Aderenţa

Înţelegerea corectă a fenomenului de aderenţă este capitală, atât pentru

interpretarea comportamentului unui autovehicul, cât şi pentru înţelegerea corectă a

tehnicilor de conducere a autoturismului prezentate pe parcursul acestei cărţi. Este

suficient să ne gândim la următorul fapt: pierderea aderenţei înseamnă pierderea

controlului! (Excepţie fac tehnicile de pilotaj specifice suprafeţelor cu aderenţă

scăzută: macadam, noroi, zăpadă etc., proprii competiţiilor de raliu). Chiar şi în

competiţiile auto desfăşurate pe asfalt, o eroare de pilotaj care duce la pierderea

aderenţei înseamnă, în general, pierderea cursei pentru pilotul care a greşit. Urmările

pierderii controlului asupra unui autoturism aflat în trafic sunt însă mult mai grave,

generând consecinţe deseori tragice. Pierderea aderenţei prin blocajul roţilor în

timpul frânării duce atât la pierderea capacităţii direcţionale a pneurilor, cât şi la

mărirea distanţei de frânare. Pierderea aderenţei în cazul accelerării violente duce la

ineficienţa la înaintare, prin rotirea roţilor pe loc. Şi, cea mai periculoasă situaţie,

pierderea aderenţei în viraj generează derapajul – extrem de greu de controlat în

condiţii normale – care duce la alterarea traiectoriei corecte a autovehiculului şi,

implicit, la cele mai grave consecinţe imaginabile. Subvirarea nu este nimic altceva

decât pierderea aderenţei punţii faţă, iar supravirarea, pierderea aderenţei punţii

spate. De aceea, expresia binecunoscută: „a pierdut controlul asupra autoturismului

pe care îl conducea” ar fi mult mai corect formulată astfel: „datorită pierderii

aderenţei în momentul „x” în timpul manevrei „y”, conducătorul auto nu a mai putut

controla autovehiculul etc. etc. etc.”. Pentru că, în realitate, nu pierderea controlului

asupra direcţiei de mers generează pierderea aderenţei, ci pierderea aderenţei duce

la incapacitatea şoferului de a controla autovehiculul. Este destul să luaţi în

considerare faptul că toate sistemele de siguranţă activă (indiferent de denumirile

mai mult sau mai puţin impresionante), oferite în zilele noastre de constructorii de

autoturisme, nu au alt scop decât pe acela de a evita, pe cât posibil, pierderea

aderenţei în unele situaţii date.

Pneurile

Inspirate din competiţiile auto – în special din competiţiile de raliu, unde

cursele se desfăşoară pe suprafeţe de rulare diferite (asfalt, macadam de diferite

tipuri, zăpadă) – anvelopele oferă în zilele noastre un grad de performanţă foarte

ridicat. Tehnologia de fabricare şi testare a anvelopei, o combinaţie între chimie, fizică

şi inginerie de cel mai înalt nivel, garantează autoturismelor un comportament

dinamic care până nu de mult era posibil doar în competiţiile auto. Produsele de top

ale unor producători de anvelope, chiar dacă sunt destinate în primul rând utilizării

stradale, pot fi folosite cu succes şi în condiţii de circuit. Dar trebuie să avem în vedere

că nu doar performanţele sportive sunt căutate de fabricant prin procesul de

proiectare şi producţie al unei anvelope; o anvelopă trebuie să ofere în acelaşi timp

durabilitate, confort, silenţiozitate. Pentru utilizarea normală, aceste caracteristici

sunt uneori mai importante pentru şofer decât caracteristicile sportive. Pentru că, în

majoritatea cazurilor, maximalizarea caracteristicilor sportive ale unei anvelope

înseamnă diminuarea durabilităţii şi confortului oferite de aceasta. Însă, chiar dacă

opţiunea dumneavoastră este de a folosi pneuri cu durabilitate mare şi cu un grad de

confort sporit, nu trebuie să uitaţi că aderenţa unei anvelope este factorul principal

generator al siguranţei deplasării.

Piaţa zilelor noastre oferă o gamă diferenţiată de pneuri, proiectate pentru a

oferi o aderenţă cât mai bună în condiţii de vară sau iarnă, asfalt, zăpadă sau

all-terrain etc. Diferenţierea între tipurile de anvelope specializate pentru anumite

caracteristici de drum sau de temperatură (cel mai cunoscut exemplu este

diferenţierea între anvelopele de vară şi de iarnă) nu poate fi decât benefică, pentru

că un pneu va oferi maximum de performanţă în condiţiile pentru care a fost

proiectat. Inconvenientul apare odată cu obligativitatea schimbării pneurilor odată cu

schimbarea anotimpului. Încercarea fabricanţilor de a oferi un singur model de pneu

care să ofere cele mai bune caracteristici indiferent de anotimp sau suprafaţa de

rulare nu cred că este, cel puţin deocamdată, realizată practic, deşi pe piaţă există

multe tipuri de pneuri „all-season”. Acestea sunt un compromis care, deşi oferă

caracteristici relativ bune de aderenţă atât vara cât şi iarna, obligă conducătorul auto

conştient de limitările acestora la un anume tip de şofat, mai atent şi mai circumspect,

tocmai datorită utilizării acestui tip de pneu. Însă, pentru a beneficia de maximum de

performanţă indiferent de anotimp, se recomandă utilizarea pneurilor specializate şi

schimbarea acestora odată cu schimbarea condiţiilor climaterice.

Până la 200 de materii

prime distincte se combină

pentru a crea o anvelopă. Nu

vom insista asupra procesului

de fabricare a anvelopelor,

tocmai datorită complexităţii

acestui subiect. Câteva definiţii

generale despre compunerea

unui pneu şi simbolurile care

sunt inscripţionate pe părţile

laterale sunt însă necesare

pentru o mai bună înţelegere a

subiectului acestui capitol. În

cele ce urmează, ne vom referi

la construcţia şi componentele principale ale anvelopei radiale, datorită utilizării

acestui tip de anvelopă la cvasi-majoritatea autoturismelor moderne.

Denumirea de „radial” descrie modul de ranforsare al anvelopei prin inserţia

unui singur strat de sârmă de oţel care se întinde de la un talon la celălalt,

perpendicular pe direcţia de rotire a anvelopei. Această ranforsare este componenta

principală care nu permite deformarea pneului în sarcină, susţine greutatea vehiculului

şi nu permite deformarea pneului înspre exterior, deformare posibilă datorită presiunii

aerului din interior sau datorită forţei centrifuge în cazul rotirii pneului. Pe de altă

parte, transmite cuplul şi forţele de torsiune între jantă şi banda de rulare.

Banda de rulare are două scopuri principale: de a transmite forţele existente

în anvelopă spre sol şi de a „curăţa”, (cu ajutorul pliurilor prezente pe profilul ei),

suprafaţa de rulare de eventualele materii care afectează aderenţa: apa, noroi,

zăpadă etc. Este construită din compuşi de cauciuc cu formule diferite, în funcţie de

tipul şi utilizarea pneului, prezentând rezistenţă la uzură, tăiere şi temperaturi înalte.

Umărul anvelopei este zona benzii de rulare care intră în contact cu flancul.

Forma acestei zone, precum şi rezistenţa la deformare, influenţează direct aderenţa

în timpul virajului.

Flancul este învelişul protector situat la exteriorul lateral al anvelopei. Este

proiectat să reziste la deformarea datorată acceleraţiilor laterale, precum şi la

crăparea sau decojirea cauzate de intemperii sau diferenţele de temperatură. Pe

flancul anvelopei sunt inscripţionate toate detaliile privitoare la tipul anvelopei,

dimensiuni, indice de sarcină, simbolul de viteză, data fabricaţiei, producătorul, data

fabricaţiei etc.

Talonul anvelopei este baza anvelopei, partea care o ancorează de jantă şi

constă dintr-o împletitură de sârmă de oţel izolată cu cauciuc. Asigură presiunea de

contact necesară menţinerii aerului în interiorul anvelopei.

Întăritura creşte rigiditatea în zona talonului şi flancului anvelopei, limitând

astfel deformarea părţilor laterale ale pneului. Ajută, de asemenea, la transferul

cuplului de la jantă către banda de rulare.

Profilul anvelopei este reprezentat de către desenul benzii de rulare – acele

forme distincte prezente pe exteriorul anvelopei. Aceste secţiuni ale profilului (care

au denumiri şi funcţii diferite), împreună cu caracteristicile de compoziţie a

cauciucului din care sunt fabricate, dau măsura tracţiunii, manevrabilităţii şi

durabilităţii unui pneu. De asemenea, au un efect direct asupra confortului, nivelului

de zgomot în timpul rulării precum şi a consumului de carburant.

Canelurile sunt şanţurile prezente în profilul benzii de rulare prin care apa

este evacuată din zona petei de contact, cu scopul de a preveni fenomenul de

acvaplanare. Cu cât numărul acestora este mai mare (2, 3, 4, uneori 5), cu atât

evacuarea apei va fi mai rapidă şi mai completă. În schimb, prezenţa unui număr mare

de caneluri reduce aderenţa pe asfalt uscat.

Pata de contact (amprenta) este partea anvelopei care intră în contact cu

solul. Diferă în funcţie de profilul benzii de rulare, de arhitectura anvelopei, dar şi de

presiunea aerului din interiorul anvelopei.

Indicatoarele de uzură sunt nişte „punţi” de cauciuc prezente în cel puţin trei

locuri situate la baza benzii de rulare, cu rolul de a arăta momentul de uzură maximă

admisă a acesteia. Grosimea minimă recomandată pentru ca profilul benzii de rulare

să-şi păstreze eficacitatea este de 4 mm în cazul anvelopelor de iarnă şi 1,6 mm în

cazul celor de vară. Folosirea unor anvelope cu grad de uzură peste aceste limite

devine periculoasă, aderenţa fiind afectată în mod direct.

Inscripţiile prezente pe flancul

anvelopelor reprezintă dimensiunile

anvelopei, indicii de viteză şi sarcină,

data fabricaţiei, producătorul, sau alte

marcaje referitoare la tipul de anvelopă.

De exemplu, „205/65/R16 95 V” se

referă la:

- „205” este lăţimea

anvelopei în mm.

- „65” este raportul

procentual dintre lăţimea anvelopei şi înălţimea flancului; în cazul nostru,

înălţimea flancului este de 65% din 205 mm.

- „R16” – „R” înseamnă radial, iar „16” este diametrul real al jantei

exprimat în inch. În cazul nostru, dimensiunea jantei este de 16 inch.

- „95” este indicele de sarcină, care arată greutatea maximă pe care o

poate transporta anvelopa respectivă la viteza maximă indicată de indicele de

viteză. Cum, datorită transferului de mase în timpul accelerării, frânării, sau mai

ales în timpul virajului, greutatea autoturismului nu mai este distribuită în mod

egal pe cele patru roţi, este indicat ca indicele de sarcină să fie cât mai mare. În

cazul de mai sus, „95” este echivalent cu o sarcină de 690 Kg.

- „V” este indicele de viteză care arată viteza maximă la care anvelopa

poate transporta sarcina indicată de indicele de sarcină. În cazul nostru, 240

km/h. Indicii de viteză şi de sarcină sunt întotdeauna inscripţionaţi pe ambele

părţi laterale ale anvelopei.

Aceste informaţii care apar inscripţionate pe fiecare anvelopă sunt foarte

importante pentru alegerea corectă a acesteia. Producătorii de autoturisme

recomandă (chiar impun) folosirea anvelopelor de o anume dimensiune, pentru că

folosirea unor pneuri de alte dimensiuni va afecta comportamentul rutier al

autovehiculului respectiv. Supradimensionarea sau subdimensionarea anvelopelor

generează modificări ale geometriei direcţiei, suprasolicitări ale trenului de rulare, a

suspensiei, erori de funcţionare ale sistemului ABS sau ale altor sisteme de siguranţă

activă care sunt calibrate în funcţie de dimensiunea roţilor. Nu este recomandată, de

asemenea, folosirea anvelopelor cu indici de sarcină şi viteză mai mici decât indicii

recomandaţi de producător. Neatenţia sau lipsa de profesionalism în privinţa alegerii

anvelopelor este, în consecinţă, foarte periculoasă.

1. Fenomenul de aderență mecanică (vâsco-elasticitate) 2. Fenomenul de aderență moleculară

Tipurile de aderenţă

În contact cu o suprafaţă dată, pneurile generează, simultan, două fenomene

complementare de aderenţă:

- aderenţa mecanică (vâsco-elasticitatea) – care se manifestă

printr-un fenomen macroscopic ce implică capacitatea de deformare

(mulare) a suprafeţei de contact a pneului pe suprafaţa dură (rugoasă) a

suprafeţei de rulare. Micro-asperităţile solului, în contact cu cauciucul, se

comportă ca obstacole ce se opun alunecării pneului pe sol. Abrazivitatea

suprafeţei de contact a drumului joacă deci un rol important, iar producătorii

de pneuri acordă o atenţie permanentă analizei granulometrice a acestor

suprafeţe.

- aderenţa moleculară – generată de forţele de atracţie care

apar între moleculele de compoziţie diferită, ale pneurilor şi solului.

Compoziţia chimică a cauciucului influenţează direct acest tip de aderenţă.

De aici, interesul permanent al

chimiştilor de a găsi şi dezvolta

noi amestecuri pe bază de

cauciuc (ca ingredient principal

în compoziţia unui pneu) cu

grad înalt de adeziune

moleculară, dar capabil în

acelaşi timp să reziste la

solicitările fizice şi termice care

apar în timpul rulării. Aderenţa

moleculară este fenomenul

responsabil de uzura pneului:

particulele de cauciuc care se

combină cu solul se desprind

de pe suprafaţa benzii de

rulare a pneului, rămânând pe sol. În cazul anvelopelor de stradă, acest

fenomen are o amploare redusă, fiind vizibil doar în situaţii extreme, de

frânare şi accelerare violente sau în cazul derapajului. Altfel stau lucrurile în

privinţa anvelopelor de curse, unde coeficientul de transfer molecular este

mult mai mare, pentru a asigura un indice de aderenţă cât mai ridicat.

Datorită acestui fapt, anvelopele de curse se uzează foarte rapid, având o

durată de viaţă extrem de scurtă, uneori chiar şi de numai 50 de km.

În mișcare, suprafața drumului exercită

asupra pneului trei forțe variabile:

Fz – încărcarea verticală (masa

autoturismului, repartiția și transferul de

mase etc.);

Fy – forța laterală care apare în viraj,

întotdeauna orientată spre exteriorul

virajului;

Fx – forța longitudinală, orientată spre

înainte în accelerare și spre înapoi în

frânare. Toate aceste forțe sunt transmise

spre șasiu prin jantă și elementele de

suspensie.

Importanţa flexibilităţii pneului

În sarcină, deformările pneului sunt direct relaţionate de concepţia sa

structurală (tipul de carcasă,

dimensiunile, duritatea materialului

din care este construit). Flexibilitatea,

cu cele trei componente ale sale, se

află în raport direct cu aderenţa

oferită, fără însă să se refere la

caracteristicile chimice ale cauciucului.

Flexibilitatea pneului se manifestă pe

trei coordonate fizice:

- flexibilitatea verticală: dată

de deformarea pneului care susţine o

greutate (o forţă care îl apasă de sus în

jos), concură la amortizarea şocurilor şi

la modificarea suprafeţei şi formei ariei

de contact a pneului pe o suprafaţă de

rulare denivelată.

- flexibilitatea transversa-

lă sau laterală: caracterizează de-

formarea (deplasarea laterală) sub

acţiunea forţei centrifuge a ariei de

contact a pneului cu suprafaţa de

rulare în raport cu planul median al

drumului. Stă la originea fenome-

nului de derivă a pneului, gene-

rând apariţia „unghiului de alune-

care” prin modificarea localizării

ariei de contact a pneului cu

drumul.

- flexibilitatea torsională:

sub acţiunea cuplului mecanic aplicat asupra roţii, deformarea pneului datorată rotirii

în jurul axului influenţează aderenţa în situaţiile de accelerare şi frânare.

Sub acţiunea încărcării laterale, pneul

se deformează, iar pata de contact a

pneului cu solul se deplasează. Se

generează astfel o derivă (o alunecare)

a pneului, care se definește prin unghiul

format între traiectoria reală urmată de

pneu și traiectoria teoretică, impusă

prin unghiul de bracaj.

Aderenţa în derivă

Un pneu are aderenţă chiar şi în situaţii de derivă… până la o anume limită,

dincolo de care apare fenomenul de derapaj.

În realitate, fenomenul de

rupere a aderenţei, de alunecare

incontrolabilă a pneului pe suprafaţa

drumului, nu apare brusc. Adică,

trecerea de la aderenţa maximă la

derapaj nu se petrece imediat, ci există

o stare intermediară, denumită „derivă”

sau „alunecare” a pneului.

Flexibilitatea transversală şi

deformarea pneului la torsiune generată

de bracaj provoacă o deviere a ariei de

contact a pneului în raport cu planul

median al drumului. Traiectoria de

rulare a pneului pe drum nu mai

corespunde din acest moment cu

traiectoria teoretică căutată prin unghiul

de bracaj, rezultând o traiectorie reală

mai mult sau mai puţin diferită de cea

teoretică. Se generează deci un „unghi

de derivă” (numit şi unghi de

alunecare), ca rezultantă între aceste

două direcţii: cea teoretică, formată de

planul median al roţii şi cea reală, care

corespunde centrului ariei de contact.

Foarte important este faptul că acest

unghi de derivă nu poate creşte decât până la o valoare maximă dată, momentul de

saturaţie a pneului, moment din care se instalează fenomenul de derapaj.

„Cercul” aderenţei

Aderenţa este non-direcţională.

Există o valoare maximă a aderenţei pe care un pneu o poate oferi la un

moment dat, valoare care nu depinde de direcţia în care acţionează această aderenţă.

Ea poate fi folosită pentru acceleraţie, frânare şi bracaj, iar bracajul poate fi combinat

fie cu acceleraţia, fie cu frânarea, în diferite proporţii. Să considerăm valoarea maximă

a aderenţei pe care un pneu o

poate oferi drept 100%. Cu

alte cuvinte, acest maximum

poate fi folosit în orice

direcţie: 100% pentru

acceleraţie, 100% pentru

frânare sau 100% pentru

bracaj, înainte ca pneul să

atingă momentul de saturaţie

şi să intre în derapaj. În

realitate, însă, de foarte

puţine ori folosim aderenţa

maximă într-un singur

sens, adică numai

pentru accelerare,

numai pentru frânare

sau numai pentru a vira.

În general, acţiunile sunt

combinate: accelerăm în

timpul bracajului – la

ieşirea din viraj, sau

frânăm în timpul

bracajului – la intrarea

în viraj. Dar maximumul

de aderenţă oferit de

pneu rămâne constant, de 100%. De aceea, nu vom putea folosi, de exemplu, 80% din

aderenţa pneului pentru accelerare, simultan cu 25% din aderenţă pentru bracaj.

Suma procentelor ar da 105%, ceea ce ne-ar duce direct către situaţia de depăşire a

saturaţiei pneului, adică la derapaj. În combinaţia dintre două acţiuni – acceleraţie şi

bracaj sau frânare şi bracaj – modul în care acestea îşi „împart” procentual aderenţa

Cercul aderenței reprezintă schematic maximumul de

aderență pe care un automobil îl poate oferi. Cu cât

mai îndepărtat de centrul cercul este momentul

analizat, cu atât este mai mare solicitarea aderenței.

În această diagramă, săgeata A arată că aderența este

împărțită între frânare și bracaj spre stânga (în

abordarea unui viraj folosind frânarea întârziată).

Săgeata E arată că aderența este împărțită între

bracaj stânga și accelerare (la ieșirea din același viraj).

În ambele cazuri, un plus de accelerare, frânare sau

bracaj ar fi dus autoturismul la derapaj.

nu contează – 1% acceleraţie şi 99%

bracaj sau 99% acceleraţie şi 1%

bracaj, ca să considerăm limitele

maxime – atât timp cât constanta

aderenţei maxime de 100% nu este

depăşită.

Schematic, cercul aderenţei

prezintă două axe perpendiculare

înscrise într-un cerc, axa verticală

reprezentând acceleraţia

longitudinală (acceleraţie şi frână)

iar axa orizontală

reprezentând acceleraţia

laterală (în cazul bracajului,

spre stânga sau spre

dreapta). Aderenţa la un moment dat

poate fi reprezentată printr-un punct

situat oriunde pe suprafaţa cercului, ca

rezultantă a combinaţiei dintre

acceleraţia sau deceleraţia

longitudinală şi cea laterală.

Înţelegerea corectă a

principiilor de mai sus este foarte

importantă datorită aplicabilităţii

acestora în conducerea unui

automobil. Accelerarea la maximum,

frânarea de urgenţă, modul de

abordare a unui viraj – în ceea ce

priveşte succesiunea comenzilor,

stau într-o indisolubilă relaţie cu

limita de aderenţă a pneurilor. De

exemplu, frânarea încheiată înainte

de abordarea virajului este o

modalitate de a mări aderenţa

pneului folosită ulterior pentru

virarea propriu-zisă. La fel, accelerarea progresivă, simultană dar invers proporţională

cu micşorarea unghiului de bracaj al volanului, în faza de ieşire din viraj, este tot o

Orice punct situat în afara cercului reprezintă o

depăşire a limitei de aderență, deci un derapaj.

Exemplul unei diagrame de analiză a unui

viraj. Săgeata frântă arată că virajul a fost

efectuat foarte aproape de limita de

aderență disponibilă. Micile ezitări

reprezintă diferențele de nivel ale

suprafeței drumului, modul în care pilotul

utilizează comenzile și deformările laterale

ale pneurilor.

modalitate de păstrare a limitei de aderenţă sub punctul de saturaţie a pneului. Unul

dintre marile secrete ale pilotajului pe asfalt este deci capacitatea piloţilor de a folosi

permanent acel maximum de 100% aderenţă în orice moment al cursei, fără însă a-l

depăşi niciodată.

Aderenţa şi transferul de mase

…………………………………………………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………………