Det er et fysikkfaktum at en lavere bil er sikrere enn en med høyere tyngdepunkt. Det er bare å studere deltagerne i Formel 1 – poenget er kraft ganger hevarm ….
Bildet øverst: Lav, bred, lettbygd, høyhastighetsdekk, tilpassede støtdempere og oppheng; her stemmer alt bortsett fra prisen – du sikler nå over en Corvette 2023 …. (Foto: Chevrolet)
Av Stein Bekkevold
Massesenterhøyden, tyngdepunktets høyde over veibanen, styrer via vektstangfenomenet de massekreftene som prøver å velte bilen – eller i hvert fall dra den ut av kurs. Kortere vektstang – lavere MS-høyde – gir lavere sidekrefter, og økt sporvidde hjelper til.
Alt dette kommer av masselovene som Isaac Newton formulerte i 1687 i verket Principia. Hovedtesen var at enhver masse helst vil ligge stille. Og har du først fått den opp i fart vil den helst ikke stanse, og definitivt ikke svinge … Og: Denne «viljesterke» massen har et helt reeltsentrum som gravitasjonen – og alle andre krefter – virker gjennom.
Lydig mot Newton
Høyden på massesenteret MS i forhold til akselavstanden (og sporvidden) bestemmer hvor godt balansert massevirkning bilen har foran og bak, og sideveis.
Bilens masse ganger hastigheten jobber gjennom MS for å vippe bilen forover/nesa ned eller bakover/hekken opp, under bremsing og akselerasjon. Siden det bare er den nedoverrettede massekraften som «forskyves», og ikke senterets fysiske plassering, er effekten på over/understyring motsatt av en egentlig (og selvsagt umulig) forflytting av MS: Når bilen bremser og roterer i horisontalplanet rundt MS, øker massekraften på forhjulene mens kraften bak reduseres, med tilsvarende endring i evnen til å ta opp sideveis krefter; du kan ta svingen i høyere hastighet og med større sikkerhet med bedre massebalanse.
Og alt dette handler bare om massens plassering (MS), forsøket på flytting – og massekraft ganger hevarm. Poenget er at bilen ikke har lyst til å svinge, den er lydig mot Newton og vil bare gå rett frem, i det uendelige.
Renault kom med en fullblods sak da de returnerte til Formel 1 i 2016. I dag er sporvidden enda større. (Foto: Renault)
Mye morsommere
Lavt MS er en viktig fordel i bilsport og racing, sammenlignet med sedaner og (særlig) høye SUV-er. Noen dyrere sedaner og sportsbiler har karosseri av lette materialer (som Corvette), delvis av denne grunn. Massevirkningen vil også styres av fjærene og hjulopphenget, av krengningsdempere og/eller høyden på rollsenteret – en tenkt akse som bilen langsetter roterer rundt.
I jevne svinger har fronttunge biler en tendens til å understyre mens de baktunge overstyrer – ved understyring liker ikke bilen å svinge, mens det motsatte gjelder overstyring, da svinger den mer enn gjerne, hit og dit ….
Midtmotorløsninger prøver å få bedre plassert MS, frontmotor gir mer praktisk samlet layout. Alle andre masseparametere er ganske like; i hendene på en god fører kan en nøytralt balansert bil med midtmotor svinge raskere, men med motor foran og drift bak er det lettere å kjøre på slippgrensen. Og VELDIG MYE morsommere! Fysjom.
Lavt eller høyt MS
Høyden på MS varierer mye; en diger SUV kan ha MS helt opp i 70-80 cm, mens en Formel 1 kan ligge ned mot 25 – eller lavere. Tesla S ligger på 46 cm, mens en Chevy Corvette har 44 og en Alfa Romeo 4C har 40 cm.
MS avhenger ikke minst av byggemetoden, hjulopphenget og karosserimassen – aluminium og plast veier MYE mindre enn stål og jern. Masse fordelt bakover – som i sports- og racerbiler – gir markante endringer i kjøreegenskapene, ved overgang fra svingete til rett vei. Ved kjøring inn i sving genererer fordekkene et dreiemoment (en reaksjon) rundt bilens vertikale akse (gjennom MS), i tillegg til å generere den sidekraften (reaksjonen) som akselererer bilens masse (MS) inn i svingen. Kronglete dynamikk, dette.
Juan Manuel Fangios Alfa 159 som han vant med i 1951. Altfor smalsporet etter dagens tenking, og ganske høy – men en morsom kjøremaskin! (Foto: Alfa)
Husker du Corvair
Men: Sidekraften som genereres av bakhjulene virker MOTSATT, og prøver å rotere bilen ut av svingen. Derfor vil en bil med 50/50 vektfordeling understyre inn i svingen. For å justere dette har sports- og racerbiler ofte mest masse bak, MS er forskjøvet bakover.
Når det gjelder rene racerbiler, ligger tallet mellom 40/60 og 35/65. Dette gir forhjulene en fordel i å overvinne tregheten (motstand mot bevegelse) og redusere understyring. Å bruke hjul og dekk av forskjellige størrelser (etter massefordelingen) er noe som smarte bilprodusenter gjør for å finjustere over/understyring. Du husker Corvair?
Rollvinkeltreghet.
Massens motstand mot å bli vridd langs lengdeaksen – rundt MS – påvirker styrefølsomheten og bilens komfort (bilsyke!). Dette avhenger av det kvadratiske forholdet mellom høyde og bredde, og påvirkes negativt av økt bilbredde – fordi dette øker rotasjonstregheten. Og det er dustete fordi økt bredde ellers har en positiv virkning.
Så en bil består av en haug motstridende kompromisser! Alt kommer av at bilen er en dynamisk masse med et bevegelsessenter som ligger fast, mens den samlede massen helst vil bevege seg rundt det – i alle retninger – som en deig. Denne folkelige og unøyaktige, men morsomme forklaring skylder vi vår fysikklærer.
VW-boble
Det finnes en lang rekke slike mer eller mindre begripelige forhold som påvirker bilens egenskaper. Kort sagt er det lettere for ingeniørene å lage en lang bil god, enn å trylle med en kort.
En kort og litt høy, tung bil er det verste. Og en kort bil med motor og drivverk bak – og tomrom foran – er et mareritt, dynamisk sett. Det vet alle som har feriekjørt i 90 km/t rett inn i sterk skrå motvind med en VW-boble. At det gikk bra …
Svingtreghet
er rotasjonstregheten til en masse i bevegelse – igjen gamle Newtons masselover. Tregheten, inertien, har en stygg tendens til å la massen beholde retningen, og liker ikke endringer i kursen (gyroskop!). Dette vil gjøre det tyngre å svinge inn i en skarp kurve, og like ille å svinge ut igjen.
Tregheten forstyrrer fjæringens evne til å holde dekkene trykket mot veien, konstant foran og bak, på ujevne overflater – og kan derfor gi ujevn styrerespons. Fysisk sett: Svingtreghet er et integral over kvadratet på akselens avstand fra MS, så dette favoriserer små biler. Men Bobla var fæl …
Og det var alt vi orket å ta med, av lærebokens mange-og-femti sider om dette …
