Rol centrum

Door Allert Jacobs

In een eerder bericht heb ik het gehad over het overhellen van de carrosserie in een bocht. Bij een vierwieler gaan twee veren dat overhellen tegen, bij een driewieler slechts één omdat de as met het enkele wiel gewoon mee helt met de carrosserie.

Dat klopt, maar dat is niet het hele verhaal.

Roll center

In a previous post I talked about the body roll in corners. In the four wheeler not only the front suspension resists body roll in cornering also the rear suspension does.
As in a three wheeler the axle with the single wheel will simply lean as much as the body does and not resist to body roll at all.
That’s right, but that’s not the whole story.

Foto Eva Navratilova / 3-4 wheeler cornering stability

Ook de positie van het zwaartepunt ten opzichte van het rol centrum speelt een belangrijke rol.
Een Citroën 2cv is een auto die lange veerwegen en soepele vering heeft voor optimaal comfort, bovendien is de vering volledig onafhankelijk omdat er geen stabilisator stangen gebruikt worden, iets wat het comfort wederom ten goede komt.
De keerzijde is dat de 2cv sterk overhelt in een bocht. Het is weliswaar geen driewieler maar het rol centrum ligt laag, namelijk ter hoogte van het wegdek terwijl de auto tamelijk hoog op de wielen staat.
De afstand tussen zwaartepunt en rol centrum is groot en de auto helt daarom flink over in een bocht.

Als je de geometrie van de vering kent kun je de positie van het rol centrum bepalen door het uit te tekenen, het rol centrum kan ter hoogte van de voor en achteras op verschillende hoogten liggen.
Door het te bepalen voor de beide assen en er een lijn door te trekken in het zijaanzicht van de auto krijg je de rol-as. Die as ligt bij de meeste auto’s voor lager dan achter, hiermee wordt een (veiliger) onderstuurd bochtgedrag nagestreefd.
Het rol centrum kun je ook vinden door de auto van links naar rechts te duwen en deze te filmen, op het filmpje is een punt zichtbaar waarom het geheel draait.

Also, the position of the center of gravity with respect to the roll center, plays an important role.
A Citroen 2CV is a car that has supple suspension and long suspension travel for optimum comfort, in addition, the suspension is fully independent since no anti-roll bars are used, which again improves comfort.
The downside is that the 2CV strongly leans into a turn., although it is not a tricycle. But the position of the roll center is low; at the level of the road surface while the car is quite high on the wheels.
The distance between the center of gravity and roll center is large and therefore the car has a considerable amount of body roll in a bend.

If the geometry of the wheel guiding is known, you can determine the position of the roll center by drawing it out, the heights of the roll center can be different at the front and rear axle.
By determining the roll center for the two axles and drawing a line in the side view of the car you get the roll axis. That axis is in most cars lower at the front than at the rear, thus a (safer) under steered cornering behavior is pursued.
The roll center can also be found by pushing the car from side to side and filming this, in the movie a point is visible where the car pivots.

Het rol centrum van een driewieler ligt ter hoogte van de as met het enkele wiel altijd op het wegdek.
Als de voorwielen McPherson ophanging hebben (zoals veruit de meeste velomobielen) ligt het daar niet veel hoger omdat het met die wielophanging niet goed mogelijk is een hoog rol centrum te creëren. De positie van het zwaartepunt ten opzichte van de rol-as lijkt daarom veel op dat van een 2cv. Bovendien ontbreekt net als bij de 2cv bij de meeste velomobielen de stabilisatorstang.
Is de velomobiel voorzien van lange veerwegen en soepele veren dan zal hij net als de 2cv met zijn onafhankelijke vering veel comfort bieden maar daarbij ook flink overhellen in de bochten.
Bij velomobielen is het gebruikelijk om de vering kort en stug te kiezen als men het 2cv gedrag niet wenst, het overhellen wordt dan weliswaar verminderd maar dat gaat ten koste van het veercomfort.

The roll center of a tricycle is always situated on the road surface at the axle with the single wheel.
If the front wheels have McPherson suspension (like the vast majority velomobiles) it is not much higher because with this type of suspension it is not possible to create a high roll center. The position of the center of gravity with respect to the roll axis therefore, is very similar to that of a 2CV. In addition, as with the 2CV most velomobiles do not have an anti-roll bar.
If the velomobile features long travel suspension and soft springs it will provide comfort like the 2CV with its independent suspension but will also have considerable body roll in corners.
In velomobiles it is customary to choose the suspension short and stiff if one does not want the 2CV behavior, roll is then reduced but it is at the expense of the ride comfort.

Foto Eva Navratilova / McPherson roll center

Met een vierwieler kan het ook anders!

Bij een constructie met een starre achteras met Panhardstang ligt het rol centrum op de hoogte van de Panhardstang. In de Quatrevelo is dat ter hoogte van de achteras op as hoogte.
Het rol centrum van de vooras ligt zoals gebruikelijk bij McPherson ophanging iets boven het wegdek, tekenen we nu de rol-as dan is te zien dat die, net als bij de meeste auto’s van achter naar voor afloopt. Bovendien is de afstand tussen het zwaartepunt en de rol-as aanzienlijk kleiner.

Laten we eens kijken hoe dat er in de praktijk uit ziet.

With a four-wheeler it can be different!

In a construction with a live rear axle and a Panhard rod the roll center is located on Panhard rod height. In the Quatrevelo that is at the height of the rear axle on the axle height.

The roll center of the front axle is as usual with McPherson suspension slightly above the ground, we can now draw the roll axis. It can be seen that as with most cars the roll axis slopes down from the rear axle to the front. Moreover, the distance between the center of gravity and the roll axis is considerably smaller.

Let’s see what that it looks like.

De Quatrevelo met zijn vier wielen gaat dus met twee veren het overhellen tegen én de rol-as ligt zo veel hoger dat er van overhellen sowieso veel minder sprake is. Daarom kan een vierwieler soepele comfortabele vering combineren met een bochtgedrag dat met een driewieler alleen te bereiken is met stugge vering of een stabilisator stang.
Natuurlijk speelt bij het strakke bocht gevoel ook de zijdelingse stijfheid van de twee 20 inch wielen en de zijdelingse stijfheid van de achteras ophanging een rol. De panhardstang leidt de dwarskrachten direct de carrosserie in daar waar ze optreden namelijk ter hoogte van de achteras. Bij een driewieler gaat dat altijd via een lange hefboom: de achterbrug. Daardoor worden de krachten groot. Het gebruik van een groot achterwiel maakt de constructie minder stijf omdat de achterbrug langer wordt en ook het grote wiel zelf een grotere hefboom werking creëert. Een 20 inch wiel is zijdelings veel stijver en twee 20 inch wielen natuurlijk nog veel stijver. 
Ook de uitgebalanceerde gewicht verdeling tussen voor en achteras helpt mee de wegligging van de Quatrevelo te optimaliseren.
Langere veerwegen helpen bovendien de wielen het wegcontact te behouden en verbeteren daardoor de wegligging.
Daarnaast is er nog de passief sturende achteras die bij snel genomen s-bochten de kont van de fiets minder ver laat uitzwaaien, daarmee wordt het moment dat ontstaat doordat het gewicht van de achterkant dat van de ene naar de andere kant slingert kleiner en zal de achterkant later uitbreken of kantelen.
Tot slot zit er als er bagage geladen wordt nog een voordeel aan een hoge rol centrum bij de achteras. Het zwaartepunt komt lager te liggen en daarmee dichter bij of zelfs onder de rol-as. De Quatrevelo zal daardoor mét bagage minder overhellen in de bocht dan zonder en mits goed beladen ook nog minder snel omslaan hoewel hij ook zonder bagage natuurlijk al zeer stabiel is.

Waar dit hele technisch/theoretisch verhaal op neerkomt is dat de Quatrevelo heel hard en met veel vertrouwen door de bocht gaat en dat maakt het bochten rijden erg leuk.

The Quatrevelo with its four wheels resists body roll with two spring and the roll-axis is so much higher that there is much less roll in anyway. Therefore, a four-wheeler can combine smooth comfortable suspension with a cornering behavior that with a tricycle can only be achieved with rigid suspension or a stabilizer bar.
Of course with the hard and flat cornering also the lateral stiffness of the two 20-inch wheels and the lateral rigidity of the rear axle plays a role. The Panhard rod leads the lateral forces directly in the body where they occur namely at the height of the rear axle. In a tricycle the forces always through go through a long lever: the swingarm. Thus, the forces are large. The use of a large rear wheel makes the construction less stiff because the swingarm becomes longer, and also the big wheel itself creates a greater leverage. A 20 ich wheel has much more lateral stiffnes and two 20 inch wheels even more so.
Also the well balanced weight distribution between front and rear helps the handling of the Quatrevelo.
Longer suspension travel helps the wheels to maintain contact with the road and thereby improves the handling.
There is also the passive steering rear axle that in quick s-turns makes the rear end of the Quatrevelo turn tighter, thus the weight of the back does not travel so far from one side of the turn to the other and creates less momentum that makes the rear end spin out or tip over.
Finally, if there’s luggage loaded there is an advantage to a high roll center at the rear axle. The center of gravity will be lowered and hence closer to or even under the roll axis. The Quatrevelo will therefore, if properly loaded, have less body roll in cornering with luggage than it will have without and also tip over even later although it is obviously already very stable without luggage.

Where the whole technical / theoretical story boils down to is that the Quatrevelo can corner very hard and with great confidence and that makes cornering fun.

Advertentie