خواص حركة السيارة على المنحنيات الأفقية  

تخضع السيارة التي تتحرك على منحن من طريق، نصف قطره R إلى قوة نابذة وتساوي هذه القوة إلى كتلة السيارة مضروبة بمربع سرعة حركة السيارة إلى نصف قطر المنحني.

وتؤثر القوة النابذة بشكل عمودي في اتجاه الحركة، محاولة قلب السيارة وزلقها، كما أنها تجعل السيطرة عليها أكثر صعوبة. أما من أجل المنحنيات ذات أنصاف الأقطار الصغيرة، فإن القوة النابذة تعمل على تشويه الدواليب في الاتجاه العرضي، كما تؤدي إلى زياظة نسبة استهلاك الوقود واهتراء الدواليب، وكذلك تسوء الرؤيا على الأجزاء المنحنية ليلا، لأن المصابيح تضيء مسافة من المنحني أمام السيارة، أقل مما هي للأجزاء المستقيمة.

وتصبح العوامل السلبية المذكورة أكثر حدة، كلما كان نصف قطر المنحني الأفقي أصغر. ولذلك فآنه من أجل تحقيق أمان وراحة واقتصاد الحركة للسيارات ضمن السرعة الحسابية المطلوبة يجب استخدام أنصاف أقطار كبيرة نسبيا للمنحنيات، مع زيادة الميل العرضي للطريق باتجاه مركز المنحني.

تؤثر في السيارة عند حركتها على منحن أفقي قوتان مركزتان مطبقتان في مركز ثقلها وهما القوة النابذة وباتجاه خارج المنحني، ووزن السيارة بشكل شاقولي للأسفل.

وبإسقاط هاتين القوتين على الاتجاه العرضي للطريق الذي يميل بزاوية معينة على الأفق تكون محصلة القوى التي تعمل على إزاحة السيارة عن الطريق، وتسمى القوة الجانبية مساوية لمجموع القوة النابذة مضروبة بتجيب زاوية ميل المقطع العرضي للطريق ووزن السيارة مضروبا بجيب الزاوية نفسها، وحسب اتجاه الميل العرضي للطريق، فإن مسقط وزن السيارة عليه يمكن أن يأخذ إشارة موجبة أو إشارة سالبة.

إن قيمة نصف القطر اللازمة لا تتعلق بالقيمة المطلقة للقوة الجانبية، وإنما بنسبتها إلى وزن السيارة والتي تسمى بعامل القوة الجانبية. ولكي نتمكن من استخدام معادلة نصف القطر بشكل عملي يجب تحديد القيم المسموحة لعامل القوة الجانبية.

يؤدي تأثير القوة الجانبية في السيارة أثناء تحركها على منحن ذي نصف قطر صغير إلى عدة عوامل فهي تحاول إخراج السيارة عن الطريق (زلقها) أو قلبها، وبالتالي تجعل السيطرة عليها أكثر صعوبة، ويصبح السفر متعبا، وتؤدي كذلك إلى زيادة مقاومة الحركة للسيارة، وبالتالي زيادة نسبة استهلاك الوقود واهتراء الدواليب. ولذلك يجري تحديد القيم الحدية المقبولة لعامل القوة الجانبية انطلاقا من العوامل التالية:

• تأمين ثبات السيارة ضد الانزلاق: ويعد من أهم الشروط اللازمة لتحقيق أمان الحركة على المنحنيات. إن انزلاق السيارة جانبيا تحت تأثير القوة النابذة يعاكسه احتكاك الدواليب مع غطاء الطريق. وبما أن كل دولاب قائد يخضع إلى القوة الجانبية وقوة الجر أو الفرملة، فإن محصلتها المطبقة في مستوى تماس الدولاب مع سطح الغطاء، تصنع زاوية ما مع مسار الحركة.

نفترض عند تحليل شروط ثبات السيارة ضد الانزلاق على سطح الغطاء، إن قيم عاملي الاحتكاك في الاتجاهين الطولي والعرضي، اللذين يفيدان في استخدام قوة الجر أو الفرملة بشكل فعال، وكذلك تحقيق ثبات السيارة ضد الانزلاق، يرتبطان فيما بينهما بحيث يكون مربع عامل احتكاك الدولاب مع سطح الغطاء يساوي مجموع مربعي عامل الاحتكاك الطولي والعرضي.

يجب ألا يزيد عامل القوة الجانبية على عامل الاحتكاك الجانبي، وكلما كان الجزء الأكبر من عامل الاحتكاك مستخدما للتغلب على الميول الطولية عند الفرملة، قلت المركبة العرضية المتبقية، التي يمكن أن نستفيد منها لمقاومة انزلاق السيارة حين حركتها على المنحني.

ولذلك فإنه عند تحديد المعطيات اللازمة لأنصاف أقطار المنحنيات في المسقط الأفقي، يجب معرفة النسبة بين عاملي الاحتكاك الطولي والعرضي. وتتراوح قيمة عامل الاحتكاك الطولي بين 0.7-8 من قيمة عامل احتكاك الدولاب مع سطح الغطاء، وبالتالي فإن قيمة عامل التماسك الجانبي تتراوح بين 0.6-0.7 منه.

• تأمين ثبات السيارة ضد الانقلاب: يتحقق ثبات السيارة ضد الانقلاب، عندما يكون عزم التثبيت الناجم عن وزن السيارة أكبر من عزم الانقلاب الناجم عن وجود القوة النابذة.

& إن عامل القوة الجاتبية يتعلق بأبعاد السيارة، أو بالأحرى بنسبة عرض السيارة (المسافة بين محاور الدواليب في الاتجاه العرضي) إلى ارتفاع مركز الثقل عن سطح الطريق. واستنادا إلى التجارب التي جرى القيام بها فقد تبين أن قيمة مسافة الانتقال الجانبي (مسافة انتقال مركز ثقل السيارة في الاتجاه العرضي نتيجة الوضع في الحسبان تشوه النوابض ومرونة الدواليب)، يمكن عدها مساوية 0.2 من عرض السيارة تقريبا. أما نسبة العرض إلى الارتفاع من أجل السيارات السياحية الحديثة فتتراوح من 1.8 حتى 2.5 وللسيارات الشاحنة من 2 إلى 3، وللباصات من 1.7 حتى 2.2. ويتراوح ارتفاع مركز الثقل عن سطح الطريق من 0.45-0.6 متر للسيارات السياحية و0.65-1 متر للسيارات الشاحنة و0.7-1.2 للباصات وإذا اعتمدنا أسوأ قيمة حسابية للارتفاع والنسبة بين العرض والارتفاع، فإننا نرى أنه لتحقيق ثبات السيارة ضد الانقلاب، يجب ألا يزيد عامل القوة الجانبية على 0.6.&

& ولا يتعدى عادة عامل القوة الجانبية هذه القيمة في الشروط الطبيعية لعمل السيارة وبسرعة حركة عادية. وتقع حوادث الانقلاب عادة بسبب اصطدام دواليب السيارة بعائق ما أثناء انزلاقها.&

• تأمين راحة الركاب أثناء السفر: عند دخول السيارة على منحن، يشعر السائق والركاب بتأثير القوة النابذة، على شكل دفعة جانبية، لذلك يجب تحديد قيمةعامل القوة الجانبية، بحيث لا يزيد على القيم، التي يصبح معها المرور على المنحني مزعجا.