Podsterowność, nadsterowność i życie po życiu

Wśród pasjonatów motoryzacji dość powszechne jest przekonanie, że samochód nadsterowny pozwala na więcej, bo w przypadku nadmiernej prędkości na zakręcie wystarczy kontra kierownicą aby utrzymać się na drodze, a samochód z przednim napędem zawsze będzie podsterowny i wyjedzie przodem na zewnątrz zakrętu (prosto w drzewo albo nadjeżdżająca z naprzeciwka ciężarówkę) nie dając kierowcy żadnych szans na korektę toru jazdy.

Czy tak jest rzeczywiście? Zachowanie się samochodu z punktu widzenia mechaniki jest zagadnieniem złożonym, wiele sił oddziaływających na pojazd jest ze sobą powiązanych zależnościami, których nie daje się prosto opisać, jednak wiele zjawisk możemy pokazać stosując proste modele dla konkretnych zjawisk.

Zacznijmy od określenia czym jest nadsterowność oraz podsterowność. Oba te pojęcia wiążą się z tzw: kątami znoszenia – pod wpływem działania siły osiowej tor ruchu nie pokrywa się z płaszczyzną symetrii koła. Jedną z przyczyn jest podatność opony, ale o tym później.

W przypadku neutralnej charakterystyki kąty znoszenia dla przedniej i tylnej osi są takie same. Krzywizna toru ruchu właściwie nie ulega zmianie.

Z podsterownością mamy do czynienia jeśli kąty znoszenia opon przedniej osi jest większy niż kąty znoszenia na tylnej osi. Powoduje to, że rzeczywisty promień toru jazdy jest większy niż wynika to ze statycznej geometrii pojazdu.

Przy nadsterowności kąty znoszenia tylnej osi są większe niż w kołach osi przedniej. Powoduje to zmniejszenie promienia toru ruchu.

Co z tego wynika? Na początek zajmijmy się „zwykłą sytuacją drogową”, tj. taką, przy której przyśpieszenie dośrodkowe jest sporo niższe od granicy przyczepności opon.

Przy ustalonej prędkości samochód podsterowny nie wymaga praktycznie żadnych dodatkowych czynności od kierowcy. Narastająca w trakcie wchodzenia w zakręt siła odśrodkowa powoduje zwiększanie kątów znoszenia, aby utrzymać się na pasie ruchu wystarczy mocniej skręcić kierownicę, co jest reakcją instynktowną.

W przypadku samochodu nadsterownego dochodzi do zmniejszania promienia toru jazdy co powoduje wzrost przyśpieszenia dośrodkowego efektem czego jest wzrost kątów znoszenia i dalsze zacieśnianie zakrętu. Oczywiście możliwe jest ustalenie toru ruchu samochodu nadsterownego, jednak wymaga to reakcji ze strony kierowcy w postaci przynajmniej zmniejszenia kąta skrętu kierownicy.

Wraz ze wzrostem szybkości lub zmniejszaniem promienia zakrętu rośnie siła odśrodkowa. Opony odpowiadają na to wzrastającym kątem znoszenia. Po przekroczeniu pewnej wartości krytycznej siła dośrodkowa generowana przez opony zaczyna spadać – generalnie gwałtowniej w oponach o niższym profilu. Na ogół szybciej dochodzie do tego na osi na której występowały większe kąty znoszenia.

W samochodzie podsterownym dalsze skręcanie kierownicą spowoduje poszerzanie zakrętu, samochód nadsterowny natomiast będzie wynosił tylną oś na zewnątrz, w skrajnych przypadkach doprowadzając do wykręcenia tzw. bączka i opuszczenia drogi w trudny do przewidzenia sposób.

Popularna opinia, wg której w przypadku wejścia w zakręt z nadmierną prędkością samochód nadsterowny można z niego wyprowadzić wprowadzając go w nadsterowny poślizg wzięła się prawdopodobnie z obserwacji rajdów odbywających się na nawierzchniach sypkich (popularne szutry), dla których siła sprzężenia rośnie w przypadku wystąpienia poślizgu (z tego samego powodu na piasku, żwirze, śniegu szybciej zatrzyma się samochód bez ABS z zablokowanymi kołami). Na przyczepnych nawierzchniach jak np. asfalt czy beton po przekroczeniu wartości krytycznej siła sprzężenia spada – oznacza to, że promień toru jazdy zarówno samochodu podsterownego jak i nadsterownego musi ulec zwiększeniu.

Skoro już wiemy mniej więcej czym jest podsterowność i nadsterowność przyjrzyjmy się w dużym skrócie przyczynom ich występowania. Na większość z nich przeciętny użytkownik nie ma wpływu, są to:

• konstrukcja zawieszenia – odpowiada za kąty pochylenia i skrętu kół pod wpływem działających na pojazd sił. We własnym zakresie ciężko coś tu zmienić.

• rozkład mas – generalnie oś na której spoczywa większy ciężar wykazuje na zakręcie większe kąty znoszenia. To stąd bierze się w znacznej mierze charakterystyczna dla samochodów z przednim napędem silna podsterowność. Można ją zmniejszyć stosując balast umieszczony z tyłu (np. w postaci rodziny i bagaży na wakacje) co jednak nie zwiększy zdolności pokonywania zakrętów.

• opony – tutaj mamy największe pole do popisu. Szersze opony wykazują większą przyczepność a obniżanie profilu zwiększa ich sztywność zmniejszając kąty znoszenia. Zmianę sztywności bardzo łatwo uzyskać zmieniając ciśnienie w oponach.

• aerodynamika – żeby to miało sens przy prędkościach dopuszczalnych limitami spojlery musiałyby być gigantyczne. W większości samochodów występują siły zmniejszające nacisk przednich kół (kilka kilogramów przy 100 km/h) , zwłaszcza w przypadku przewożenia bagaży na dachu.

Drogi publiczne mają do siebie, że są nieprzewidywalne. I o ile mało kto będzie ryzykował kopnięcie w hamulec na zakręcie z powodu bażanta czy zająca to dziecko, dzik czy krowa prawie na pewno spowodują wbicie hamulca w podłogę. W sytuacji wejścia w zakręt z nadmierną szybkością również jest duża szansa na zastosowanie manewru „ratuj się kto może” pod postacią przeniesienia nogi z pedału gazu na hamulec. Spowoduje to dynamiczną zmianę nacisków – przednie koła zostaną „dociążone” a tylne „odciążone”. Taka zmiana sprzyja nadsterowności. W przypadku samochodu podsterownego istnieje niezerowa szansa, że to dociążenie zwiększy zdolność przenoszenia przednich kół na tyle, że uda się ominąć zagrożenia. Samochód nadsterowny w takiej sytuacji grozi natomiast wystrzeleniem tylnej osi stycznie do toru ruchu. Najgorszą opcją jest natomiast samochód, który pod wpływem dynamicznych zmian obciążenia nagle zmienia swoją charakterystykę.