De afrol-omtrek van een Coker-wiel

This page in English

Een Coker is een beroemde en tamelijk veelvoorkomende eenwieler met een groot wiel. Het wiel is nominaal 36 inch (ongeveer 90 cm) in diameter, maar deze pagina gaat er over hoe groot het wiel precies is. De preciese wielmaat is van belang voor eenwieleraars die een fietscomputer op hun Coker gebruiken. Over de jaren heen zijn er in de nieuwsgroep rec.sport.unicycling vele waarden voor de wielomtrek genoemd, en in 2003 heb ik besloten om alle beschikbare data in een model te integreren. Voor de Coker is slechts één type band verkrijgbaar (gemaakt door Coker), wat de bepaling van 'de' wielmaat gemakkelijker maakt. Aan de andere kant zijn er twee soorten velgen in de handel (standaard en Airfoil), maar ik weet van bijna niemand welke velg hij gebruikt dus dat aspect heb ik buiten beschouwing gelaten. 

Voordat ik inga op 'hoe ik het gedaan heb', is hier het resultaat. Download Rollout_predictor_nl.xls (met een rechts-klik en dan Opslaan Als), open de file in Excel 4 of hoger, en voer je gewicht, bandenspanning en bandenslijtage in. Zie desgewenst dit screenshot, klik op je Terug knop om hier weer te komen. Je krijgt drie getallen:

  • onbelaste rechte omtrek, dit is de afstand waarover het wiel rolt over een volledige omwenteling op een vlak oppervlak, als je het in een rechte lijn duwt, onder het gewicht van alleen de eenwieler. 
  • belaste rechte omtrek (met berijder); dit is de afstand waarover het wiel rolt over een volledige omwenteling op een vlak oppervlak in een rechte lijn, onder het gewicht van eenwieler plus berijder. 
  • dynamische 'weg' omtrek; dit is de afgelegde afstand gedurende één wielomwenteling bij het rijden op een weg. 

Voer het getal van je keuze (zie hieronder) in in je fietscomputer, en klaar is Kees!

Waarom die verschillende getallen? De onbelaste rechte omtrek wordt door veel Coker-rijders gebruikt, gedeeltelijk omdat die het eenvoudigst en eenduidigst te meten is. Daarnaast is het de beste basis voor onderling vergelijken, omdat het onafhankelijk is van de berijder. Maar omdat de band altijd een beetje ingedrukt wordt tijdens het rijden, resulteert de onbelaste rechte omtrek in te hoge waarden voor snelheid en afstand. Dat kan een reden zijn om de voorkeur te geven aan een belaste omtrek (zeg ik voorzichtig). Er zijn twee belaste omtrek-waarden omdat er (minstens) twee scholen bestaan over wat 'snelheid' en 'afstand' betekenen bij het eenwieleren. Als je de snelheid en afstand wilt weten waarmee het band-weg-contactpunt langs zijn 'baan' beweegt, inclusief al het wiebelen en draaien dat je ongetwijfeld doet, dan moet je je baseren op de belaste rechte omtrek. Als je daarentegen geïnteresseerd bent in wegsnelheid of wegafstand (dus de afstand van A naar B), dan moet je de dynamische 'weg' omtrek gebruiken. "Dynamisch" wil zeggen dat alle afwijkingen van een rechte lijn zijn meegenomen, zoals wiebelen over een enkele omwentelingen of over meerdere omwentelingen (zowel horizontaal als verticaal), de manier waarop je een helling op rijdt etc. U-Turn, fanatiek Coker rijder en bouwer van het Sterkste Coker Wiel ter Wereld, heeft dit in meer detail uitgewerkt in een discussie-bijdrage in rec.sport.unicycling (Engels). 

Een paar opmerkelijke punten en conclusies:

  • Om te beginnen: ik moest werken met een nogal beperkte set gegevens. Het model voorspelt de ingevoerde omtrekwaarden nu gemiddeld binnen 10 mm, maar de nauwkeurigheid zou zeker verbeteren met meer gegevens. Helaas pindakaas. 
  • Voor elke kg toename in rijder-gewicht, neemt de (belaste) wielomtrek af met ongeveer 0.32 mm. 
  • Voor elke bar toename in bandenspanning, neemt de (belaste) wielomtrek toe met bijna 15 mm. 
  • Voor elke % toename in slijtage van de band neemt de omtrek af met bijna 0.3 mm. Dat zou betekenen dat de profieldiepte (precieser gezegd: het verschil in straal tussen een nieuwe en een compleet versleten band) van de Coker band ongeveer 4.5 mm is. Ik heb nooit een Coker band in het echt gezien, maar het lijkt me realistisch. 
  • Uit het model volgt dat de effecten van dynamisch rijden (vergeleken met rijden in een perfect rechte lijn) de effectieve omtrek verminderen met ongeveer 5.5 mm. Ik denk eigenlijk dat dit te weinig is, en dat meer gegevens tot een realistischer resultaat zouden leiden. Ken Fuchs was de enige die zowel de belaste rechte omtrek (met rijder) als de dynamische 'weg' omtrek heeft gemeten onder vergelijkbare omstandigheden; hij kwam uit op een verschil van 20 mm, hetgeen me realistischer lijkt. Maar hoe dan ook zullen de effecten van dynamisch rijden van rijder tot rijder verschillen. 
  • Tenslotte een waarschuwing. Sommige mensen meten de afstand tussen de wielas en het rij-oppervlak en beschouwen dat als een 'belaste wiel-straal' om de belaste wielomtrek uit te rekenen. Dit is gebaseerd op een foutieve aanname. De effectieve straal van een belast wiel zit namelijk ergens tussen genoemde afstand en de onbelaste straal. Het band-weg contactvlak heeft niet een constante straal. Bij de einden van de middenlijn is de 'straal' de onbelaste straal, terwijl hij in het midden gelijk is aan de afstand van wielas tot rij-oppervlak. De situatie is nog gecompliceerder (in 3D) aan de zijkanten van het band-weg contactvlak. 

* * * * *

Voor degenen die willen weten hoe ik tot mijn model gekomen ben, volgen hier nog wat details. Waarschuwing: dit is geen harde wetenschap, maar het beste wat ik kon doen met de schaarse en inconsistente gegevens. 

Om te beginnen verzamelde ik alle gegevens die ik maar kon vinden. Deze kwamen allemaal van de nieuwsgroep rec.sport.unicycling van de laatste paar jaar (sinds de Coker eenwieler verkocht wordt). Sommige gegevens waren niet erg 'hard', en ik heb hier en daar wat keuzes moeten maken. De beschikbare gegevens staan in de tabel:

 

naam

rijder gewicht lbs

banden- spanning psi

banden- slijtage %

onbelaste omtrek mm

belaste omtrek mm

dynamische omtrek mm

niet gedefinieerde omtrek mm

fiets comp waarde*) mm

opmerkingen

John Childs

 

 

 

 

 

 

2775

 

Niet gebruikt omdat het type meting niet was gespecificeerd

U-Turn

 

60

 

 

 2800

 

 

 

 U-Turn droeg niet veel getallen bij, maar wel enig goed doordacht kommentaar (Engels)

Ken Fuchs

 

32 

15

2839

2789

2769

 

 

 Deluxe Coker

Nathan Hoover

165

45

50

 

 

2776

 

 

 vóór de tijd van de Deluxe Coker

Tom Blackwood

 

 

 

 

2756

 

 

 

 

Mark (cokerhead)

237.5

47.5

 

 

 

 

 

2810

 Niet gebruikt. Gebaseerd op kilometerpaaltjes, snelheidsmeters van fietsen en auto's, een beetje aan de snelle kant gehouden

duaner

150

32

50

 

 

2782

 

 

 

Chuck Webb

 

 

 

 

 

2800

 

 

 Gebaseerd op diverse kleine aanpassingen aan de hand van kilometerpaaltjes etc.

Mikefule

 

 

 

2873

 

 

 

 

 Niet gebruikt, was gebaseerd op (gemeten? nominale?) diameter van 36"

David Stone

192.5

52.5

 

2852.7

 

 2789.2

 

2810

 

Michael Grant

 

 

 

2819

 

 

 

 

 

Danny Colyer

 

 

 

2830

 

 

 

 

 Getal is naar zeggen gebaseerd op oude Usenet discussies die ik (Klaas Bil) niet kon vinden.

Ken Fuchs (again)

 

35

75

2858

 

 

 

 

 Niet gebruikt, was gemeten met een rolmaat rond het wiel, hetgeen een te grote waarde oplevert

Kevin Gilbertson (Gilby)

 

 

 

 

 

 

2820

 

 Niet gebruikt, scheen onbetrouwbaar. Citaat: "Ik heb getallen gehoord die varieren van 277 cm tot 285 cm voor de omtrek van het Coker wiel. Ik had de mijne maar op 282 cm gezet."

Joe Marshall

 

 

 

2870

 

 

 

 

 Niet gebruikt; schijnt gebaseerd te zijn op de nominale diameter van 36"

*) Een fietscomputer-waarde staat alleen in deze tabel als die opvallend is, of als de betreffende persoon geen andere omtrekwaarden heeft opgegeven. 

De schuingedrukte regels in de tabel hierboven zijn niet gebruikt in de analyse, om de redenen gegeven in de "opmerkingen" kolom. 

Zoals je ziet, heeft niemand een "volledige" set gegevens gerapporteerd. Om wat meer gegevens voor de analyse te genereren heb ik het volgende gedaan: 

  • Het gemiddelde gewicht van een rijder (84 kg = 186 lbs) is toegekend aan rijders die hun gewicht onvermeld lieten; 

  • De gemiddelde bandenspanning (2.9 bar = 43 psi) is toegekend aan de banden van rijders die hun bandenspanning onvermeld lieten; en 

  • Ik heb aangenomen dat banden met een onvermelde slijtage-status half versleten waren (50%). 

Ik heb een numeriek model gemaakt voor de indrukking van de band, waaruit ik heb geconcludeerd dat er een vrijwel lineair verband bestaant tussen indrukking aan de ene kant, en zowel belasting als bandenspanning aan de andere kant. (Als iemand geinteresseerd is in de details, laat het dan even weten.) Daarom heb ik lineaire relaties aangenomen tussen de drie invoer-parameters rijdergewicht, bandenspanning en bandenslijtage aan de ene kant, en de drie 'uitvoer'-parameters (n.l. de voorspelde waarden voor de drie soorten afrolomtrek) aan de andere kant. Verder heb ik aangenomen dat de onbelaste afrolomtrek niet beinvloed werd door het gewicht van de rijder (ja hehe), en dat het effect van bandenspanning op de onbelaste afrolomtrek slechts 10% was van het effect van de bandenspanning op de belaste afrolomtrek (omdat een Cokeur typisch 9 keer zo zwaar is als een Coker eenwieler). Daarna heb ik een multivariabele kleinste-kwadraten lineaire regressie uitgevoerd op de gehele gegevensverzameling in een keer, dus oplossend voor de minimale som van de kwadraten van de verschillen tussen de gegeven en de voorspelde afrolomtrek-waarden. Deze verwerkingsslag heb ik iteratief uitgevoerd, gebruik maken van de "Solver" faciliteit van Excel met de standaard instel-parameters. De parameters die gevarieerd werden bij de minimalisatie waren: 

  • een startwaarde voor de afrolomtrek (in feite is dit de onbelaste rechte afrolomtrek bij het gemiddelde rijdergewicht, de gemiddelde bandenspanning, en 50% bandenslijtage; deze waarde kan rechtstreeks uit de invoergegevens worden afgeleid)

  • een coefficient om rijdergewicht in rekening te brengen

  • een coefficient om bandenspanning in rekening te brengen

  • een coefficient om bandenslijtage in rekening te brengen

  • een (negatieve) correctie op de afrolomtrek om een belaste afrolomtrek uit een onbelaste afrolomtrek te berekenen

  • een (negatieve) correctie op de afrolomtrek om een dynamische afrolomtrek uit een (rechte) onbelaste afrolomtrek te berekenen.

De geoptimaliseerde waarden voor deze parameters staan in de regels 3 en 6 van Rollout_predictor_nl.xls (vergroot de regelhoogte om ze te zien). Je zult zien dat ik, in tegenstelling tot mijn normale wetenschappelijke religie, de eigenlijke berekeningen in het imperiale eenhedensysteem heb gedaan. 

 

 

© Klaas Bil, juli 2004

Terug naar  Eenwieler-statistieken.