Onderstuur en Overstuur

 



onderstuur 

Onderstuur, de naam zegt het al, te weinig stuurkracht, betekent dat het voorwiel in een bocht uitbreekt (slipt), eerder dan het achterwiel.
Overstuur is het tegenovergestelde en betekent dat het achterwiel eerder uitbreekt dan het voorwiel.
Bij onderstuur neem je de bocht ruimer dan hij is, bij overstuur neem je de bocht krapper dan hij is.
Eigenlijk heb je met de moderne motoren van tegenwoordig geen last meer van onderstuur en overstuur, zeker niet op de weg. Dit verschijnsel kom je echter nog wel vaak tegen op het circuit en bij off-the-road (en uiteraard bij auto's), waar het maximale uit een motor gehaald wordt. Toch is het technische verhaal achter onder- en overstuur interessant genoeg om hier te vermelden. Door onder- en overstuur uit te leggen komen we namelijk bij de kern van het bochtengedrag van een motor uit.

Onder en over heeft te maken met hoe je motor de gewenste bocht neemt als het voor- of achterwiel begint te slippen. Bij overstuur breekt het achterwiel eerst uit, en je motor draait krapper in dan de bocht. Je zou denken dat een motor zo ontworpen zou moeten worden dat het onmogelijk is om met welk wiel dan ook te slippen, zodat je zo hard als je kunt een bocht kunt nemen. Toch zou je liever willen dat je achterwiel uitbreekt dan je voorwiel. Een bepaalde mate van overstuur in het design van je motor is te prefereren voor onderstuur. Overstuur door sliphoekverschillen resulteert in een gevoel van iets driften in een bocht. Dit is voor de meeste motorrijders (coureurs) prettiger en geeft hun meer een gevoel van controle dan dezelfde drift bij het uitaccelereren uit een bocht door onderstuur.

Er zijn diverse oorzaken te noemen voor onder- en overstuur. Hieronder zullen we er een paar noemen. De belangrijkste oorzaak is echter je banden. Door te zorgen voor een goede bandenspanning en de juiste banden zul je de meeste problemen hiermee kunnen voorkomen.

Oorzaken van onder- en overstuur

Vering
Achtervering: te veel dempingskracht houdt de achterkant laag, waardoor de motor onderstuur heeft.
Voorvering: te veel dempingskracht houdt de voorkant laag, waardoor de motor overstuur heeft.

Zithouding
Door te verkrampen aan je stuur wordt elke oneffenheid van de weg aan je lichaam doorgegeven. Deze beweging wordt vervolgens via je verkrampte arm direct weer doorgegeven aan je motor, waardoor een onderstuureffect kan optreden. (Uiteraard kun je zelf ook door te veel of te weinig tegensturen in een bocht 'ondersturen' of 'oversturen').

Bandenspanning
Je bandenspanning is essentieel voor een goed weggedrag. Soms zul je merken dat als je motor een poos stilgestaan heeft en je bent vergeten de bandenspanning te controleren, je bijna niet de bocht doorkomt, oftewel onderstuurt. Je banden zijn dan niet genoeg op spanning. Aan de andere kant kan door een te lage bandenspanning je voorkant te laag komen te staan waardoor je last hebt van overstuur.
Hoe lager de bandendruk, hoe groter de radiale vervorming van de band zal zijn, hoe meer de band uitpuilt rond het raakvlak en hoe groter het raakvlak zelf zal zijn. Je snapt wel dat je daardoor veel minder ronding hebt en daardoor moeilijker de bocht doorkomt. Het uitpuilen van je band laat zien dat de zijkanten van je band grote flexibiliteit bezitten. Omdat het buigen van rubber hitte produceert, maar een slechte geleider is, kun je bij een te lage bandendruk je zijkanten van je band snel beschadigen, met catastrofale gevolgen. Ook is het noodlottig voor je prestaties.
De precieze theorie hierachter heeft te maken met de drifthoek.

Drifthoek (sliphoek, gierhoek)
De definitie van de drifthoek is het verschil tussen de geplande richting van de motor (de richting van de wielstand) en de werkelijke richting van de motor. Ook wel: de hoek tussen de middellijn van het wiel in de rolrichting en de bewegingsrichting van het midden van het contactvlak. De drifthoek wordt gewoonlijk opgegeven in graden. Zodra door het rollen 'vers aangevoerd' loopvlak met het wegdek in aanraking komt, wordt dit afgeplat, want een groot deel komt vlak op het asfalt te liggen. Hoewel het loopvlak de rolrichting gewoon wil blijven volgen, zal door deze beweging toch een dwarskracht ontstaan. Het 'pletten' gebeurt namelijk niet alleen in de rolrichting, maar ook naar opzij. Het harde deel van het wiel (de velg) wil de aangegeven (rol)richting blijven volgen. Naarmate ten gevolge van het afrollen van het loopvlak meer contactvlak ontstaat, zullen ook de dwarskrachten toenemen. Ook ten gevolge van factoren als bijvoorbeeld de ingestelde wielvlucht en zijwind. Die dwarskrachten zorgen ervoor dat het midden van de band (de bandmeridiaan) van de gewenste richting wordt weggedrukt. Tussen de rolrichting (die de bandmeridiaan en het contactvlak zou moeten volgen) en de werkelijke richting die wordt gevolgd, ontstaat een hoek. En dat is de drifthoek.
Voorbeeld: bij een voertuig dat rechtuit rijdt met de wielen recht vooruit is de drifthoek 0°. Als er geen grip is, dan is de drifthoek ook 0°. De wielen worden 10° naar links gedraaid, maar het voertuig verandert slechts 5° van richting. De drifthoek is dan 5°.
De totale drifthoek is het gevolg van vervorming van zowel het rubber bij het contactvlak als de wang van de band.
Banden gaan alleen die kant op waar ze heenwijzen als er in een rechte lijn gereden wordt. Is de drifthoek van het achterwiel groter dan die van het voorwiel, dan is er sprake van overstuur. Is deze kleiner, dan is er sprake van onderstuur. De oorzaak is het gevolg van inwendige vervorming van de band. De motor heeft achter een grotere drifthoek dan voor.

Een drifthoek ontstaat dus door vervorming van de band. Een band kan op diverse manieren vervormen, van de ene naar de andere kant, rondom, axiaal en gedraaid. Gedraaide vervorming krijg je wanneer je niet in een rechte lijn rijdt. Rijdt een wiel in een richting anders dan waar het raakvlak van je band heen wijst, dan begin je te glijden. De massatraagheid bepaalt de richting van de motor wanneer hij glijdt. Als je grip verliest, zul je glijden in de richting die je reed toen de glij begon. Zolang je grip hebt, zul je rijden in de richting waarheen het raakvlak wijst, niet waarheen het wiel wijst.
Bij glijden is er een hoekverschil ('glijhoek') tussen de richting waarheen de traagheid je zendt en de richting waarheen je banden wijzen, drifthoek is het hoekverschil tussen de richting waarheen je raakvlak wijst - dus waarheen je banden zich bewegen - en de richting waarheen het wiel wijst.
Verminderde grip vermindert drifthoeken en verhoogt het gevaar op glijden. Drifthoeken worden o.a. beïnvloed door accelereren, remmen, profielgrootte en -vorm en breedte en ronding van je banden. Accelereren en remmen beïnvloeden de grip hoofdzakelijk door gewichtsverplaatsing.

Een band met minder profiel heeft niet zulke flexibele zijkanten als normale banden, zal dus minder vervormen en heeft daardoor minder drifthoek. Radiaalbanden hebben minder drifthoek dan standaard banden. Daarom is het van belang dat je voor en achter dezelfde soort band gemonteerd hebt.
De voorband van je motor is smaller en heeft meer ronding dan je achterband en heeft daardoor een kleine drifthoek. Je achterwiel heeft een groter raakvlak dan je voorwiel, mits verticaal gereden. Daardoor heb je meer frictie met de weg en je zou verwachten dat je daardoor onderstuurt. Dit is niet het geval. Je achterwiel heeft een grotere drifthoek en daarom neigt je motor eerder tot overstuur. De krachten die je voorwiel de bocht in trekken zijn groter dan die op je achterwiel. Het voorwiel moet zodoende meer krachten ontwikkelen dan het achterwiel om de motor te destabiliseren en van richting te doen veranderen. Je achterwiel is daarom het wiel dat je motor als het ware stuurt/voortbeweegt.

Een drifthoek (sliphoek) wordt zo genoemd omdat het gedeelte van het raakvlak van je band aan de buitenkant van de bocht sneller beweegt dan de band zelf in de richting waarheen hij wijst, en het gedeelte aan de binnenkant (dichter bij de naaf) langzamer. Als je leunt rijd je namelijk op het gedeelte van je band dichter bij de naaf van het wiel.
Oftewel: er is een snelheidsverschil in het gebied dat het meest ingedrukt is en het gebied dat het minst ingedrukt is (groter verschil tussen maximale en minimale radius, wrijvingsverschil). Hierdoor slipt altijd een deel van de band om dit snelheidsverschil te compenseren (geldt ook voor een zachte band). Omdat het buitenste gedeelte sneller beweegt dan het binnenste, begint de band te slippen. Het binnenste gedeelte heeft zelfs nu meer grip dan bij het rijden in een rechte lijn, daardoor loopt het raakvlak zichzelf in een bocht. Hoe groter de drifthoek, hoe groter het gedeelte van het raakvlak dat slipt. Soms is er zo weinig van het raakvlak dat niet slipt, dat alle grip verloren gaat en het wiel uitbreekt.
Samengevat: overstuur betekent dat het achterwiel een grotere drifthoek heeft dan het voorwiel, het achterwiel heeft waarschijnlijk meer grip, maar zal eerder uitbreken dan het voorwiel in een bocht. Waarom dat zo is lees je verderop.

Het bovenstaande wordt door sommigen ook wel camber thrust genoemd (camber=leunen, thrust=stuwkracht) en zij denken dat dit de kracht is die je motor de bocht door helpt, oftewel: het design van je banden zorgt ervoor dat je in een bocht in een cirkel blijft draaien. Dit is niet het geval. Uiteraard zorgt het specifieke design van motorbanden dat je kunt tegensturen (met vierkante bandjes ga je op je plaat...). Bovendien, ook een automobilist ervaart deze kracht in een bocht (en zelfs een schaatser!). Het is de (statische) frictie van je banden die de kracht levert om je motor de bocht door te krijgen en deze kracht noemen we centripetaalkracht. Deze kracht is dus een krachtvereiste. Elke kracht kan fungeren als centripetaalkracht.

In het volgende filpje leveren de motorbanden niet de centripetaalkracht:
http://www.youtube.com/watch?v=WVkKASSG47M

Je banden leveren deze kracht o.a. omdat ze horizontaal gericht zijn en naar het midden van de rijcirkel wijzen.

Klik hier voor een mooi voorbeeld van hoe centripetaalkracht werkt. Door telkens op de pagina te klikken kun je de diavoorstelling doorlopen.

Centripetaalkracht is middelpuntzoekende kracht. De grootte van de centripetaalkracht die nodig is om een voorwerp ‘de bocht door te krijgen’ hangt af van de massa en de snelheid van het voorwerp, en van de straal van de cirkelbaan waarin het voorwerp beweegt. De bocht door krijgen is hetzelfde als voortdurend de richting van de snelheid van het voorwerp te veranderen. Een richtingsverandering van de snelheid is een snelheidsverandering – en dus is er sprake van een versnelling van het voorwerp. En voor een versnelling is een nettokracht op het voorwerp nodig. Een nettokracht die we de centripetaalkracht noemen. (Let op: dit betekent niet dat de snelheid van een motor in een bocht door deze kracht verandert, deze blijft gelijk. Er is alleen een verandering van richting).

De centripetaalkracht wordt overgebracht van de weg naar de motor door het raakvlak van je band en staat in een rechte hoek op de rijrichting. Door te veel gas te geven zal de spanning in het raakvlak toenemen, omdat er een extra kracht doorgegeven moet worden via de band, deze keer parallel aan de rijrichting. Deze extra hoeveelheid kracht kan een band laten slippen. Je motor is zo ontworpen dat er iets sprake is van overstuur. Het achterwiel heeft de neiging uit te breken voor het voorwiel in een bocht en de drifthoek is groter op het achterwiel dan op het voorwiel. Het raakvlak van je achterwiel is groter en het oppervlak platter dan dat van je voorwiel. Een deel van de grip van de band wordt echter opgeslokt door acceleratie. Het resultaat is de neiging tot overstuur, vooral bij accelereren. (Te veel gas geven bij een auto zal juist eerder resulteren in onderstuur.)

Wat te doen bij onder- of overstuur
Als je naar rechts probeert te rijden maar je motor is naar voren gericht, dan ervaar je onderstuur. Als je motor te snel naar een bepaalde richting gericht is (je weet zeker dat je nog niet op dat punt zou moeten zijn) en je voelt je achterband uitbreken, dan is er sprake van overstuur.

Overstuur: tegensturen helpt om je motor meer rechtop te krijgen. Als je achterband grip verliest omdat je hem geblokkeerd hebt door je achterrem te gebruiken, nooit de remmen loslaten totdat de motor weer recht staat. Door de remmen te vroeg los te laten veroorzaak je bijna altijd een highside (door het plotseling weer grip krijgen van je achterband). Of je motor platleggen (lowside, vergeet niet altijd je stopschakelaar [kill-switch!] in te drukken om te voorkomen dat je motor over je heen rijdt) of er proberen uit te rijden als je er absoluut zeker van bent dat je dat kunt en de situatie volledig onder controle hebt. Als je je achterrem niet geblokkeerd hebt (je slipt alleen en je wiel draait nog) kun je proberen heel voorzichtig iets gas te geven om weer grip te krijgen.

Onderstuur: onderstuur is minder gevaarlijk dan overstuur, maar het gevaar hierbij is dat je in de baan van tegemoetkomend verkeer terechtkomt. Hier niet tegensturen, maar afremmen door iets met je achterrem te remmen of je stopschakelaar indrukken.

Algemene tips

  • De centripetaalkracht in een bocht neemt kwadratisch toe met de snelheid van de motor. Daarom zullen geringe snelheidsveranderingen grote invloed hebben op de centripetaalkracht en daarmee je hellingshoek. In een bocht dus uiterst voorzichtig gasgeven!
  • De maximaal mogelijke hellingshoek is afhankelijk van de toestand van je banden. Controleer je banden net na elke rit.
  • Je profielhoogte mag niet minder dan 2-3 mm zijn, anders zal in een bocht de grip op het wegdek drastisch verminderen. Dit geldt al helemaal bij regen.
  • Controleer minimaal elke veertien dagen je bandendruk. Bepalend zijn de cijfers van de fabrikant (bij koude banden meten!).
  • Pas je achtervering aan de lading aan.
  • Voor elke rit je remmen controleren. Rem achtereenvolgens voor- en achterrem tot de blokkeergrens. Daardoor weet je of de technische toestand van je remmen in orde is (remdruk moet snel opbouwen en na loslaten snel afnemen), de toestand van het wegdek (bijv. slechte grip door rijp in de vroege ochtend) en de lastverdeling (bij belasting is meer remkracht nodig).