Wrijvingkracht en wrijvingscoŽfficiŽnt:


Op deze pagina worden de volgende onderdelen beschreven:
-Wrijvingkracht en wrijvingscoŽfficiŽnt
-Wielslip
-Cirkel van Kamm
-Verschil in grip tussen een grote en kleine band



Wrijvingkracht en wrijvingscoŽfficiŽnt:
Bij het accelereren, remmen en het sturen worden de krachten door de band op het wegdek uitgeoefend; de zogenaamde wrijvingkracht. De kwaliteit en de eigenschappen van de band en de eigenschappen van het wegdek zijn belangrijk als het gaat om grip en stabiliteit. Er is een wrijvingscoŽfficiŽnt tussen het wegdek en de band nodig om het slippen van de banden bij een koersverandering, optrekken of afremmen tegen te gaan. Bij een lage wrijvingscoŽfficiŽnt van bijv. 0,4 (op nat asfalt) hebben de banden minder grip als op een droog wegdek van 0,9 (zie onderstaande afbeelding). De wrijvingscoŽfficiŽnt wordt uitgedrukt in μ (mu).

Later op de pagina wordt het begrip wrijvingscoŽfficiŽnt verder uitgelegd aan de hand van een aantal voorbeelden.



Wielslip:
De snelheid van een rollend wiel, dus niet aangedreven of afgeremd wiel, is gelijk aan de voertuigsnelheid. Dat geldt niet als het wiel wťl wordt aangedreven of afgeremd. Als het wiel wordt aangedreven (er wordt geaccelereerd) draait het wiel sneller dan de voertuigsnelheid. Bij het remmen heeft het wiel een minder hoge snelheid dan de voertuigsnelheid.
Bij het rustig accelereren (half gas op droog asfalt) kan de wrijvingscoŽfficiŽnt bijv. rond de 0,5 liggen. Als dit af wordt gelezen in de onderstaande grafiek, staat dat gelijk aan een wielslip van 10%. Dat betekent dat de snelheid waarmee de wielen draaien 10% hoger ligt dan de werkelijke voertuigsnelheid. Het rubber van de band vervormd door de krachtvorming tussen de velg en het wegdek. Bij maximaal accelereren, (bij een μ van 0,9) is de slipgrens van 20% bereikt. Dit is de maximale kracht wat het wiel op het wegdek kan overbrengen. Wanneer de slipgrens van 20% overschreden wordt, wordt het rode instabiele gebied bereikt. Dan grijpt het o.a. ASR (Anti Slip Regeling) in. Als de auto hier niet van is voorzien, zal het desbetreffende wiel doorslippen (spinnen). Het wiel heeft geen grip meer.

In de volgende 2 grafieken is goed het verband te zien tussen de wrijvingscoŽfficiŽnt en de wielslip.


(Afb. μ bij droog asfalt)

Bij nat asfalt is de slipgrens van 20% al bij een wrijvingscoŽfficiŽnt van 0,4 bereikt. Dat betekent dat er minder wrijvingweerstand tussen het wegdek en de band mogelijk is door de natte ondergrond. Het wiel zal eerder doorslippen bij het accelereren of het remmen. De 100% wielslip wordt bereikt wanneer de wielen zo hard doorspinnen, dat het voertuig niet meer in beweging komt. Dit gebeurt in de praktijk eigenlijk alleen maar op ijs en pure sneeuw. In dat geval kan de 100% wielslip al bereikt worden bij het op laten komen van de koppeling.


(Afb. μ bij nat asfalt)

Een band waar veel hard mee geaccelereerd wordt zal sneller slijten omdat deze vaak bij de 20% slipgrens in de buurt komt. Bij rustiger optrekken, dus een lagere wielslip, zal de band minder snel slijten (dat is natuurlijk ook afhankelijk van de bandenspanning en de wielgeometrie van het voertuig). Ook een constant aangedreven wiel, bijv. bij het rijden over de snelweg ontstaat een zekere wielslip. Dat is de rede waarom de banden op de aangedreven as altijd harder slijten dan op de niet aangedreven as.



Cirkel van Kamm:
Tot nu toe is er beschreven wat er gebeurt met de μ en de wielslip bij diverse ondergronden bij het accelereren en het remmen, maar het sturen speelt ook een zeer grote rol in de voertuigstabiliteit en de wielslip.

Voorbeeld: Een voertuig accelereert rustig op nat asfalt (μ = 0,4) en het voertuig slipt niet. De 20% slipgrens is niet bereikt. Op een begeven moment wordt er een klein beetje ingestuurd. De banden hebben nog voldoende grip en slippen nog niet. Nu wordt er verder gestuurd en de wielen maken een grote hoek. Het gaspedaal wordt vastgehouden (het voertuig accelereert of decelereert niet). Toch gaan nu de wielen slippen en er ontstaat overstuur (bij een achterwiel aangedreven auto) of onderstuur (bij een voorwielaangedreven auto). De wielen gingen dus slippen vanaf een bepaalde stuurhoek. Als er bij het verdere insturen minder gas gegeven werd, zouden de banden ook hun grip behouden. Dit is simpel te illustreren in de cirkel van Kamm. In deze cirkel komen de aandrijfkracht of remkracht samen met de spoorkracht.
 

De cirkel moet beschouwd worden als een theoretische cirkel waar krachten met elkaar in verband worden gebracht. De aandrijf- / remkrachten worden bij de spoorkrachten opgeteld.
In de cirkel links staat een rode pijl. Deze pijl geeft de aandrijving aan (accelereren). De aandrijving is maximaal. Wanneer de pijl de helft kleiner zou zijn, dan zou de acceleratie ook maar de helft bedragen.
Hier is de acceleratie nog maximaal. Er wordt gestuurd (zie de pijl naar rechts). Door de 2 pijlpunten met elkaar te verbinden ontstaat er een hoek buiten de cirkel. Dat betekent dat de band zijn grip verloren heeft. Het voertuig is nu instabiel.
Er is nu gas terug genomen. Hierdoor valt het gehele vierkant in de cirkel. Dat betekent dat het voertuig weer stabiel is en de banden weer grip hebben. Daarom moet er nůůit geremd worden op het moment dat het voertuig slipt. Het terugnemen van gas is vaak voldoende om weer tractie te krijgen. De cirkel van Kamm bewijst het.
Bij remmen rijden geldt het zelfde als accelereren; er wordt maximaal ingestuurd en hard geremd. De verbinding van de pijlen valt nu weer buiten de cirkel. De wielen zullen gaan slippen.
Het stuur wordt weer wat meer teruggedraaid en er wordt nog even hard geremd. De wielen maken nu een minder grote stuurhoek en het voertuig is nu weer stabiel zodra de band weer grip heeft.

De kwaliteit van de band heeft ook veel invloed op de cirkel. Een slechtere kwaliteit band (slechtere eigenschappen) zorgen voor een kleinere cirkel. Nu zullen de verbindingspunten eerder buiten de Cirkel van Kamm vallen, waardoor de desbetreffende band eerder zal gaan slippen. Ook de wrijvingskracht wat eerder beschreven is, heeft invloed op de grootte van de cirkel. Een lagere μ betekent ook een kleinere cirkel.



Verschil in grip tussen een grote en kleine band:
De wrijving tussen de band en het wegdek is afhankelijk van de druk die de band daar op uitoefent. Hoe groter de druk is (door het gewicht), hoe groter de wrijving. Ook een breder contactoppervlak geeft meer wrijving. Een bredere band (meer contactoppervlak) heeft dus meer wrijving en dus ook grip, dan een smallere band. Daarom worden er op sportauto's altijd brede banden gemonteerd op de aangedreven as.
Bij een brede band is de wrijvingscoŽfficiŽnt echter lager dan bij een smalle band. Dat komt doordat het contactvlak groter is, daardoor de druk die loodrecht op het wegdek wordt uitgeoefend verdeeld wordt over een groter deel van de band verdeeld wordt en daarmee ook de temperatuur meer verdeeld wordt (en dus minder hard stijgt dan bij een smalle band). Winterbanden zijn vaak smaller, maar hebben door een andere (zachtere) rubbersamenstelling een hogere wrijvingscoŽfficiŽnt. Dit zorgt voor meer grip, maar helaas ook voor snellere slijtage.

Een brede band kan meer acceleratie- en remkrachten weerstaan dan een smalle band. Een brede band zal dan bij aandrijf- en remkrachten minder snel slippen (denk aan sportauto's).
De cirkel van Kamm wordt bij een bredere band meer ovaal (zie afbeelding). De aandrijf- en remkrachten kunnen groter worden (de pijlen omhoog en evt. omlaag), maar dat geldt niet voor de spoorkrachten.

Het nadeel van een brede band is, dat deze gevoeliger is voor aquaplaning. Door de lagere weerstandcoŽfficiŽnt zal de band eerder de 20% slip bereikt hebben.