Ptejte se: Je v zatáčce rychlejší dvoukolka nebo čtyřkolka?

Do redakčního mailu nám krom tradičních dotazů ohledně výběru nového auta přišel konečně zase jednou zajímavý dotaz mimo klasické téma.

Zdravím, mám dotaz na autíčkáře do rubriky ptejte se ohledně porovnání čtyřkolky a dvoukolky. Jde mi o to, že se s kamarádama nemůžeme dohodnout, zda je čtyřkolka v zatáčce rychlejší nebo pomalejší. Já tvrdím, že díky váze v zatáčkách nemá čtyřkolka žádnou výhodu, protože váží o sto kilo víc. Mí kamarádi, kteří oba dostudovali ČVUT – fakultu strojní, tvrdí opak, a to že je čtyřkolka tím, že přidává na různa kola výkon, rychlejší. Moc děkuji,  fakt by mě zajímalo jak to je doopravdy.
Ahoj.

Martin

Děkujeme velmi za tento dotaz, redakční chat díky němu zaplál rušným hovorem a předem mohu říci, že tato otázka nemá jednoznačnou odpověď. Také budu rád, když mé povídání doplníte vy, co by sečtěli a erudovaní čtenáři – a třeba poopravíte nějakou myšlenku kterou zde uvedu. V neposlední řadě bych rád řekl, že se nebudeme příliš zabývat teorií a fyzikálním rozborem. Jednak bychom se v konečném důsledku dostali někam k ideální kouli ve vakuu a druhak bych si akorát udělal ostudu. Přesto by nějaký bazální nástin pro začátek nebyl od věci. Na zatáčející auto působí dostředivá síla a jako důsledek třetího Newtonova zákona také síla opačná o stejné velikosti – tačící jej ven ze zatáčky. Velikost dostředivé síly závisí na hmotnosti a rychlosti vozidla a samozřejmě poloměru zatáčky. Schopnost auta udržet se v zatáčce ve stopě pak závisí na velikosti třecí síly, kterou jsou jeho pneumatiky schopny generovat při styku s vozovkou. A velikost třecí síly závisí na hmotnosti auta a koeficientu smykového tření. Tolik teorie. Pokud bychom tedy vzali dvě identická vozidla, teoreticky by nám mělo být z výše uvedeného zcela jedno, jakou koncepcí pohonu jsou vybavena. Záleželo by jen na rychlosti a hmotnosti. V praxi je však auto pohybující se zatáčkou na reálné silnici natolik komplikovanou soustavou, že nám fyzika základní školy nebude stačit ani zdaleka, ba vlastně některé teoretické poučky popřeme. Tak třeba třecí síla nezávisí na velikosti styčné plochy – z praxe však víme, že šířka pneumatik má na adhezi vozidla a tím pádem rychlost v zatáčce, zcela kruciální vliv. Místo prosté třecí a dostředivé síly se spíše musíme spoléhat na něco, čemu se říká Kammova kružnice přilnavosti.

V reálném světě nám do krásně nalinkovaného světa teoretické fyziky vstupuje obrovská množina proměnných. Z těch nejdůležitějších bych zmínil počasí, povrch a profil trati, rozložení hmotnosti a těžiště vozu, či také odlišnosti v jednotlivých typech pohonu. Problematiku nelze zůžit jen na dvoukolku či čtyřkolku. Věc zvaná diferenciál s omezenou svorností přenášející sílu na vnější zatížené kolo nám u auta s pohonem předních či zadních kol pěkně zamíchá kartami. Stejně jako mluvíme o úplně jiných vesmírech v případě jednoduchého stáleho pohonu čtyř kol s primitivním středovým diferenciálem a “inteligentním” systémem schopným vektorovat moment mezi jednotlivá kola. 

Dále by bylo dobré rozdělit si jednotlivé fáze průjezdu zatáčkou. Brzdění a nájezd, kdy vše nejvíce ovlivňuje setrvačná síla, je bez diskuze doménou lehčích a obratnějších dvoukolek. Samotý průjezd je natolik specifický pro každý oblouk a povrch, že bude velice individuální, která koncepce bude mít navrch. Zda lehčí dvoukolka, na kterou působí menší odstředivá síla, nebo sofistikovanější čtyřkolka, která umí díky přenosu momentu na jednotlivá kola více využít ideální velikosti vektoru sil v Kammově kružnici – to je onen argument tvých oponentů. No a konečně výjezd, kde naopak ve valné většině případů dominuje díky lepší trakci auto s pohonem všech kol. 

Z předchozího odstavce už je více méně jasné, že odpověď na otázku závisí čistě na konkrétní trati a na tom, zda budou převažovat místa ve kterých dvoukolka využije nižší hmotnost anebo ta, kde čtyřkolka uplatní své trakční schpnosti. Podíváme-li se na vrcholný motorsport, je celkem jednoduché zjistit, kdo má v kterém prostředí na vrch. Čím hladší a rychlejší profil trati, tím víc trumfů vytahuje auto s pohonem jediné nápravy, které je koncepčně lehčí a stáčivější. Při volbě vhodných pneumatik a geometrie mu trakce nechybí ani při vysokých výkonech na výjezdech ze zatáček. Navíc nám do rychlosti v zatáčkách mnohem více než zvolená koncepce pohonu promlouvá aerodynamika – v případě automobilů generujících přítlak závisí rychlost průjezdu rychými zatáčkami mnohem více na aerodynamickém řešení než počtu kol, která zrovna přenášejí sílu na asfalt. Diference mezi dvoukolkou a čtyřkolkou se tak zúží jen na pomalé pasáže.

Porovnání RWD a AWD přímo na okruhu nám motorsport mnoho nedopřál, zejména z toho důvodu, že je pohon všech kol jednoduše zakázán. Pokusy v F1 vyzněly jednoznačně pro zadokolky. Protipólem by mohlo být Audi Quattro devastující konkurenci na k onci 80. let v závodech IMSA, leč úroveň tehdejších pneumatik se nedá s těmi dnešními vůbec porovnat. Fanoušci rally si pak možná vzpomenou na éru kategorie KIT car, kdy předokolky poháněné atmosférickými dvoulitry dokázaly na asfaltových soutěžích jako byla Německá nebo Francouzská rally několikrát porazit značně silnější přeplňované speciály WRC. Právě proto, že byly o 200 kilogramů lehčí a měly tedy značnou výhodu jak na brzdách, tak v náročných technických pasážích táhnoucích se po pásech suchého, avšak velice úzkého asfaltu. Obecně si tedy troufám tvrdit, že na hladkém asfaltu je v zatáčkách rychlejší auto s pohonem jediné nápravy a zpravidla se jedná o nápravu zadní.

Jakmile však naprší, ještě hůře nasněží nebo se z asfaltu stane šotolina, ustupuje výhoda nízké hmotnosti do pozadí a na plno se projeví trakční výhody auta s pohonem všech kol. Proto čtyřkolky vládnou všude tam, kde je slizsko, škaredě, a také tam, kde asfalt není hladký jako pleť Miss Earth a dvoukolka nedokáže v dostatečné míře přenášet svůj výkon na silnici. Jak to je například vidět na videu britského EVO magazínu srovnávající obě varianty Porsche 911 Carrera na zmoklém okruhu.

Na závěr jsem to všechno chtěl přenést do známého prostředí zakroucené okresky. Tam je to nejkomplexnější a nejsložitější. Nakonec jsem však přišel na jeden mimo fyzikální fakt, který do všeho vstupuje více než všechny síly a momenty. Totiž schopnost řidiče být rychlý a také schopost řidiče mít vypínací mozek.

Závěrem tedy je, že pravdu máte všichni. Záleží jen na konkrétní situaci. Pokud však mohu mluvit za sebe, budu tvrdit, že v reálném světě je za hezkého počasí více případů, kdy bude rychlejší lehčí auto s pohonem jedné nápravy než čtyřkolka s lepší trakcí, ale vyšší setrvačností. Budoucnost dopravy však možná patří elektromobilům a když si představím takový sportovní elektromobil, který k pohonu každého kola používá separátní elektormotor, bude to možná již za pár let úplně jinak…