Ένα αυτοκίνητο μπορεί να υποστρέφει, να υπερστρέφει, ή να μην κάνει τίποτα από τα δύο, δηλαδή να συμπεριφέρεται ουδέτερα. Στο σημείο αυτό δίνουμε έναν ελεύθερο ορισμό των παραπάνω εννοιών:

Ουδέτερη συμπεριφορά έχουμε όταν ένα όχημα ακολουθεί πιστά την τροχιά που του υπαγορεύει το σύστημα διεύθυνσης, δηλαδή διαγράφει την καμπύλη που επιθυμεί ο οδηγός του, χωρίς να στρίβει ούτε περισσότερο από το κανονικό, αλλά ούτε και λιγότερο.

Υποστροφική είναι η συμπεριφορά ενός οχήματος, όταν αυτό τείνει να διαγράψει τροχιά μεγαλύτερης ακτίνας από αυτήν που του υπαγορεύει το σύστημα διεύθυνσης. Ενώ δηλαδή ο οδηγός στρίβει αρκετά το τιμόνι του, το αυτοκίνητο συμπεριφέρεται σαν να το έχει στρίψει λίγο. Στην έσχατη εκδήλωση της υποστροφής, το αυτοκίνητο αγνοεί τελείως το στρίψιμο του τιμονιού και πορεύεται σχεδόν ευθεία.

Η υπερστροφή είναι ακριβώς αντίθετη της υποστροφής. Το αυτοκίνητο δείχνει έναν υπερβάλλοντα ζήλο να στρίψει, ακόμα και όταν η γωνία στροφής του τιμονιού είναι μικρή. Έσχατη εκδήλωση υπερστροφής είναι το γνωστό σε όλους μας, τετ-α-κε.

Πριν όμως πούμε οτιδήποτε γι' αυτά τα φαινόμενα, πρέπει να τονίσουμε ότι η εξέλιξη αμφότερων χωρίζεται σε δυο φάσεις: Έχουμε Υπο/υπερστροφή πριν την απώλεια πρόσφυσης και Υπο/υπερστροφή μετά την απώλεια πρόσφυσης. Ανάλογα με τη φάση στην οποία βρισκόμαστε, οι παράγοντες που καθορίζουν τα δύο φαινόμενα, είναι τελείως διαφορετικοί.

Πριν την απώλεια πρόσφυσης

Στη φάση αυτή, η εξέλιξη των φαινομένων οφείλεται καθαρά στην εγκάρσια ευκαμψία των ελαστικών και στη γωνία ολίσθησης α που έχουμε περιγράψει αναλυτικά. Για την ανάλυση, θεωρούμε κατ' αρχήν ότι και τα τέσσερα ελαστικά έχουν τη ίδια ευκαμψία, δηλαδή υπό την επίδραση της ίδιας εγκάρσιας δύναμης, παράγουν την ίδια γωνία ολίσθησης α.

Θα εξετάσουμε τρεις περιπτώσεις αυτοκινήτων που στρίβουν. Θεωρούμε ότι η στροφή του τιμονιού είναι η ίδια και στις τρεις περιπτώσεις, ενώ αυτό που διαφέρει είναι η θέση του κέντρου βάρους.

1) Καταρχήν, έχουμε την περίπτωση ενός αυτοκινήτου που το κέντρο βάρους του βρίσκεται περίπου στη μέση της απόστασης μεταξύ του εμπρός και του πίσω άξονα. Μπορούμε να θεωρήσουμε ότι η φυγόκεντρος δύναμη ασκείται στο κέντρο βάρους, με φορά προς το εξωτερικό μέρος της στροφής. Επειδή η φυγόκεντρος ασκείται περίπου στο κέντρο του οχήματος, οι εγκάρσιες δυνάμεις που συνθέτουν την κεντρομόλο, ισομοιράζονται στα εμπρός και πίσω ελαστικά. Επειδή δεχτήκαμε ότι όλα τα ελαστικά έχουν την ίδια ευκαμψία, οι γωνίες ολίσθησης α που θα σχηματίσουν οι εμπρός και πίσω τροχοί, είναι περίπου ίσες μεταξύ τους. Δηλαδή, όσο αποκλίνουν οι πίσω τροχοί από τη θεωρητική τους τροχιά, άλλο τόσο αποκλίνουν οι εμπρός τροχοί, οπότε συνολικά το αυτοκίνητο έχει ουδέτερη συμπεριφορά. Τα παραπάνω φαίνονται παραστατικά στο σχήμα 8. Στο σημείο αυτό πρέπει να κάνουμε μια σημαντική παρατήρηση: Όταν ένα αυτοκίνητο στρίβει, τότε υπό την επίδραση των εγκάρσιων δυνάμεων, έχουμε πάντα εγκάρσια παραμόρφωση των ελαστικών κι επομένως απόκλιση της πραγματικής από τη θεωρητική τροχιά του κάθε ελαστικού. Αυτό είναι αναπόφευκτο. Ο παράγοντας που καθορίζει τη συνολική τροχιά του οχήματος είναι το σχετικό μέγεθος της απόκλισης της τροχιάς των εμπρός ελαστικών, σε σχέση με την απόκλιση της τροχιάς των πίσω!

Σχήμα 8

Σχήμα 9

Σχήμα 10

Μετά την απώλεια πρόσφυσης

Εδώ τα φαινόμενα σχετίζονται αποκλειστικά με τους κύκλους πρόσφυσης των τεσσάρων ελαστικών. Πριν την απώλεια πρόσφυσης, οι διαμήκεις δυνάμεις των ελαστικών δεν συμμετέχουν άμεσα στη διαμόρφωση της τροχιάς, αφού δεν σχετίζονται με τη γωνία ολίσθησης α. Όμως, οι διαμήκεις δυνάμεις (επιτάχυνσης ή φρεναρίσματος), συμμετέχουν στην αύξηση της συνισταμένης δύναμης, η οποία, όταν ξεπεράσει την ακτίνα του κύκλου πρόσφυσης, προκαλεί απώλεια της πρόσφυσης του ελαστικού. Θα ασχοληθούμε πρώτα με τις διαμήκεις δυνάμεις που οφείλονται στο πάτημα του γκαζιού και οι οποίες ευθύνονται για τη λεγόμενη υποστροφή – υπερστροφή ισχύος.

Θεωρούμε ένα αυτοκίνητο με κίνηση στους εμπρός τροχούς. Το αυτοκίνητο στρίβει και ταυτόχρονα ο οδηγός το έχει "σανιδώσει". Η συνισταμένη της διαμήκους και της εγκάρσιας δύναμης στα εμπρός ελαστικά ξεπερνά την ανώτατη επιτρεπτή τιμή του κύκλου πρόσφυσης και οι εμπρός τροχοί χάνουν την πρόσφυσή τους. Υπό την επίδραση της φυγοκέντρου, το εμπρός μέρος αρχίζει να γλιστρά με ταχύτητα προς το εξωτερικό της στροφής. Έχουμε υποστροφή ισχύος.

Θεωρούμε ένα αυτοκίνητο με κίνηση στους πίσω τροχούς. Το αυτοκίνητο στρίβει και ταυτόχρονα ο οδηγός το έχει "σανιδώσει". Η συνισταμένη της διαμήκους και της εγκάρσιας δύναμης στα πίσω ελαστικά ξεπερνά την ανώτατη επιτρεπτή τιμή του κύκλου πρόσφυσης και οι πίσω τροχοί χάνουν την πρόσφυσή τους. Υπό την επίδραση της φυγοκέντρου, το πίσω μέρος αρχίζει να γλιστρά με ταχύτητα προς το εξωτερικό της στροφής. Έχουμε υπερστροφή ισχύος.

Θεωρούμε ένα αυτοκίνητο με κίνηση και στους 4 τροχούς. Το αυτοκίνητο στρίβει και ταυτόχρονα ο οδηγός το έχει "σανιδώσει". Όμως αυτή τη φορά η δύναμη της μηχανής διαιρείται δια του 4 και όχι δια του 2. Έτσι καθένας από τους 4 τροχούς έχει μεγαλύτερα περιθώρια πρόσφυσης, αφού η διαμήκης δύναμη που του αντιστοιχεί είναι μικρότερη. Έτσι, το αυτοκίνητο αυτό μπορεί να χρησιμοποιήσει περισσότερο γκάζι, με μεγαλύτερη ασφάλεια. Το πρόβλημα είναι ότι επειδή ακριβώς η απώλεια πρόσφυσης αργεί να εμφανιστεί, εμφανίζεται σε πολύ πιο επικίνδυνες ταχύτητες. Κι εκτός αυτού, δεν γνωρίζουμε πάντα ποιο μέρος του αυτοκινήτου θα ξεκολλήσει πρώτο, ή αν θα ξεκολλήσουν όλοι οι τροχοί μαζί (γλιστράει με τα τέσσερα που λέμε).

Η πιο χαρακτηριστική περίπτωση απώλειας πρόσφυσης που οφείλεται σε δυνάμεις πέδησης, είναι όταν στρίβουμε και ταυτόχρονα τραβήξουμε το χειρόφρενο. Το φαινόμενο είναι έντονο γιατί το χειρόφρενο επιδρά μόνο στους πίσω τροχούς, οι οποίοι χάνουν απότομα την πρόσφυση, προκαλώντας έντονη υπερστροφή.

Για να πούμε μερικά πράγματα ακόμη για το φρενάρισμα, θα πρέπει να θίξουμε το ζήτημα της μεταφοράς βάρους, στο οποίο έχω υποσχεθεί ότι θα επανέλθω εκτενώς στο μέλλον. Εδώ απλώς θα πούμε το εξής: Όταν ένα αυτοκίνητο φρενάρει, τότε λόγω της κεκτημένης ταχύτητας (αδράνειας), "βουτάει" προς τα εμπρός. Οι εμπρός τροχοί πιέζονται ισχυρότερα στο έδαφος ενώ οι πίσω αποσυμπιέζονται, δηλαδή μπροστά αυξάνει η κατακόρυφη δύναμη που παραλαμβάνουν οι τροχοί, ενώ πίσω μειώνεται. Αντίστοιχα, όταν ένα αυτοκίνητο επιταχύνει, τότε η "μούρη" του σηκώνεται, ενώ το πίσω μέρος κάθεται. Οι κατακόρυφες δυνάμεις μειώνονται μπροστά και αυξάνονται πίσω. Θυμηθείτε όμως ότι τα περιθώρια πρόσφυσης ενός ελαστικού, ή αλλιώς η ακτίνα του κύκλου πρόσφυσης, εξαρτάται άμεσα από την κατακόρυφη δύναμη που πιέζει τον τροχό στη γη. Έτσι το φρενάρισμα, αλλά και η επιτάχυνση, επηρεάζουν την οδική συμπεριφορά ενεργώντας όχι μόνο ως δυνάμεις που επηρεάζουν τη συνισταμένη δύναμη στους τροχούς, αλλά ρυθμίζοντας και τα περιθώρια πρόσφυσης του κάθε τροχού. Αυτό γίνεται κατανοητό με μερικά απλά παραδείγματα.

Ένα προσθιοκίνητο αυτοκίνητο στρίβει γκαζώνοντας. Το αυτοκίνητο σηκώνει λίγο τη μούρη του, οπότε τα περιθώρια πρόσφυσης των εμπρός τροχών μειώνονται. Σαν να μην έφτανε αυτό, ο οδηγός το παρακάνει με το γκάζι, οπότε η συνισταμένη δύναμη μπροστά αυξάνεται και ξεπερνάει εύκολα την ήδη μειωμένη ακτίνα του κύκλου πρόσφυσης. Το μπροστά μέρος γλιστράει και το αυτοκίνητο υποστρέφει έντονα. Ο οδηγός αφήνει το γκάζι, οπότε όχι μόνο μειώνεται η συνισταμένη δύναμη στους εμπρός τροχούς, αλλά ταυτόχρονα το αυτοκίνητο επιβραδυνόμενο "βουτάει" μπροστά και αυξάνεται η δυνατότητα πρόσφυσης των εμπρός τροχών. Και οι δυο συνέπειες εξουδετερώνουν την υποστροφή και το εμπρός μέρος παύει να γλιστράει. Όμως ο οδηγός το παρακάνει και πατάει και το φρένο. Τότε αυξάνεται ακόμα περισσότερο η πρόσφυση των εμπρός τροχών ενώ μειώνεται η πρόσφυση των πίσω. Όλοι οι τροχοί είναι επιφορτισμένοι με διαμήκεις δυνάμεις, όμως η πρόσφυση είναι αυξημένη μπροστά και μειωμένη πίσω. Το πίσω μέρος ξεκολλάει και το αυτοκίνητο υπερστρέφει! Συμπέρασμα: Η υποστροφή εξουδετερώνεται εύκολα σε ένα προσθιοκίνητο αυτοκίνητο, με το άφημα του γκαζιού, ή και με λίγο φρένο. Αυτό είναι καλό γιατί η ενστικτώδης αντίδραση ενός αμύητου οδηγού στα δύσκολα, είναι η επιβράδυνση. Δεν πρέπει όμως κανείς να το παρακάνει γιατί οι μεγάλες επιβραδύνσεις μεταβάλλουν εύκολα την υποστροφή σε υπερστροφή.

Εντελώς διαφορετικά είναι τα πράγματα στα πισωκίνητα αυτοκίνητα. Εδώ, το πολύ γκάζι κάνει μεν το αυτοκίνητο να "κάθεται" στο πίσω μέρος, αυξάνοντας την πρόσφυση των πίσω τροχών, όμως ταυτόχρονα αυξάνεται η συνισταμένη δύναμη που τείνει να υπερβεί την ακτίνα του κύκλου πρόσφυσης πίσω. Η επίδραση στην αύξηση της συνισταμένης σχεδόν πάντα είναι μεγαλύτερη με αποτέλεσμα το αυτοκίνητο να παρουσιάζει υπερστροφή ισχύος. Αφήνοντας το γκάζι, μειώνεται μεν η συνισταμένη, αλλά το αυτοκίνητο "βουτάει" συγχρόνως μπροστά, οπότε μειώνεται η δυνατότητα πρόσφυσης πίσω. Δηλαδή, ενώ προσπαθούμε να εξουδετερώσουμε την υπερστροφή, μπορεί να οδηγηθούμε ξανά σε υπερστροφή, αφού εδώ – σε αντίθεση με τα προσθιοκίνητα – οι συνέπειες της επιβράδυνσης είναι αντικρουόμενες. Γι' αυτό και τελικά η τροχιά του αυτοκινήτου διορθώνεται κυρίως με το τιμόνι. Όπως λένε οι μυημένοι, τα πισωκίνητα αυτοκίνητα θέλουν "γρήγορα χέρια".

Η συμπεριφορά των τετρακίνητων αυτοκινήτων είναι πολύ βελτιωμένη λόγω της καλύτερης κατανομής των δυνάμεων, όμως η συμπεριφορά τους στο όριο είναι η λιγότερο προβλέψιμη. Πάντως οι γενικές αρχές της απώλειας πρόσφυσης είτε αυτή οφείλεται στο γκάζι, είτε στο φρένο, είτε στις επακόλουθες μεταφορές βάρους, είναι ακριβώς ίδιες.

Οδική συμπεριφορά αυτοκινήτου: Εισαγωγή
1. Η σημασία των ελαστικών
2. Η συμπεριφορά των ελαστικών
3. Η απώλεια πρόσφυσης των ελαστικών
4. Υπο- Υπερστροφή: Οι μαγικές λέξεις της οδήγησης

Γιώργος Μαύρος ΜΗΧΑΝΙΚΟΣ (Μηχανολόγος μηχανικός) Άλλα άρθρα του