Bil sladdar som bakvänd kastpil

Kastpilars rörelse får här illustrera varför bilar kan bli instabila, om framhjulens däck har bättre sidgrepp än bakhjulens. Resonemanget bygger på fenomen och begrepp som introducerades i Hjulkalendern 18, 19 och 20.

Krafter från omgivande medium (luft eller vatten) på en farkost.
En farkost med tyngdpunkten i T rör sig här i ett omgivande medium – luft eller vatten. Illustrationen gjordes för Nationalencyklopedin – då utan tanke på att farkosten sedan skulle associeras med en kastpil. 🙂 Alla sidkrafter (s) ger ett summerat vridmoment omkring T motsvarande en enda kraftresultant F med angreppspunkt i tryckcentrum (P).
Eftersom P ligger bakom T är farkosten stabil och återgår till rak kurs av sig själv – oberoende av färdhastigheten (v).

Först publicerad bakom lucka nr.21 i Hjulkalendern 2013

Luftkrafterna mot fenorna på en bakvänd kastpil vrider den rätt – som i figuren ovan.
Likadant återgår en bil till rak kurs, om vägens sidkrafter på bakhjulen ger ett större girmoment omkring tyngdpunkten än de gör på framhjulen. Se figuren nederst.

Fasta kroppars tyngdpunkt (kastpilars och bilars) rör sig längs en rät linje med oförändrad hastighet – om inga krafter från omgivningen verkar på kroppen. Se Hjulkalendern 18.

Det gäller också rotationshastigheten. Anta att bilen vridits lite ur kurs av en vindby eller av vägojämnheter och rör sig lite i sidled. Då uppstår små avdriftsvinklar på både fram- och bakhjulen enligt (α) i figuren från Hjulkalendern 19.

Hjulens avdriftsvinklar ger sidkrafter (S) på däcken enligt videon i Hjulkalendern 20.
Om bakhjulens sidkrafter ger bilen ett mindre girande vridmoment än framhjulen, så vrider bilen sig själv tillbaka till rakare kurs. Annars måste föraren styra emot sladden för att minska sidkraften på framhjulen.

Grafisk illustration av sladd
Yttre krafter och deras girmoment på stabilt och instabilt fordon. Figurmanus till min artikel i Nationalencyklopedin under uppslagsordet kursstabilitet. En förfinad analys med tidsderivering av vektorer visar att bilar med sämre sidgrepp bak inte blir instabila förrän över den så kallade kritiska hastigheten. Har bakhjulen bättre sidgrepp än framhjulen är bilen (teoretiskt) kursstabil i alla hastigheter.

I Hjulkalendern 19 illustrerades med friktionscirkeln att bromsning minskar sidgreppet. Det gäller alltså att konstruera bromssystemen så att framhjulen utnyttjar mer av väggreppet än bakhjulen. På bilar med mekanisk parkeringsbroms, som verkar enbart på bakhjulen, kan man genom att dra i handbromsen få bilen att svänga tvärare än vändcirkeln medger enligt Ackermanns geometri i figuren från Hjulkalendern 20.

Hård bromsning av bakhjulen ‘konsumerar’ all friktion och får dem att sluta snurra. Friktionskrafterna på däcken från vägen blir då mindre och får en stabiliserande riktning först när bilen har ställt sig på tvären och bakhjulen rör sig i sidled.

Hård bromsning  av framhjulen ökar faktiskt stabiliteten, men minskar också styrbarheten.

Det här samspelet mellan broms- och sidkrafter regleras med elektromekaniska antiblockeringssystem (ABS från tyskan), som blev vanliga under1990-talet.
Mer om det kommer i följande avsnitt av Hjulkalendern.

_________

Klicka här för att lista alla öppnade luckor i 2013 års adventskalender på bildrullen.se.

Författare: Lennart Strandberg

Professor (emeritus) vid Linköpings universitet; Oberoende haveriutredare och olycksanalytiker i eget företag stop.se; Körkort A BE CE DE; Tävlingsförare i svenska bileliten och på mc i enduro; Experimentell och epidemiologisk forskning om trafikantbeteende, biomekanik och kördynamik i kritiska situationer; Professor i teknisk olycksfallsforskning vid tidigare Arbetsmedicinska institutet.

4 reaktioner till “Bil sladdar som bakvänd kastpil”

  1. Ja, Sven, principen gäller inte bara i girplanet. För JAS-39 Gripen är väl stabilisering i pitch- eller loopingplanet det som har vållat mest huvudbry.

    Innan SAAB fick kontroll över PIO (Pilot Induced Oscillations) i datorstyrningen blev dyrGripen omdöpt till världens dyraste jordfräs. Den “sladdade” i pitchplanet och piloten kunde inte häva sladden.
    Kolla videon utan ljud från kraschen 1989 i Linköping. De spontana svordomarna hörs på den här videon med ljud.

Dina insikter och konstruktiva förslag: