السيارة الخفيفة أفضل من السيارة التقيلة!!! تعرف على أساسيات ثبات السيارات - الجزء الرابع

في الجزء الرابع سنتكلم عن التماسك في السيارات..

لكي تتابعنا من البداية .. أرجو أن تدخل على:

الجزء الأول - تأثير الوزن على الثبات
الجزء الثاني - خفض مركز الثقل
الجزء الثالث - التوازن

المقصود بالتماسك مثلما ذكرنا سابقا هو قدرة السيارة على "الإمساك" بالطريق بحيث يمكننا توجيه السيارة كما نريد تماما.. (قد لا يعجب التعريف بعض الناس من ناحية اختيار الكلمات) ولكن ما نتكلم عنه يسمى بالانجليزية "Traction" وبعض الناس تسميه "الالتصاق بالطريق".. 

هذا الموضوع باختصار يتناول قدرة إطارات السيارة على توجيها بكفاءة عالية... بمعنى إنها تتعلق بالعلاقة بين الإطارات والطريق.. فالإطارات هي حلقة الوصل ما بين السيارة والطريق...

ولكن  ليس معنى هذا أننا سنتكلم عن الإطارات فقط.. إنما سنتناول أشياء أخرى كثيرة في السيارة..

لكي نسيطر على السيارة يجب أن نضمن أن إطارات السيارة ملاصقة  للطريق دائما ولا يحدث أي انزلاق فيما بينهما... وهذا الانزلاق يمكن يحدث في أكثر من حالة .. مثل:

الدخول بسرعة في المنعطفات

استخدام المكابح بقوة شديدة

الانطلاق بقوة كبيرة

وجود زيت أو رمل أو مياه على الطريق

قوة التصاق في الأرض هي أهم ما يميز الإطارات.. وتأتي قوة الالتصاق من شيئين رئيسيين:

أولأ: علاقة نوعية المطاط مع نوعية الأرض التي سيمشي عليها.. ونسميها (معامل الاحتكاك).. 

لذلك نجد إطارات مخصصة للأسفلت.. وأخرى للثلوج.. وإطارات خاصة للطرق الرملية .. إلخ.. 

والمعروف أنه كلما كان الإطار ليّناً كلما كان أفضل من ناحية الثبات.. ولكن يزيد معدل تآكله بالمقابل. 

وبشكل عام يتأثر معامل الاحتكاك إذا وُجِدَت مواد أخرى بين الإطار والأرض.. مثل المياه والزيت والرمال.

ثانياً: مساحة التلامس بين الإطار والأرض.. 
وهو ما يتعلق بعرض الإطار ونقشته، وكلما زادت مساحة التلامس زادت قوة الالتصاق، بمعنى إن كلما زاد عرض الإطار زادت مساحة التلامس وزادت قوة الاحتكاك.

ما هذا الكلام؟؟ معنى ذلك أن أفضل الإطارات هي الإطارات الملساء التي لا يوجد بها نقشة!!!!

هذا حقيقي فعلا... ولذلك تستخدم الإطارات الملساء في سيارات السباق للحصول على أفضل التصاق بالطريق..

ولكن هذا يحدث على الطرق الجافة المستوية فقط.

فإذا كان هناك احتمال لوجود مياه أو رمال في الشوارع فيكون من اللازم وجود أخاديد أو نقوش تساعد على تصريف المياه من تحت الإطار ليظل الإطار ملامساً للأرض...

وهذه هي الحالة المعروفة في إطارات السيارات العادية.

إذن فمحصلة نوع مطاط الإطار مع مساحة التلامس هي ما يعطينا قوة التصاق الإطار مع الطريق..
والتي يجب أن تكون أكبر من القوى المضادة الناتجة من:

1. انتقال الوزن في المنعطفات أو أثناء الكبح
2. قوة الدفع من العجلة نفسها

أي أنه إذا كانت القوى المضادة أكبر... يحدث الانزلاق..

من المهم أيضا أن نفهم ما الذي يحدث للإطارات في المنعطفات..

كلنا يعلم أن المطاط مادة مرنة... ولكن هذه المرونة قد تكون سبباً في نقص التماسك نتيجة لالتواء الإطار في المنعطفات بتأثير انتقال الوزن.. مما قد يقلل من مساحة التلامس .. وقد يغير من وضعية السيارة ويوصلها للنقطة الحرجة كما ذكرنا سابقاً في الجزء الأول..

ولكي نقلل من تأثير انتقال الوزن نحاول أن نقلل مرونة المطاط عن طريق التقليل من ارتفاع جانب الإطار بحيث يكون عرض الإطار أكبر من جوانبه بشكل واضح... وهذا هو السبب الأساسي في أن السيارات الحديثة مركب عليها إطارات بجانب منخفض (60% - 55% - 50%)

ويستخدم العديد من الناس المبدأ ذاته إذا أردوا زيادة ثبات السيارة بعض الشيء عن طريق تكبير العجلات المعدنية (الجنط) مع المحافظة على القطر الخارجي للإطار ثابتاً.

فلو افترضنا أن الطريق به مطبات (لو؟؟؟؟؟ وهل يوجد طريق بدونها؟؟؟) فستظهر مشكلة أخرى...

عند التعامل مع الواقع اليومي مع كافة الناس في أي مكان في العالم... فإن المؤكد أن الشوارع ليست مكاناً مثالياً وليست مرصوفة بشكل ممتاز كما في حلبات السباق... من المؤكد أن فيها حفر ومطبات.

وفي الحقيقة فهذا الوضع قد يجعل الإطارات غير ملامسة بالكامل للطريق.. بمعنى أن جزءأ منها فقط هو الملامس له... ويؤدي هذا لضعف التماسك مع الطريق لإن مساحة تلامس الإطار مع الطريق أصبحت أقل من المفروض.

تصميم نظام التعليق (العفشة) له دور أساسي في تقليل أو منع هذه المشكلة .. وكلما كان نظام التعليق مساعداً الإطار على ملامسة الأرض بأكبر مساحة ممكنة.. كلما كان التماسك أحسن..

الشكل أدناه يقارن بين أشهر أنظمة التعليق المستخدمة في السيارات حالياً.... 

لاحظ جيدا منطقة التلامس بين الإطار والطريق ..

ملحوظة هامة
كل نظام من أنظمة التعليق له مزايا وعيوب على صعيد التماسك والراحة والصلابة.. وللتنوع الكبير في هذه العيوب والمزايا  فسوف نتحدث الآن فقط عن ما يختص بالتماسك والثبات..

من الشكل أعلاه يمكننا القول بأن:

• التعليق بنظام المحور الثابت هو أقل الأنظمة التي تحافظ على تلامس الإطارات بشكل كامل في المطبات... 
• النظام المستقل أفضل منه كثيراً لإنه يحافظ على إحدى العجلات ملامسة بالكامل والعجلة التانية ملامسة بشكل جزئي... 
• يأتي بعدهما المحور الالتوائي (والمستخدم في العجلات الخلفية فقط) لإن درجة ميل العجل قليلة وتكاد تكون غير محسوسة... 
• أفضلهم على الإطلاق (حتى الآن) هو التعليق متعدد الوصلات.

وهكذا يمكننا معرفة السبب وراء استخدام السيارات الرياضية (المعروفة بثباتها العالي) لنظام التعليق متعدد الوصلات Multi-Link

يتبقى شيء آخر

هذه العجلات التي تتحرك صعودا ونزولا... لا تلامس الأرض دائما... وخاصة إذا كانت المطبات قريبة من بعضها أو إذا كنا نمشي بسرعة عالية..

وهذا الوضع من أكثر الحالات التي تتسبب فعلا بالحوادث بسبب أن السيطرة تكون شبه معدومة وكأننا نطير في الهواء.. 

ولا ننسى أننا نريد الإطارات ملاصقة دائماً للطريق.

لما يحدث هذا إذن؟؟؟

تحدثنا سابقا على نظام التعليق وإنه يحمل وزن السيارة ويحافظ على ثبات وضعيتها... 

ماذا عن وزنه هو؟؟؟ 
هل وزن نظام التعليق نفسه مهم أم لا؟؟؟؟

في الحقيقة كلما كانت أجزاء نظام التعليق خفيفة كلما كان لها القدرة على التماسك مع الطريق بشكل أحسن، لإنها خفيفة الحركة... وبالتالي فالنوابض (اليايات والسُست) تستطيع تحريك العجلات بسهولة وتجعله دائماً ملامساً للأرض بكل تفاصيلها.

أتريد التأكد من ذلك؟؟... جرب أن تلبس حذاءً تقيلاً (من أحذية السلامة في المصانع مثلاً) وامشِ به قليلاً، ثم البس حذاءً رياضياً خفيفاً ولاحظ الفرق في خفة وسهولة حركتك.

وزن أجزاء نظام التعليق يسمى "الكتلة غير المنبوضة" (أي غير المحمولة على النوابض أو السُست) أو "Unsprung Mass"...

لذلك فأكثر السيارات الحديثة تحتوي على  وصلات نظام التعليق من الألومنيوم لذلك السبب.. 

ومن أسهل الطرق لتقليل هذا الوزن ده هي تركيب عجلات معدنية من الألومنيوم (كثافة الألومنيوم = 1/3 كثافة الحديد). 

هذا الكلام سيوصلنا لموضوع له علاقة مهمة بتوزيع الوزن في السيارة

مرة أخرى؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟

طبعا... فقد قلنا سابقاً أن الاتزان والتماسك مرتبطان ببعضهما البعض.

هناك ظاهرتان معروفتان في المنعطفات تحدثان في المنعطفات الضيقة مع السرعة العالية أو في الحركات المفاجئة: 

الانعطاف الزائد أو الـ"Over Steer" 

الانعطاف الناقص أو الـ"Under Steer" 

وهاتان الظاهرتان تحدثان نتيجة أن القوة المضادة على العجلات تكون أكبر بكتير من قوة التصاق الإطارات...

الانعطاف الزائد هو التفاف السيارة في المنعطف بأكثر مما تحتاج بسبب فقد تماسك العجلات الخلفية.. 

ويحدث ذلك عادة في السيارات المندفعة بالعجلات الخلفية.. ويظهر بشكل واضح عندما يكون تركيز الوزن (مركز الثقل) ناحية الخلف أو إذا كانت قوة دوران العجل الخلفي أقوى من قوة التصاق الإطار.

أما الانعطاف الناقص فهو على العكس!! بمعنى إنه ضعف التفاف السيارة في المنعطف واستمرارها في طريق شبه مستقيم ..

ويحدث ذلك بشكل واضح في السيارات المندفعة بالعجلات الأمامية أكثر من المندفع بالخلفية.. بسبب إن مركز الثقل ناحية الأمام. 

لماذا يحدث ذلك؟؟؟

إذا أقبلت على منعطف وحاولت تقليل سرعتك (وهذا هو الطبيعي الذي نفعله).. فسينتقل الوزن للأمام في الجهة الخارجية للمنعطف.. وفي هذه الحالة تتحمل العجلة الأمامية الخارجية أكبر حمل...

أما إذا دخلت المنعطف وزدت من سرعتك.. فسينتقل الوزن إلى الخلف.. وفي هذه الحالة فستتحمل العجلة الخلفية أكبر حمل ..

ولو أخدنا في حسابنا اختلاف مركز الثقل بين سيارات الدفع الأمامي والدفع الخلفي فيمكننا تغيير طريقة دخول المنعطفات والخروج منها حسب السيارة التي نقودها.. 

إلى هنا نستطيع القول أن هذه هي أساسيات ثبات السيارات بشكل عام.. ومن الواضح أنه كلما كان الوزن أكبر كلما كانت السيطرة عليه أصعب.. ويحتاج لعمل هندسي أعقد...

ولكن التكنولوجيا وصلت لكي نزيد الثبات.. وذلك موضوع كبير سنتكلم عليه في الجزء الخامس..

تابعونا.

...