Warto wiedzieć

Analizy przyczyn wypadków wskazują, że często ich przyczyną było błędne zachowanie kierowcy. O przebiegu wypadku decydują ułamki sekund, w czasie których kierowca musi podjąć działanie, często sprzeczne z działaniem odruchowym, którym przeważnie jest hamowanie. Zwalczenie w sobie tego odruchu wymaga treningu i jeszcze raz treningu oraz określonych zdolności psychicznych u kierowcy. W większości sytuacji prawidłowym manewrem jest omijanie pojawiającej się przeszkody na drodze, poprzedzone ewentualnie hamowaniem, które jednak nie może pozbawić kierowcy możliwości panowania nad pojazdem. Przeważnie jednak hamowanie podjęte w następstwie odruchu jest zbyt silne i prowadzi do zablokowania kół samochodu, a w konsekwencji do utraty przez kierowcę możliwości kierowania samochodem. Gdy hamowany jest pojazd poruszający się po prostej, cała siła tarcia występująca pomiędzy oponą a drogą może być wykorzystana do hamowania pojazdu – to zagadnienie zaprezentuję w tej części artykułu. W drugiej przedstawię proces hamowania samochodu poruszającego się po łuku oraz zasady pracy układu ABS.

Siły na styku opony z nawierzchnią drogi
Koło jest dociskane do nawierzchni drogi siłą pionową FP (rys. 1). W warunkach statycznych, jej wartość wynika z rozkładu masy pojazdu. Gdy samochód jedzie, wartość siły pionowej FP zależy również od sił działających na samochód, podczas: hamowania, przyspieszania i jazdy po łuku. Jej wartość zależy też od sprawności amortyzatorów. Siła hamowania FH powstaje podczas hamowania pojazdu - hamulcami lub „silnikiem”. Wartość siły FH obliczamy z wzoru (1):

Z wzoru (1) obliczamy również wartość siły napędowej FN. Siła boczna FB powstaje jako reakcja na siłę działającą prostopadle do płaszczyzny symetrii koła, np. odśrodkową przy jeździe po łuku lub pochodzącą od naporu wiatru na bok samochodu. Siła boczna FB powoduje odkształcenie opony - rys. 2. Wartość siły FB obliczamy z wzoru (2):

Poślizg koła PK przy hamowaniu
Aby na styku opony z nawierzchnią drogi powstała: siła hamowania FH lub napędowa FN (rys. 1), gdy koło jest odpowiednio hamowane lub napędzane, konieczne jest wystąpienie tzw. poślizgu koła PK. Jego wartość obliczamy ze wzoru (3):

Charakterystyczne wartości poślizgu koła, dla koła hamowanego, ilustruje rys.3. Przykładowo, jeśli samochód jedzie z prędkością 50 km/h, ale prędkość obwodowa hamowanego koła, która wynika z jego prędkości obrotowej, wynosi 40 km/h, to znaczy, że koło ma poślizg o wartości 20 procent.

Siła hamowania przy jeździe po prostej
Wartość siły hamowania FH (napędowej FN również) zależy istotnie od wartości współczynnika przyczepności wzdłużnej μW, zależnej od:
- wartości poślizgu koła PK;
- prędkości ruchu samochodu;
- konstrukcji opony i jej rozmiaru;
- rodzaju nawierzchni, z którą współpracuje opona.

Wykresy na rys. 4 przedstawiają wartość tego współczynnika dla różnych wartości poślizgu koła PK i czterech różnych rodzajów nawierzchni drogi. Przeanalizujmy linie wykresów na rys. 4.
- Jeśli wartość poślizgu koła PK wynosi 0 procent (pkt. 1, rys. 4), wartość współczynnika przyczepności wzdłużnej μW, a więc również siły hamowania, jest równa zero, dla wszystkich rodzajów nawierzchni (linie od A do D).
- Dla wszystkich rodzajów nawierzchni (linie A, B i D), z wyjątkiem sypkiego piasku lub śniegu (linia C) maksymalna wartość współczynnika przyczepności wzdłużnej μW, a więc również siły hamowania, występuje przy poślizgu koła PK o wartości od 15 do 20 procent (punkty: 2, 4 i 8). Jeśli koło zostanie zablokowane, czyli wartość poślizgu PK = 100 procent, wartość współczynnika przyczepności wzdłużnej μW, a więc również siły hamowania, jest mniejsza od maksymalnej (punkty: 3, 5 i 9). Spadek wartości współczynnika przyczepności wzdłużnej μW, a więc i siły hamowania, po zablokowaniu koła, jest odczuwalny na nawierzchni o niższej wartości współczynnika przyczepności wzdłużnej μW, takiej jak mokry asfalt (linia B) lub na nawierzchni o bardzo małej wartości współczynnika przyczepności wzdłużnej μW, takiej jak lód (linia D).
- Na sypkim piasku lub śniegu (linia C) maksymalna wartość współczynnika przyczepności wzdłużnej μW, a więc również siły hamowania, występuje dla koła zablokowanego, natomiast przy wartości poślizgu ok. 20 procent, wartość współczynnika przyczepności wzdłużnej μW jest niższa od maksymalnej (punkt 7). Przyczynę ilustruje rys. 5.
- Im większa jest prędkość samochodu, tym wartość współczynnika przyczepności wzdłużnej μW jest mniejsza (tego wykresy na rys.4 nie ilustrują).
- Dla wszystkich rodzajów nawierzchni (linie A, B i D), z wyjątkiem sypkiego piasku lub śniegu (linia C), podczas hamowania samochodu jadącego po prostej, przy pracującym układzie ABS, stara się on dla każdego rodzaju nawierzchni uzyskać maksymalną wartość siły hamowania, przez utrzymanie wartości poślizgu koła PK w zakresie, w którym jest osiągana maksymalna wartość współczynnika przyczepności wzdłużnej μW - patrz zielony prostokąt rys. 4.
- Na sypkim piasku lub śniegu (linia C) system ABS stara się utrzymać wartość poślizgu koła PK w zakresie zaznaczonej zielonym prostokątem na linii C wykresu, ale uzyskana wartość współczynnika przyczepności wzdłużnej μW (punkt 6) jest niższa niż występująca przy kole zablokowanym, który charakteryzuje poślizg koła o wartości PK = 100 procent (punkt 7).

Symetria sum sił hamowania po obu stronach pojazdu
Podczas hamowania, ze względu na zachowanie stabilności pojazdu, ważne jest, aby sumy sił hamowania po obu stronach pojazdu były równe (rys. 6). Brak tej symetrii może być spowodowany przykładowo:
- niesprawnością hamulców
- różnymi rodzajami ogumienia lub nieprawidłowym ciśnieniem w ogumieniu, po obu stronach pojazdu;
- różnymi wartościami współczynnika przyczepności wzdłużnej μW dla kół po lewej i prawej stronie pojazdu.

Ostatni z czynników może być groźny dla kierowców, gdyż może pojawić się niespodziewanie (rys. 7). Tu pomocą służy układ ABS (rys. 8).

Rys. 8. Jeśli samochód z pracującym układem ABS hamuje w takich warunkach, że wartość współczynnika przyczepności wzdłużnej uWL (np. mokry asfalt) nawierzchni znajdującej się pod lewymi kołami jest większa niż wartość współczynnika przyczepności wzdłużnej uWP (np. lód) nawierzchni znajdującej się pod prawymi kołami, wówczas układ ABS, dla zachowania prostoliniowego toru ruchu (rys.a), przy jeździe po prostej, utrzymuje w cylinderkach hamulcowych kół jadących po nawierzchni o większej wartości współczynnika przyczepności wzdłużnej (po lewej stronie na rys.a) ciśnienie płynu hamulcowego równe ciśnieniu panującemu w cylinderkach hamulcowych kół jadących po nawierzchni o mniejszej wartości współczynnika przyczepności wzdłużnej (po prawej stronie na rys. a). Wówczas sumy sił hamowania po lewej FHL i prawej FHP stronie pojazdu są równe. Taki sposób regulacji ciśnienia przez układ ABS pozwala zachować prostoliniowy tor jazdy, ale znacznie wydłuża drogę hamowania. Aby skrócić drogę hamowania, układy ABS niektórych pojazdów dopuszczają występowanie nieco większych sił hamowania, po tej stronie, której koła poruszają się po nawierzchni o większej wartości współczynnika przyczepności wzdłużnej (rys.b). Powstaje wówczas niewielki moment obrotowy MO , który powoduje obrót samochodu wokół osi pionowej, dlatego kierowca musi skręcić koła przednie o niewielki kąt, aby powstał moment obrotowy korygujący MK , równoważący moment obrotowy MO.

mgr inż. Stefan Myszkowski