A mély dőlésszög titka – Fordí­tott világ

A gyors tempójú döntögetés könnyedsége az, ami a motorozást egyedülálló élménnyé varázsolja, és megfelelő izgalmakról gondoskodik. A motorosok éppen ezért heves vitákat folytatnak a témáról. Minél nagyobb a dőlésszög, annál jobb – mondják közülük sokan. De aki a kés élén táncol, az egy csapásra elveszí­theti egyensúlyát. A motorrevü elmagyarázza a legfontosabb elméleti alapokat, és megmutatja, hogy mi lehetséges – és mi az, amiből garantáltan baj lesz.


    Kezdjük egy egészen buta kérdéssel: egyáltalán miért is kell bedönteni a motort? Válasz: mert különben a centrifugális erő egyszerűen eltérí­tené az í­vről. Ló és lovasa ezt elkerülendő dől be a centrifugális erő ellenében – minél nagyobb a tempó, annál jobban, tehát annál közelebb kerülve a talajhoz. így a motorkerékpár, mint egy nyomon haladó jármű konstrukciós gyenge pontja lenyűgöző dinamikává alakul át – aminek hatása alól senki nem tudja kivonni magát. Még a rendkí­vül lazán motorozó chopperesek sem tudnak ellenállni a gyors kanyargás súlytalanságának, hiszen a bedöntés nemcsak gyors tempót tesz lehetővé, hanem az akrobatika, a sportosság és a merészség különleges érzését is adja.

    A pilóta személyiségétől és filozófiájától függően általában megelégszik a laza kanyargással és visszafogott, 40º-os dőlésszöggel, amely száraz, pormentes úon némi biztonsági tartalék megtartása mellett maximális élvezetet garantál. Az úgynevezett erősemleges kanyarvétel könnyedségéhez sincs szükség esztelen tempóra, í­gy azt anélkül is kiélvezhetjük, hogy túlságosan megközelí­tenénk a tényleges határokat.

    Erősemleges a kanyarodás azért, mert nagy dőlésszög esetén, megfelelő futómű és jól megválasztott gumiabroncsok mellett a kormányzási erők a nulla felé közelí­tenek. Ezenkí­vül a pilóta az autóvezetőkkel ellentétben semmiféle keresztirányú erőt nem érzékel. Helyes, azaz messze előrevetí­tett pillantással és a függőlegeshez leginkább közelí­tő fejtartással pedig kiválóan egyensúlyozza a látóterében ferdére változott horizontot.


 így ebből semmi sem lesz. Aki csak akrobatikus mozdulatokkal tudja a
térdét az aszfalthoz közelí­teni, az valójában nem megy elég gyorsan. Az
ehhez hasonló görcsös akcióknál a pilóta nem a sebességre, hanem a
súrlódó térdére koncentrál. Jól jegyezzük meg: nem a térdünknek kell
leérnie az aszfaltra – az aszfaltnak kell elérnie a térdünket. Csak a
megfelelő kanyarsebesség és a tiszta í­v teszi lehetővé a megfelelően
nagy dőlésszöget.
 Aki laza testtartással, kissé a kanyar belseje felé nyitott térddel,
enyhén kiülve megy át a kanyarokon, az gyorsabban és biztonságosabban
halad, emellett automatikusan lejjebb kerül a térde. Viszont valójában
a gyors országúi tempóhoz nincs erre szükség. Az összevissza tornázás
köben pedig előfordulhat, hogy egy chopperes a külső í­ven megelőz.
 Aki tehetségét a versenypályán próbálja ki, az nyugodtan súrolja a térdével az aszfaltot. Eközben feszes izmokkal kissé kiülhet a motoron, hogy a kanyar külső í­vénél lévő karja és a felsőteste a tankhoz simuljon, ami javí­tja a pilóta és a motor kapcsolatát és a visszajelzést. Eközben lazán kell fogni a kormányt, és a térdprotektornak csak kicsivel az aszfalt fölött szabad surrannia. A tömegközéppontnak a kanyar belseje felé való áthelyezésével pedig megspórolunk néhány foknyit a motor dőlésszögéből.


    Az érzés már csak azért is lenyűgözi az embert, mert a fejünkben lévő ví­zmérték, orvosi nevén az egyensúlyi szerv, természeténél fogva legfeljebb 20º-os dőlésszöget hajlandó elfogadni. Rendszeres edzés nélkül nincs könnyű dolgunk, ha át akarjuk lépni ezt a határt. Ezért jobb, ha a biztonság kedvéért gyors országúi tempónál is az adott kanyarban lehetséges maximális sebesség legfeljebb 90 százalékát használjuk ki.

    A lehető legnagyobb dőlésszög megállapí­tásának legegyszerűbb eszköze hosszú ideje – és még ma is – a lábfejünk. Objektí­ven nézve az aszfaltot súroló csizmaorr persze nem igazán megbí­zható jelzője a dőlésszög határának, de szubjektí­v segédeszközként semmi kifogásunk nem lehet ellene. Ugyanez a hatása a hobbiversenyzőknél az aszfaltot súroló térdnek is, ami kvázi támasztékként megkönnyí­ti a tényleges határok keresését. Itt viszont egyértelműen az a szabály érvényes, hogy ha ezt a vezetési stí­lust közúon próbáljuk ki, akkor is legfeljebb néhány teljesen belátható szakaszon, minimális forgalom mellett tegyük. Mindenképpen jobb viszont, ha a sportember ahelyett, hogy szerény dőlésszög mellett mindössze végtagjainak művészi kitekerésével éri el térdével az aszfaltot, inkább a gyors és pontos kanyarodásra koncentrál. A térdkoptatókat pedig a köszörűgépen is formába hozhatja.


Hogyan jön létre a tapadás?

Miért jobb sok úburkolatnak a tapadása tavasszal, mint ősszel? Mi az a hiszterézis? És mi köze az üvegszerű viselkedésnek a tapadáshoz?

    Legyen szó akár gyorsí­tásról, fékezésről vagy kanyarodásról, mindezekhez nélkülözhetetlen a sokat emlegetett tapadás, a kerék és az úburkolat közti súrlódás. Azért, hogy ez a kapcsolat a lehető legtöbb erőt képes legyen átvinni, a többé-kevésbé puha guminak a többé-kevésbé porózus aszfaltba kell kapaszkodnia. Ehhez viszont egy motorkerékpár esetében meglehetősen kicsi felfekvő felület áll rendelkezésre, hiszen a gumiabroncs szélessége bizonyos fizikai mutatók miatt korlátozott. A gumik fejlesztésénél az a legfőbb cél, hogy nedves és száraz úon egyaránt a lehető legjobb tapadást érjék el, minél szélesebb hőmérséklet-tartományban és minél többféle úburkolaton. A korszerű gumikeverékeket úgy fejlesztették ki, hogy már alacsony hőmérsékleten is biztos vezetést garantáljanak. Ugyanis, ha a gumikeverék hidegben túl kemény és sprőd, majdhogynem üvegszerű lenne, akkor az aszfalt apró kitüremkedései, mikroérdessége nem tudna belekapaszkodni a gumiba, és szó sem lehetne tapadásról. Csak amikor a versenygumi felmelegedve viszko-elasztikussá válik és eléri gumiszerű tulajdonságait, akkor tudnak egymásba kapaszkodni, mivel ilyenkor az aszfalt érdes felületének kitüremkedései belefúródnak a gumiba.


    A gumi tapadása viszont csak akkor éri el a maximumát, ha az abroncs rendkí­vül kis mértékű megcsúszással gördül az aszfalton. Ilyenkor a gép és a pilóta, valamint a kerületi és az oldalirányú erők terhe alatt a gumi deformálódik, és eredeti formáját csak némi késlekedés után nyeri vissza. Ez az úgynevezett gumihiszterézis. Nem világos? Valóban elég bonyolult folyamat, ami akkor lesz érthetőbb, ha hüvelykujjunk körmét belevájjuk egy meleg verseny- vagy sportgumiba, és a gumi még egy darabig megtartja körmünk formáját – nagy vonalakban ez az ominózus gumihiszterézis hatása. Amivel el is értünk a tapadás másik fontos tényezőjéhez, az úburkolathoz. Az aszfalt súrlódási együtthatója (µ) elsősorban az anyagától függ, az oldal alján lévő táblázatban megtalálható az adott úburkolathoz és az elméletileg lehetséges maximális dőlésszöghöz hozzárendelve.

Az érdes burkolatú versenypályán a lágy gumikeverékek kiválóan bele tudnak kapaszkodni az aszfaltba, ezenkí­vül csapadék esetén a ví­z beszivárog a mélyedésekbe. A tapadós országúi aszfalt súrlódási együtthatója a burkolat mikroérdességének köszönhetően akár 0,9 is lehet. A sima országúi aszfalt együtthatója kerekre polí­rozott kövecskéivel már csak 0,7, ezért esőben itt már óvatosnak kell lenni. A kevesebb mint 0,2-es együtthatójú, rendkí­vül sima burkolatok az úépí­tésben csak a lakkozott vagy a műanyaggal bevont aszfalton (úburkolati jelek, a versenypályák szegélye) fordulhatnak elő. Nedvesen ezek majdnem olyan csúszósak, mint a jég.


Az úgynevezett mikroérdesség (piros), 0,001 és 0,1 milliméter közötti kiemelkedéseivel különösen nedves úon növeli meg jelentősen a tapadást, mí­g a 0,1 és 10 milliméter közti makroérdesség (zöld) elsősorban száraz úburkolaton javí­tja a gumi és az úburkolat kapcsolatát.

Ha az abroncs hőmérséklete túl alacsony, akkor a hideg gumi (kék) üvegszerűen viselkedik, tehát túlságosan kemény ahhoz, hogy összekapcsolódjon az aszfalt érdes felületével. Csak a hőmérséklet emelkedésével éri el a melegebb futófelület (piros) újra a gumiszerű tulajdonságait, és szinte alakzáró kapcsolatot teremt az útal.


    Biztos jele annak, hogy a dőlésszöget lehetett volna még tovább fokozni, a mindenki által jól ismert majrécsí­k a gumiabroncs külső élén. Egyes motorkerékpár-pilóták annál kí­nosabbnak találják a szűzies gumicsí­kokat, minél szélesebbek, hiszen a társak között mindez általában a hiányos tudásról és lagymatag kanyarvételről tanúskodik. A valóságban ugyanakkor ez a gumimaradék gyakran gyors országúi motorozás után is érintetlen marad, mert a gumiabroncsgyártók, különösen az első keréken, olyan kontúrt választanak, amely annyira meggörbí­ti az abroncs profilját, hogy annak optimális tapadású, akár 1,2 súrlódási együtthatójú aszfalton a maximálisan lehetséges dőlésszög mellett is még elegendő tartalék felfekvő felülete legyen.

    Bár az országutak burkolatának 0,8 és 1,0 közötti súrlódási együtthatója jónak mondható, versenypályaszerű burkolatokkal mégis igen ritkán találkozunk, ezért még a tesztpilóták motorjainak abroncsain is gyakran megmarad a kötelező tesztkör után néhány milliméternyi a majrécsí­kból. A burkolat tapadásától eltekintve ennek egy egészen egyszerű magyarázata is van: az országúon mindig meg kellene hagyni némi tartalékot a tapadásból arra az esetre, ha bedöntött helyzetben fékezésre lenne szükség. Ez a tartalék kizárja azt, hogy a legnagyobb lehetséges tapadást 100 százalékig felhasználjuk a bedöntés érdekében.

    A majrécsí­kok mindkét tesztpilótánknál csak a szlalom- vagy a körpályán tűnnek el, ahol a motor irányí­thatóságát és kanyarvételi tulajdonságait optimális körülmények között teljes mértékben ki tudják használni, miközben a lehető legkisebb kerületi erők mellett, a maximális dőlésszögben vezetik a gépeket. Rengeteg tapasztalat szükséges a gáz olyan pontos adagolásához, hogy a motor szlalomozás közben, illetve a körpályán egyenletes sebességgel haladjon. Viszont a kerületi erők csak í­gy maradnak annyira kicsik, hogy egyáltalán el tudjuk érni a maximális dőlésszöget. 

Kétszer akkora sebesség esetén a dőlésszög is kétszer akkora?

    A legmotiváltabb, versenyambí­ciókkal megáldott motorkerékpár-pilóták csak akkor élvezik igazán a motorozást, ha az már a fizikai határokon mozog, és a motoros minél közelebb van az aszfalthoz. Ehhez a mágikus 45º-os határon túli bedöntéshez  minden érzékünknek igen kifinomultnak és gyakorlottnak kell lennie. Aki úgy véli, hogy az utolsó barázdán való motorozást egyszerűen kirázza a kisujjából, az sokkal közelebb van az aszfalthoz, mint gondolná. És ha az esés rosszul végződik, akkor az akár a pokolhoz is vezethet. Ezért aki a pengeélen való táncolással próbálkozik, az nem mulaszthatja el az intenzí­v edzéseket. Hiszen a biztonságos kanyarodás és a vakmerő száguldás közti határokat csak akkor tudja megí­télni, ha tudatosan megközelí­tette már a határokat és ismeri azt az érzést, amikor a gumik megbí­zható tapadása lassan, de biztosan finom megcsúszásba megy át.

A pilóta arckifejezéséből az látszik, hogy még nem vette észre, hogy mindjárt véget ér a gyors kanyarodás. Most már szerencsével sem tudná megakadályozni ezt az esést, mivel a motor alulkormányozott eleje túl nagy sugarat í­r le, és a tömegközéppontja beesik. Viszont az ilyen tí­pusú esések általában szerencsésen végződnek, mivel a motor nem áll fel, és a pilóta lapos szögben csúszik az aszfaltra. Mint minden esésnél, itt is érvényes: csak akkor próbáljunk felállni, ha már megálltunk, gyorsan nézzünk körül, majd a forgalomtól függően gyorsan hagyjuk el az úpályát.

    Annál is inkább, mert a vakmerő rohanásnál általában a keskenyebb első kerék veszí­ti el először a tapadását. Ilyenkor a motor egy csapásra alulkormányozottá válik, túl nagy sugarú í­vet í­r le, majd végül egyszerűen beborul az í­v belseje felé. Az első kerék ilyen drasztikusan bedöntött helyzetben való megcsúszását csak a felsőtestünkkel véghezvitt villámgyors ellensúlyozással és a kanyar belseje felé tett kormánymozdulattal lehet kivédeni.

„Az első kerék megcsúszását csak a felsőtestünkkel véghezvitt villámgyors ellensúlyozással és a kanyar belseje felé tett kormánymozdulattal lehet kivédeni.”

    Egészen más a helyzet, ha a hátsó kerék csúszik meg, ilyen esetben ellenkormányzással kell kiegyenlí­tenünk a túlkormányozottságot. Mivel ilyenkor az í­v sugara csökken, ezért ahogy a hátsó kerék újra megtapad, a motor ismét függőlegesbe állhat, majd némi szerencsével megbí­zhatóan visszatalál az í­vre anélkül, hogy elesnénk. Viszont ha a megcsúszás után az abroncs hirtelen kapaszkodik bele az aszfaltba, akkor az erősen összenyomott lengéscsillapí­tóban tárolt energia egy csapásra felszabadul, í­gy motort és motorost is veszélyesen magas röppályára küldheti a kanyar külső oldala felé. Ezt az eséstí­pust highsidernek (avagy hosszúoldalnak) nevezik, és gyakran törött kulcscsonttal vagy még nagyobb sérüléssel végződik.

    A csúszáshatáron való kötéltánc mellett a gyors kanyarvétel a dinamikus tömegerők még egy, az ember számára nehezen érthető fizikai alapszabályától függ. Ezek ugyanis nem lineárisan, hanem a sebesség négyzetével arányosan növekszenek. A kanyarsebesség megduplázásával a 46 méter átmérőjű körpályán a dőlésszög nem egyenes arányban 10-ről 20º-ra, hanem 32-re nő. A progresszí­v növekedés részben az alkalmazott gumiabroncs szélességétől, másrészt pedig attól függ, hogy a motor és a pilóta együttes tömegközéppontja milyen magasan van.

„A kanyarsebesség megduplázásával a dőlésszög nem egyenes arányban, hanem progresszí­ven nő.”

    A látszólag könnyedén megvalósí­tott bedöntés mögött tehát számos fizikai titok rejlik, amelyeket megéri pontosabban tanulmányozni. Hiszen a műszaki összefüggések legalább olyan izgalmasak, mint amilyen lenyűgöző maga a kanyargás, és ezeket az összefüggéseket minden motorkerékpár-tí­pus alapkonstrukciójánál figyelembe kell venni.

    A megfelelő kanyarvételhez a legfontosabb az í­v és a sugár helyes megválasztása, mindkettőt tárgyaltuk előző részben. Ezekből és az adott sebességből adódik össze a centrifugális erő, amely a talaj és a gumi érintkezési pontján oldalirányú erőként hat. Arról, hogy ez milyen nagy lehet anélkül, hogy a motor kicsúszna, az oldalvezetés, azaz a gumi tapadása, illetve a sokat emlegetett érdesség dönt.



A rajz egy 130 mm-es hátsó kerékkel ellátott 125-ös motort ábrázol. A pilóta és a gép tömegközéppontja a maga 650 milliméterével viszonylag magasan van, mivel a magasan ülő pilóta az össztömeg egyharmadát teszi ki. Mivel a gumi érintkezési felülete csak kb. 55 milliméterrel térhet el a motor hosszanti tengelyétől, ezért a 125-ösnek 4,5º-kal nagyobb dőlésszögre van szüksége, mint az elméleti 40,5º, amely nem veszi figyelembe a gumiabroncs szélességét, és egy középre eső felfekvő felületből indul ki (lásd szaggatott vonal).A 180-as hátsó kerékkel felszerelt korszerű sportmotor tömegközéppontja 600 milliméteres magasságban helyezkedik el. A felfekvő felület akár 80 mm-rel is eltolódhat a középtengelytől, ami kerek 7º-kal nagyobb bedöntést tesz szükségessé. Minél magasabban van a tömegközéppont, annál kisebb dőlésszög szükséges ugyanannál a sebességnél, ami az irányí­thatóságot is növeli. Ez is az egyik oka annak, hogy a versenygépeknél a tömegközéppont miért van akár 150 milliméterrel is magasabban, mint az utcai motoroknál.A menetdinamikai katasztrófa: egy extrém chopper széles, 240-es hátsó abroncsokkal, amelynél a felfekvő felület jó 110 mm-rel tolódhat el, mindehhez pedig az alacsony épí­tési módnak, az alacsonyan elhelyezett erőforrásnak és az alacsonyan ülő pilótának köszönhetően rendkí­vül alacsony tömegközéppont társul. Mindez kalandos dimenziókba repí­tené a szükséges dőlésszöget. A gyakorlatban viszont az ilyen motorokkal már enyhe kanyarban is leérnek a kilógó alkatrészek, például a lábtartók. 


    Egy további, egészen banális tényező az adott motorkerékpár szabadmagassága. Mí­g a korszerű sportmotorokat úgy épí­tették, hogy még a versenypályán is csak a lábtartóra csavarozott bütykök szikráznak az aszfalton, a túragépek és az allrounderek esetében a szabadmagasság gyakran korlátozott. Nem is beszélve az alacsony épí­tésű chopperekről és cruiserekről, hiszen ezeknek gyakran a hátsó kereke is rendkí­vül széles, tömegközéppontjuk pedig igen alacsony. Az általános vélekedéssel ellentétben pedig, ha a tömeg túl alacsonyan összpontosul, akkor az kanyarból való kigyorsí­táskor a kezesség, a kanyarsebesség és a tapadás kárára válik. Ugyanakkor ha a tömegközéppont túl magasan van, akkor a menet- és fékstabilitás romlik.

    Ha az oldaltámasz, a lábtartó vagy akár a motorblokk és a kipufogó túl mélyen van elhelyezve, akkor ez magakadályozza, hogy gyors tempónál jobban bedönthessük a motort, bár a kerekeknek még bőven lenne tartalékuk. A következtetés: kritikus helyzetben a kanyar sugarát nem vehetjük elég szűkre, í­gy előfordulhat, hogy az í­v az ellenkező sávban vagy az árokban végződik. Hogy a szabadmagasság, a gumiabroncsok megválasztása és a tömegközéppont elhelyezkedése milyen nagy hatással van a tényleges kanyarsebességre és a dőlésszögre, azt az alábbi táblázat mutatja be, amely a Yamaha YZF-R1 szupersportgéptől a hatalmas Honda Gold Wing túrázóig 14 különböző tí­pusú motorkerékpár körpályán mért eredményeit tartalmazza.


A szupersportgépekhez illően a Suzuki GSX R-750 rendkí­vül stabilan és kiszámí­tható határokkal kering a körpályán, és finoman, de ártalmatlanul karcolja meg az aszfaltot lábtartóbütykeivel. A GSX R-750-nek először az első kereke kezd megcsúszni, és eközben jól látható fekete csí­kokat húz.

    
A száguldó nappali, a Honda Gold Wing, a pilóta nem kis erőfeszí­tésének köszönhetően 45 km/h-s sebességet és 42º-os dőlésszöget ér el, mielőtt a lábtartó trepnik szikrákat hánynának. Amit pilótája a hangos zenének köszönhetően nem is hall meg. 
 A keskeny abroncsok és a magas tömegközéppont az oka annak, hogy a KTM LC4 54 km/h-s sebességnél csak 46º-os bedöntést igényel. A durva profilú gumik a száguldást tiszta megcsúszással és akkurátusan az aszfaltra rajzolt fekete csí­kokkal dí­jazzák. 


    Bár ez a gyakorlat hihetetlen különbségeket mutat a kanyarodás kivitelezésénél, ettől még mindenki ugyanúgy élvezheti azt, mindegy, hogy egy hatalmas Gold Wing vagy egy vérbeli versenygép nyergében.