Geometrie řízení

U výrobců motocyklů se můžete dočíst jaká je hmotnost motocyklu, jaký má rozvor, výkon, velikost kol, a také se uvádí úhel hlavy řízení a stopa. Všechny tyhle veličiny se podílejí na pocitu z jízdy vyvolaném v řidiči. My se dnes podíváme na to, jak geometrie řízení ovlivňuje ovladatelnost motocyklu. Proč má BMW GS, o hmotnosti převyšující s jezdcem čtvrt tuny, pocitovou hmotnost jízdního kola, a proč se s o 20 kg lehčí Hondou Transalp 700 perete při pomalé rychlosti. Ačkoliv pocit z jízdy je ryze subjektivní záležitost, jedna z prvních studií na toto téma byla přednesena již v roce 1978 na Automotive Engineering Congress and Exposition (SAE 780304). Toto téma se v odborných kruzích vědců skloňuje až do devadesátých let. Dnes jsou vlivy různé geometrie na ovladatelnost dobře známé, přesto jsou určovány na základě testování a každý výrobce má vlastní zaručené postupy. Podívejme se tedy spolu na to, jak nám geometrie ovlivňuje ovladatelnost.

Geometrie řízení

Co je úhel řízení, závlek kola a rozvor?

Úhel řízení, označovaný přesněji jako úhel hlavy řízení, je hodnota udávaná ve stupních, měřená vždy mezi svislou přímkou a osou rotace přední vidlice. Jsou i výjimky, které úhel hlavy měří od vodorovné osy, potom je například pro popis svislé přední vidlice udávána hodnota 90°. Osy předních tlumičů nejsou totožné s osou rotace. Vůči ní jsou přesazené (mají takzvaný offset) a jsou s ní obyčejně rovnoběžné, i když se zase najdou výjimky (všimněte si třeba chopperu na fotce výše). Na většině motocyklů, kde jsou osy rovnoběžné, jde jednoduše změřit úhel řízení, když změříme úhel předních teleskopů. Typická hodnota bývá mezi 22° až 36°.

Stopa označovaná také jako závlek kola, je vzdálenost mezi průsečíkem rejdové osy s vozovkou a kontaktním bodem pneumatiky s vozovkou. Kontaktním bodem pneumatiky s vozovkou se uvažuje těžiště styčné plochy. Jednodušeji řečeno prodloužíte osu hlavy řízení až na zem, a od tohoto místa změříte vzdálenost k místu, kde se pneumatika dotýká země. Typická hodnota bývá 90 mm až 180 mm. Stopa neboli závlek kola, se vždy měří v kladných číslech a průsečík rejdové osy se nachází vždy před místem, kde se kolo dotýká vozovky. V opačném případě by byl motocykl neovladatelný.

Závlek má jak přední, tak i zadní kolo. Za závlek zadního kola je uvažován závlek předního kola plus rozvor, opomeneme-li offset způsobený tvarem kontaktní plochy pneumatiky. Rozvor kol se měří jednoduše mezi styčnými plochami pneumatik nebo chcete-li středy obou kol.

Geometrie řízení, co dělá a proč ji potřebujeme?

Jaký má vliv stopa a úhel hlavy řízení na ovladatelnost? Opusťme vědecké výzkumy a fyzikální poučky teoreticky uplatnitelné na okruhu, kde může být změna parametrů a jejich vliv měřený reálnou veličinou – porovnáním časů na kolo. V našem motorkářském hobby životě jsou pocity čistě subjektivní a můžeme říct, že ovladatelnost popisujeme tím, jak moc se musíme snažit, aby motocykl dělal, co chceme, kdy to chceme a jak je při tom motocykl stabilní. Geometrie předního kola se řeší prakticky hned od vzniku motocyklů, protože je již dobře známá z konstrukcí bicyklů. Opomeneme-li tedy Daimlerův kostitřas z obrázku níže.

Stopa předního kola je nejdůležitějším faktorem stability motocyklu přímé jízdy. Jak prokázaly experimenty konstruktéra Tonyho Foalea, motocykl s extrémně malým úhlem řízení (nebo svislým) je pohodlně ovladatelný, když má kolo dostatečný závlek. Stopa našemu motocyklu dává stabilitu v přímé jízdě při rychlejším pohybu. Nejjednodušší je představit si kolečko od nákupního vozíčku – jeho čep je kolmý, úhel rejdového čepu je tedy 0° (svislý) a kolo se nachází v závleku za ním. S nulovou stopou by mělo kolo snahu otáčet se kolem své osy, avšak takhle vyřešené kolo se otáčí vždy ve směru jízdy košíku.

To znamená, že tímto způsobem řešená geometrie motocyklu má tendenci rovnat se sama, následovat pohyb motocyklu. Pro závlek zadního kola platí stejná matematika jak pro přední kolo. Čím je rozvor menší, tím líp motorka zatáčí, čím je větší, tím je stabilnější. Pro klikatou cestu s ostrými poloměry je lepší motocykl s malým rozvorem a pro dlouhé, táhlé a rychlé zatáčky je vhodnější stabilní motocykl s větším rozvorem. Zvětšením rozvoru se také zmenšuje vliv na geometrii předního kola pohybem zadního pružení.

Síly, které jezdec překonává při ovládání motocyklu, se mění v závislosti na rychlosti. To je následek zákonu síly, kdy síla je součinem hmotnosti a zrychlení. Při rychlé jízdě jsou větší zrychlení vlivem pohybu pružení a také je větší kinetická energie. O tom, co se děje s motocyklem a silami při průjezdu zatáčkou, si povíme někdy příště. Do množiny sil, které musíme překonat, patří též hmotnost motocyklu, která je soustředěna v těžišti. Těžiště motocyklu je mrtvá váha, kterou ovládáme pohybem těla. Naše tělo svým těžištěm působí pákou na těžiště motocyklu. Poloha jezdce je proto často rozhodujícím faktorem jakou pákou můžeme regulovat polohu celkového těžiště motocyklu s jezdcem. To je také důvod, proč sportovní motocykly mají úplně odlišný posed oproti cestovním. U cestovních motocyklů je pohodlí na prvním místě, u sportovních na posledním.

Samozřejmě záleží také na poměru váhy stroje a jezdce. Výška těžiště nám říká o tom, jak stabilní motocykl v náklonu bude. Čím je níž, tím bude snazší udržet motocykl ve stopě. Čím je poloha jezdce vyšší, tím lépe může ovlivnit stopu v zatáčce pohybem svého těla. I když náklon a zatáčení je vždy ovládáno otáčením přední vidlice kolem hlavy řízení, výška těžiště nám také určuje, kolik snahy musíme vynaložit na to, aby šel motocykl do náklonu, z náklonu a jak můžeme náklon motocyklu regulovat vysednutím. Stopu nebo závlek lze jednoduše popsat jako stabilizační prvek, který nám zabezpečuje směrovou stabilitu pohybu těžiště a zajišťuje vrácení do směru jízdy, když je z něj kolo vyrušeno (vlivem nerovnosti a podobně). Síly působící na přední kolo se pomocí téhle páky přenášejí na řídítka motocyklu. Úhel řízení má schopnost zatáčet, udržuje směrovou stabilitu a jeho vliv se dá kompenzovat velikostí stopy. Proč tedy máme vidlice pod úhlem, když jej nemusíme mít? Odpovědí je zejména mechanická pevnost a s ní související síly při pružení. Nakloněná vidlice totiž lépe hladí nerovnosti, když energie při přejezdu překážky je spotřebována zejména na stlačení vidlice nikoliv na její ohyb (jak by to bylo u kolmé). Výhodou je pak ušetřená hmotnost za prodloužený rám, materál nebo tvar vidlice a také v tom trochu hraje roli zvyk ergonomie a konstrukce.

Obecně platí pravidlo, jestli je stopa malá, motocykl je pocitově lehký, snadno ovladatelný na místě a při malých rychlostech, při vyvinutí malé síly na řídítka. Rychleji zatočí při prudké změně směru, ale je méně stabilní při jízdě nerovným terénem a ve vysokých rychlostech. Čím je stopa větší, tím větší síly je třeba k ovládání motocyklu při pomalé jízdě, motocykl je ale stabilnější při vyšších rychlostech. Prudké změny směru jsou obtížné a nejisté, jakoby motocykl vážil o hodně víc.
Tyhle síly je pak třeba ještě přetransformovat na šířku řídítek, protože to jsou konečné prvky působící na jezdcovy ruce. S širšími řídítky cestovních motocyklů vytváříme větší páku, tudíž je jednoduché ovládat i větší síly. Se zalomenými řídítky supersportovních strojů je páka na přední kolo malá.

Malý úhel hlavy řízení v kombinaci s malou stopou můžeme pozorovat u silničních sportovních motocyklů. Kupříkladu Yamaha R1 (2007) má úhel 24° při stopě 102 mm. Naopak u cestovních motocyklů nebo chopperů jsou hodnotu úhlu a stopy větší. Honda Transalp XL700 (2008) svírá úhel 28° při stopě 111mm. Při vysokých rychlostech, jaké sportovní motocykly dosahují, může v důsledku malé stopy docházet k nebezpečnému rozkmitání předního kola, což je obyčejně řešeno tlumičem řízení. Enduro motocykly mají nezřídka velice podobné hodnoty stopy a úhlu řízení. Lehčí motorky s nižší maximální rychlostí mají obyčejně menší stopu.

BMW R1150 GS (2000) – 26,2° 121 mm
KTM 950 Adventure (2003) – 26,6° 119 mm
Kawasaki KLX 250 (2018) – 26,5° 114 mm

Jak již tušíte, úhel řízení a stopa jsou parametry, jenž se v důsledku pohybu, zejména zadního pružení motocyklu, mění. Proto je základní měření prováděno na motocyklu s pohotovostní hmotností, přičemž sledujeme změnu parametrů v závislosti na pohybu pružení. Sportovní motocykly mají mnohem kratší dráhy pružení než například endura. Díky tomu mohou být při brždění mnohem stabilnější. Přetížený motocykl, nebo motocykl se špatně seřízenými tlumiči je při prudkém brždění mnohem nestabilnější, protože odlehčením zadní vidlice a stlačením přední dochází k prudké změně stopy a úhlu řízení. Jak už bylo zmíněno, za závlek nepovažujeme průsečník rejdové osy a střed kontaktu pneumatiky s vozovkou, ale těžiště kontaktní plochy. Kontaktní plocha mění nejen svůj tvar a velikost ale také tlak, kterým působí na vozovku. Tomuto tématu se však budeme věnovat opět někdy příště. 

Jak ovlivnit geometrii řízení?

Změnit geometrii řízení je možné na každém motocyklu. Kupříkladu nové BMW R 1200 GS má možnost nastavit tenhle úhel pomocí tlačítek v menu. Je to vyřešeno tak, že zadní tlumič má proměnlivou, elektronicky nastavitelnou délku. Změny geometrie může být také docíleno posunutím přední vidlice v brýlích, jak často vídáme u sportovních strojů. Tato metoda je nejjednodušší a také nejstarší. Změnu geometrie dosáhneme také změnou kola za menší nebo větší, protože jak je známo z obrázku, stopa a úhel hlavy řízení jsou goniometrickou funkcí závislou na průměru kola. Změnou profilu pneumatiky je také možné dosáhnout posunu. U některých motocyklů je možné otočit nebo upravit jedno z ramen zadního přepákování (jak je vidět na obrázku výše) a tím ovlivňovat úhel a závlek předního kola. Také máme možnost vyměnit zadní tlumič, nebo přední vidlici za delší či kratší. Některé high-endové tlumiče mají nastavitelnou délku manuálně za pomoci šroubu (Touratech extreme nebo Hyperpro reservoir).

Ovlivnit výšku těžiště lze velice těžce, protože je daná konstrukcí motocyklu. V zásadě je možné změnit polohu jezdce, čímž změníme celkovou výšku těžiště motocyklu s jezdcem, a také onu páku živého těžiště na mrtvou váhu. Těžiště můžeme ovlivnit i změnou výšky tlumičů, respektive jinou změnou ovlivňující světlou výšku motocyklu. Ovlivnění rozvoru je možné úpravou samotného rámu, výměnou zadní kyvné vidlice, či její úpravou.

Jak se Vám líbil tento článek?
Průměr: 1.16
Známkováno: 37x

Vložení komentáře

Pokud chcete vložit komentář, tak se registrujte a přihlaste.



TOPlist