Z archiwum ŚM: Skłony (nurkowanie) przy hamowaniu. Numer 11/1995

Ściślej: prawie nigdy, bo w moim najlepszym moto­cyklu, AJS 500 Competition z 1949, na stromych zjazdach piarżystych czy kamieni­stych, gdy trzeba było ha­mować, utrudniała mi jaz­dę skłonność do dobijania wskutek wyczerpania nie­wielkiego skoku teleskopu, przy ekstramiękkim reso­rowaniu, jakie otrzymałem w tym motocyklu. Zastoso­wanie sprężyn typu „1950” usunęło w dostatecznym stopniu tę wadę, powodu­jąc w praktyce bardzo mało wyczuwalne utwardzenie resorowania. 

Od kilku lat, kiedy w prasie krajowej i zagra­nicznej czytam ciągle o sprawie „nurkowania” (nota bene nie odpowiada mi to bezpośrednie tłuma­czenie angielskiego słowa „diving”), zacząłem zwracać uwagę, czy i w jaki sposób ma to wpływ na jazdę. Mam aktualnie do czynie­nia z teleskopowym resoro­waniem przodu, a więc właśnie z tym oskarżanym

o największą skłonność do nachylania się w przód przy hamowaniu. W teleskopach mam wmontowane własne sprężyny, około 40% mięk­sze niż fabryczne, a olej stosuję co do typu i ilości dobrany tak, żeby dawał najmniejsze opory hydrau­licznego tłumienia i naj­mniejsze ograniczenie geo­metrycznie możliwego sko­ku resorowania. 

Moje ob­serwacje dały jednoznaczny dla mnie wynik. Skłon w przód przy hamowaniu drażni mnie jedynie w nocy, gdy mam okazję jechać na pełnym szosowym świetle (to dziś rzadko się zdarza!) i przy hamowaniu pojawia się placek światła na na­wierzchni, zamiast pełnego, dalekiego oświetlenia, jak to ma miejsce przy „V = constans”. A w sprawie przyjemności? Oczywiście, to nie jest inżynierski punkt widzenia, ale muszę powie­dzieć, że lubię ten moment, gdy przód motocykla wraz z moją kierownicą powstaje po zatrzymaniu się przed czerwonym światłem. Trudno. Lubię i nic na to nie poradzę. Przynajmniej mam potwierdzenie, że ha­mowałem przednim hamul­cem. Ale bardziej technicz­nie: ten skłon motocykla w wyniku hamowania stał­by się na pewno wadą, gdy­by przy silnym hamowaniu skok resorowania przednie­go wyczerpywał się na tyle, że następowałoby dobijanie na przeciętnych nierówno­ściach nawierzchni. 

Pod względem skłonno­ści do przyklękania przy hamowaniu na pewno w in­nej sytuacji są motocykle typu enduro czy motocross. Z ich wysoko położonym środkiem masy i ich wielki­mi skokami resorowania z przodu i z tyłu, ten skłon na przednim resorowaniu, a powstanie na tylnym, po­wodują stosunkowo bardzo duże kąty obrotu resorowanej masy motocykla, ale te motocykle nie są budowane dla ludzi, którzy przejmo­waliby się takimi objawami. Na razie nic nie wskazuje na to, żeby w tej kategorii motocykli miały nastąpić ja­kieś radykalne zmiany w systemie przedniego za­wieszenia. 

Dociążenie przedniego koła

Przyczyną skłonu motocykla w przód przy hamo­waniu jest zmiana obciążeń przedniego i tylnego koła, wynikająca z działania siły bezwładności „H”, na rys.1 zaczepiającej w środku ma­sy całego układu, tj. moto­cykla wraz z kierowcą, ewentualnym pasażerem(­ką), bagażem i wszystkim, co jest związane z motocy­klem. Dociążeniu przednie­go koła towarzyszy zawsze identyczne obciążenie tyl­nego koła. Tak musi być, bo nie ma żadnej przyczy­ny, żeby przy hamowaniu cokolwiek przybyło do ciężaru motocykla albo ubyło z niego, a suma nacisków na przednie i tylne koło musi być równa ciężarowi motocykla. 

Wielkość tego dociążenia przodu, a odcią­żenia tyłu, zależy od ostro­ści hamowania, od rozsta­wu osi kół motocykla i od wysokości położenia środka masy. Im dłuższy motocykl, tym mniejsze zmiany ob­ciążeń; im wyżej leży jego środek masy, tym większe zmiany. Dociążenie przed­niego koła zawsze, w każ­dym systemie zawieszenia, działa w kierunku dodatko­wego ugięcia resorowania w stosunku do jego „sta­tycznego” ugięcia, tj. ta­kiego, jakie ma miejsce gdy motocykl jest w bezru­chu, stojąc na obu kołach lub gdy jedzie ze stałą szybkością. 

To leży w natu­rze każdego resorowania, opartego na sprężystości materiału, czy to będzie stal sprężyny, czy gaz. Je­żeli w jakimś systemie to dodatkowe ugięcie nie wy­stępuje, to nie oznacza to, że nie zachodzi ta zmiana obciążeń kół, lecz że są ja­kieś czynniki przeciwdzia­łające jedynie objawowi tych zmian. A może być także sytuacja, że te czyn­niki powodują nie zmniej­szenie, lecz przeciwnie – powiększenie skłonu wynikającego z dociążenia koła. 

Jak oszacować system zawieszenia pod tym względem?

Żeby zdać sobie sprawę z tego, jak dany system za­wieszenia koła jest odporny lub podatny na „siadanie” na resorowaniu w czasie hamowania, trzeba i wy­starczy prześledzić na możliwie uproszczonym schemacie danego zawie­szenia, w jaki sposób prze­noszone są na resorowaną masę motocykla dwa nastę­pujące oddziaływania: 

– Moment hamowania wytworzony przez hamu­lec, na rys.2 oznaczony „Mh”, przenoszony na ele­menty zawieszenia przez zacisk hamulca tarczowego lub przez tarczę nośną szczęk, jeżeli mamy do czy­nienia z hamulcem bębno­wym. 

– Siła hamowania przed­nim kołem „Hp”, zaczepiająca wprawdzie w miejscu styku koła z nawierzchnią, ale przenoszona następnie z osi koła poprzez te ele­menty, w których oś koła jest zamocowana. Trzeba prześledzić, w jaki sposób te dwa oddziaływania współdziałają z naturalnym dociążeniem koła lub przeciwdziałają mu. Przyjrzyj­my się pod tym kątem najpierw klasycznym ukła­dom, a później tym pomyślanym jako przyszłościo­we. 

Harley kontra Sokół 1000

Wiadomą jest rzeczą, że system przedniego widelca Sokoła 1000 stanowił dość wierną kopię klasycznego widelca Harleya-Davidsona, a jednak każdy z nich ina­czej zachowywał się przy hamowaniu z użyciem przedniego hamulca. Har­ley kłaniał się nieco, a So­kół pozostawał w normal­nym położeniu, a przy mocniejszym użyciu przedniego hamulca, trochę nawet po­wstawał przodem. Różnica polegała na sposobie zako­twiczenia przedniego hamulca. W Harleyu tarcza no­śna szczęk była ułożysko­wana obrotowo, a jej pozy­cja ustalana była przez po­ziome cięgno, ułożone nad wahaczem równolegle do niego. To cięgno przenosiło moment hamowania bez­pośrednio na widelec no­śny, bez żadnego angażo­wania sprężyn resorowania w tę sprawę. 

Siła hamowania, pozio­mo oddziaływując na po­ziomy w zasadzie wahacz, również nie obciążała sprę­żyn, dopóki wahacz był poziomy. Ale wychylenie wahacza w wyniku natu­ralnego dociążenia przodu powodowało, że pozioma siła hamowania „Hp” za­czynała powiększać kąt wy­chylenia wahacza. Inaczej mówiąc, odporność na skłon przodu w wyniku ha­mowania cechowała się pewną degresją, w miarę powiększania ugięcia reso­rowania. 

W Sokole 1000 tarcza nośna szczęk związana by­ła z wahaczem resorowa­nia i moment hamowania starał się obrócić wahacz wraz z kołem, działając w kierunku uniesienia no­śnego widelca, tym samym odciążając sprężyny reso­rowania. To działanie rów­noważyło efekt naturalnego dociążenia przedniego koła i resorowanie nie podlegało zjawisku przyklęku przy hamowaniu przednim ha­mulcem. Siła hamowania „Hp”, działając wobec tego na poziomy wahacz, nie powodowała zwiększenia obciążenia sprężyn resoro­wania.

Widelec wahaczowy

Ta sama sytuacja miała miejsce w klasycznym w latach 1955-1965, euro­pejskim, „pełnym” wahaczu „pchanym” (jeszcze jedno określenie, którego orga­nicznie nie znoszę!). Dociążenie przedniego koła stara się ugiąć resorowanie, jak na środkowym szkicu rys. 5, a moment hamowania, sta­rając się obrócić wahacz wraz z kołem, jak na pra­wym szkicu, neutralizuje to działanie i w rezultacie wahacz pozostaje poziomy, jak na lewym szkicu rys.5. 

Siła hamowania „Hp”, działająca na poziomy wa­hacz, nie bierze udziału w oddziaływaniu na sprę­żyny, dopóki wahacz pozo­staje poziomy. Ten system wahacza miałem okazję osobiście sprawdzić, za­równo w dużej BMW R50, jak i w małym Zundapie 250, i muszę powiedzieć, że przy prawidłowym roz­łożeniu sił hamowania przód/tył zawieszenie za­chowuje poziomą pozycję wahacza. Gdyby to było je­dynym kryterium działania systemu, to byłoby wszyst­ko w porządku. Ale nie jest jedynym. To już było omó­wione przy okazji sterow­ności. 

Ale były i inne „pchane” wahacze. Ernie Earles sto­sował także łożyskowaną tarczę nośną hamulca, podpartą do widelca cię­gnem, jak Harley i niewątpliwie ten wahacz musiał „siadać” przy hamowaniu. Czyżby Earles uważał brak „kicania” za wadę? Byłbym skłonny go zrozumieć. 

W wahaczu „wleczo­nym” sytuacja jest nieco in­na. Taki wahacz w przednim zawieszeniu nie bywa ustawiany poziomo i już si­ła hamowania przednim hamulcem pogłębia natu­ralne ugięcie resorowania, wynikające z dociążenia przedniego koła. Przy ha­mulcu zakotwiczonym na wahaczu, moment hamulca „Mh” również „nawija” wahacz w kierunku pogłębienia skłonu, więc tu wszystkie czynniki działają w kierunku bardzo głębo­kiego pochylenia pojazdu w przód. I rzeczywiście, Osa ze swym ekstramięk­kim resorowaniem odda­wała bardzo niskie pokłony przy hamowaniu z udzia­łem przedniego hamulca. Aha, i równie wysoko po­tem powstawała! 

Ale Indian w swych naj­bardziej klasycznych widel­cach, tych z resorem pióro­wym, przy krótkich „wle­czonych” wahaczykach miał tarczę nośną szczęk ułożyskowaną obrotowo w stosunku do wahacza, a podpartą do nośnego wi­delca cięgnem – podobnie jak Harley. Widocznie ame­rykanie nie lubili tej zmien­nej szybkości tarcia okła­dzin o bęben, jaka wystę­puje przy hamowaniu na nierównej drodze, jeżeli tarcza nośna szczęk jest związana z krótkim waha­czem. Jednak ustawienie cięgna reakcyjnego nie jest tu równoległe do wahacza, lecz takie, że współdziała ze skłonem motocykla przy hamowaniu przednim ha­mulcem. 

Siła hamowania „Hp” również pogłębia skłon, działając poziomo na ukośnie ustawiony wahacz, przy czym oba pogłębienia skłonu, zarówno to od po­ziomej siły hamowania, jak i to od momentu hamulca, zanikają w miarę jak wa­hacz zbliża się do pozycji poziomej. Mamy więc tu do czynienia z degresją w od­działywaniu w kierunku skłonu przy hamowaniu. To i dobrze. C.D.N.