artikel

Bandentechniek bepalend voor remvertraging, imponerende noodstop (2003-06)

Techniek

In een testverslag van de Porsche 911 GT3 viel te lezen dat deze auto met een snelheid van 100 km/h een maximale remvertraging kan halen van 11,3 m/s2. Dat resulteert in een remweg van 34,1 meter. Hoe is dit mogelijk, aangezien de gravitatieversnelling niet groter is dan 9,81 m/s2?

Eerst even de theorie. In de loop van de geschiedenis van de wrijvingsleer zijn er twee hoofdwetten opgesteld. Allereerst: de grootte van het contactoppervlak is niet van invloed op de wrijving, anders gezegd: de vlaktedruk is niet van belang. Ten tweede: de wrijving hangt lineair af van de belasting, dus een tweemaal zo hoge belasting zorgt voor een tweemaal zo hoge wrijving. Er zijn met klassieke materialen nog meer wetmatigheden vastgesteld. Zo is de wrijving (vrijwel) onafhankelijk van de glijsnelheid, temperatuur en de oppervlakteruwheid.

Rubber is een materiaal waarbij enkele van de bovenstaande wetmatigheden niet opgaan. De wrijving tussen de band en het wegdek is namelijk wél afhankelijk van de vlaktedruk, de glijsnelheid én de temperatuur. Hoe lager de vlaktedruk, des te hoger de wrijving. Dat betekent dat als bij een bepaalde belasting het contactoppervlak toeneemt, de wrijvingscoëfficiënt toeneemt. Vandaar de super brede banden.

Het verloop van de wrijvingscoëfficiënt tussen de band en het wegdek hangt af van de glijsnelheid. Er is een maximum bij een bepaalde glijsnelheid, daar boven en daar beneden neemt de wrijvingscoëfficiënt sterk af.

De wrijvingscoëfficiënt van rubber neemt toe tot een bepaalde temperatuur. Boven deze temperatuur neemt de waarde af doordat er zich een smeltlaagje vormt. Banden die op hun ‘werktemperatuur’ zijn, kleven behoorlijk. Hoe zachter het rubbercompound, hoe kleveriger het rubber.

Gewapend met deze informatie gaan we aan de slag. Horizontaal werkt tussen de banden en het wegdek een wrijvingskracht Fw. Op de banden drukt een verticale kracht F. De wrijvingscoëfficiënt m is het quotiënt van deze beide krachten ofwel: m = Fw/F.

Dat kunnen we herschrijven tot: m = (m x a)/(m x g) = a/g of in woorden: de wrijvingscoëfficiënt is gelijk aan de bereikte versnelling (of vertraging) gedeeld door de versnelling van de zwaartekracht. De Porsche 911 GT3 remt met een gemiddelde vertraging van 11,3 m/s2. De wrijvingscoëfficiënt bij de Porsche is dus: m = 11,3/9,8 = 1,15.

Een Formule 1 auto die in 2 seconden tot 100 km/h optrekt, haalt een gemiddelde versnelling van 13,9 m/s^2. De wrijvingscoëfficiënt bedraagt daarbij m = 13,9/9,8 = 1,4.

Tot zover de lage snelheden. Zodra de snelheid toeneemt wordt er gebruik gemaakt van de luchtstroming om het voertuig met extra kracht tegen het wegdek te drukken. Deze ‘down-force’ doet de verticale kracht F toenemen, er wordt dan van een dynamische belasting gesproken.

Bij 250 km/h kan de dynamische wielbelasting wel 2,5 maal zo hoog zijn als bij lage snelheden. Als we uitgaan van een hoogste wrijvingscoëfficiënt bij statische wielbelasting van 1,6, dan komen we op een mogelijke versnelling of vertraging van 2,5 x 1,6 = 4,0g! Vandaar de uitzonderlijke hoge versnellingen, vertragingen en bochtsnelheden van de moderne racewagens. Dat verklaart dan weer de nekklachten die veel coureurs hebben.

Bedenk wel dat de aerodynamische druktoename afhankelijk is van de snelheid in het kwadraat. De Formule 1 auto’s beginnen dus met een zeer hoge remvertraging die sterk afneemt naarmate de snelheid daalt.

Met speciale rubbercompounds zijn wrijvingscoëfficiënten tot 1,9 mogelijk. Een ‘normale’ autoband haalt een gemiddelde van iets meer dan 1, de ‘sport’ banden van de Porsche 1,15. Als deze banden niet in de buurt van de juiste werktemperatuur zijn, is de wrijvingscoëfficiënt aanzienlijk lager.

Omdat het contactoppervlak groot is, is de vlaktedruk laag. Als het regent is de wrijvingscoëfficiënt laag door het koelend effect van het water en ligt aquaplaning op de loer.

Reageer op dit artikel