2021-12-31
Hamowanie samochodu poruszającego się po łuku
2017-12-01
Rozważania tego zagadnienia wymagają przypomnienia:
- co to jest kąt znoszenia bocznego koła
- jaka jest zależność, w postaci wykresu, pomiędzy siłą boczną (na styku opony i nawierzchni drogi) a kątem znoszenia bocznego koła dla rożnych rodzajów nawierzchni i opon
Siły działające na samochód podczas: rys.a - ruchu po łuku, gdy koła nie są hamowane, a siła odśrodkowa jest równoważona przez sumę sił bocznych; rys.b - ruchu po łuku,
w chwili, w której rozpoczyna się hamowanie kół, bez ich blokowania, ale siła odśrodkowa nie jest jeszcze równoważona przez sumę sił bocznych; rys.c - ruchu po łuku, gdy koła
są hamowane, bez ich blokowania a siła odśrodkowa jest równoważona przez sumę sił bocznych. Oznaczenia na rysunku: FB1 do FB12 - siły boczne działające na koła samochodu;
FH5 do FH12 - siły hamowania działające na koła samochodu; FOP1 i FOP2 - siły odśrodkowe działająca na samochód; VP1 i VP2 - prędkości samochodu; αP1 i αP2 - kąty znoszenia prawego
przedniego koła samochodu; αT1 i αT2 - kąty znoszenia prawego tylnego koła samochodu.
Dla uproszczenia naszych rozważań przyjmujemy, że przed hamowaniem, samochód porusza się po łuku w warunkach równowagi, czyli siła odśrodkowa (FOP1, rys.35a), która na niego działa, jest równoważona przez sumę się bocznych, wszystkich kół pojazdu (FB1 do FB4). Aby na styku opony i nawierzchni drogi powstała siła boczna, koło musi poruszać się z określoną wartością kąta znoszenia bocznego. W tym przykładzie przyjrzymy się zewnętrznym kołom - przedniemu i tylnemu. Kąt znoszenia bocznego, np. prawego przedniego koła (αP1, rys.35a), zawiera się pomiędzy
płaszczyzną symetrii koła (1), a kierunkiem ruchu koła (2).
Przeanalizujemy teraz zachowanie samochodu, jadącego po łuku, w chwili rozpoczęcia hamowania (rys.35b) oraz już w jego trakcie (rys.35c).
- Z chwilą naciśnięcia pedału hamulca rozpoczyna się hamowanie (rys.35b). Przyjmujemy w tym przykładzie, że żadne z kół nie zostanie zablokowane. Pojawiają się siły hamowania (FH5 i FH8). Powodują chwilowe zmniejszenie wartości sił bocznych (FB5 do FB8), ponieważ maleje wartość współczynnika tarcia bocznego opony o nawierzchnię, (rys.24 w „Dodatku Technicznym” pt. „Układy ABS - cz.1”).
- Bezpośrednio po naciśnięciu pedału hamulca, siła odśrodkowa FOP1 działająca na samochód będzie większa od sumy sił bocznych (FB5 do FB8, rys.35b) działających na wszystkie koła pojazdu (przed rozpoczęciem hamowania była równowaga pomiędzy tymi siłami - rys.35a). Początkowo nie zmienią się również wartości kątów znoszenia bocznego poszczególnych kół - w naszym przykładzie zewnętrznych kół osi przedniej i tylnej (αP1 i αT1)
- Dla uzyskania ponownej równowagi pomiędzy siłą odśrodkową (FOP3,) a sumą sił bocznych (FB9 do FB12) działających na wszystkie koła pojazdu, muszą wzrosnąć wartości kątów znoszenia dla poszczególnych kół pojazdu. W naszym przykładzie wartości kątów znoszenia kół zewnętrznych osi przedniej i tylnej rosną od wartości αP1 i αT1 (rys.35a i b) do wartości αP2 i αT2 (rys.35c).
Poszukiwanie tej równowagi wiąże się z określonym zachowaniem samochodu na łuku. Jeśli kąty znoszenia kół przednich wzrosną o większa wartość niż kąty znoszenia kół tylnych, wówczas zwiększy się promień toru ruchu samochodu (rys.36a) - mówimy o podsterownym zachowaniu się samochodu.
Jeśli kąty znoszenia kół tylnych wzrosną o większą wartość niż kąty znoszenia kół przednich, wówczas zmniejszy się promień toru ruchu samochodu (rys.36b) - mówimy o nadsterownym zachowaniu się samochodu.
Jeśli kąty znoszenia kół przednich i tylnych wzrosną o taką samą wartość, wówczas promień toru ruchu samochodu nie zmieni się (rys.36c), ale samochód wykonuje obrót o określony kąt, wokół swojej osi pionowej, w tę samą stronę, w którą skręca lub inaczej, przód samochodu zbliża się do wewnętrznej a tył do zewnętrznej strony zakrętu. Mówimy wówczas o neutralnym zachowaniu się samochodu.
Zachowania samochodu, który jedzie w zakręcie i jest hamowany, proszę nie mylić z tzw. charakterystyką sterowności pojazdu (pod-, nadsterowną lub neutralną). Przy jej wyznaczaniu samochód przejeżdża zakręt ze stałą prędkością, a więc bez przyspieszania lub hamowania.
Analizując bardzie szczegółowo przypadek hamowania samochodu poruszającego się po łuku (rys.36), należałoby jeszcze uwzględnić, że:
- zwiększenie wartości kątów znoszenia bocznego zmniejsza wartości współczynników tarcia wzdłużnego, co zmniejsza siły hamowania (FH9 do FH12);
- w trakcie przejazdu łuku i jednoczesnego hamowania, zmniejsza się prędkość pojazdu, np. od wartości VP1 do VP2, co ogólnie ujmując wpływa na zachowanie się samochodu, np. maleje wartość siły odśrodkowej.
W przykładach na rys.35 i 36 założyliśmy między innymi, że jest osiągana równowaga pomiędzy siłą odśrodkową a siłami bocznymi. Może być jednak tak, że na łuku drogi hamujemy samochód, który jedzie z prędkością zbliżoną do maksymalnej, z którą dany zakręt można przejechać. Przed rozpoczęciem hamowania siła odśrodkowa jest równoważona siłami bocznymi poszczególnych kół, ale po rozpoczęciu hamowaniu siły boczne o niższych wartościach mogą nie być w stanie, zrównoważyć siły odśrodkowej.
W przykładach na rys.35 i 36 założyliśmy również, że podczas hamowania nie nastąpi zablokowani jednego lub więcej kół pojazdu. Teraz, analogicznie jak przy ruchu samochodu po linii prostej (podrozdział 6.1.), przeanalizujemy zachowanie się samochodu poruszającego się po łuku i jednocześnie hamowanego, gdy podczas tego hamowania nastąpi zablokowanie przednich, tylnych lub wszystkich kół. W odróżnieniu od ruchu po linii prostej, na łuku nastąpi natychmiastowa zmiana toru ruchu.
- Jeśli zostaną zablokowane koła osi przedniej (rys.37a), czyli samochód utraci kierowalność, promień toru ruchu przewidywanego przez kierowcę (T1, rys.37b), nagle się zwiększy - tor T2. Jeśli kierowca nie będzie przeciwdziałał tej zmianie toru ruchu, to samochód będzie poruszał się po prawie prostym torze ruchu (tor T2) i „opuści” zakręt po jego zewnętrznej stronie. Aby się ratować, kierowca powinien zmniejszyć siłę hamowania (trudne bez treningu) lub przerwać hamowanie - dla odzyskania możliwości kierowania samochodem, a następnie wykonać korektę toru ruchu samochodu, jeśli na nią pozwoli przyczepność opon do nawierzchni.
- Jeśli zostaną zablokowane koła osi tylnej (rys.38a), czyli samochód utraci stateczność, promień toru ruchu przewidywany przez kierowcę (T1, rys.38b), nagle się zmniejszy - tor T2. Jeśli kierowca nie będzie przeciwdziałał tej zmianie toru ruchu, to samochód będzie wykonywał obrót wokół swojej osi pionowej i tor ruchu samochodu będzie się zacieśniał. Samochód może wykonać obrót o znaczy kąt (nawet o półobrotu lub więcej) i „opuści” zakręt po jego wewnętrznej stronie. Aby się ratować, kierowca powinien wykonać tzw. kontrę kierownicę - np. w sytuacji przedstawionej na rys.38b należy skręcić kierownicą w prawo, zmniejszyć siły hamowania lub przerwać hamowanie, aby zdecydowanie zwiększyć wartość sił bocznych kół tylnych (FB3 i FB4, rys.38a).
- Jeśli zostaną zablokowane wszystkie koła pojazdu (rys.39a), wówczas tor ruchu samochodu, przewidywany przez kierowcę (T1, rys.39b), odchyli się nagle w kierunku zewnętrznej strony zakrętu - tor T2. Jeśli kierowca nie będzie przeciwdziałał tej zmianie toru ruchu, to samochód zostanie dosłownie wyrzucony na zewnętrzną stronę zakrętu. W stosunku do sytuacji, gdy zablokowaniu ulegną tylko przednie koła samochodu (rys.37b), samochód opuści drogę ustawiony pod innym katem względem toru ruchu (rys.39b), a z praktyki dopowiem, że uczyni to bardziej „gwałtownie”. Aby się ratować, kierowca powinien w praktyce natychmiast przerwać hamowanie, aby na wszystkich kołach pojazdu pojawiły się ponownie siły boczne (FB1 do FB4). Zmniejszenie wartości sił hamowania, może się okazać niewystarczające, bo siły boczne dla kół hamowanych, mniejsze od sił bocznych dla kół niehamowanych, mogą nie powstrzymać samochodu poruszającego się w kierunku zewnętrznej strony zakrętu.
Tekst pochodzi z Dodatku technicznego do WIADOMOŚCI Inter Cars SA nr 48/marzec 2013 „Układ ABS część 2 Kompendium praktycznej wiedzy”
