Wielu sądzi, że przyczepność ich pojazdu zależy od hamulców czy zawieszenia. Przeczytaj i sprawdź, co tak naprawdę jest kluczowym elementem decydującym o przyczepności pojazdu.
Sportowy samochód wielu nam kojarzy się z mocnym silnikiem, ogromnymi tarczami hamulcowymi i twardym zawieszeniem przenoszącym pojazd przez szybko pokonywany zakręt. Bardzo często zwrotność i przyczepność przypisywane są jedynie pracy sprężyn i amortyzatorów. Ten trend widoczny jest szczególnie pośród kierowców usprawniających swoje samochody, obniżając je i utwardzając oczekując efektów w postaci poprawionego prowadzenia.
O przyczepności pojazdu decydują opony
Niestety, mało kto zdaje sobie sprawę, iż kluczowym elementem wpływającym na prowadzenie samochodu są nie zawieszenie, a opony. Przyspieszanie, hamowanie, siły odśrodkowe działające w zakręcie, wszystko to jest przenoszone poprzez opony, a dokładniej przez mała powierzchnię ich z styku z nawierzchnią.
Wysoka przyczepność pojazdu to gwarancja naszego bezpieczeństwa.
Obserwując ulicznych „ścigantów”, niejednokrotnie odnosi się wrażenie, iż są oni zupełnie odmiennego zdania. Ogromne moce silników, wielkie spoilery, twarde i niskie zawieszenia, duże i wydajne hamulce, to w nich upatruje się receptę na przyczepność. Jednak bardzo często zapomina się, iż wszystkie te parametry, uzyskiwane przez te nieraz kosztujące fortunę podzespoły, tak naprawdę i tak muszą być przeniesione przez ten skrawek czarnej gumy.
Czym jest przyczepność?
Przyczepność opon to tarcie pomiędzy dwiema powierzchniami – gumą opony a podłożem. Nie jest to jednak wartość stała, zależy od temperatury, ciśnienia i co najważniejsze od śliskości podłoża. Co ciekawe, najwyższy poziom przyczepności osiągany jest przy delikatnym uślizgu opony.
Dlaczego tak się dzieje? Przyjrzyjmy się temu zjawisku bliżej. Guma, wchodzi w interakcję z podłożem w dość specyficzny sposób, gdyż na przyczepność ma wpływ zjawisko zwane adhezją. Adhezja ma miejsce gdy molekuły gumy maja bezpośredni kontakt z podłożem. Guma jest polimerem, natomiast asfalt ma strukturę krystaliczną. Gdy obie te struktury spotkają się z dużą prędkością, molekuły gumy odkształcają się. Niektóre wiązania pękają, inne na nowo powstają, ten proces powtarza się cyklicznie podczas przeciągania jednej powierzchni po drugiej. Takie rozrywanie i ściskanie wiązań molekularnych absorbuje energię, zwaną właśnie siłą adhezji. Siła ta osiąga swą maksymalną wartość, gdy różnica prędkości zawiera się pomiędzy 0.03-0.06 metrów na sekundę.
Najlepsza przyczepność na granicy uślizgu
Gdy różnica prędkości jest większa, zjawisko adhezji ustępuje w znacznym stopniu histerezie - pochodnej deformacji powierzchni opony. W wyniku tego procesu niektóre obszary gumy ulegają kompresji, inne natomiast rozciągnięciu. Aby rozciągnięcie było możliwe, atomy gumy muszą poruszać się względem siebie, takiemu procesowi musi towarzyszyć tarcie, które powoduje podgrzanie się opony. Proces ten absorbuje energię, bardzo podobną do adhezji, tyle że tym razem określanej jako tarcie wewnętrzne.
Kiedy więc przyczepność będzie największa? Idealną przyczepność uzyskujemy wtedy, gdy podróżujemy na granicy uślizgu (nawet lekko ją przekraczając), mieszanka gumy jest miękka, podłoże natomiast gładkie i o wysokiej temperaturze. Wtedy to, na powierzchni styku dominują siły adhezji, odpowiedzialne za efekt „wczepienia się” gumy w asfalt.
Spojrzenie praktyczne
Wróćmy do samochodu szybko przejeżdżającego przez zakręt. Im szybciej jedziemy, tym większe siły odśrodkowe działają na niego. Poprzez sprężyny i amortyzatory tłumiące ich gwałtowne ruchy, samochód swoją masę przenosi na opony, zwiększając w ten sposób ich nacisk na podłoże. Przyczepność to w zasadzie iloczyn tarcia opony o podłoże i nacisku. Nacisk w zakręcie zwiększamy - dba o to przecież siła odśrodkowa, która przenosi ciężar samochodu na zewnętrzne opony. Jednak by uzyskać naprawdę dobre wyniki, współczynnik tarcia pomiędzy oponą a asfaltem musi być równie wysoki. Zwłaszcza, że wszystkie siły odśrodkowe musza być równoważone przez przyczepność powierzchni wielkości kartki pocztowej (taka jest powierzchnia styku pojedynczej opony z podłożem).
Przyczepność opon wyścigowych
Jak duże znaczenie ma przyczepność, wiedzą najlepiej kierowcy wyścigowi, którzy niejednokrotnie to w oponach widzą sposób na uzyskiwanie lepszych czasów okrążeń. Są opinie, że opony to 75% właściwego zestrojenia pojazdu na tor. W dalszej kolejności pojawiają się dopiero nastawy zawieszenia, balans hamulców czy przełożenia skrzyni biegów. Bo czymże jest moc i szybkość, których nie można „przenieść” przez zakręt?
Mając tego świadomość, producenci opon starają się tak dobrać mieszankę gumy, by w określonych warunkach ich produkty uzyskiwały możliwie wysokie parametry. Oczywiście każdy z parametrów jest wynikiem kompromisu, bo duża przyczepność i duża żywotność nie idą w parze. Dla przykładu, twarde opony cechuje długi przebieg bez wymiany, jednak kosztem obniżonej przyczepności. Natomiast przyczepna opona, o bardzo miękkiej mieszance, zużyje się bardzo szybko, wymagając dodatkowo pracy w wysokiej temperaturze (dlatego w F1 bardzo często mówi się, że kierowca musi rozgrzać opony). Należy też pamiętać, że producenci opon przeznaczonych do sportu, mają ułatwione zadanie, gdyż warunki pracy takiej opony są ściśle określone – każda mieszanka ma optymalny zakres temperatur, poza którą albo ulegnie natychmiastowemu zniszczeniu, albo nie będzie dawać przyczepności. Opisywana wcześniej zależność pomiędzy żywotnością a przyczepnością jest również oczywista, nikt tu nie ma pretensji, że opona bardziej przyczepna się szybciej zużyje. Gdy pojawia się opad deszczu, kierowcy natychmiast zmieniają opony na deszczowe (wet), co więcej, gdy deszcz nie jest silny, używają opon przejściowych (intermediate).
Przyczepność opon cywilnych
Dużo trudniejsze zadanie mają producenci opon cywilnych, gdyż muszą oni pogodzić wymaganą przez użytkowników wysoką przyczepność z możliwie dużymi przebiegami. Co więcej oponę ma cechować dobre zachowanie na deszczu i duży zakres temperatury pracy. Sztaby inżynierów, by zaspokoić oczekiwania klientów, przez lata wypracowują mieszanki i kształty bieżników, będące kompromisem pomiędzy wymienionymi powyżej cechami. W praktyce, nie ma opony idealnie uniwersalnej, sprawdzającej się dobrze we wszystkich warunkach. Dlatego też opona o charakterze sportowym, pracująca w nieco wyższych temperaturach od uniwersalnej, będzie dużo gorzej sprawowała się przy np. 10°C, gdzie uniwersalna zachowa jeszcze poprawne właściwości jezdne. Liczne apele producentów nawołujących do stosowania opon zimowych, wcale nie są bezpodstawne. Stworzenie opony pracującej w tak ogromnym zakresie temperatur (od +60°C do -20°C) jest po prostu niemożliwe. Graniczną temperaturą poprawnej pracy opony jest okolica 7°C, poniżej której opona letnia traci gwałtownie swoje właściwości adhezji z podłożem.
Przyczepność opon a bezpieczeństwo na drogach
Sceptycy powołują się wprawdzie na fakt, iż dawniej śnieg i niskie temperatury również były, a „ludzie sobie jakoś radzili”. Do pewnego stopnia jest to zgodne z prawdą, należy jednak pamiętać, że technologie wytwarzania mieszanek gumy były ograniczone, a ich złe parametry w niższych temperaturach, obowiązywały po prostu wszystkich. Jednym słowem każdy uczestnik na drodze miał małą przyczepność. A dzisiaj?
Wystarczy wyobrazić sobie, że jadący przed nami, wyposażony w zimowe opony samochód, zaczyna gwałtownie hamować. Ma opony bardziej przyczepne od naszych „wielosezonowych” lub, co gorsza letnich. O wypadek nietrudno. Na nic się zda ostrożna jazda, zostawianie bezpiecznych odstępów od poprzedzającego nas pojazdu, bo przecież w powstałą sporą lukę, w każdej chwili może się wślizgnąć posiadacz opon zimowych...