Zmiana seryjnego umiejscowienia akumulatora - wpływ na wyważenie samochodu

Na samym początku zaznaczę, że artykuł dotyczy samochodów wyczynowych - zarówno tych przygotowywanych profesjonalnie, za bajońskie sumy, jak i tych biorących udział w amatorskich wyścigach. W przypadku samochodów używanych na co dzień poruszany tutaj temat również ma zastosowanie, ale nauka z niego płynąca i uzyskane dzięki niej efekty pracy w naszym samochodzie mogą być w prosty sposób zaburzone dzięki ukochanej teściowej na prawym fotelu i jej toreb z zakupami na tylnej kanapie. Zanim jednak przejdę do samego doświadczenia oraz jego wyników, niezbędne jest poznanie teorii.

Odpowiednie zbalansowanie samochodu wcale nie jest prostym zadaniem. Profesjonaliści mają opracowane mnóstwo patentów i dróg prowadzących do uzyskania jak najkorzystniejszego rozkładu mas, w zależności od wymagań. W przypadku aut z silnikiem umieszczonym z przodu często cofa się jednostkę napędową o kilka centymetrów, przemieszcza się wentylatory i chłodnice, cofa się fotel pasażera i przenosi zbiornik paliwa w odpowiednie miejsce.

Wszystkie te zabiegi wymagają jednak sporych nakładów pracy i nie są prostymi modyfikacjami dla przeciętnego Kowalskiego, który w wolnych chwilach lubi podłubać przy swoim autku, a w weekendy spróbować swoich sił na lokalnym KJS. Wiele osób jednak nie zdaje sobie sprawy z tego, jak duże możliwości daje przemieszczenie akumulatora. Tylko tym zabiegiem jesteśmy w stanie zmienić rozkład masy o 1-2%, a to już jest zauważalna różnica dla kierowcy w wyczynowym aucie.

Po co to robić? Wszystko sprowadza się do poprawienia przyczepności. Teoretycznie idealnym rozkładem mas jest stosunek 50/50. Oznacza to, że 50% masy jest skupione w przedniej części auta, a druga połowa w tylnej. Amerykanie często posługują się jedynie pojęciem „Front Bias”. Jest to suma masy spoczywającej na przednim lewym i prawym kole, podzielona przez masę całkowitą i wyrażona w procentach, w tym przypadku 50% (ja będę używał terminu wyważenia wzdłużnego).

Jest to tylko idealny rozkład mas dla samochodu stojącego bez ruchu, a przecież my chcemy się ścigać po torze. Dlatego jeśli dana trasa jest usiana ciasnymi zakrętami, wymagającymi częstego przyspieszania, lepszym rozkładem masy może okazać się stosunek 55/45 (Front Bias = 50%). W spoczynku przód auta oczywiście będzie cięższy, ale podczas przyspieszania środek ciężkości przemieści się na tył, co wpłynie na korzystniejsze wyważenie auta w danym momencie. Na szybkiej trasie może się znowu okazać, że lepszym rozkładem masy będzie stosunek 51/49 i tak dalej, i tak dalej. Jak widać, wszystko zależy od indywidualnego podejścia.

Co jednak z transferem masy między lewą a prawą stroną? W końcu waga kierowcy nie jest bez znaczenia i dość mocno wpływa na rozkład masy. Czasem okazuje się, że nawet po zamontowaniu wyczynowego zawieszenia samochód sprawuje się dobrze np. w lewych zakrętach, a nieco gorzej w prawych. W tym przypadku dużą rolę odgrywa masa auta na poszczególnej ze stron.

I tu ponownie Amerykanie używają pojęcia „Left Bias” – jest to suma ciężaru skupionego na przednim lewym kole i tylnym lewym kole, podzielona przez masę całkowitą. Left Bias, tak jak Front Bias wyrażane jest w procentach. W dalszej części artykułu będę używał terminu wyważenia poprzecznego, odnosząc się do masy skupionej po lewej bądź prawej stronie samochodu.

Ostatnim z terminów, który będzie potrzebny do zobrazowania wpływu umieszczenia akumulatora, jest angielski „cross weight”. W luźnym tłumaczeniu będzie to wyważenie krzyżowe - jest ono nieco bardziej skomplikowane w ustawieniu. Jego wartość również wyraża się w procentach, a składa się na nią suma ciężaru skupionego na przednim prawym kole oraz tylnym lewym kole, podzielona przez masę całkowitą samochodu.

50% jest także tutaj najbardziej pożądanym wynikiem, dzięki czemu samochód powinien mieć identyczną charakterystykę zarówno w prawych, jak i lewych zakrętach. Ustawienie wyważenia krzyżowego może odbywać się np. poprzez regulację wysokości zawieszenia. Podniesienie np. tylnej lewej strony spowoduje zwiększenie nacisku na tylne lewe koło oraz przednie prawe koło. Nacisk na pozostałe dwa koła zmniejszy się. Jeśli opuścimy np. przednią prawą stronę, nacisk na to koło i tylne lewe także się zmniejszy, a zwiększy na dwóch pozostałych.

Wszystkie te zmiany mają wpływ na wartość wyważenia krzyżowego. Jego wzrost będzie powodował nadsterowność w prawych zakrętach, a podsterowność w lewych. Analogicznie - spadek tej wartości zaowocuje nadsterownością w lewych zakrętach, i podsterownością w prawych. Dlaczego? Wyjaśnię to na prostym przykładzie. Załóżmy wagę samochodu 1400 kg. Niech ciężar na poszczególnych kołach kształtuje się tak jak na rysunku:

Wyważenie krzyżowe obliczone zostało w następujący sposób: *[(300+400) / 1400]100% = 50%

Zmniejszając wartość wyważenia krzyżowego, zmniejszamy nacisk na przednie prawe koło. W lewym zakręcie środek ciężkości przeniesie się właśnie na to koło, dzięki czemu nacisk na oba przednie koła będzie zrównoważony, a przyczepność przedniej osi - maksymalnie wykorzystana. Tylne prawe koło będzie natomiast pod znacznie większym obciążeniem niż lewe, co przekłada się na gorszą przyczepność tylnej osi i powoduje nadsterowność.

Znając już teorię na temat wyważenia wzdłużnego, poprzecznego oraz krzyżowego samochodu, możemy przejść do konkretów. Zobaczmy więc, jakie korzyści może nam przynieść odpowiednie umiejscowienie akumulatora w naszym samochodzie wyczynowym. Amerykański portal MotoIQ postanowił wziąć na warsztat Toyotę Corolle AE86 i dokonać kilku istotnych pomiarów z wykorzystaniem profesjonalnej wagi, która pokazuje obciążenie pod każdym z kół.

Pierwsze pomiary zostały dokonane z akumulatorem (waga ok. 18 kg) umieszczonym w seryjnym miejscu, z przodu, po lewej stronie komory silnika.

Jak widać, różnice pomiędzy lewą a prawą stroną są dość znaczne. Za to wyważenie wzdłużne jest już całkiem niezłe (54/46). Jeszcze lepiej prezentuje się wyważenie krzyżowe, które jest bardzo bliskie 50%.

Następnie bateria została umieszczona w bagażniku, po prawej stronie.

Wyważenie poprzeczne poprawiło się. Rozkład masy pomiędzy przodem a tyłem jest jeszcze lepszy – 52/48, a wyważenie krzyżowe nadal bardzo korzystne – 50,8%. Tę wartość można jednak w bardzo prosty sposób skorygować ustawieniem wysokości zawieszenia na poszczególnych stronach. Wyważenie wzdłużne poprawiło się o 2%.

Taki sam efekt - według autorów doświadczenia - przyniosłoby cofnięcie silnika o ok. 25 cm, co moim zdaniem jest dość przesadzoną wartością, ale mimo to obrazuje w jakiś sposób wyniki. Ważniejszy jest fakt, że tego typu zmiana w rozkładzie masy jest już zauważalna w prowadzeniu.

Co jednak wtedy, gdy nie mamy możliwości umieszczenia akumulatora w bagażniku albo np. chcemy skupić masę jak najbliżej środka geometrycznego samochodu, tak aby reakcja na skręt była jak najszybsza? To tak jakbyśmy próbowali obrócić w ręce 5-kilogramowy hantel do ćwiczeń albo kulę o tej samej wadze. Co wydaje się prostsze?

Samochód został więc zważony po umieszczeniu akumulatora za przednim siedzeniem pasażera.

Wyważenie poprzeczne znacznie się poprawiło w stosunku do serii; wyważenie wzdłużne poprawiło się o 1%, a więc wciąż całkiem nieźle. Wyważenie krzyżowe jest także na bardzo dobrym poziomie, który można skorygować ustawieniami zawieszenia. Dla pełnego obrazu samochód został jeszcze zważony z akumulatorem za siedzeniem kierowcy.

Wyważenie poprzeczne prawie wcale się nie zmieniło w stosunku do serii, ale poprawiło się zarówno wyważenie wzdłużne, jak i krzyżowe. Jak widać, nadal jest to lepsze rozwiązanie od seryjnego.

Doświadczenie przeprowadzone przez MotoIQ wyraźnie pokazuje, jak bardzo można wpłynąć na parę istotnych elementów wyważenia samochodu, które mogą odczuwalnie poprawić jego prowadzenie. Umieszczenie akumulatora w innym miejscu nie jest skomplikowaną operacją, ale należy przeprowadzić ją z należytą starannością, tak aby żaden z elementów nie zagrażał naszemu bezpieczeństwu podczas wypadku.

Akumulator musi więc być przytwierdzony na stałe, bez możliwości ruchu. Pamiętajcie, że podczas uderzenia przeciążenia są dość znaczne, i jego ewentualne uwolnienie się z mocowań, czyni go pociskiem oddziałującym na otoczenie z kilkadziesiąt razy większą siłą, niż w stanie spoczynku.

Źródło: MotoIQ