Geometria motocykla cz. 1
Geometria motocykla nie jest zagadnieniem budzącym tak duże emocje jak moc czy moment obrotowy silnika. Trudno sobie wyobrazić motocyklistę zachwycającego się kątem główki ramy nowego modelu sportowego motocykla. Mimo że geometria motocykla jest często pomijana przez użytkowników, nie może być jednak pominięta przez konstruktorów. To właśnie od niej w dużej mierze zależy łatwość prowadzenia motocykla, komfort podróży i przede wszystkim bezpieczeństwo jazdy.
W tym artykule sprecyzujemy poszczególne parametry geometrii i omówimy wpływ jednego z nich na jazdę motocyklem. Na poniższej ilustracji widoczny jest model motocykla z przednim zawieszeniem w formie widelca teleskopowego. Widelec teleskopowy jest najczęściej spotykanym rozwiązaniem w motocyklach, chociaż oczywiście nie jedynym. Sztandarowym przykładem stosowania innego rodzaju przedniego zawieszenia są motocykle firmy BMW. Jeszcze innym przykładem niech będzie nasza rodzima SHL-ka z zawieszeniem wahaczowym.
Podstawowe parametry geometrii motocykla. Źródło: Jacek Kołodziej
Pierwszym parametrem geometrii jest rozstaw osi, oznaczony jako „L”. To nic innego jak odległość między środkami kół motocykla. Jest on też równoznaczny z odległością między punktami styku z jezdnią koła przedniego i tylnego. Kolejnym parametrem jest kąt główki ramy, oznaczony jako α. Zdefiniujemy go jako kąt między prostą prostopadłą do jezdni a osią przechodzącą przez środek główki ramy. Literą „A” oznaczony jest bardzo ważny parametr, jakim jest wyprzedzenie osi główki ramy. Jest to odległość między punktem styku przedniego koła z jezdnią a punktem, w którym oś główki ramy przecina nawierzchnię jezdni. Na ilustracji widzimy jeszcze parametr „B”. Jest to tzw. odsunięcie, a dokładniej mówiąc: odsunięcie osi centralnej lagi od osi główki ramy. Lagi leżą w jednej płaszczyźnie, więc możemy też powiedzieć, że jest to odsunięcie płaszczyzny przechodzącej przez centralne osie lag od osi główki ramy.
Rozstaw osi
Przyjrzyjmy się najpierw rozstawowi osi. Wydawać by się mogło, że nie ma on żadnego znaczenia dla ruchu motocykla. Czy jednak jest tak w rzeczywistości? Na pewno wielu motocyklistów spotkało się ze stwierdzeniem, że motocykle o dużym rozstawie osi są ciężkie do wprowadzenia w zakręt, a jednocześnie stabilne podczas jazdy na wprost. Z drugiej strony natomiast motocykl o mniejszym rozstawie osi ma odwrotne cechy, tzn. łatwiej pokonuje zakręty, ale może stracić na stabilności podczas jazdy na wprost. Oczywiście jest to prawdą. Wystarczy porównać motocykle typu chopper z motocyklami sportowymi. Choppery są zdecydowanie bardziej wymagające podczas wchodzenia w zakręty, a wpływ na to ma m.in. rozstaw osi.
Wielkość rozstawu osi będzie dawała się we znaki przy manewrach z niskimi prędkościami, przy których największe znaczenie mają ruchy kierownicy, a nie pochylanie motocykla (chociaż zazwyczaj skręcenie kierownicą i tak wiąże się z pochyleniem motocykla). Bardzo dobrym przykładem jest tzw. ósemka lub slalom wolny. Każdy instynktownie czuje, że łatwiej jest go wykonać motocyklem uniwersalnym niż amerykańskim chopperem. Przyjrzyjmy się temu nieco uważniej. Na kolejnej ilustracji przedstawiono schematycznie dwa motocykle: krótszy i dłuższy. Oba pokonują ten sam zakręt.
Kąt skrętu kierownicy podczas pokonywania zakrętu z małą wartością prędkości motocykla zależy między innymi od rozstawu osi. Źródło: Jacek Kołodziej
Skupmy się najpierw na motocyklu krótszym. Porusza się on po zakręcie z małą prędkością, więc skręt kierownicy jest dosyć duży. Aby wyznaczyć chwilowy środek obrotu, czyli inaczej mówiąc: środek zakrętu, musimy poprowadzić proste prostopadłe do środków płaszczyzn symetrii obu kół. Miejsce, w którym przetną się te proste, wyznaczy chwilowy środek obrotu. Gdy poprowadzimy z tego miejsca prostą prostopadłą do środka płaszczyzny symetrii przedniego koła w dłuższym motocyklu, okaże się, że jego skręt będzie większy niż w przypadku motocykla krótszego. Wynika z tego, że przy małych prędkościach do pokonania tego samego łuku przez dwa motocykle o różnych rozstawach osi większe kąty skrętu kierownicy będą wymagane w przypadku motocykli dłuższych. Na tej ilustracji widoczna jest jeszcze jedna rzecz: punktem obrotu przedniego zawieszenia nie jest punkt styku koła z jezdnią, lecz oś główki ramy. Na naszym schematycznym rysunku koło nie obraca się wokół punktu styku koła z jezdnią, lecz wokół punktu, w którym oś główki ramy przecina jezdnię.
Zarzucanie tylnej osi
Rozstaw osi może wpływać na jeszcze jedno zjawisko – zarzucanie tylnej osi. Może do niego dojść w sytuacji, w której utracone zostały poprzeczne siły przyczepności na tylnym kole. Sytuacja taka będzie miała miejsce, gdy koło zostanie zablokowane podczas hamowania (dotyczy to motocykli bez systemu ABS) lub wówczas, gdy podczas bardzo gwałtownego przys pieszenia dojdzie do uślizgu koła. To właśnie brak poprzecznych sił przyczepności sprawia, że podczas spektakularnego „palenia gumy” motocyklista może obracać motocykl wokół przedniego koła, kreśląc na jezdni okrąg spaloną oponą. Świetnym przykładem jest też poruszanie się motocykla żużlowego z uślizgiem tylnego koła po torze.
Żeby zrozumieć, jak rozstaw osi wpływa na takie zarzucanie, posłużymy się kolejną ilustracją, na której schematycznie przedstawione zostały dwa motocykle o różnych rozstawach osi. Zajmijmy się najpierw motocyklem o dłuższym rozstawie osi „L2”.
Zarzucanie tylnej osi motocykla. Widok z góry. Źródło: Jacek Kołodziej
Kiedy motocykl poruszał się ruchem prostoliniowym, rozstaw osi wyznaczała odległość między punktem „A” i „C”. W wyniku zarzucenia tylnej osi np. na skutek zablokowania koła podczas hamowania, środek tylnej osi przesunął się do punktu „C”. Wzdłużna oś symetrii motocykla odchyliła się o kąt α2. Zobaczmy teraz, co się stanie, gdy do takiego samego położenia przesunie się tylne koło krótszego motocykla. Widzimy, że wzdłużna oś symetrii motocykla odchyliła się o kąt α1. Wartości kątów α1 oraz α2 nie są jednak takie same: α1 jest zdecydowanie większy. Jak to przekłada się na rzeczywistą jazdę? W przypadku, gdy dojdzie do zarzucenia tylnej części motocykla, krótszy motocykl będzie bardziej „nerwowy” niż motocykl o większym rozstawie osi. Kierowca odczuje, że motocykl o mniejszym rozstawie osi uległ większemu zarzuceniu.
Jak wynika z powyższych rozważań, rozstaw osi, mimo że z pozoru błahy, wpływa jednak na zachowanie motocykla. Nie inaczej jest z pozostałymi parametrami przedstawionymi na pierwszej ilustracji. Opowiem o nich szerzej w kolejnych artykułach.
INFO
Autor prowadzi na YouTube kanał „Motoryzacja z Inżynierskiego Punktu Widzenia”. Można tam znaleźć wiele materiałów związanych z motoryzacją, a w szczególności z motocyklami.
