때 작은 차양 / 텐트 도어를 항해로 사용했습니다. 핸들 바를 통해 나를 몰아 넣을 위협으로 배낭 허리 벨트에서 시트 포스트로 주요 부착물을 옮겨야한다는 점에서 혼란스럽게 잘 작동했습니다 (자전거는 상당히 무거웠습니다).

브레이크로 원형 또는 직사각형 슈트보다 쉽고 안정적으로 크로스 스타일의 드래그 슈트를 제안합니다 (사각형은 더 제어 가능하지만 패러 세일링 또는 카이트 서핑에 익숙하지 않으면 학습 곡선이 가파 릅니다).

내가 볼 수있는 주요 문제는 산에 종종 바람이 있고 특히 바람이 짧은 거리에 걸쳐 극적으로 변할 수 있다는 것입니다. 예를 들어, 융기 부분에서 나온 경우 융기 부분의 여전히 공기에서 노출 된면의 압축 된 바람으로 이동할 수 있으며 슈트에서 끌기의 변화가 극적으로 나타납니다. 이 경우 슈트를 추종하는 자동차의 윈드 스크린에 낙하산을 떨어 뜨릴 것인지 또는 갑자기 앞차를 느리게 할 것인지 결정해야합니다. 당황 스러울 수 있습니다.


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항상 고정 된 기어를 착용하고 다리를 사용하여 속도를 늦출 수 있습니다. 그러나 산을 되 찾는 것은 완전히 다른 문제를 야기 할 것입니다. 올바른 기어비로 고정 기어로 산을 오르 내릴 수 있습니다.


나는 상승에 합당한 모든 장비가 하강에 미치겠다고 베팅했다. 나는 30 MPH가되어 기쁘다. 난 그냥 50을하고 싶지 않아.
Reid

듀얼 드라이브 트레인 자전거가 있으면 좋을 것이라고 생각했습니다. 따라서 고정 기어 구성 요소로 하강 속도를 제어하고 언덕을 내려 가지 않을 때 기어를 사용할 수 있습니다. 그래서 나는 기계공으로 인해 불가능하거나 누군가 이미 기계를 만들었다는 것을 알았습니다. 그리고 약간의 인터넷 검색 후 나는 이것을 발견했습니다 ( sheldonbrown.com/bichain-fixed-free.html ). 읽어 보면 한쪽에는 변속기 시스템을 설치하고 다른쪽에는 기어를 고정 할 수 있다고합니다. 아마도 당신이 찾고있는 것보다 훨씬 더 복잡하지만 확실히 흥미 롭습니다.
Kibbee

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나는 아무런 문제없이 고정 30mph을 할 수 있으며, 특히 높은 기어는 아니다 - 당신은 당신이 얻을 것이다 기어 찾을 경우 까지를 , 당신은 단지 그냥 페달이 발을 끌어하도록 할 수 있습니다 (아래 방법에 연습 회전에 필요 휴식을 취하면 자동차에서 다운 시프 팅과 비슷한 엔진 브레이크 효과가 나타납니다. 또는 물론 상단에서 멈추고 스프로킷을 교체하십시오 ...
쓸모없는

약간의 빠른 수학 :이 언덕은 5 MPH가 매우 빠르게 상승 할만큼 가파 릅니다. 매우 보수적 인 50 RPM으로 페달을 밟고 있다고 가정 해 봅시다 (실제로는 더 빠를 것입니다). 그런 다음 30 MPH로 같은 기어로 내려 가면 6 배나 300RPM 더 빠르게 페달을 밟아야합니다. 본인 (또는 다른 사람)이 그렇게 할 수있는 실천 연대를보고 싶습니다.
리드

1

난방에 문제가있는 경우 림 브레이크가 아닌 디스크 브레이크를 사용하십시오.

나는 사람들이 기존 환경에 의해 약 1KW를 환경에 투입한다는 생각에 익숙합니다. 하강 할 때 KW가 하나 더 손실되어 문제가 무엇인지 잘 모르겠습니다.


나는 기본 신진 대사가 100 와트와 비슷하다고 생각하지만 그것을 보지 않았습니다.
Reid

@Reid-당신이 옳은 것 같습니다 : engineeringtoolbox.com/met-metabolic-rate-d_733.html 에 따르면 앉았을 때 100 와트, 자전거를 타면 500 와트, 달리기를 할 때 900 와트에 이르기까지 다양합니다.
ChrisW
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