Gibt es Geräte, mit denen die Geschwindigkeit bei Bergabfahrten ohne Bremsen gemindert werden kann?

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In meinem Hals des Waldes gibt es einige Bergabfahrten, die ziemlich beachtlich sind: sagen wir 600 Höhenmeter mit einem durchschnittlichen Gefälle von 7%, mit vielen Kurven und anderen Hindernissen wie Schlaglöchern. In der Regel handelt es sich bei der Oberfläche um Asphalt von angemessener Qualität. Ich habe ein Tourenrad.

Ich bin gespannt, ob es Techniken oder Geräte gibt, mit denen ich meine Geschwindigkeit verringern kann, um das Bremsen zu verringern (z. B. kann man in einem Auto runterschalten).

Betrachten Sie als Berechnungsgrundlage ein 110-kg-Fahrer-Fahrrad-System, das bei einer Geschwindigkeit von 50 km / h oder etwa 13 m / s eine Steigung von 7% ausrollt. Aufgrund der Neigung steigt er / sie für jede horizontale 13 m / s vertikal um 0,91 m ab; Daher wird jede Sekunde die potenzielle Energie von 110 kg, die um 0,91 m abfällt, zum Bike & Rider-System hinzugefügt und muss entfernt werden, um nicht zu beschleunigen. Diese potentielle Energie ( U = mgh ) beträgt ungefähr 980 Joule; dh der Radfahrer muss ca. 1kW verbrauchen, um nicht zu beschleunigen.

Das überrascht mich; Es scheint, als würde viel Energie in die Umwelt gelangen. Aber es ist auf Augenhöhe mit dem, was Rennfahrer produzieren können, um ähnliche Geschwindigkeiten auf der Ebene zu erreichen.

Was ich nicht berechnen kann, ist, wie viel Energie durch Luftwiderstand, mechanische Reibung im Fahrrad, Rollwiderstand usw. verbraucht wird, um wirklich zu wissen, welches Extra eine Verlangsamungsvorrichtung verbrauchen müsste.

Eine Sache, an die ich dachte, war ein Dynamo-Hub; aber diese scheinen weniger als 5 Watt zu verbrauchen, was keinen wirklichen Unterschied machen würde.

(Ich sollte hinzufügen, dass ich weiß, dass ich nicht den ganzen Weg durch bremsen sollte. Meine Frage ist, ob ich zusätzliche Dinge tun oder dem Fahrrad hinzufügen kann, um die Geschwindigkeit zu verringern.)

Reid
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Ist es im Gelände (bergab) oder auf der Straße (Asphalt)?
Heltonbiker
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Es ist Asphalt und ich bin auf einem Touring-Rahmen (dh mehr oder weniger ein Rennrad).
Reid
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Warum suchen Sie aus reiner Neugier nach einer Lösung für etwas, bei dem Ihre Bremsen gut funktionieren sollten?
Jack M.
Ich bin mir ziemlich sicher, dass Bergabfahrten ohne Bremsen nicht möglich sind.
@ Jack, Bremsen sind nicht "nur gut". Es ist mühsam, bei einer Abfahrt von 1 bis 2.000 Fuß weiter zu bremsen. Sie funktionieren, aber es wäre viel angenehmer, wenn meine Endgeschwindigkeit vernünftiger wäre. Ich bin nicht wegen des Adrenalins dabei; andere können sein.
Reid

Antworten:

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Ihre Frage besteht aus zwei Teilen und zwei Antworten. Der erste Teil Ihrer Frage ist, ob es Geräte gibt, die die Geschwindigkeit bei Abfahrten mäßigen. Dies ist ein häufiges Problem bei Tandemfahrrädern (und gelegentlich bei Fahrrädern, die für beladene Touren ausgelegt sind). Viele tandemspezifische Hinterradnaben haben eine linke Gewindeseite, auf die eine "Bremsbremse" montiert werden kann. Normalerweise handelt es sich um eine Trommelbremse, die auf einen geringen Luftwiderstand eingestellt werden kann. Die Felgenbremsen bleiben als Hauptbremse für das Anhalten erhalten. Der Vorteil der Trommelbremse ist, dass sie nicht in der Nähe der Felge liegt (da eine übermäßige Erwärmung der Felge schwerwiegende Folgen für den Schlauch oder den Reifen haben kann) und eine hohe Wärmekapazität hat. Die altehrwürdige und verehrte Arai Tandem-Trommelbremse wurde zwar nicht mehr hergestellt, war jedoch ein Beispiel dafür.

Ihre zweite Frage ist, wie man den Luftwiderstandsbedarf eines Fahrrads einschätzen würde. Dies ist ein bekanntes, wenn auch weniger bekanntes Problem und wird in Abschnitt 2 von Wilson und Papadopoulos ' Bicycling Science erörtert. Wie Sie vermutet haben, muss die potenzielle Energiekomponente durch Widerstand an einer anderen Stelle ausgeglichen werden: entweder durch Luftwiderstand, Bremsen oder Rollwiderstand. Die Endgeschwindigkeit wird an dem Punkt erreicht, an dem der potenzielle Energieverlust die an anderer Stelle erzeugten Widerstandskräfte genau ausgleicht. Der Rollwiderstandsbeiwert (Crr) skaliert genau wie die Steigung, daher entspricht eine Änderung der Steigung von 1% genau einer Änderung der Crr von 0,01. Zu diesem Zweck können Sie sich leider kaum auf Crr verlassen, um einen nennenswerten zusätzlichen Widerstand zu erzielen - normalerweise reicht Crr von etwa 0,004 bis etwa 0,01. Obwohl Sie theoretisch den Rollwiderstand berücksichtigen müssen, verbraucht er praktisch zu wenig Energie, um eine Rolle zu spielen. Die Luft aus den Reifen zu lassen, um den Crr-Wert bei einer kurvenreichen Abfahrt zu erhöhen, ist nicht nur unzureichend, sondern auch eine schlechte Idee.

Der Luftwiderstand lässt sich leichter manipulieren, ist aber auch in seiner Wirksamkeit begrenzt. Die Luftwiderstandsfläche (in der Regel angegeben durch das Produkt aus der Frontfläche A und dem Luftwiderstandskoeffizienten Cd) für einen typischen Radfahrer auf einem typischen Rennrad beträgt ca. 0,3 m². Bis zu etwa 0,5 m² oder mehr. Die aerodynamische Widerstandskraft ändert sich mit dem Quadrat der Fluggeschwindigkeit (da sich die Kraft mit dem Quadrat der Fluggeschwindigkeit ändert, ändert sich die Kraft, die zur Überwindung dieser Kraft erforderlich ist, mit dem Geschwindigkeitswürfel) etwas CdA; jedoch selten mehr als ~ .2 qm.

Damit bleibt Bremsen, dh die Umwandlung von potentieller Energie über kinetische Mittel in Wärme, und der Platz für eine Schleppbremse wie oben beschrieben.

R. Chung
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Vielen Dank! Kennen Sie Online-Ressourcen, die mir helfen könnten, den Widerstand in Watt basierend auf der Oberfläche abzuschätzen? Ich habe einige Ressourcen gefunden (z. B. my.execpc.com/~culp/rockets/descent.html ), die Berechnungen mit einer Widerstandskraft anbieten, aber ich weiß nicht, wie ich das in Watt umrechnen soll. Oder rahme ich das Problem falsch?
Reid
Die kurze Antwort auf Ihre Frage lautet: Wie wandelt man Zugkraft in Kraft um? Und das ist ganz einfach. Wandeln Sie die Widerstandskraft in Newton um und multiplizieren Sie sie mit der Geschwindigkeit in Metern / Sek. Ein Watt ist ein Newtonmeter / s. Wenn Sie also mit einer Geschwindigkeit von 10 m / s fahren und beispielsweise 3 kg Widerstandskraft erfahren, müssen Sie nur in Newton umrechnen und dann mit der Geschwindigkeit multiplizieren. Das sind 3 * 9,8 m / s ^ 2 * 10 m / s = ~ 300 Watt. Die längere Frage ist, wie die Luftwiderstandsfläche auf einem Fahrrad geschätzt werden kann. Die Antwort ist lang (und ich habe weniger als 10 Zeichen Erklärung übrig), so dass wahrscheinlich eine eigene Frage verdient. Fragen Sie es und ich werde antworten.
R. Chung
@Reid, fragen Sie im Grunde etwas wie dieses: "Ich möchte entweder den Betrag der Widerstandskraft beim Ausrollen eines Hügels mit einer bestimmten Geschwindigkeit oder den Betrag der Kraft schätzen, die benötigt wird, um auf der Ebene oder mit einer bestimmten Geschwindigkeit einen Hügel hinauf zu fahren Alle Online-Rechner gehen entweder von Rollwiderstands- oder Luftwiderstandskoeffizienten aus oder gehen davon aus, dass ich Schätzungen für sie habe. Wie treffen sie diese Annahmen, oder wie kann ich diese Schätzungen selbst vornehmen? "
R. Chung
erledigt ( bicycles.stackexchange.com/questions/9938 ); Danke für den Vorschlag!
Reid
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Sie sagen nicht, auf welcher Art von Fahrrad Sie sich befinden, aber es gibt einige einfache Dinge, die Ihnen helfen werden.

  1. Wenn Sie sich aufrichten und Ihren Körper so weit wie möglich strecken, erhöht sich der Luftwiderstand erheblich. Sie können auch eine Jacke tragen und diese 7/8 entpacken, um Wind abzufangen.
  2. Den Reifendruck etwas senken. Gehen Sie nicht so tief, dass Sie an Stabilität verlieren, aber der Rollwiderstand zwischen 105psi und 120psi wird einen Unterschied machen
  3. Finden Sie Reifen mit hohem Rollwiderstand. Es gibt eine Reihe von Quellen für diese Daten, die auf Ihrem Fahrradtyp basieren.
  4. Nicht direkt verwandt, aber stellen Sie sicher, dass Sie geeignete Bremsbeläge und Felgen / Rotoren verwenden. Einige eignen sich besser für lange Dekanter als andere.

Es gibt auch die offensichtlichen Kommentare wie lernen, mit Geschwindigkeit abzusteigen oder auf ein langsameres Fahrrad zu wechseln.

Stefan
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In Bezug auf „Lernen, mit Geschwindigkeit abzusteigen“ beträgt das natürliche Gleichgewicht bei diesen Abfahrten 40-50 MPH. Das angegebene Tempolimit liegt bei 25 MPH, was angesichts der engen Kurven durchaus vernünftig ist. Ich habe keine Lust, durch solche Kurven zu jagen, die auf Klippen liegen und oft die steilsten Abschnitte der Fahrt sind. Der grundlegende Punkt ist also, dass ich lieber insgesamt langsamer bergab fahren würde, als auf den Geraden auf 50 MPH zu beschleunigen und scharf bremsen zu müssen, bevor ich Kurven betrete. (In ähnlicher Weise sind die Routen so steil, dass ein „langsameres“ Fahrrad nur geringe praktische Auswirkungen hat.)
Reid,
Stefan gab eine gute Antwort. Ernsthaft? Sie möchten Ihrem Fahrrad etwas hinzufügen ... und das Aufstehen erschweren?
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Wie auch immer, warum sollte ich meinem Fahrrad etwas hinzufügen, um mich auf den Abfahrten zu verlangsamen? wann würde es mich auch sonst überall bremsen?
In Bezug auf Punkt 2 zum Verringern des Reifendrucks von 120 psi auf 105 psi: Messungen auf glatten Oberflächen zeigen, dass Crr mit zunehmendem Druck abnimmt. Sie haben also Recht: Das Verringern des Drucks erhöht den Rollwiderstand. Das Rätsel ist, dass Messungen auf nicht ganz so glatten Oberflächen eine "V" -förmige Beziehung zwischen Druck und Crr zeigen, so dass manchmal eine Drucksenkung tatsächlich Crr verringert. Interessanterweise scheint das "V" nicht symmetrisch zu sein, so dass ein bisschen über dem "optimalen" Druck Crr mehr erhöht als ein bisschen darunter. Leider hängt "optimal" von der Fahrbahn ab.
R. Chung
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Einige Elektrofahrräder haben eine regenerative Bremsung . Das ist das Einzige, was mir einfällt, was der Beantwortung Ihrer Frage sehr nahe kommt.

Theoretisch könnte man so etwas wie einen Fallschirm benutzen, um langsamer zu werden, aber dies würde zu viele Probleme verursachen (Seitenwind, Rutsche verheddert sich im Hinterrad, muss die Rutsche einfahren, wenn man sie nicht mehr braucht usw.).

Mike Baranczak
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Wenn Sie nach einem GERÄT zur Geschwindigkeitsregelung fragen, verfügen einige Tandems (Zweisitz-Fahrräder) über ein spezielles Bremssystem namens "Drag Brake". Von der Sheldon Brown-Seite über Tandembremsen:

Reibungsbremse

Das gebräuchlichste und zufriedenstellendste System besteht darin, die Felgenbremsen für jeden herkömmlichen Bremshebel einzeln einzustellen und die Nabenbremse über einen reibschlüssigen Schalthebel zu betätigen. Dies kann ein "Barcon", ein Daumenschieber vom Typ Mountainbike oder ein Sun Tour Command Shifter sein.

Ein Reibungsschalthebel ermöglicht es dem Kapitän, die Nabenbremse so einzustellen, dass der gewünschte Betrag an Widerstand aufgebracht wird, selbst wenn er die Nabenbremssteuerung losgelassen hat. Der Kapitän betätigt dann mit beiden Händen die Felgenbremsen, um die Geschwindigkeit des Fahrrads zu regulieren und anzuhalten, wenn dies erforderlich wird.

Während die einfachste Strategie darin besteht, ein Hinterrad mit Felge und Nabenbremse zu verwenden, eines für den Lenkerhebel und das andere für den Reibungshebel, gibt es einige spezielle Naben, die als Bremsbremsen verwendet werden können (obwohl sie höchstwahrscheinlich umständlich und schwierig sind finden). Ein Modell, das ich bei Google gefunden habe, ist die Arai-Trommelbremse (aus der Produktion).

Heltonbiker
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Könnte eine mechanische Scheibenbremse und ein Daumenschieber funktionieren, um eine Reibungsbremse zu erreichen? Ich bezweifle, dass Sie Schalthebel wünschen, aber ein Schalthebel ohne Schalthebel würde es Ihnen ermöglichen, eine "konstante" Bremskraft auf die Scheibenbremse einzustellen, während Sie die Felgenbremsen / Vorderscheibenbremsen weiterhin für das Anhalten
reservieren
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@Reid - Wäre diese Lösung für Sie interessant? Oder haben Sie sich auf Standardlösungen beschränkt?
Ehryk
@Ehryk Die Idee ist, den Reibungsschalter anzupassen, um die zweite Bremse zu aktivieren. Der hat noch die normalen Bremsen und die normalen Schalthebel. Wenn Sie bergab fahren, drehen Sie den Reibungsschalter auf die gewünschte Bremskraft und er übt diese konstante Kraft aus (da der Hebel in Position bleibt), während die Hände für alles andere frei sind, einschließlich noch mehr Bremsen mit dem normalen Bremsen oder Schalten mit dem regulären Schaltsystem.
Heltonbiker
Ich verstehe das - was ich frage ist, ob eine moderne Scheibenbremse (mechanisch oder hydraulisch) diesen Zweck erfüllen kann, da die Trommelmodelle nicht mehr hergestellt werden? Dann könnten die Felgenbremsen oder die hintere Felge / vordere Scheibe die Bremskraft erhöhen.
Ehryk
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In Kraftfahrzeugen ist es zum Anhalten von Kraft- und Drehgewichtsbelangen bevorzugt; Trommeln werden jedoch bei großen Sattelzugmaschinen (nicht gelenkten Rädern) wegen der viel besseren Wärmeableitung bevorzugt. Sie können Scheibenbremsen nicht so lange fahren, wie Sie trommeln können, bevor sie sich verziehen und / oder die Hydraulikflüssigkeit zum Kochen bringen. Sie können jedoch für Fahrräder geeignet sein.
Ehryk
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Ich habe noch nie von einem gebrauchsfertigen Gerät gehört, mit dem Sie tun können, was Sie wollen. Das einzige, was ich mir vorstellen kann, ist, den Lüfter oder das Magnetwiderstandsgerät von einem Trainingsständer oder von Rollen zu nehmen und es irgendwie so anzubringen, dass es ein- und ausgeschaltet werden kann. Oder noch besser wäre es, ein Rig zu bekommen, wie es in einigen Heimtrainern verwendet wird, bei denen ein Aluminiumschwungrad mit einem daneben angeordneten Elektromagneten vorhanden ist, so dass der Widerstand mit zunehmendem Magnetfeld zunimmt. (Theoretisch könnte anstelle des Schwungrads eine tiefe Aluminiumfelge verwendet werden.)

Aber Sie müssten Teile von irgendwoher retten, um diese zu erledigen, und dann einige Arbeiten in der Werkstatt erledigen.

Ansonsten ist wahrscheinlich die beste Lösung in Ihrem Fall ein Fahrrad mit Scheibenbremsen.

Daniel R Hicks
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Sie könnten eine Drogue-Rutsche bauen oder kaufen. Es muss nicht viel wiegen, da es weniger als einen Quadratmeter Ripstop-Nylon und ein paar Meter dünne Schnur enthält. Es kann sogar legal sein, dies zu tun, abhängig davon, wie Ihr Land die Gesetze "Kein Segelfahrzeug" schreibt (oder ob es ein solches Gesetz gibt). Ich neige dazu, es abreißen zu lassen, indem ich es mit einem Klettverschluss an meinem Körper befestige.

Ich habe das Gegenteil getan und eine kleine Sonnenschutz- / Zelttür als Segel verwendet, als ich starken Rückenwind hatte und mit meinem Tourenrad bergauf fuhr. Es funktionierte störend gut, da ich das Hauptzubehör vom Hüftgurt meines Rucksacks zur Sattelstütze bewegen musste, da es drohte, mich über den Lenker zu katapultieren (das Fahrrad war ziemlich schwer).

Als Bremse empfehle ich eine Bremsrutsche im Kreuzstil, da sie einfach herzustellen und stabiler ist als eine runde oder rechteckige Rutsche (Rechtecke sind kontrollierbarer, aber wenn Sie nicht an Parasailing oder Kitesurfen gewöhnt sind, ist die Lernkurve steil).

Das Hauptproblem, das ich sehe, ist, dass Berge oft Wind haben, und insbesondere der Wind kann über kurze Entfernungen dramatisch variieren. Wenn Sie zum Beispiel um einen Grat herum herauskommen, können Sie sich von ruhender Luft hinter dem Grat zu komprimiertem Wind auf dem freiliegenden Gesicht bewegen, und die Änderung des Luftwiderstands von einer Rutsche wird dramatisch sein. In diesem Fall müssen Sie sich entscheiden, ob Sie die Rutsche auf die Windschutzscheibe des Fahrzeugs fallen lassen möchten, das Ihnen folgt, oder plötzlich davor langsamer werden möchten. Beides könnte peinlich sein.

Kohi
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Sie könnten immer einen festen Gang bekommen und Ihre Beine benutzen, um Sie zu verlangsamen. Zurück auf den Berg zu kommen, würde allerdings ein ganz anderes Problem darstellen. Obwohl es mit der richtigen Übersetzung wahrscheinlich möglich wäre, mit einem festen Gang sowohl bergauf als auch bergab zu fahren.

Kibbee
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Ich würde wetten, dass jede Ausrüstung, die für den Aufstieg vernünftig ist, bei der Abfahrt verrückt ist. Ich bin froh, 30 MPH zu fahren; Ich möchte einfach keine 50 machen.
Reid
Ich dachte, es wäre schön, wenn es ein Fahrrad mit zwei Antrieben gäbe, so dass Sie Ihre Geschwindigkeit beim Abstieg mit der festen Gangkomponente steuern und Gänge verwenden können, wenn Sie nicht bergab fahren. Also dachte ich mir, dass es aufgrund der Mechanik unmöglich ist oder dass jemand bereits eines gebaut hat. Und nach ein bisschen googeln habe ich das gefunden ( sheldonbrown.com/bichain-fixed-free.html ). Wenn man es liest, heißt es, dass es möglich wäre, es mit einem Umwerfersystem auf der einen Seite und einem festen Gang auf der anderen Seite zu bauen. Auf jeden Fall interessant, obwohl wahrscheinlich viel komplizierter als das, was Sie suchen.
Kibbee
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Ich kann 30 Meilen pro Stunde ohne Probleme fahren, und es ist kein besonders hoher Gang. Wenn Sie einen Gang finden, der Sie aufwärts bringt , müssen Sie nur üben, auf dem Weg nach unten zu drehen (beachten Sie, dass Sie einfach die Pedale Ihre Füße ziehen lassen können runde, wenn Sie sich entspannen, und Sie erhalten eine ähnliche Motorbremswirkung wie beim Herunterschalten in einem Auto). Oder bleiben Sie oben stehen und tauschen Sie die Kettenräder aus ...
Nutzlos
Einige schnelle Berechnungen: Diese Hügel sind steil genug, dass 5 MPH ein sehr schneller Aufstieg ist. Angenommen, ich fahre mit einer sehr konservativen Drehzahl von 50 U / min (in der Realität wahrscheinlich schneller). Wenn ich dann mit 30 MPH im selben Gang runterkomme, muss ich sechsmal schneller treten, oder 300 U / min. Ich würde gerne das Übungsregiment sehen, mit dem ich (oder jemand) das machen kann.
Reid
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Verwenden Sie möglicherweise Scheibenbremsen, keine Felgenbremsen, wenn die Erwärmung ein Problem darstellt.

Ich bin an die Idee gewöhnt, dass die Menschen etwa 1 KW nur ​​durch das Vorhandensein in die Umwelt abgeben; Ich bin mir nicht sicher, was das Problem ist, wenn ich beim Abstieg eine zusätzliche KW verliere.

ChrisW
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Ich glaube, dass der Grundstoffwechsel eher 100 Watt entspricht, aber ich habe nicht nachgeschlagen.
Reid
@Reid - Sie scheinen recht zu haben: Pro engineeringtoolbox.com/met-metabolic-rate-d_733.html reicht es von 100 Watt im Sitzen über 500 Watt beim Radfahren bis zu 900 Watt beim Laufen.
ChrisW