Siła hamowania a siła boczna | MOTOFAKTOR

Siła hamowania a siła boczna

W poprzednich artykułach do których linki znajdują się w tekście opisano siłę hamowania, napędową i boczną. Czas by przedstawić zależności pomiędzy nimi. Ten artykuł poświęcę siłom: hamowania i bocznej.

Dla uproszczenia naszych rozważań zakładam, że siła nacisku koła na nawierzchnię drogi ma stałą wartość. W warunkach rzeczywistych przy: przyspieszaniu, hamowaniu czy jeździe po łuku jej wartość się zmienia.

 

Zmiany wartości współczynnika tarcia wzdłużnego opony podczas hamowania i jazdy na wprost na różnych rodzajach nawierzchni

Ilustracja 1 przedstawia zależności wartości współczynnika tarcia wzdłużnego opony µW od współczynnika poślizgu koła przy hamowaniu PKH, dla pięciu różnych rodzajów nawierzchni drogi. Nawierzchnią odniesienia dla tego rysunku jest suchy asfalt. Maksymalna wartość współczynnika tarcia wzdłużnego opony µW przy hamowaniu, oznaczona jako HMTA, przyjętej na rysunku w skali względnej, jest równa 1.

zależności wartości współczynnika tarcia wzdłużnego opony µW od współczynnika poślizgu koła przy hamowaniu PKH, dla pięciu różnych rodzajów nawierzchni drogi
Ilustracja 1. Zależności współczynnika tarcia wzdłużnego opony W, od poślizgu koła przy hamowaniu PKH, dla następujących nawierzchni, z którą współpracuje opona: A – suchy asfalt (na tym rysunku jest to nawierzchnie odniesienia; maksymalna wartość współczynnika tarcia wzdłużnego W dla niej ma wartość 1 w skali względnej); B – mokry asfalt; C – żwir; D – sypki śnieg; E – lód. Charakterystyczne punkty linii wykresu: T – zerowa wartość współczynnika tarcia wzdłużnego opony W dla opony toczącej się bez poślizgu; HMTA, HMTB i HMTE – maksymalne wartości współczynnika tarcia wzdłużnego opony W przy hamowaniu, dla odpowiednio: suchego asfaltu, mokrego asfaltu i lodu; od ZA do ZE – wartości współczynnika tarcia wzdłużnego opony W, osiągane przy poślizgu koła przy hamowaniu o wartości równej 1 (koło jest zablokowane). (Źródło: Robert Bosch)

Na podstawie wykresu na ilustracji 1 można sformułować poniższe wnioski.

  • Dla nawierzchni twardych (linie wykresu: A, B i E), również mokrych, współczynniki tarcia wzdłużnego opony µW osiągają maksymalne wartości (punkty oznaczone: HMTA, HMTB i HMTE) dla współczynnika poślizgu koła przy hamowaniu PKH w zakresie od ok. 0,1 do 0,3.
  • Dla nawierzchni twardych (linie wykresu: A, B i E), dla koła zablokowanego (PKH= 1) wartości współczynnika tarcia wzdłużnego opony µW (punkty oznaczone: ZA, ZB i ZE) mają wartości niższe od maksymalnych (punkty oznaczone: HMTA, HMTB i HMTE).

Co to oznacza praktycznie dla kierowcy? Największą wartość siły hamowania można uzyskać wówczas, gdy wartość współczynnika tarcia wzdłużnego opony µW osiąga wartość maksymalną (punkty oznaczone: HMTA, HMTB i HMTE). Zablokowanie koła (PKH = 1) powoduje obniżenie wartości współczynnika tarcia wzdłużnego (punkty oznaczone: ZA, ZB i ZE) a więc obniżenie wartości siły hamowania.

Proszę zauważyć, że na lodzie (linia E wykresu), maksymalna wartość współczynnika tarcia wzdłużnego opony µW jest niska (punkt HMTE), a po zablokowaniu koła (PKH = 1), jego wartość jeszcze się obniża (punkt ZE). Wniosek – na nawierzchni pokrytej lodem, zablokowanie koła, znacznie obniża już i tak relatywnie niewielką siłę hamowania.

Inaczej jest na nawierzchniach luźnych lub sypkich (linie wykresu: C i D). Na nich współczynnik tarcia wzdłużnego opony µW osiąga wartości maksymalne (rys. 1; oznaczone jako: ZC i ZD) dla koła zablokowanego (PKH = 1). Jest to spowodowane innym mechanizmem hamowania koła – prezentuje go ilustracja 2.

Mechanizm hamowania na materiałach sypkich
Ilustracja 2. Podczas hamowania koła zablokowanego (PKH = 1), na żwirze, piasku lub sypkim śniegu, podobnie jak na każdej innej nawierzchni, na styku opony z nawierzchnią drogi powstaje siła hamowania FH1. Jej wartość zależy od wartości współczynnika tarcia wzdłużnego opony W i wartości siły docisku koła FNK do drogi. Dodatkowo koło jest hamowane siłą hamowania FH2, generowaną przez pchany przed oponą wał oporowy ze żwiru, piasku lub sypkiego śniegu. Całkowita siła hamowania koła jest równa sumie obu sił hamowania.

Zmiany wartości współczynnika tarcia wzdłużnego opony podczas hamowania i jazdy na wprost, przy różnych prędkościach pojazdu

Zależność tę prezentuje ilustracja 3. Dla suchej asfaltobetonowej nawierzchni wzrost prędkości jazdy od V1 do V3 powoduje obniżenie wartości współczynnika tarcia wzdłużnego opony µW w całym zakresie współczynnika poślizgu koła przy hamowaniu PKH.

Jeśli samochód jedzie z prędkością V1 po suchym asfaltobetonie i z tą samą prędkością wjedzie na mokry asfaltobeton to wartości współczynnika tarcia wzdłużnego opony µW zmniejszą się w całym zakresie współczynnika poślizgu koła przy hamowaniu PKH. Jeśli prędkość jazdy samochodu po mokrym asfaltobetonie będzie rosnąć (od V1 do V3) to wartości współczynników tarcia wzdłużnego opony µW będą maleć też w całym zakresie współczynnika poślizgu koła przy hamowaniu PKH.

Wzrost prędkości jazdy, szczególnie na nawierzchniach o niższych wartościach współczynnika tarcia wzdłużnego – w naszym przykładzie na ilustracja 3 jest to mokry asfaltobeton, powoduje wzrost różnicy pomiędzy maksymalną wartością współczynnika tarcia wzdłużnego opony µW a wartością tego współczynnika dla koła zablokowanego.

Zmiany wartości współczynnika tarcia wzdłużnego opony podczas hamowania i jazdy na wprost, przy różnych prędkościach pojazdu
Ilustracja 3. Zależność współczynnika tarcia wzdłużnego opony W, od poślizgu koła przy hamowaniu PKH, dla dwóch rodzajów nawierzchni (patrz legenda na dole rysunku) i różnych prędkości jazdy samochodu (V1, V2 i V3). (Źródło: Robert Bosch)

Zmiany wartości współczynnika tarcia bocznego opony dla różnych rodzajów nawierzchni

Przedstawia je ilustracja 4. Linie na wykresie odpowiadają czterem różnym nawierzchnią drogi. Mają podobny kształt, tzn. dla określonej wartości kąta znoszenia koła α współczynnik tarcia bocznego opony µB osiąga wartość maksymalną.

Zmiany wartości współczynnika tarcia bocznego opony dla różnych rodzajów nawierzchni
Ilustracja 4. Zależność współczynnika tarcia bocznego opony μB od kąta znoszenia koła , dla następujących rodzajów nawierzchni: A – suchy, szorstki beton (na tym rysunku jest to nawierzchnie odniesienia; maksymalna wartość współczynnika tarcia bocznego B dla niej ma wartość 1 w skali względnej); B – suchy, gładki beton; C – droga pokryta śniegiem; D – szorstki lód.

Zmiany wartości współczynnika tarcia wzdłużnego i bocznego opony podczas hamowania z jednoczesną jazdą po łuku

Podczas hamowania i jazdy po łuku wartości obu współczynników są zależne od wartości współczynnika poślizgu koła przy hamowaniu PKH i kąta znoszenie koła α. Zależności przedstawia ilustracja 5.

Zmiany wartości współczynnika tarcia wzdłużnego i bocznego opony podczas hamowania z jednoczesną jazdą po łuku
Ilustracja 5. Linie na wykresie przedstawiają: 1, 2 i 3 – zależność współczynnika tarcia wzdłużnego opony W od współczynnika poślizgu koła przy hamowaniu PKH dla kątów znoszenia koła o wartościach odpowiednio: 0o, 2o i 10o; A i B – zależność współczynnika tarcia bocznego opony μB od współczynnika poślizgu koła przy hamowaniu PKH dla kątów znoszenia koła o wartościach odpowiednio: 2o i 10o. Oznaczenia na rysunku: μWT – współczynnik tarcia wzdłużnego opony koła toczącego się bez poślizgu (PKH = 0); μW1, μW3, μW5 – maksymalne wartości współczynnika tarcia wzdłużnego opony przy hamowaniu, dla kątów znoszenia koła o wartościach odpowiednio: 0o, 2o i 10o; μW2, μW4, μW6 – wartości współczynnika tarcia wzdłużnego opony koła zablokowanego (PKH = 1), dla kątów znoszenia koła o wartościach odpowiednio: 0o, 2o i 10o; μB1, μB3 – wartości współczynnika tarcia bocznego opony koła toczącego się bez poślizgu (PKH = 0), dla kątów znoszenia koła o wartościach odpowiednio: 2o i 10o; μB2, μB4 – wartości współczynnika tarcia bocznego opony koła zablokowanego (PK = 1) dla kątów znoszenia bocznego koła o wartościach odpowiednio: 2o i 10o. Wykres jest wykonany dla opony radialnej, współpracującej z suchym asfaltem. Na tym rysunku współczynnik tarcia wzdłużnego opony μW1 ma w skali względnej wartość 1. (Źródło: Robert Bosch)

Jeśli koło nie jest hamowane – toczy się, to niezależnie czy porusza się na wprost czy po łuku, zawsze współczynnik tarcia wzdłużnego opony µW ma wartość 0 (punkt µWT).

Jeśli koło porusza się na wprost (linia 1) to siła boczna nie występuje. Wartość współczynnika tarcia wzdłużnego opony µW zależy tylko od wartości współczynnika poślizgu koła przy hamowaniu PKH.

Jeśli koło jest hamowane i porusza się po łuku przy kącie znoszenia koła α = 2o (linia 2) to:

  • w całym zakresie wartości współczynnika poślizgu koła przy hamowaniu PKH;
  • wartości współczynnika tarcia wzdłużnego opony µW będą niższe w porównaniu do wartości tych współczynników dla koła hamowanego, ale poruszającego się po linii prostej (linia 1).

Jeśli koło nie jest hamowane (PKH = 0) i porusza się po łuku przy kącie znoszenia koła α = 2o (linia A) to współczynnik tarcia bocznego opony ma wartość µB1. Dla określonego rodzaju nawierzchni i kąta znoszenia koła α wartość współczynnika tarcia bocznego opony µB1 można odczytać z wykresu na rys. 4. Wzrost poślizgu koła przy hamowaniu PKH od wartości PKH = 0 do wartości PKH = 1 powoduje zmniejszenie współczynnika tarcia bocznego opony od wartości µB1 do wartości µB2.

Jeśli koło jest hamowane i porusza się po łuku przy kącie znoszenia koła zwiększonym do α = 10o (linia 3) to w całym zakresie wartości współczynnika poślizgu koła przy hamowaniu PKH nastąpi dalsze obniżenie wartości współczynnika tarcia wzdłużnego opony µW. Zakładamy tu, że jesteśmy w zakresie wartości kąta znoszenia koła α, w którym jego wzrost powoduje wzrost wartości współczynnika tarcia bocznego opony µB – patrz ilustracja 4.

Jeśli koło nie jest hamowane (PKH = 0) i porusza się po łuku przy kącie znoszenia koła zwiększonym do α = 10o (linia B) to współczynnik tarcia bocznego opony ma wartość µB3, większą od µB1. Wzrost poślizgu koła przy hamowaniu PKH od wartości PKH = 0 do wartości PKH = 1 powoduje zmniejszenie współczynnika tarcia bocznego opony od wartości µB3 do wartości µB4, przy czym wartość µB4 jest większa od µB2.

Z wykresu na ilustracji 5 wypływa ważny wniosek. Jeśli koło porusza się po łuku, jest jednocześnie hamowane a wartość współczynnika poślizgu koła przy hamowaniu PKH zbliża się do wartości 1 (koło jest bliskie zablokowaniu) lub jest równa 1 (zostało zablokowane), to wartości współczynnika tarcia bocznego opony µB zbliżają się do najniższych wartości lub je osiągają (punkty oznaczone: µB2 i µB4). Wówczas siła boczna działająca na koło może mieć za małą wartość, aby:

  • w przypadku przedniego koła – wymusić zmianę kierunku ruchu samochodu lub utrzymać samochód na zamierzonym torze ruchu;
  • w przypadku tylnego koła – utrzymać samochód na zamierzonym torze ruchu.

Co się dzieje na styku koła z podłożem- cz. 1

Co się dzieje na styku koła z podłożem- cz. 2

Chcesz być na bieżąco z informacjami? Obserwuj nas w wiadomościach Google:

belka Wiadomości Google

Zdjęcie otwierające: Jan Mallander / Pixabay