Aquaplaning - co to jest, postępowanie i zapobieganie zjawisku

Zapewne zdarzyło Ci się kilka razy poczuć pogorszenie stabilności samochodu podczas przejeżdżania z większą prędkością przez kałużę. Tym sposobem doświadczyłeś zjawiska aquaplaningu. W niektórych sytuacjach może ono doprowadzić do utraty panowania nad samochodem i poważnego wypadku. Dowiedz się jak powstaje aquaplaning, czym jest i jak mu zapobiegać.

Opony zapewniają przyczepność do podłoża.

Czym jest aquaplaning (akwaplanacja)?

O aquaplaningu (czasami określanym mianem akwaplanacji, ale nie akwaplaningu) mówimy wówczas, gdy w miejscu styku z konstrukcji opony z podłożem tworzy się wodny klin, a bieżnik nie może odprowadzić wody, która znajduje się pod kołem. W wyniku tego traci się przyczepność opon do nawierzchni i zaczyna się "płynąć".

Uwaga! Jedynie stały kontakt między bieżnikiem a jezdnią zapewnia zachowanie optymalnej przyczepności.

Przerwanie tego kontaktu może nastąpić poprzez zbyt dużą warstwę wody na powierzchni jezdni. Woda pomiędzy drogą a oponą przeszkadza w powstaniu adhezji cząsteczkowej (jest to oddziaływanie na poziomie cząsteczkowym, które decyduje o powstaniu przyczepności). Gdy mikrochropowatości nawierzchni są pokryte wodą, czyli przy większych głębokościach przyczepność może zostać osiągnięta jedynie poprzez kontakt bieżnika z makrochropowatościami jezdni.

Makrochropowatości drenują i magazynują wodę, a jednocześnie nie przerywają jej warstwy. Wówczas wraz z większą głębokością wody oraz prędkością poruszania się samochodu, rośnie ryzyko pojawienia się aquaplaningu.

Jak powstaje zjawisko aquaplaningu?

Opona na mokrej nawierzchni "pcha" przed sobą wodę. Każde uderzenie powierzchni opony w tę wodę powoduje, że ciśnienie hydrodynamiczne wody rośnie. W momencie gdy osiągnie większą wartość niż nacisk konstrukcji na nawierzchnię, model nie będzie w stanie odepchnąć wody i zacznie unosić się na powierzchni tej wody.

Co wpływa na przyczepność na mokrej nawierzchni?

Specyfika konkretnego modelu opony:

Różnorodność występujących rzeźb bieżnika jest obecnie ogromna. Jedni producenci preferują typ bieżnika asymetryczny, kolejni kierunkowy, a jeszcze inni pozostają wierni rzeźbie symetrycznej. Duże zróżnicowanie występuje też między ogumieniem z niskiej i wysokiej półki cenowej. Rzeźba bieżnika współczesnej opony składa się z rowków kątowych, poprzecznych, obwodowych oraz z lamel o optymalnej wysokości i szerokości. Ma to zapewniać skuteczne i szybkie ewakuowanie wody, nie tworząc przy tym zawirowań w miejscach gdzie spotykają się kanały obwodowe i kątowe.

Głębokość rowków (czyli inaczej mówiąc wysokość bieżnika) opon obecnie dostępnych na rynku europejskim oscyluje w granicach 7-8 mm. Zestawienie najczęściej występujących obecnie szerokości elementów rzeźby przedstawia tabela poniżej.

Zbyt małe ciśnienie w oponach:

Opona tocząca się po mokrej drodze wytwarza przed sobą klin wody. Uderzenie bieżnika o wodę przed powierzchnią kontaktu wytwarza ciśnienie hydrodynamiczne. Gdy wartość tego ciśnienia przewyższy ciśnienie wewnątrz opon, przestaje być możliwe odpychanie wody i opona odrywa się od powierzchni drogi.

Wartość ciśnienia hydrodynamicznego w przybliżeniu możesz obliczyć według wzoru:

Ze wzoru w jasny sposób wynika, że ciśnienie hydrodynamiczne wzrasta w kwadracie prędkości ruchu. W związku z tym, im szybciej będziesz jechać, tym większe będzie ciśnienie wywierane przez klin wody. W momencie gdy to ciśnienie przewyższy ciśnienie w ogumieniu masz do czynienia z aquaplaningiem. Największe ryzyko aquaplaningu występuje więc, gdy poruszasz się szybko na słabo napompowanych oponach. Wtedy nawet przy stosunkowo niskiej prędkości może mieć miejsce to niebezpieczne zjawisko.

Poniższy wykres przedstawia znaczenie prawidłowego ciśnienia na wielkość strefy kontaktu z nawierzchnią:

Kształt odcisku opony:

Jak wspomnieliśmy wcześniej na mokrej drodze tworzy się klin wody przed toczącą się oponą. Trzeba go skutecznie rozproszyć na boki, zanim ciśnienie, jakie wywiera on na przednią krawędź powierzchni kontaktu przewyższy ciśnienie w oponie. Zastosowanie mają tu zjawiska z zakresu mechaniki cieczy. Wiadomo, że kształt płaski stawia większy opór niż zaokrąglony. Dlatego właśnie jednostki pływające mają zwykle dziób w kształcie litery V lub właśnie zaokrąglony. Podobnie jest z oponami : im kształt strefy kontaktu będzie bardziej zaokrąglony tym więcej wody będzie rozpraszane, niższe będzie ciśnienie hydrodynamiczne, więc wyższa będzie prędkość, przy której może wystąpić aquaplaning.

Przedstawiony wcześniej wzór możesz rozbudować uwzględniając kąt rozpraszania wody w konkretnym miejscu wynikający z kształtu strefy kontaktu. W ten sposób obliczysz wartość ciśnienie hydrodynamicznego dla danego miejsca.

Ta zależność matematyczna pokazuje nam, że im kąt będzie większy, tym mniejsze będzie ciśnienie hydrodynamiczne.

Szerokość opony:

W oparciu o nasze wcześniejsze rozważania, można stwierdzić że prawdopodobieństwo wystąpienia aquaplaningu jest tym większe im:

• wysokość rzeźby bieżnika jest mniejsza, a gęstość jego rzeźby większa (czyli mały jest udział rowków bieżnika)
• większa jest prędkość jazdy
• głębsza jest warstwa wody na drodze
• mniejsze jest ciśnienie powietrza w oponie.

Wszystkie te elementy wiążą się z ilością wody jaka musi być ewakuowana przez bieżnik. W sposób uproszczony można obliczyć ją na podstawie poniższego wzoru:

Ilość wody wytłoczonej w jednostce czasu (np. 1 sekundzie) możemy obliczyć według wzoru:

Wykorzystując ten wzór możesz obliczyć ile litrów wody musi być ewakuowane spod opony w czasie każdej sekundy ruchu.

Dla naszych potrzeb będziemy rozpatrywać opony o szerokości czoła bieżnika 145 mm i 225mm, przy różnych prędkościach ruchu i głębokościach wody, aby uzmysłowić sobie z jak dużymi ilościami wody muszą sobie radzić opony. W pierwszym przypadku zobaczymy jaki jest wpływ szerokości bieżnika przy tej samej prędkości i głębokości wody. Przyjmiemy że głębokość wody wyniesie 3 mm, zaś prędkość ruchu 50 km/h, czyli 13,9 m/s. W takich warunkach przepływ wody konieczny do osiągnięcia wynosi:

Różnica przepływu między szerszą, a węższą oponą wynosi aż 55%! Oznacza to, że szersza opona musi być przystosowana do znacznie większego przepływu wody. Szerokie opony muszą, więc nie tylko lepiej kanalizować wodę, ale też sprawniej ją rozpraszać.

Teraz zobaczmy jak wzrasta ilość wody koniecznej do odprowadzeni wraz ze wzrostem jej głębokości.

Wzrost głębokości z 3 mm do 7mm w przypadku opony o szerokości czoła 145 mm spowodował wzrost z 6.05 l/s do 14,1 l/s a w przypadku opony o szerokości czoła 225 mm spowodował wzrost z 9,38 l/s do 21,9 l/s. Jest więc w obydwu przypadkach ponad dwukrotny wzrost ilości wody z jaką opona musi sobie poradzić.

Ostatnią zmienną jaką możemy rozpatrzyć w oparciu o ten uproszczony wzór jest prędkość ruchu. Zobaczmy więc jak będą wyglądały wymagana zdolność przepływu przy wzroście prędkości z 50 km/h do 100 km/h. Łatwo się domyślić znając już wzór, którym się posługujemy że dwukrotny wzrost prędkości przy stałej głębokości szerokości spowoduje dwukrotny wzrost ilości wody do skanalizowania. Zobaczmy jak to jednak się przedstawia na liczbach bezwzględnych. Rozpatrzymy przypadek "ekstremalny" przy głębokości wody 7mm.

Obliczenia te mają charakter poglądowy i teoretyczny oraz pomijają wiele istotnych czynników związanych z samą oponą. Uzmysławiają nam jak istotnymi czynnikami w aspekcie jazdy po mokrej nawierzchni są prędkość ruchu, głębokość wody oraz szerokość opony.

Należy zaznaczyć że opona szeroka niekoniecznie będzie gorsza na mokrej nawierzchni niż węższa. Chodzi jedynie o to, że musi ona ewakuować większą ilości wody, którą spotka na swojej drodze. Producenci projektując opony uwzględniają ten fakt zwiększając szerokość rowków oraz czasami wręcz tworząc nowe odmiany rzeźby dla większych rozmiarów opon danej gamy. Często też wykorzystują fakt, że dzięki zaokrąglonemu śladowi odcisku, który zapewni rozproszenie odpowiednio dużej ilości wody, możliwe jest zmniejszenie ilości wody do skanalizowania przez system rowków bieżnika.

Szerokość opony jest w danej sytuacji drogowej parametrem stałym, głębokość wody zwykle ciężko ocenić i może się ona nagle zmienić, np. gdy będziemy przejeżdżać przez poprzeczną kałużę. Jedynym parametrem, na który mamy wpływ jest prędkość. Dlatego na mokrej nawierzchni warto ją zmniejszyć, aby uniknąć aquaplaningu.

Inne czynniki:

• zły stan jezdni – występowanie kolein i niecek poprzecznych, duże zużycie nawierzchni,
• rodzaj jezdni (beton, asfalt bitumiczny), poziom makro i mikrochropowatości,
• głębokość wody,
• zły stan opon (zbyt mała głębokość bieżnika, zaawansowany wiek opon),
• zużycie części i elementów zawieszenia,
• prędkość.

Podczas jazdy po mokrej nawierzchni należy być szczególnie ostrożnym.

Jak unikać zjawiska aquaplaningu?

Bardzo ważne jest posiadanie opon w dobrym stanie technicznym, wyposażonych w głęboki bieżnik. Jaka prędkość jest prędkością bezpieczną? Trudno uzyskać jednoznaczną odpowiedź: prędkość ta będzie inna będzie dla danego modelu opony i konkretnej głębokości wody.

W praktyce, w warunkach codziennej jazdy, warstwa wody bywa zdecydowanie głębsza niż 7mm. Z reguły ciężko jest ocenić głębokość kałuży, do której się zbliżasz, a duża liczba kolein umożliwia powstawanie nawet kilkucentymetrowych potoków, a źle wyprofilowane zakręty oraz niecki umożliwiają powstawanie poprzecznych przepraw wodnych. Warto pamiętać o tym, że głębokość przeszkód w znaczny sposób obniża teoretyczną prędkość aquaplaningu szczególnie na zakrętach.

Co robić w przypadku wystąpienia aquaplaningu?

Gdy auto wpadnie w aquaplaning najważniejsze jest zachowanie spokoju.

Nie wykonuj żadnych gwałtownych ruchów kierownicą, a pedał gazu utrzymaj w neutralnej pozycji. W momencie odzyskiwania przyczepności może to doprowadzić do przykrych konsekwencji - auto ruszy raptownie w stronę, w którą skręcone są koła. Moment wyjścia z aquaplaningu jest najbardziej niebezpieczny i trzeba go przeprowadzić w delikatny sposób. Nie sam aquaplaning, lecz gwałtowna reakcja kierowcy jest powodem większości wypadków na mokrej nawierzchni. Samochód musi spokojnie wytracać prędkość, bez gwałtownego hamowania i kręcenia kierownicą.

Jakie opony są bardziej podatne na aquaplaning, a jakie mniej?

Parametry, które w największym stopniu zwiększają odporność na aquaplaning i są związane z oponami to kształt śladu opony oraz rzeźba bieżnika. Na kształt śladu opony składają się różne elementy - budowy wewnętrznej opony, kształtu rzeźby, zarysu formy wulkanizacyjnej. Im bardziej zaokrąglony, tym lepsze rozbijanie klina wody, który powstaje przed oponą. 

Mniej podatne na aquaplaning są modele z kierunkowym bieżnikiem. Z bardzo dobrych właściwości słyną np. opony deszczowe marki Uniroyal. Liczne rowki bieżnika układają się w powtarzający się wzór/kształt litery V w celu zwiększenia możliwości opony w zakresie odprowadzania wody spomiędzy obszaru styku opony i nawierzchni. W sposób przypominający łopatki pompy wodnej, nieustannie pchające wodę w jednym kierunku przez silnik, rowki opony kierunkowej są zaprojektowane tak, by „pchać” wodę w jednym kierunku przez oponę (do przodu - w stronę boków).

Pod kątem zjawiska, jakim jest aquaplaning testowane są opony najlepszych marek. (fot. Pirelli)

Aquaplaning podczas jazdy motocyklem

Motocykliści są szczególnie narażeni na wystąpienie zjawiska aquaplaningu wówczas, gdy na jezdni znajduje się znaczna ilość wody, a także podczas poruszania się z dużą prędkością.

Na prędkość przy której wystąpi omawiane przez nas zjawisko składa się wiele czynników, takich jak:

• rodzaj oraz głębokość bieżnika,
• ciężar motocykla,
• szerokość opony,
• ciśnienie w oponach,
• głębokość wody zalegającej na drodze.

Kiedy już dotknie Cię zjawisko aquaplaningu, prawdopodobieństwo upadku jest bardzo duże. Aby je zniwelować:

• mocno trzymaj kierownicę,
• odpuść gaz lub wciśnij sprzęgło,
• nogi pozostaw na stopkach, pod żadnym pozorem nie próbuj się podpierać,
• motocykl powinien znajdować się w pionowej pozycji,
• nie hamuj – zahamowanie pozbawionego przyczepności koła jest równoznaczne z upadkiem,
• nie próbuj skręcać – trzymaj kierownicę w wyprostowanej pozycji.