Andrzej KwiatkowskiPrzyznam się, że o ile zawsze w moim motocyklowym życiu najbardziej ceniłem sterowność motocykla, bo uważałem to zarówno za sprawę przyjemności, jak i bezpieczeństwa, o ile przywiązywałem wagę do dobrych hamulców, choć nie we wszystkich motocyklach, na jakich jeździłem, były one naprawdę dobre, to nigdy nie dbałem o to, czy hamowaniu towarzyszy pewien skłon motocykla w przód, czy nie.
Na skróty:
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.
Rys. 1
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.
Rys. 2
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.
Rys. 3
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.
Rys. 4
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.
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.
Rys. 6
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!
Rys. 7
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.
Rys. 8
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.