Paweł SKRZYPCZYK, Robert KAŁUŻA, Piotr CZECH[1]
proces hamowania motocykli typu enduro i szosowo-turystycznych
Streszczenie. W sytuacji wystąpienia zagrożenia kierujący motocyklem musi w ułamku sekundy zdecydować, jaki manewr obronny wykonać. Najczęściej wybieranym manewrem jest hamowanie. Rozpoczęcie hamowania motocyklem wiąże się dodatkowo z wyborem hamulca, którego użyje kierowca. Ma on tutaj do wyboru użycie hamulca przedniego, tylnego lub obu równocześnie. W artykule przedstawiono badanie wpływu takiej decyzji na proces hamowania. Badania zostały przeprowadzone dla motocykli typu enduro i szosowo-turystycznych.
Słowa kluczowe: Proces hamowania, opóźnienie hamowania, droga hamowania, motocykl.
Braking process of enduro and highway-tOurist
motorbikes
Summary. In the event of an emergency, head
of the motorcycle has a split second to decide what to do defensive maneuver.
The most common choice is the braking maneuver. Starting motorcycle braking is
associated with the selection of additional brake, which uses a driver. It
is here to choose to use the front brake, rear or both simultaneously. The
paper presents the study of the effects of such decision on the braking
process. Tests were carried out for enduro and highway-tourist motorbikes.
Keywords: Braking process, braking deceleration, braking distance, motorbike.
1. WSTĘP
Skuteczność działania hamulców jest jedną z najważniejszych cech pojazdów decydujących o bezpieczeństwie [1-11]. Współczesne układy hamulcowe muszą cechować się bardzo dużą skutecznością działania oraz odpowiednimi własnościami mechanicznymi, tj. wysoką wytrzymałością i wymaganą odpornością na pękanie w zróżnicowanych warunkach naprężeniowo-temperaturowych [1, 3, 4, 7, 8].
Współczesny przemysł motoryzacyjny dąży do budowy pojazdów spełniających wysokie wymagania eksploatacyjne dotyczące bezpieczeństwa w sytuacjach awaryjnych, poszukując przy tym rozwiązań pozwalających na redukcję masy pojazdu niepowodującą spadku bezpieczeństwa i niezawodności, a wręcz je podnoszącą [1, 3, 4, 7, 8].
Przy obecnym zwiększaniu mocy oraz polepszaniu możliwości jezdnych motocykli rzeczą najważniejszą staje się możliwość szybkiego i bezpiecznego zatrzymania się. Obecnie w pojazdach motocyklowych dominuje trend wprowadzania elektroniki, która ma skutecznie wspomóc kierującego w sytuacjach zagrożenia. Głównym celem projektantów jest ograniczenie poślizgów kół w tego typu pojazdach, gdyż to właśnie one obok nadmiernej prędkości są najczęstszą przyczyna wypadków z udziałem motocyklistów.
Pierwszy motocykl, zbudowany przez Daimlera w 1885 roku, miał hamulec szczękowy działający na tylne koło, pełniący rolę zarówno hamulca roboczego, jak i postojowego. Pierwsze motocykle na ogół miały hamowane tylko jedno koło, przednie albo tylne, w zależności od rozwiązania przyjętego przez wytwórcę. Kolejnym krokiem na drodze rozwoju motocyklowych układów hamulcowych było wprowadzenie niezależnego hamowania obu kół. W 1966 roku nastąpił przełom w dziejach ewolucji świata motocyklowego. Po raz pierwszy zamontowano w motocyklu hamulec tarczowy uruchamiany hydraulicznie. Tego typu konstrukcje praktycznie wyparły inne typy rozwiązań układów hamulcowych motocykli, znajdując zastosowanie nawet w hamulcach kół tylnych małych motorowerów [3].
Układ hamulcowy motocykla oraz jego konstrukcja muszą skutecznie poradzić sobie z istniejącym konfliktem – między dążeniem do możliwie najskuteczniejszego hamowania i zachowania stabilności jazdy. Dwa czynniki wpływające na utrzymywanie równowagi przez jadący motocykl to siła bezwładności i siły żyroskopowe generowane przez kręcące się koła. W utrzymywaniu równowagi pomagają kręcące się koła motocykla. Generują one stabilizującą siłę żyroskopową, która przeciwdziała przesuwaniu się koła w poziomie lub odchyleniom od pionu [2]. Jeśli takie stabilizowanie zostanie zakłócone wskutek krótkotrwałego nadmiernie silnego hamowania, z wystąpieniem tendencji do blokowania jednego koła, grozi to utratą stabilności i z reguły prowadzi do pochylenia pojazdu. Od momentu zaistnienia poślizgu bocznego nadmiernie hamowanego koła przedniego, składowa siła odśrodkowa maleje, co sprzyja dalszemu pochylaniu się pojazdu. Przeciwdziałać tej tendencji może tylko wystąpienie dużej siły bocznej lub przyczepności bocznej, której nie można osiągnąć nawet w przypadku, gdy koło zupełnie nie jest hamowane. Jest to jedna z najczęstszych przyczyn wywrotek motocyklistów [3, 10, 11].
Podobnie
jak w przypadku samochodu osobowego, powierzchnia styku opony z nawierzchnią
musi przenieść wszystkie siły związane z opóźnieniem hamowania motocykla.
Podstawową różnicą jest to, że środek masy w przypadku motocykla znajduje się w płaszczyźnie
kół. Wielkość siły normalnej działającej na punkt styku opony z nawierzchnią
jest uzależniona od odległości środka masy do osi przedniej i tylnej. Niestety
w przypadku motocykla środek masy w stosunku do rozstawu osi, leży dwukrotnie
wyżej niż w przypadku samochodu osobowego. Skutkiem tego jest powstająca
sytuacja, w której siła wynikająca z opóźnienia, przyłożona do środka masy
motocykla, powoduje dodatkowe dociążenie koła przedniego i równoczesne
odciążenie koła tylnego. Dlatego w przypadkach hamowań awaryjnych, motocykl ma
skłonność do odrywania się koła tylnego od nawierzchni (w szczególności
przy jeździe jednej osoby). Wpływ na to zjawisko ma również rozmiar i rodzaj
zastosowanego ogumienia [1-11].
2. OPIS BADAŃ
W przeprowadzonych
badaniach sprawdzano wpływ wyboru użytego przez kierowcę hamulca na proces
hamowania motocykla.
Do badań wybrano po jednym przedstawicielu z grupy
motocykli typu enduro i szosowo-turystycznych:
a) Yamaha WR 450 06 (rys. 1):
- typ motocykla: enduro,
- masa własna:
- dopuszczalna masa całkowita:
- resorowanie przedniego koła:
- resorowanie tylnego koła:
- wysokość siedzenia:
- rozstaw osi:
- typ ramy: centralna podwójna,
- rodzaj materiału, z jakiego została wykonana
rama: stop aluminiowy,
- pojemność silnika: 450 cm3,
- moment obrotowy: 36,0 Nm przy 6500 obrotach,
- moc silnika: 40,0 kW /
- hamulec przedni: tarczowy,
- hamulec tylny: tarczowy,
- średnica tarczy w przednich hamulcach:
- średnica tarczy w tylnych hamulcach:
- seryjny rozmiar opon z przodu: 90/90-
- seryjny rozmiar opon z tyłu: 130/90-
b) Yamaha FZ 6 05 (rys. 2):
- typ motocykla: szosowo-turystyczny,
- masa własna:
- dopuszczalna masa całkowita: 350kg,
- zawieszenie przód: widelec teleskopowy,
- skok zawieszenia przedniego:
- zawieszenie tył: wahacz wleczony,
- skok zawieszenia tylnego:
- wysokość siedzenia:
- rozstaw osi:
- wysokość całkowita
- długość całkowita
- szerokość całkowita
- typ ramy: centralna podwójna,
- rodzaj materiału, z jakiego została wykonana
rama: stop aluminiowy,
- pojemność silnika: 600 cm3,
- moment obrotowy: 63,10 Nm przy 6400 obrotach,
- moc silnika: 70,5 kW /
- hamulec przedni: dwutarczowy,
- hamulec tylny: tarczowy,
- średnica tarczy w przednich hamulcach:
- średnica
tarczy w tylnych hamulcach:
- seryjny
rozmiar opon z przodu: 120/70-
- seryjny
rozmiar opon z tyłu: 180/55-
Na rys. 1 pokazano wybrany do badań motocykl typu enduro, natomiast na rys. 2 − motocykl szosowo-turystyczny.
Rys. 1. Motocykl Yamaha WR 450
Fig.
1. Yamaha WR 450
Rys. 2. Motocykl Yamaha FZ 6
Fig. 2. Yamaha FZ 6
Badania przeprowadzono z użyciem akcelerometru XL METER PRO. Jest to urządzenie pomiarowe rejestrujące chwilowe przyspieszenie wzdłużne i poprzeczne pojazdu. Dane znamionowe przyrządu przedstawiono w tabeli 1.
Tabela 1
Dane dotyczące urządzenia pomiarowego
|
Pomiar przyspieszenia wzdłużnego |
|
|
Zakres |
-5,0…+5,0 m/s2 do -20,0…+20,0 m/s2 |
|
Rozdzielczość |
0,0021 m/s2 |
|
Częstotliwość pomiaru |
25 Hz – 200 Hz |
|
Temperatura pracy |
0- |
Przyrząd pomiarowy został zamontowany w okolicach główki ramy motocykla w sposób pokazany na rys. 3.
Rys. 3. Sposób zamontowania przyrządu pomiarowego
Fig. 3. Way of mounting the measuring
instrument
W
trakcie badań motocykl rozpędzano do prędkości ok.
Badania przeprowadzono na prostym odcinku drogi
o dwóch typach nawierzchni: asfaltowej oraz szutrowej. Ponieważ w założeniach
eksperymentu było uzyskanie wyników dla możliwie trudnych warunków ruchu,
badania na nawierzchni asfaltowej przeprowadzono, gdy była ona mokra. Każda
próba hamowania odbywała się trzykrotnie. Próby zrealizowano przy bezwietrznej
pogodzie, w temperaturze ok.
W badaniu udział wzięło dwóch kierowców: o masie
ok.
3. WYNIKI BADAŃ
Badania obejmowały przeprowadzenie, na nawierzchni mokrej asfaltowej oraz szutrowej, próby hamowania motocyklem:
a) typu enduro:
- przy użyciu wyłącznie hamulca przedniego,
- przy użyciu wyłącznie hamulca tylnego,
- przy użyciu obydwu hamulców;
b) typu szosowo-turystycznego:
- przy użyciu wyłącznie hamulca przedniego,
- przy użyciu wyłącznie hamulca tylnego,
- przy użyciu obydwu hamulców.
Uzyskane wyniki pomiarów zestawiono w tabelach 2-5 oraz na rys. 4-5.
Tabela 2
Uśrednione wyniki
pomiarów dla motocykla klasy enduro
na nawierzchni mokrej asfaltowej
|
Motocykl Yamaha WR 450 |
Użyty hamulec |
||
|
Przedni + tylny |
Przedni |
Tylny |
|
|
Długość drogi hamowania [m] |
31,20 |
36,70 |
42,00 |
|
Prędkość, przy której rozpoczęto hamowanie [km/h] |
47,40 |
49,78 |
55,00 |
|
Czas procesu hamowania [s] |
3,33 |
5,21 |
4,22 |
|
Średnie opóźnienie hamowania [m/s2] |
4,23 |
2,71 |
2,91 |
|
Maksymalne opóźnienie hamowania [m/s2] |
7,31 |
6,04 |
8,42 |
Tabela 3
Uśrednione
wyniki pomiarów dla motocykla klasy enduro
na nawierzchni szutrowej
|
Motocykl Yamaha WR 450 |
Użyty hamulec |
||
|
Przedni + tylny |
Przedni |
Tylny |
|
|
Długość drogi hamowania [m] |
26,31 |
27,88 |
23,94 |
|
Prędkość, przy której rozpoczęto hamowanie [km/h] |
51,25 |
49,88 |
45,99 |
|
Czas procesu hamowania [s] |
3,14 |
3,48 |
3,88 |
|
Średnie opóźnienie hamowania [m/s2] |
5,67 |
3,69 |
3,64 |
|
Maksymalne opóźnienie hamowania [m/s2] |
13,62 |
9,86 |
7,10 |
Tabela 4
Uśrednione wyniki
pomiarów dla motocykla klasy szosowo-turystycznej
na nawierzchni mokrej asfaltowej
|
Motocykl Yamaha FZ 6 |
Użyty hamulec |
||
|
Przedni + tylny |
Przedni |
Tylny |
|
|
Długość drogi hamowania [m] |
31,10 |
38,20 |
47,00 |
|
Prędkość, przy której rozpoczęto hamowanie [km/h] |
48,81 |
50,25 |
46,89 |
|
Czas procesu hamowania [s] |
4,11 |
5,13 |
5,78 |
|
Średnie opóźnienie hamowania [m/s2] |
3,81 |
2,68 |
2,73 |
|
Maksymalne opóźnienie hamowania [m/s2] |
6,13 |
4,73 |
6,11 |
Tabela 5
Uśrednione wyniki
pomiarów dla motocykla klasy szosowo-turystycznej
na nawierzchni szutrowej
|
Motocykl Yamaha FZ 6 |
Użyty hamulec |
||
|
Przedni + tylny |
Przedni |
Tylny |
|
|
Długość drogi hamowania [m] |
37,13 |
39,85 |
38,21 |
|
Prędkość, przy której rozpoczęto hamowanie [km/h] |
49,51 |
48,26 |
51,25 |
|
Czas procesu hamowania [s] |
6,72 |
5,60 |
7,89 |
|
Średnie opóźnienie hamowania [m/s2] |
3,24 |
2,76 |
2,40 |
|
Maksymalne opóźnienie hamowania [m/s2] |
6,18 |
3,57 |
4,76 |
Rys. 4. Porównanie drogi hamowania w zależności od użytego hamulca, rodzaju nawierzchni oraz typu motocykla
Fig.
4. Comparison of braking depending on the used brake, surface type and the
type of motorcycle
Rys. 5. Porównanie średniego opóźnienia hamowania w zależności od użytego hamulca, rodzaju nawierzchni oraz typu motocykla
Fig. 5. Comparison of average braking
deceleration depending on the used brake, surface type and the type of
motorcycle
Najdłuższą
drogę hamowania (
Na rys. 6 pokazano przykładowe przebiegi procesu hamowania w czasie dla motocykla klasy enduro na nawierzchni asfaltowej. Najkrótszy czas i najkrótszą drogę hamowania uzyskano dla próby hamowania hamulcem przednim i tylnym jednocześnie (3,33 s i 31,2 m). Pod względem uzyskanego opóźnienia hamowania najwyższą wartość otrzymano dla próby z użyciem hamulca tylnego, podczas której maksymalne opóźnienie hamowania wyniosło 8,42 m/s2. Należy zwrócić uwagę na fakt, że w trakcie tej próby hamowania nastąpił poślizg tylnego koła (w 3. sekundzie pomiaru), co spowodowało wyraźny spadek chwilowej wartości opóźnienia hamowania i znacznie wpłynęło na końcowy wynik.
Rys. 6. Przyspieszenie wzdłużne motocykla Yamaha WR 450 uzyskiwane na nawierzchni asfaltowej
Fig.
6. Longitudinal acceleration of the motorcycle Yamaha WR 450 obtained on
the asphalt surface
Przykładowe przebiegi pochodzące z próby hamowania motocyklem enduro na nawierzchni szutrowej prezentuje rys. 7. W tym przypadku wyniki są bardziej zbliżone do siebie niż w przypadku nawierzchni asfaltowej. Analogicznie do nawierzchni asfaltowej najlepszą skutecznością hamowania okazało się hamowanie obydwoma hamulcami jednocześnie. Pozwoliło ono uzyskać najkrótszy czas i najkrótszą drogę hamowania oraz największe maksymalne opóźnienie hamowania. Wyniki pochodzące z tej próby cechują się dużą ilością szumów ze względu na rodzaj nawierzchni, na jakiej wykonywane było badanie, oraz na wykorzystywane ogumienie motocykla – typ kostka.
Kolejnym analizowanym przypadkiem było zachowanie się motocykla szosowo-turystycznego podczas prób hamowania na nawierzchni asfaltowej mokrej. Przykładowy proces hamowania dla tego wariantu pokazano na rys. 8.
Rys. 7. Przyspieszenie wzdłużne motocykla Yamaha WR 450 uzyskiwane na nawierzchni szutrowej
Fig.
7. Longitudinal acceleration of the motorcycle Yamaha WR 450 obtained on
the gravel surface
Rys. 8. Przyspieszenie wzdłużne motocykla Yamaha FZ 6 uzyskiwane na nawierzchni asfaltowej
Fig.
8. Longitudinal acceleration of the motorcycle Yamaha FZ 6 obtained on the
asphalt surface
Na rysunku można zauważyć duże wahania zmian przyspieszeń chwilowych, widoczne szczególnie dla hamowania tylnym hamulcem. Powodem tego jest fakt, iż koło tylne cały czas porusza się na granicy poślizgu, na przemian mając i tracąc przyczepność. Najkrótszy czas hamowania uzyskano dla próby hamowania obydwoma hamulcami jednocześnie (6,13 m/s2). Przebieg hamowania hamulcem przednim charakteryzuje się znacznie mniejszym zróżnicowaniem uzyskiwanych wartości przyspieszeń w czasie. Jest to spowodowane lepszym dociążeniem osi przedniej w porównaniu z tylną. Średnie opóźnienie hamowania dla hamulca przedniego wyniosło 2,68 m/s2 i jest najmniejsze spośród wybranych do badania technik hamowań. Może to wynikać z zachowawczości motocyklisty, który obawiając się niebezpiecznego bocznego uślizgu przedniej osi, nie dociska hamulca do końca.
Przykładowe wyniki otrzymane w procesie hamowania motocykla szosowo- turystycznego na nawierzchni szutrowej pokazano na rys. 9.
Rys. 9. Przyspieszenie wzdłużne motocykla Yamaha FZ 6 uzyskiwane na nawierzchni szutrowej
Fig.
9. Longitudinal acceleration of the motorcycle Yamaha FZ 6 obtained on the
gravel surface
Motocykl
tego typu jest przeznaczony głównie do jazdy na nawierzchni utwardzonej, ale może
się także poruszać po nawierzchniach gorszej jakości, takich jak np.
analizowana nawierzchnia szutrowa. Tak jak można było przypuszczać, motocykl na
tego typu nawierzchni bardzo łatwo wpada w poślizg, przez co znacznie ulega
zmniejszeniu skuteczność hamowania. Najgorszym wynikiem cechuje się próba
pochodząca z hamowania tylko hamulcem tylnym, podczas której koło wpadało w
poślizg. Pojazd zatrzymał się dopiero po upływie niemal 8 s i przejechaniu
Na rys. 10-15 porównano uzyskane dla motocykli klas
enduro i szosowo-turystycznego przebiegi procesu hamowania otrzymane dla tych
samych warunków badań.
Uzyskane
wyniki wskazują na przewagę motocykla klasy enduro nad szosowo-turystycznym.
Należy jednak zaznaczyć, że w badaniach sprawdzano zachowanie motocykli w
trudnych warunkach, tzn. na nawierzchni szutrowej oraz mokrym asfalcie, i to
tylko przy stosunkowo małej prędkości, przy której rozpoczynano proces
hamowania – ok.
Rys. 10. Przyspieszenie wzdłużne uzyskiwane na nawierzchni asfaltowej przy wykorzystaniu hamulca tylnego
Fig. 10. Longitudinal acceleration obtained on the asphalt surface
using the rear brake
Rys. 11. Przyspieszenie wzdłużne uzyskiwane na nawierzchni asfaltowej przy wykorzystaniu hamulca przedniego
Fig. 11. Longitudinal acceleration obtained on the asphalt surface
using the front brake
Rys. 12. Przyspieszenie wzdłużne uzyskiwane na nawierzchni asfaltowej przy równoczesnym wykorzystaniu hamulca przedniego i tylnego
Fig.
12. Longitudinal acceleration obtained on the asphalt surface while using
the front and rear at the same time
Rys. 13. Przyspieszenie wzdłużne uzyskiwane na nawierzchni szutrowej przy wykorzystaniu hamulca tylnego
Fig. 13. Longitudinal acceleration obtained on the gravel surface
using the rear brake
Rys. 14. Przyspieszenie wzdłużne uzyskiwane na nawierzchni szutrowej przy wykorzystaniu hamulca przedniego
Fig. 14. Longitudinal acceleration obtained on the gravel surface
using the front brake
Rys. 15. Przyspieszenie wzdłużne uzyskiwane na nawierzchni szutrowej przy równoczesnym wykorzystaniu hamulca przedniego i tylnego
Fig. 15. Longitudinal acceleration obtained on the gravel
surface while using the front and rear at the same time
4. PODSUMOWANIE
Na podstawie przeprowadzonych badań można sformułować następujące wnioski:
1. Największą skuteczność hamowania zarówno w przypadku motocykla klasy enduro, jak i szosowo-turystycznego uzyskiwano przy jednoczesnym użyciu hamulców przedniego i tylnego.
2. Hamowanie motocyklem klasy enduro w trudnych warunkach drogowych cechuje się dużo większymi uzyskiwanymi wartościami opóźnienia hamowania niż w przypadku motocykla szosowo-turystycznego.
3. Na nawierzchniach śliskich duży wpływ na wartości chwilowych przyspieszeń wzdłużnych ma zachodzące zjawisko poślizgu, które w decydujący sposób determinuje wyniki.
4. Proces hamowania na nawierzchniach śliskich zależy od bardzo wielu czynników, tj. ostrożności kierowcy, poślizgu, przeszkód na drodze, a jego przebieg różni się od teoretycznego przebiegu hamowania.
Bibliografia
1. Chalecki M. 2006. Konwencjonalne i elektroniczne układy hamulcowe. [In Polish: Conventional and electronic brake systems]. Warszawa: Wydawnictwa Komunikacji i Łączności.
2. Hough D.L. 2004. Motocyklista doskonały. [In Polish: Perfect motorcyclist]. Warszawa: Wydawnictwo Buk Rower.
3. Leiter R. 1998. Hamowanie samochodów osobowych i motocykli. [In Polish: Braking cars and motorcycles]. Warszawa: Wydawnictwo Komunikacji i Łączności.
4. Miatluk M., Z. Kamiński. 2005. Układy hamulcowe pojazdów: obliczenia. [In Polish: Braking systems of vehicles: calculations]. Białystok: Wydawnictwo Politechniki Białostockiej.
5. Prochowski L. 2005. Mechanika ruchu. [In Polish: Mechanics of movement]. Warszawa: Wydawnictwo komunikacji i Łączności.
6. Prochowski L., J. Unarski, W. Wach, J. Wicher. 2008. Podstawy rekonstrukcji wypadków drogowych. [In Polish: Basics accident reconstruction]. Warszawa: Wydawnictwa Naukowo-Techniczne.
7. Reński
A. 1997. Budowa samochodów: układy
hamulcowe i kierownicze oraz zawieszenia. [In Polish: Construction
of car: braking and steering and suspension]. Warszawa: Oficyna Wydawnicza
Politechniki Warszawskiej.
8. Siłka W. 2002. Teoria ruchu samochodu. [In Polish: Theory of a moving car]. Warszawa: Wydawnictwa Naukowo-Techniczne.
9. Wicher J. 2004. Bezpieczeństwo samochodów i ruchu drogowego. [In Polish: Safety cars and traffic]. Warszawa: Wydawnictwa Komunikacji i Łączności.
10. Wierciński J. (red.). 1985. Wypadki drogowe – elementy analizy technicznej i opiniowania. [In Polish: Road accidents - elements of technical analysis and evaluation]. Warszawa: Wydawnictwa Komunikacji i Łączności.
11. Wierciński J., A. Reza (red.). 2011. Wypadki drogowe. Vademecum biegłego sądowego. [In Polish: Road accidents. Vademecum of court expert]. Kraków: Wydawnictwo Instytutu Ekspertyz Sądowych.