Vr
20
10
2017

Krachtoverbrenging bij remmen

 

Hiervoor hebben we gezien hoe de krachtoverbrenging tussen bandrubber en wegdek tot stand komt. Nu bekijken we wat de eigenschappen van de hele rubberband hier aan toevoegen. De belangrijkste eigenschap van een rubberen luchtband is z’n elasticiteit. Een rubberband is vervormbaar. We bekijken hier het remmen en verderop het berijden van een bocht. Hierbij worden krachten op het wegdek overgebracht in de lengterichting van band en motorfiets c.q. dwars daarop.

 

Figuur 12. Vervorming van de band door remmen.

 

Voorbeeld.

We bekijken het voorwiel van een motorfiets, figuur 12. Op het wiel rust ongeveer de helft van het gewicht van de hele motorfiets, laten we zeggen 150 kg. De gewichtskracht is dan 150 x 9,81 is (afgerond) 1470 N. Om het wiel ligt een “sportband” van relatief zacht rubber. Het wegdek is schoon en droog. De hechtingscoëfficiënt is dan ook hoog: 1,2. We beginnen te remmen en voeren daarbij langzaam de remkracht op van nul tot het maximum van (1,2 x 1470 is) 1764 N. Zolang deze maximum remkracht niet is bereikt zal het wiel niet blokkeren. Het bandrubber dat in het contactvlak in contact met het wegdek staat, zal daar langzaam over gaan glijden. Hiervoor, in figuur 7, onderdeel 5.2.2.2., heb je kunnen zien dat de maximum hechting tussen band en wegdek (en dus de maximum remkracht) optreedt bij een glijsnelheid van 0,1 tot 0,2 km/u. Echter, door de elasticiteit, de vervormbaarheid van het bandrubber begint de band in de buurt van het contactvlak te vervormen.

 

In figuur 12 zie je de vervorming door het remmen. Die vervorming leidt tot interne bandslip: het wiel begint langzamer te draaien dan een vrij rollend wiel zou doen. Dat kan, doordat het bandrubber in de buurt van het contactvlak versnelt naar de snelheid van een vrij rollend wiel.

 

Figuur 13. Verloop van de glijsnelheid van bandrubber in het contactvlak tijdens remmen.

 

Figuur 12 toont de vervorming van het bandrubber in de buurt van het contactvlak. In figuur 13 zien we wat dat betekent. In het onderste deel van de grafiek zie je de snelheid van  het loopvlakrubber (groene lijn). Is het rubber niet in de buurt van het contactvlak, dan heeft het op de omtrek van het wiel een lagere snelheid dan die waarmee de motorfiets rijdt: het voorwiel draait aanmerkelijk langzamer dan een vrij rollend wiel zou doen. Komt dat loopvlakrubber in de buurt van het contactvak dan versnelt het naar de voertuigsnelheid om (in het ideale geval) over het gehele contactvlak met 0,1 - 0,2 km/u over het wegdek te glijden. In 5.2.2.1. heb je kunnen lezen dat bij deze glijsnelheid van het rubber de krachtoverbrenging op het wegdek maximaal is.

 

Aan het opvoeren van de remkracht komt een eind wanneer de remkracht aan het wegdek het maximum van, in het voorbeeld, 1764 N nadert. Het contactrubber kan niet méér adhesie- en dempingkracht opbrengen. Het loopvlak kan bij deze hechtingscoëfficiënt van 1,2 dus niet verder worden uitgerekt. Er komt een eind aan de elasticiteit van de band. Er is een bandslip bereikt van (typisch voor de meeste motofietsbanden) 10 tot 30%. Bedenk dat “bandslip” hier betekent: een snelheidsverschil tussen het bandrubber op de omtrek van het wiel en de voertuigsnelheid.

We kunnen dit verschijnsel, naarmate er harder wordt geremd neemt de bandslip toe, ook in een grafiek uitdrukken.

 

Figuur 14. Hechtingscoefficient als functie van de band- of langsslip.

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Bij de figuur:

Op de horizontale as is de wielslip uitgezet. Wielslip is de mate waarin het afgeremde wiel langzamer draait dan wanneer het volkomen vrij zou rollen. Bij 100% wielslip is de band volledig geblokkeerd en glijdt het bandrubber met de voertuigsnelheid over het wegdek. Je ziet dat de hechtingscoëfficiënt (en dus de remkracht), de rode grafiek, aanvankelijk steil en bijna volgens een rechte lijn toeneemt. Dat komt doordat de vervorming van het bandrubber rond het contactvlak recht evenredig toeneemt met de ontwikkelde hechting door adhesie en inwendige demping. De wielslip komt bij lage waarden vrijwel uitsluitend tot stand door vervorming van de band. Daarna begint de stijging van de rode hechtingsgrafiek wat af te vlakken. Dit komt doordat het loopvlakrubber dat in direct contact staat met het wegdek hier en daar sneller begint te glijden dan 4 cm/s, het optimum voor adhesie. De wielslip wordt “gemengd”: ze bestaat niet alleen meer uit vervormingsslip, maar ook uit echte glijslip: het bandrubber glijdt over het wegdek. Dat zie je uitgebeeld door de twee blauwe grafieken die (op de rechteras) de slip door vervorming en die door glijden over het wegdek aangeven. Bij het naderen van het hechtingsmaximum, hier 20%, wordt het deel van het contactvlak waarin het rubber harder over het wegdek glijdt dan 4 cm/s snel groter. Voorbij het hechtingsmaximum wordt de glijsnelheid van het bandrubber over het wegdek snel groter. De hechting door inwendige demping neemt daardoor weliswaar toe, maar de adhesie neemt sneller in grootte af. Het resultaat is dat de totale hechting afneemt voorbij de optimum bandslip van, hier, 20%. De wielslip bestaat dan voor een steeds groter deel uit glijslip en steeds minder uit vervormingslip.
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Getalmatig voorbeeld.
Wielslip is de mate waarin het afgeremde wiel langzamer draait dan wanneer het volkomen vrij zou rollen. Wielslip wordt uitgedrukt als een percentage van de voertuigsnelheid. Die laatste is bij remmen immers de grootste van de twee. Een remmende motorfiets rijdt op enig moment 72 km/h. De remkracht die op het wegdek wordt overgebracht is maximaal. De wielslip bedraagt 20%. We kunnen nu de lagere omtreksnelheid van de band berekenen. Die blijkt (100% min 20% is) 80% van de voorwaartse snelheid te zijn, dat is (80% van 72 is) 57,6 km/u. Het snelheidsverschil tussen de omtrek van het wiel en de motorfiets zelf is (72 min 57,6 is) 14,4 km/h.


Het overgrote deel van die slip komt tot stand door vervorming van de band. De rest van de slip is echte glijslip: de snelheid waarmee het bandrubber over het wegdek glijdt. Een typische verdeling van de totale wielslip (bij 20% slip) is 30% glijden en 70% vervormen. In het voorbeeld glijdt het bandrubber dan over het wegdek met een snelheid van (30% van 14,4 km/u is) 4,3 km/u. Het buitenste bandrubber versnelt van juist voordat het in het contactvlak aankomt van 57,6 km/u naar (72 min 4,3 is) 67,7 km/u in het achterste deel van het contactvlak.

 

Hoe groot kan de hechtingscoëfficiënt in langsrichting worden? Met andere woorden hoe hard kun je met een motorfiets remmen en optrekken? Het eerste deel van het antwoord moet zijn: dat hangt altijd af van het type en de toestand van band en wegdek. Slicks voor circuitgebruik kunnen extreem zacht zijn. Het voordeel is dat zo’n band aan het asfalt plakt als vliegenpapier. Op een schoon en droog circuit zijn daarmee hechtingscoëfficiënten in de orde van grootte van 2,5 mogelijk. Het nadeel van zo’n zachte band is dat hij binnen enige uren – of nog korter – is opgesleten. Moderne motorfietsbanden voor dagelijks gebruik in het verkeer kunnen in gunstige omstandigheden hechtingscoëfficiënten leveren in de richting van 1,5. Je moet wel bedenken dat de hechtingscoëfficiënt in het verkeer van alledag op enig moment van een aantal verschillende factoren afhangt, zoals soort en toestand van band en wegdek, temperatuur, wielslip en snelheid.

 

Naar 5.2.4. Krachtoverbrenging bochten

Update website

31 mei 2016

Nieuw: het rapport van het diepteonderzoek van Julie Brown naar ongevallen met motorfietsen is uit, zie 2.1.11. Julie Brown In-depth crash study

13 januari 2015

Nieuw: Diepteonderzoek door Penumaka naar menselijke fouten bij ongevallen tussen auto's en motorfietsen.

22 april 2014

Nieuw: 2.3.10. Elaine Hardy, Northern Ireland Motorcycle Fatality Report 2012, Indepth Study of 39 Motorcycle Collisions In Northern Ireland

4 maart 2014

Nog een nieuw diepteonderzoek naar motorongevallen in Australië: 2.1.12. Monash Universiteit.

4 maart 2014

Nieuw diepteonderzoek in Australië: 2.1.11. Julie Brown van NeuRA.