Z archiwum ŚM: Równowaga na zakręcie. Numer 10/1995

Fakt. W tamtym artyku­le podane były pewne pod­stawowe zasady samoczyn­nej równowagi i uwagi te dotyczyły tylko jazdy na wprost, która zresztą, jak się okazało, nigdy nie sta­nowi jazdy po idealnie ściśle rozumianej „prostej”.

Kąt nachylenia w zakręcie

W zakręcie motocykl musi znajdować się w na­chyleniu i jego kąt odchyle­nia od pionu „𝞬” na rys.1, zależy od stosunku wielko­ści siły odśrodkowej „R” do ciężaru motocykla „G”, wg znanego wzoru: 

tg𝞬= R / G 

Siła odśrodkowa „R” za­leży od masy motocykla, szybkości jazdy „V” i pro­mienia krzywizny toru jaz­dy „r”, wg zależności: 

H = mV² / r

A ciężar, czyli siła przycią­gania motocykla przez Zie­mię, zależy również od jego masy: 

G = mg 

A więc ostatecznie nasz pierwotny wzór na kąt na­chylenia motocykla w za­kręcie może też wyglądać tak: 

tg𝞬= V² / rg 

Wynikałoby z tego, że kąt odchylenia motocykla od pionu „𝞬” zależy wyłącznie od szybkości jazdy „V” i promienia krzywizny toru jazdy „r”, bo przyśpiesze­nie ziemskie „g” można uważać za wielkość stałą na całej naszej planecie. Ten kąt natomiast nie zale­ży od masy motocykla, bo „m” nie występuje w ostat­niej postaci wzoru. 

I tu od razu pierwsza dygresja: w rzeczywistości kąt złożenia ciężkiego mo­tocykla na tym samym za­kręcie przy tej samej szyb­kości będzie większy niż kąt złożenia lekkiego moto­cykla. Ale to nie przeczy ani fizyce, ani słuszności te­go podstawowego wzoru. Chodzi o to, że kąt „𝞬” doty­czy nachylenia płaszczyzny przechodzącej przez oba punkty styku kół z na­wierzchnią i przez środek masy układu motocykl-kierowca. 

Gdybyśmy jeździli na ogumieniu o takim profilu jak na szkicu „a” z rys. 2, to kąt złożenia motocykla byłby dokładnie równy ką­towi „𝞬” ze wzoru, ale w rzeczywistości punkt sty­ku opony z nawierzchnią przesuwa się w stronę na­chylenia motocykla, jak na szkicu „b” z rys.2, i to stwarza dodatkowy kąt „Δ𝞬” nachylenia bryły mo­tocykla dla zachowania te­go samego kąta nachylenia siły wypadkowej. 

Im niżej leży środek masy układu motocykl-kierowca i im szersze opony, tym większa jest ta różnica kąta nachy­lenia bryły motocykla w stosunku do nachylenia siły wypadkowej z ciężaru i siły odśrodkowej. A cięż­kie motocykle mają na ogół niższy środek masy całego układu i szersze opony niż lekkie motocykle.

Wejście w zakręt

Samolot, żeby uzyskać nachylenie przed zakrętem, odchyla odpowiednio lotki na skrzydłach: odpycha się od swego środowiska, żeby wytrącić się z położenia równowagi w locie po pro­stej. Motocyklista nie ma od czego się odepchnąć, a musi także wytrącić po­jazd z położenia równowagi w jeździe po prostej. 

Zauważmy, że w moto­cyklowej równowadze dzia­ła się odpowiednimi siłami odśrodkowymi. W przypad­ku wejścia w nachylenie przed zakrętem, kierowca również musi, świadomie czy nieświadomie (na ogół nieświadomie), wywrzeć po­czątkowo pewien moment na kierownicę, skierowany w stronę przeciwną niż ma nastąpić skręt. Inaczej mówiąc, kierowca musi za­działać w drobnym stopniu kierownicą w kierunku skrętu koła w lewo przed prawym zakrętem, a w prawo przed lewym zakrę­tem. 

Ten minimalny skręt ko­ła przedniego w „ujem­nym” kierunku wytwarza siłę odśrodkową, nachyla­jącą motocykl już we wła­ściwym kierunku: zgodnym z zamierzonym zakrętem. Zresztą już samo przyłoże­nie „ujemnego” momentu na kierownicę powoduje, dzięki działaniu „precesji” wirującego koła, również moment nachylający przed­nie koło, a więc i cały mo­tocykl, w tym samym, po­żądanym kierunku. Póź­niej, we właściwej fazie wchodzenia w zakręt, przednie koło uzyskuje już dodatni skręt, ale moment na kierownicy pozostaje jeszcze ciągle ujemny, aż do chwili uzyskania przez „układ” właściwego nachy­lenia dla danego zakrętu i danej szybkości. Teraz motocykl wszedł w fazę ustalonej jazdy po krzywiźnie. 

Jazda po krzywiźnie

W zakręcie o ustalonej krzywiźnie motocykl musi też podlegać samoczynnej dynamicznej równowadze, likwidującej zaczątkowe odchylenia od fizycznie wyznaczonego kąta złożenia motocykla „𝞬”. Tylko że tu już na ogół nie obę­dzie się bez ingerencji kie­rowcy.

Ponieważ, zgodnie ze szkicem „b” na rys. 2, wy­padkowa ciężaru i siły od­środkowej nie leży dokład­nie w płaszczyźnie motocy­kla, lecz jest odchylona nie­co do wewnątrz zakrętu, to także i wypadkowe siły wszystkich składowych cię­żarów mają to samo odchy­lenie. 

W związku z tym przednie koło, zgodnie z za­sadami omówionymi w nu­merze 3/95 „Świata Motocy­kli”, powinno mieć tenden­cję do nadmiernego skrętu do wewnątrz zakrętu. Moto­cykl powinien mieć tenden­cję do zacieśnienia skrętu, a co za tym idzie, do podno­szenia się z nachylenia. Kie­rowca, utrzymując odpowiedni ujemny moment na kierownicy, powinien prze­ciwdziałać temu nadmier­nemu skręcaniu koła i podnoszeniu się motocykla z nachylenia. 

W rzeczywistości w za­kręcie dochodzą jeszcze in­ne czynniki. To samo prze­sunięcie w bok punktu sty­ku koła z nawierzchnią, pewien kąt skrętu koła, zabu­rzają wzajemne położenie punktu przecięcia osi X­-X i punktu styku koła. Ob­raz się nieco komplikuje. Poza tym boczne obciążenie na oponę w jej punkcie styku z nawierzchnią powoduje sprężyste odkształ­cenia całego profilu opony i jej bieżnika, stwarzając tzw. „kąt znoszenia” opony. Oznacza to, że koło toczy się niezupełnie tam, gdzie jest skierowane i wymaga dodatkowego skrętu dla utrzymania zadanego łuku.

Wszystko to wymaga drob­nego dodatkowego skrętu koła, a więc przyłożenia przez kierowcę dodatniego momentu na kierownicę. W rezultacie w większości motocykli w tej fazie usta­lonej jazdy po stałej krzywiźnie musimy przykładać pewien dodatni moment na kierownicę, tym większy, im szersza jest opona, mniejsze ciśnienie w przed­niej oponie i bardziej płaski profil bieżnika opony. 

Technika składania się w zakręt też ma tu pewien wpływ. Zauważmy, że jeże­li „wgnieciemy” motocykl bardziej w nachylenie, po­zostawiając nasz tułów w mniejszym nachyleniu, jak na szkicu „a” na rys. 4, wszelkie siły samoczynnie skręcające przednie koło w stronę nachylenia zwięk­szą się, więc kierowca bę­dzie musiał zmniejszyć swój dodatni moment na kierownicy lub nawet przejść na ujemny i od­wrotnie: nachylenie tułowia bardziej w zakręt przy po­zostawieniu motocykla bli­żej pionu spowoduje ko­nieczność zadziałania w kie­runku większego dodatnie­go momentu na kierowni­cy, szkic „c” na rys. 4.

Wyjście z zakrętu

Dla podniesienia moto­cykla z nachylenia trzeba stworzyć odpowiednią nad­wyżkę siły odśrodkowej w stosunku do tej, jaka by­ła potrzebna w nachyle­niu. Trzeba więc zadziałać w kierunku silniejszego skrę­tu przedniego koła. Silniej­szego niż w jeździe po sta­łej krzywiźnie. Oznacza to przyłożenie dodatniego mo­mentu na kierownicę. Zwiększona siła odśrodko­wa podnosi motocykl, do­datni moment zanika, wraz z nim zanika skręt koła i przechodzimy do jazdy po prostej. 

Wspomniany już uprze­dnio Wilson Jones, główny konstruktor firmy Royal Enfield, pomierzył te momenty wywierane na kie­rownicę na 350-tce Bullet. Pomiary dały przeciętnie następujące wyniki: 

• przy wejściu w zakręt: moment ujemny 0,4-0,5 kGm
• na stałym łuku: moment dodatni 0,4-0,5 kGm
• na wyjściu z zakrętu: moment dodatni 1,1-1,4 kGm

To wszystko są rzeczy stosowane zupełnie nie­świadomie, ale jeżeli chce­my wniknąć w te zjawiska, to możemy je wyczuć. Oso­biście najlepiej wyczuwam je przy zmianach pasów przed wyprzedzaniem i po wyprzedzaniu. Na zakrę­tach szosowych też można wyczuć tę grę momentów na kierownicy, ale nie tak wyraźnie jak przy zmia­nach pasów jazdy. 

Na ogół kierowca bar­dziej zdaje sobie sprawę z sił, jakie wywiera kolana­mi na zbiornik lub stopami na podnóżki. Ale przy prze­myśliwaniu tych spraw war­to pamiętać: siła odśrodko­wa jest na pewno siłą zewnętrzną w stosunku do bryły motocykl-kierowca, a te siły są siłami wewnętrznymi. Oczywiście one mogą też oddziaływać, jeżeli po­wodują zwiększanie kąta nachylenia motocykla przy zmniejszaniu kąta nachyle­nia tułowia lub odwrotnie. 

Kiedy czytałem publika­cje Wilsona-Jonesa na te tematy w roku 1957, skoja­rzyło mi się to z moimi ob­serwacjami z Sześciod­niówki 1953 w Czechosło­wacji. Tam pierwszy raz miałem okazję zobaczyć światową czołówkę rajdo­wą. Cała prasa kontynen­talna dosłownie piała wówczas o „fascynującym szwedzko-an­gielskim stylu jazdy”. Za­uważyłem, że nie polegało to tylko na dość banalnej technice niepodpierania się nogami w terenie, choć wówczas to wcale nie była tak bardzo powszechna za­sada. 

Czołówka angielska stosowała bardzo charakte­rystyczny i jednolity sposób prowadzenia (także i na szosach), wówczas po raz pierwszy zademonstrowa­nych w Sześciodniówkach nowych, dwucylindrowych 500-tek: poza Triumphem, także Royal Enfield, AJS, Matchless. Przedramiona trzymane poziomo przy dość płaskich, ale poszerzonych kierowni­cach, łokcie rozłożone sze­roko i manewrowanie mo­tocyklem właśnie przez od­działywanie na kierownicę, przy tułowiu zawsze ściśle w płaszczyźnie motocykla. Przypuszczam, że mieli już wtedy przedyskutowane zasady, opisywane później przez Wilsona-Jonesa. „Bri­tish know-how”.