Velomobile vs. Bicycle

Updated: 3 days ago

The velomobile fairing adds weight compared to standard upright cycles or unfaired recumbent cycles. For a given terrain, the added weight demands lower gearing and makes the velomobile slower climbing hills than its unfaired counterpart.

Some velomobile fairings are mainly for weather protection. However, if the velomobile fairing is substantially streamlined, then improved aerodynamics means the speeds on flats and down hills may be substantially higher than its unfaired counterpart, and often enough faster to make up for the slower climbing due to weight.

An aerodynamic fairing must be well-shaped, but minimizing the frontal area of the velomobile is also important to reduced drag: a fairing with half the frontal area may approach half the air drag. In turn, aerodynamic velomobiles use a laid-back or recumbent riding position, with the rider's head much lower than on regular bicycles. In turn, velomobile is much easier to accidentally "hide" behind a car or road-side shrubbery, fences, etc.

Velomobile bodies are typically light enough that the center of mass is similar to the center of mass on an unfaired recumbent cycle. This makes cornering stability similar to similar unfaired cycles. However, minimizing velomobile width also contributes to reduced frontal area and thus drag; so there is an additional incentive to make the velomobile narrow. The narrowest velomobiles are only slightly wider than the rider's shoulders, and so the width approaches that of an upright bicycle. However, an upright bicycle still has a significantly narrower "useful" width, as the road contact is in the center and so the rider's hands/elbows/etc. might overhang the edge of the roadway or path without causing problems. In contrast, the wheel track of a velomobile is very nearly as wide as the vehicle itself, and so cannot overhang the edge.

As of 2017, most velomobiles use a tadpole recumbent tricycle configuration — mainly to reduce component weight and improve wheel aerodynamics. However, some use a four-wheel or quadracycle configuration. The extra wheel significantly improves cornering stability and can also improve luggage capacity. As of 2017 there are not many four-wheel velomobiles with highly aerodynamic fairings, but there are a few, and some riders report speeds are close to three-wheel velomobiles with highly aerodynamic fairings.

Two-wheel "streamliner" configurations can have much less aerodynamic drag: wheels are hard to make aerodynamic; each wheel entry/exit to the fairing adds drag; and velomobiles with two front wheels are necessarily wider or longer than the rider, while two-wheel streamliners can be barely wider than the rider. A common way to describe aerodynamic drag is "CdA"; in one comparison of racing cycles, there were several two-wheel streamliners with less than half the CdA drag of the best three-wheeler. Air drag is most significant for high-speed events; as of 2016, the world record for a 200-metre sprint on near-level ground is about 145 km/h for a two-wheel streamliner and about 120 km/h for any vehicle with more than two wheels, meaning the two-wheel vehicle was about 20% faster. Aerodynamic power is roughly cubic in speed, so at lower speeds the difference is much less pronounced. At the same time, two-wheel streamliners require a way to stay upright when stopped and at very low speed, and are more sensitive to blowing over in cross-winds. These factors limit the use of streamliners, despite their aerodynamic advantage.

The fairing on a velomobile sometimes makes it more subject to cross-winds than a similar unfaired cycle. The effect of cross-winds is complicated because the force of the wind can act as a steering force, as-if the rider had tried to steer the cycle. "Wind steer" can be a safety issue and may also hurt performance, as a serpentine path is longer and thus slower than a straight line. Thus, a design with inferior aerodynamics may be better overall. For example, it is common for time-trial bicycles to use a solid disk rear wheel for best aerodynamics, and a spoked front wheel that has worse aerodynamics than a disk, but is less likely to steer the bicycle in a cross-wind. Velomobile fairings have analogous concerns, leading to trade-offs in fairing design. For example, a longer "tail" on the fairing will increase the total side-wind profile and total side forces, but can reduce the percentage force acting on the steered wheels and so an improve stability in side winds. A larger fairing also hurts weight and has more skin drag), but as with time-trial bicycles, worse aerodynamics but better handling is sometimes a good trade-off.

Velomobiles with fairings that are mainly for weather protection can use a more upright seating position. This tends to improve both the ability to see and be seen. However, to retain stability against tipping (both cornering and cross-winds), the wheel track needs to be wider than a comparable velomobile with a low seating position. In turn, this may make the velomobile quite a bit wider than a conventional cycle.

"Weather" protection includes cold and wet, but also shading from sun. Since the rider is doing work, it is typically desirable to have at least some cooling. Many velomobiles have vents and ducts which allow cooling while keeping out water; and the ducts/vents may be closed or covered in cold weather so the rider can stay comfortable even without a secondary heat source. In warm and hot weather, the fairing provides sun protection, but blocks the rider from cooling air, and so may be much warmer for a given level of effort. In some situations, a rider's power output (for any type of cycle) is limited by body temperature, and the worse cooling of a velomobile can limit the rider's power output more than on an unfaired cycle. With an aerodynamic fairing, the velomobile rider at reduced power output may still be faster than an unfaired cycle, due to the lower aerodynamic drag.

Velomobiles for cargo use often have heavy frames to carry load, plus the weight of the cargo itself. In turn, the weight of the fairing may be relatively less important. Also, bulky loads often have poor aerodynamics, and so the quality of aerodynamics of the fairing is less important. This may enable use of a fairing which in hot weather can be converted to a canopy. A canopy provides no aerodynamic benefits, but improves cooling compared to a faired configuration, while also reducing sun exposure compared to riding without a canopy. Thus, a "high speed" velomobile may benefit most from better aerodynamics, even when aerodynamics hurts rider cooling; while at the same time a "high load" velomobile may benefit most from improved cooling (to maximize power output) even if that hurts aerodynamics.

The steered wheels on a velomobile will hit the fairing if steered sharply enough. Making the fairing wider can give space to steer the wheels more sharply, but has down-sides for aerodynamics and width. Although sharp steering is not needed at speed, many aerodynamic velomobiles have a much worse turning circle than an equivalent unfaired cycle. In contrast an unfaired cycle cannot have fairing interference, and so even with the same wheel and rider configuration can steer a much tighter circle. Steering only the rear wheel(s) would avoid fairing interference, but it is hard to build a stable vehicle using only rear-wheel steering. The Velayo uses a tricycle configuration and steers only the rear wheel; but it was produced only in small numbers. The experimental Kingsbury Fortuna and Quattro velomobiles steered all wheels; this approach avoids some of the stability problems of rear-wheel steering while still reducing the steering angle of the front wheels. However, this approach has not (as of 2017) gained wider use in velomobiles.

A velomobile's fairing shields the drivetrain from weather, as well as the rider. Drivetrain maintenance is often reduced compared to other cycles, especially unfaired bicycles, where the front wheel kicks up grit-containing dust, mud, and dirty water that lands directly on the chain and increases the rate of abrasive wear on the drivetrain—including chain and sprockets, but sometimes also derailleurs. The fairing of a velomobile tends to limit both the amount and the kinds of grit landing on the drivetrain. Some cycles use tooth-belt drive, which is less affected by grit, is quieter than a chain, and may be lighter. However, belts are only available in pre-selected sizes. Many recumbent cycles, including most velomobiles, have a long drivetrain for which no suitable tooth belts are available.

Velomobiles are significantly bulkier than conventional cycles. Further, the bodywork typically cannot be disassembled much, whereas conventional cycles often can be disassembled to fit in a box or bag of dimensions similar to the frame. In turn, this makes velomobiles more difficult to transport.

Velomobiles are often built using some standard bicycle parts, but also many parts specific to velomobiles or even specific to a particular make or model. In addition, the bodywork is large and may be around half the weight of a velomobile. Thus, to reduce weight, the body is often made of lighter but more expensive materials. Also, production volumes are low, so for both parts and labor there are not benefits of mass production—as of 2017, many velomobile makers have yearly production on the order of tens or maybe a few hundred velomobiles. Taken together, these factors mean velomobiles are often much more expensive than other cycle types.

As an example of prices and price/weight tradeoffs, as of April 2017 the maker Trisled offers their "Rotovelo" model either with a rotational molded plastic fairing or with a carbon fiber fairing (as well as some other weight-saving changes). The body shapes and underlying framework are similar; the rotational-molded version weighs 33 kilograms and has a list price of Au$6500, while the carbon fiber version weighs 20 kilograms and has a list price of Au$10900.

Much of the cycle-related infrastructure design is based on the typical configuration of an upright bicycle. For example, multi-modal transportation such as bike/train/bike routes often use bicycle racks in the train, and the dimensions of racks and also the train ingress/egress assume a conventional cycle. Similarly, cycle paths often have bollards or S-bend paths to prevent motor vehicle entry, and the entry is often spaced for upright bicycles, but may be too narrow or require too sharp of a turn to allow through some velomobiles.

Die Velomobilverkleidung erhöht das Gewicht im Vergleich zu normalen aufrechten Zyklen oder ungerechten Liegerädern. Für ein bestimmtes Gelände erfordert das zusätzliche Gewicht ein geringeres Getriebe und macht das Velomobil langsamer bergauf als sein ungerechtfertigtes Gegenstück.

Einige Velomobilverkleidungen dienen hauptsächlich dem Wetterschutz. Wenn jedoch die Velomobilverkleidung wesentlich stromlinienförmig ist, bedeutet eine verbesserte Aerodynamik, dass die Geschwindigkeiten auf Ebenen und Abfahrten wesentlich höher sein können als auf dem ungerechtfertigten Gegenstück und oft genug schneller, um das langsamere Steigen aufgrund des Gewichts auszugleichen.

Eine aerodynamische Verkleidung muss gut geformt sein, aber die Minimierung des Frontbereichs des Velomobils ist auch wichtig, um den Luftwiderstand zu verringern: Eine Verkleidung mit der Hälfte der Frontfläche kann sich der Hälfte des Luftwiderstands nähern. Aerodynamische Velomobile verwenden wiederum eine entspannte oder liegende Fahrposition, wobei der Kopf des Fahrers viel niedriger ist als bei normalen Fahrrädern. Velomobil wiederum ist viel einfacher, sich versehentlich hinter einem Auto oder einem Gebüsch am Straßenrand, Zäunen usw. zu "verstecken".

Velomobile Körper sind typischerweise leicht genug, dass der Schwerpunkt dem Massenschwerpunkt in einem ungerechtfertigten Liegezyklus ähnlich ist. Dies macht die Kurvenstabilität ähnlich wie bei ungerechtfertigten Zyklen. Die Minimierung der Velomobilbreite trägt jedoch auch zur Verringerung der Frontfläche und damit des Luftwiderstands bei. Es gibt also einen zusätzlichen Anreiz, das Velomobil schmaler zu machen. Die schmalsten Velomobile sind nur geringfügig breiter als die Schultern des Fahrers, und so nähert sich die Breite der eines aufrechten Fahrrads an. Ein aufrechtes Fahrrad hat jedoch immer noch eine deutlich schmalere "nützliche" Breite, da der Straßenkontakt in der Mitte liegt und somit die Hände / Ellbogen / etc. Des Fahrers. kann den Rand der Fahrbahn oder des Pfades überhängen, ohne Probleme zu verursachen. Im Gegensatz dazu ist die Radspur eines Velomobils fast so breit wie das Fahrzeug selbst und kann daher die Kante nicht überhängen.

Ab 2017 verwenden die meisten Velomobile eine Kaulquappen-Liegerad-Dreiradkonfiguration - hauptsächlich, um das Gewicht der Komponenten zu reduzieren und die Aerodynamik der Räder zu verbessern. Einige verwenden jedoch eine Allrad- oder Vierradkonfiguration. Das zusätzliche Rad verbessert die Kurvenstabilität erheblich und kann auch die Gepäckkapazität verbessern. Ab 2017 gibt es nicht viele Allrad-Velomobile mit stark aerodynamischen Verkleidungen, aber es gibt einige, und einige Fahrer berichten, dass die Geschwindigkeiten nahe an Dreirad-Velomobilen mit hoch aerodynamischen Verkleidungen liegen.

Zweirad- "Streamliner" -Konfigurationen können einen viel geringeren Luftwiderstand aufweisen: Räder sind schwer aerodynamisch zu machen; Jeder Radein- / -ausgang zur Verkleidung erhöht den Luftwiderstand. und Velomobile mit zwei Vorderrädern sind notwendigerweise breiter oder länger als der Fahrer, während Zweirad-Streamliner kaum breiter als der Fahrer sein können. Ein üblicher Weg, um den Luftwiderstand zu beschreiben, ist "CdA"; In einem Vergleich der Rennzyklen gab es mehrere Zweirad-Streamliner mit weniger als der Hälfte des CdA-Widerstands des besten Dreirads. Der Luftwiderstand ist für Hochgeschwindigkeitsereignisse am wichtigsten. Ab 2016 liegt der Weltrekord für einen 200-Meter-Sprint auf ebenem Boden bei etwa 145 km / h für einen Zweirad-Streamliner und bei etwa 120 km / h für jedes Fahrzeug mit mehr als zwei Rädern, dh für das Zweirad Fahrzeug war ca. 20% schneller. Die aerodynamische Leistung ist ungefähr kubisch, so dass bei niedrigeren Geschwindigkeiten der Unterschied viel weniger ausgeprägt ist. Gleichzeitig benötigen Zweirad-Streamliner eine Möglichkeit, beim Anhalten und bei sehr niedriger Geschwindigkeit aufrecht zu bleiben, und sind empfindlicher gegen das Umblasen bei Seitenwind. Diese Faktoren begrenzen den Einsatz von Streamlinern trotz ihres aerodynamischen Vorteils.

Die Verkleidung eines Velomobils macht es manchmal eher Seitenwind ausgesetzt als ein ähnlicher ungerechtfertigter Zyklus. Die Wirkung von Seitenwinden ist kompliziert, da die Kraft des Windes als Lenkkraft wirken kann, als hätte der Fahrer versucht, den Zyklus zu lenken. "Windlenkung" kann ein Sicherheitsproblem sein und auch die Leistung beeinträchtigen, da ein Serpentinenweg länger und damit langsamer als eine gerade Linie ist. Somit kann ein Design mit schlechterer Aerodynamik insgesamt besser sein. Zum Beispiel ist es bei Zeitfahrrädern üblich, ein Vollscheiben-Hinterrad für eine optimale Aerodynamik und ein Speichen-Vorderrad zu verwenden, das eine schlechtere Aerodynamik als eine Scheibe aufweist, das Fahrrad jedoch weniger wahrscheinlich bei Seitenwind lenkt. Velomobilverkleidungen haben analoge Bedenken, die zu Kompromissen bei der Verkleidungsgestaltung führen. Zum Beispiel erhöht ein längeres "Heck" an der Verkleidung das gesamte Seitenwindprofil und die gesamten Seitenkräfte, kann jedoch die prozentuale Kraft, die auf die gelenkten Räder wirkt, verringern und so die Stabilität bei Seitenwinden verbessern. Eine größere Verkleidung schadet auch dem Gewicht und hat mehr Hautwiderstand. Wie bei Zeitfahrrädern ist jedoch eine schlechtere Aerodynamik, aber ein besseres Handling manchmal ein guter Kompromiss.

Velomobile mit Verkleidungen, die hauptsächlich dem Wetterschutz dienen, können eine aufrechtere Sitzposition einnehmen. Dies verbessert tendenziell sowohl die Fähigkeit zu sehen als auch gesehen zu werden. Um jedoch die Stabilität gegen Kippen (sowohl in Kurven als auch bei Seitenwind) zu gewährleisten, muss die Spurweite breiter sein als bei einem vergleichbaren Velomobil mit niedriger Sitzposition. Dies kann wiederum dazu führen, dass das Velomobil etwas breiter ist als ein herkömmlicher Zyklus.

Der "Wetter" -Schutz umfasst Kälte und Nässe, aber auch Sonnenschutz. Da der Fahrer arbeitet, ist es typischerweise wünschenswert, mindestens eine gewisse Kühlung zu haben. Viele Velomobile haben Lüftungsschlitze und Kanäle, die eine Kühlung ermöglichen und gleichzeitig Wasser fernhalten. und die Kanäle / Lüftungsschlitze können bei kaltem Wetter geschlossen oder abgedeckt sein, so dass der Fahrer auch ohne eine sekundäre Wärmequelle bequem bleiben kann. Bei warmem und heißem Wetter bietet die Verkleidung Sonnenschutz, blockiert jedoch die Kühlluft des Fahrers und kann daher bei gegebener Anstrengung viel wärmer sein. In einigen Situationen ist die Leistung eines Fahrers (für jede Art von Zyklus) durch die Körpertemperatur begrenzt, und die schlechtere Kühlung eines Velomobils kann die Leistung des Fahrers stärker einschränken als bei einem ungerechtfertigten Zyklus. Mit einer aerodynamischen Verkleidung kann der Velomobilfahrer bei reduzierter Leistung aufgrund des geringeren Luftwiderstands immer noch schneller sein als ein ungerechtfertigter Zyklus.

Velomobile für den Frachtgebrauch haben häufig schwere Rahmen zum Tragen der Ladung sowie das Gewicht der Ladung selbst. Das Gewicht der Verkleidung kann wiederum relativ weniger wichtig sein. Außerdem haben sperrige Lasten häufig eine schlechte Aerodynamik, weshalb die Qualität der Aerodynamik der Verkleidung weniger wichtig ist. Dies kann die Verwendung einer Verkleidung ermöglichen, die bei heißem Wetter in einen Baldachin umgewandelt werden kann. Ein Baldachin bietet keine aerodynamischen Vorteile, verbessert jedoch die Kühlung im Vergleich zu einer verkleideten Konfiguration und reduziert gleichzeitig die Sonneneinstrahlung im Vergleich zum Fahren ohne Baldachin. Daher kann ein Velomobil mit "hoher Geschwindigkeit" am meisten von einer besseren Aerodynamik profitieren, selbst wenn die Aerodynamik die Kühlung des Fahrers beeinträchtigt. Gleichzeitig kann ein Velomobil mit "hoher Last" am meisten von einer verbesserten Kühlung (um die Leistungsabgabe zu maximieren) profitieren, selbst wenn dies die Aerodynamik beeinträchtigt.

Die gelenkten Räder eines Velomobils treffen auf die Verkleidung, wenn sie scharf genug gelenkt werden. Wenn Sie die Verkleidung breiter machen, können Sie die Räder schärfer lenken, haben jedoch Nachteile für Aerodynamik und Breite. Obwohl bei hoher Geschwindigkeit keine scharfe Lenkung erforderlich ist, haben viele aerodynamische Velomobile einen viel schlechteren Wendekreis als ein gleichwertiger ungerechtfertigter Zyklus. Im Gegensatz dazu kann ein ungerechtfertigter Zyklus keine Verkleidungsstörungen aufweisen und kann daher selbst bei gleicher Rad- und Fahrerkonfiguration einen viel engeren Kreis steuern. Das Lenken nur der Hinterräder würde Verkleidungsstörungen vermeiden, aber es ist schwierig, ein stabiles Fahrzeug nur mit Hinterradlenkung zu bauen. Der Velayo verwendet eine Dreiradkonfiguration und lenkt nur das Hinterrad. aber es wurde nur in kleinen Stückzahlen produziert. Die experimentellen Velomobile Kingsbury Fortuna und Quattro steuerten alle Räder; Dieser Ansatz vermeidet einige der Stabilitätsprobleme der Hinterradlenkung und verringert gleichzeitig den Lenkwinkel der Vorderräder. Dieser Ansatz hat jedoch (Stand 2017) bei Velomobilen keine breitere Anwendung gefunden.

Die Verkleidung eines Velomobils schützt den Antriebsstrang sowie den Fahrer vor Witterungseinflüssen. Die Wartung des Antriebsstrangs ist im Vergleich zu anderen Fahrrädern, insbesondere zu ungerechtfertigten Fahrrädern, bei denen das Vorderrad Staub, Schlamm und schmutziges Wasser, das direkt auf der Kette landet, aufwirbelt und den Abrieb des Antriebsstrangs - einschließlich Kette und - erhöht, häufig verringert Kettenräder, manchmal aber auch Umwerfer. Die Verkleidung eines Velomobils neigt dazu, sowohl die Menge als auch die Art der Sandlandung auf dem Antriebsstrang zu begrenzen. Einige Zyklen verwenden einen Zahnriemenantrieb, der weniger von Körnung betroffen ist, leiser als eine Kette ist und möglicherweise leichter ist. Riemen sind jedoch nur in vorgewählten Größen erhältlich. Viele Liegeräder, einschließlich der meisten Velomobile, haben einen langen Antriebsstrang, für den keine geeigneten Zahnriemen verfügbar sind.

Velomobile sind deutlich sperriger als herkömmliche Fahrräder. Ferner kann die Karosserie typischerweise nicht viel zerlegt werden, wohingegen herkömmliche Zyklen oft zerlegt werden können, um in eine Schachtel oder einen Beutel mit ähnlichen Abmessungen wie der Rahmen zu passen. Dies erschwert wiederum den Transport von Velomobilen.

Velomobile werden häufig aus einigen Standard-Fahrradteilen hergestellt, aber auch aus vielen Teilen, die für Velomobile oder sogar für eine bestimmte Marke oder ein bestimmtes Modell spezifisch sind. Außerdem ist die Karosserie groß und kann etwa halb so schwer sein wie ein Velomobil. Um das Gewicht zu reduzieren, besteht der Körper häufig aus leichteren, aber teureren Materialien. Außerdem sind die Produktionsmengen gering, so dass sowohl für Teile als auch für Arbeitskräfte keine Vorteile der Massenproduktion bestehen. Ab 2017 haben viele Velomobilhersteller eine jährliche Produktion in der Größenordnung von zehn oder vielleicht einigen hundert Velomobilen. Zusammengenommen bedeuten diese Faktoren, dass Velomobile oft viel teurer sind als andere Fahrradtypen.

Als Beispiel für Preise und Preis-Gewichts-Kompromisse bietet der Hersteller Trisled ab April 2017 sein Modell "Rotovelo" entweder mit einer rotationsgeformten Kunststoffverkleidung oder mit einer Kohlefaserverkleidung (sowie einigen anderen gewichtssparenden Änderungen) an. Die Körperformen und das zugrunde liegende Gerüst sind ähnlich; Die rotationsgeformte Version wiegt 33 Kilogramm und hat einen Listenpreis von 6500 Au $, während die Kohlefaserversion 20 Kilogramm wiegt und einen Listenpreis von 10900 Au $ hat.

Ein Großteil des fahrradbezogenen Infrastrukturdesigns basiert auf der typischen Konfiguration eines aufrechten Fahrrads. Beispielsweise werden bei multimodalen Transporten wie Fahrrad- / Zug- / Fahrradrouten häufig Fahrradständer im Zug verwendet, und die Abmessungen der Gepäckträger und auch der Zugein- / -ausgang setzen ein herkömmliches Fahrrad voraus. In ähnlicher Weise weisen Radwege häufig Poller oder S-Kurvenwege auf, um das Eindringen von Kraftfahrzeugen zu verhindern, und der Einstieg ist häufig für aufrechte Fahrräder beabstandet, kann jedoch zu eng sein oder eine zu scharfe Kurve erfordern, um durch einige Velomobile zu gelangen.


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