Slingeren nader verklaard: (bron: Caravantrekker.nl)
Mensen die een slingering hebben meegemaakt vertellen vaak: “de hele reis ging het goed en opeens was het gebeurd en lag de boel op z’n kant….”. Het is dan ook lastig om de oorzaak aan te geven waarom een combinatie (opeens) gaat slingeren. Het is een samenloop van omstandigheden zoals vaak bij ongelukken. De afgelopen jaren hebben wij veel onderzoek bestudeerd naar het weggedrag van auto’s en caravans, zowel theoretisch als empirisch wetenschappelijk onderzoek en proeven in de praktijk.
Wat is slingeren?
Een veel voorkomend misverstand is dat alleen de caravan gaat slingeren. De caravan gaat namelijk niet alleen heen en weer pendelen maar de hele combinatie gaat slingeren. De achterkant van de auto wordt door de caravan heen en weer geduwd en de combinatie gaat rond de kogelkoppeling scharnieren. De Engelsen spreken dan ook van een ‘snake’, de combinatie maakt een slangachtige beweging. Heb je een stabiele en zware trekauto (of een hele lichte caravan) dan volgt hieruit dat de combinatie minder slingert omdat de caravan relatief minder vat op de auto heeft. Waar we voor het gemak spreken dat de caravan slingert bedoelen we dus dat de hele combinatie slingert.
 |
Slingeren is er in verschillende gradaties. Het begint met wat heen en weer kwispelen van de caravan gevolgd door het heen en weer slingeren van de caravan en de auto en het eindigt bij het scharen van de combinatie. Scharen kan bijvoorbeeld ook ontstaan door een plotseling te grote stuuringreep van de bestuurder of doordat de auto slipt en door de caravan wordt weggedrukt. De kans hierop is echter klein en zeker niet groter dan bij solo rijden, ook niet bij gladde omstandigheden. |
Kwispelen
Gaat de caravan bij het toenemen van de snelheid wat 'kwispelen', dan hoeft dat niet automatisch de voorbode te zijn van (gevaarlijk) slingeren. Door turbulentie en ook als het waait voel je bijvoorbeeld in de auto de caravan wat heen en weer gaan en ook een (te) lage bandenspanning bijvoorbeeld voel je dat vaak snel in de auto. Een stabilisator kan dit gevoel en het kwispelen van de caravan heel goed opvangen, waardoor het rijcomfort toeneemt. Voor de rijveiligheid kan dit kwispelen weinig kwaad.
Meten van slingeren
In theorie kan je het uitrekenen en in praktijk kan je de mate van slingering meten (zie ISO 9815). Maakt de caravan een bepaalde pendelbeweging, dan is aan te geven hoe groot de amplitude en frequentie is. Daarnaast is te bepalen of de amplitude toeneemt of juist afneemt. Dit noemen we de demping. Demping drukken we uit in een verhoudingsgetal waarbij er bij 1 geen sprake is van enige slingering na een stuurimpuls en bij nul is er geen demping en blijft de pendelbeweging constant. De demping wordt voor het grootste deel bepaald door de rijsnelheid. Wordt de snelheid hoger neemt de demping af. Praktijk proeven tonen aan dat die demping behoorlijk rechtevenredig is en via een nulpunt ook negatief kan worden. Is de demping negatief dan wordt de pendelbeweging versterkt en dus de slingering steeds heftiger. Het nulpunt wordt de kritische snelheid genoemd.
Soms wordt ten onrechte die snelheid de kritische snelheid genoemd waarbij de caravan uit zichzelf gaat slingeren. Maar bedenk dan dat een systeem instabiel kan zijn zonder dat direct instabiliteit optreedt. Je kan met een caravan dus best harder rijden dan de kritische snelheid zonder dat de bestuurder dit direct merkt. Pas bij een verstoring van de balans door een extra prikkel van buitenaf gaat de combinatie slingeren waarbij de amplitude (vrij snel) steeds groter wordt omdat de demping negatief is. Eigenlijk is de kracht van de slingering op dat moment groter dan de kracht van de demping.
|
|
|
Er zijn dus 3 fasen te onderscheiden die bij het toenemen van de gereden snelheid optreden:
1) demping is positief (slingering houdt vanzelf op) hoe groter de demping, hoe stabieler
de combinatie en hoe sneller de pendelbeweging gestopt wordt.
2) demping is nul (slingering blijft constant: kritische snelheid)
3) demping is negatief (slingering versterkt zichzelf en wordt zonder ingrijpen fataal)
Het zal duidelijk zijn dat we voor een veilig weggedrag moeten rijden bij een snelheid waarbij de demping positief is, dus onder de kritische snelheid. Alleen weten we vooraf niet hoe hoog de kritische snelheid is, en die is lang niet altijd gelijk aan de maximaal toegestane snelheid. We moeten er bovendien voor zorgen dat we, door een aantal maatregelen te nemen, de demping en de kritische snelheid zo hoog mogelijk maken voor onze combinatie. Voor de veiligheid is het vooral van belang om de kritische snelheid te verhogen en voor het rijcomfort is het vooral van belang de demping te verhogen en dus minder te slingeren.
Uiteraard is er een verschil in effect van de impuls van buitenaf tussen een slingerende combinatie en een stabiele combinatie. De nieuwe impuls kan immers de eerste slingering versterken waardoor de combinatie alsnog (heel snel) kan scharen.
Waarom gaat een combinatie slingeren?
Zou er geen invloed van buitenaf zijn dan is er geen reden dat de caravan gaat slingeren bij het toenemen van de snelheid, ook niet boven de kritische snelheid. Maar die ideale situatie is niet te bereiken omdat er verschillende invloeden zijn die inwerken op de caravan:
- Stuurbeweging
- Zijwind of zuiging van (vracht)auto’s
- Turbulentie van de trekkende auto en van de caravan zelf
- Oneffenheden in de weg (bijv. spoorvorming)
Deze factoren heeft u niet zelf in de hand en kunnen onverwacht plaatsvinden. De combinatie kan dan ook op elk moment van de reis in slingering gebracht worden. Bij het toenemen van de snelheid neemt bijvoorbeeld ook de turbulentie toe die de trekauto veroorzaakt en alleen daardoor al kan de caravan in slingering gebracht worden bij het toenemen van de snelheid.
Welke factoren zijn van invloed zijn op slingeren?
De belangrijkste is:
- een te hoge snelheid
Daarnaast zijn van belang:
- zwaartepunt van de caravan ligt vlak bij de as; een lage kogeldruk
- hoog gier traagheidsmoment (yaw inertia) van de caravan zelf en door belading
- de gewichtsverdeling auto-caravan is ongunstig, d.w.z. caravan zwaar t.o.v. de auto;
- korte dissel, korte wielbasis, lange oversteek trekauto
- slappe caravan- en autobanden (zacht e/o weinig stabiel)
Een aantal factoren heeft u van uw huidige combinatie niet in de hand. U kunt de lengte van de dissel immers niet veranderen, maar door de combinatie goed te beladen en te zorgen voor een juiste bandenspanning kunt u het weggedrag van uw combinatie aanzienlijk beïnvloeden.
Naar vele van deze factoren is uitgebreid onderzoek gedaan, zowel bij toercaravans als bij trailers. Hoewel de uitkomst van alle onderzoekingen niet altijd 100% met elkaar overeenstemmen zijn de onderstaande conclusies wel te trekken.
Opvallend is dat in geen enkel onderzoek (voor zover ons bekent) de invloed is aangegeven van belading die hoog dan wel en laag in de caravan is opgeborgen en een ongelijke gewichtsverdeling tussen het rechter- en het linkerwiel. Deze factoren zouden van invloed kunnen zijn maar naar verwachting is het effect ondergeschikt aan de andere factoren. Bedenk bovendien dat het zwaartepunt van een caravan veel lager ligt dan u op het oog ziet. Het zwaarte punt zal niet veel hoger dan 1 meter boven de grond liggen terwijl een caravan toch 2,50 meter hoog is.
Snelheid
Bij het toenemen van de snelheid neemt de demping recht evenredig af totdat die nul wordt en de kritische snelheid is bereikt. Het verlagen van de snelheid zorgt dus altijd voor minder slingering. Veelal heeft een snelheidsafname van bijvoorbeeld 20 km/u meer effect dan dat die op een andere wijze te bereiken is door bijvoorbeeld goede kogeldruk, goede belading, bandenspanning etc. Voor de veiligheid is de onlangs doorgevoerde snelheidsverhoging van 80 km/u naar 90 km/u geen goede zaak. Helemaal oppassen is het in het buitenland waar soms nog veel hogere snelheden zijn toegestaan.
|
|
In deze tabel is het lineair verband te zien tussen de demping en de snelheid. |
Snelheid is altijd dé bepalende factor als het mis is gegaan. Was er namelijk langzamer gereden, en dat hoeft maar een paar km/u te zijn, dan was een slingering niet fataal geweest. In die zin heeft dus ook altijd de chauffeur schuld al was het maar dat hij/zij gegeven de situatie te snel reed.
Kogeldruk
Elk onderzoek geeft aan dat door een afname van de kogeldruk de stabiliteit (demping) ook afneemt. Daarom wordt in Europa het advies gegeven dat de kogeldruk minimaal 5% ,en beter is 7% van het caravan gewicht bedraagt. In praktijk zal dat vaak de maximaal toegestane kogeldruk zijn, dus de laagste waarde van auto en caravan. De caravan zal dan meest stabiel rijden, maar het kan zijn dat de trekauto niet lekker rijdt bij die maximale kogeldruk. In dergelijke gevallen zijn hulpveren aan te raden. Bovendien is een hoge kogeldruk voor het weggedrag van de trekauto negatief. In die zin is kogeldruk altijd een compromis welke in praktijk kan worden uitgeprobeerd naar de prettigste waarde. Als 'begin waarde' zou een kogeldruk van 4% van de beladen caravan + 20 kg een aardige kogeldruk kunnen zijn. Daarbij maakt enkele kilo’s te zwaar of te licht echt niet zoveel verschil en is het exact vaststellen van de kogeldruk niet zo belangrijk dat dit met exacte meetapparatuur moet gebeuren. Voor een betrouwbare meting is het wel van belang dat de caravan horizontaal staat.
Het effect van de kogeldruk op de demping bij verschillende snelheden.
Gier traagheidsmoment
Een rijdende caravan wil van nature bewegen om zijn middelpunt (zwaartepunt). Voor slingeren is het gier traagheidsmoment van belang. In de Engelstalige literatuur Yaw inertia.
Voor een belangrijk deel is die waarde bepaald door de fabrikant van de caravan. Helaas zet de fabrikant die waarde niet in zijn folder, hij weet die waarde ook niet. Maar zou het gier traagheidsmoment wel bekend zijn dan zou u een caravan kunnen uitzoeken met een lage waarde waardoor u kunt selecteren op wegligging. Toch is met het blote oog er wel iets over te zeggen. Je krijgt een laag gier traagheidsmoment als zoveel mogelijk zware spullen in de caravan zo dicht mogelijk bij de as zijn geplaatst. Zware onderdelen zijn bijvoorbeeld: het keukenmeubel, de koelkast, accu, reservewiel, watertank etc. Uiteraard kunt u door de belading zelf wel het gier traagheidsmoment beïnvloeden!
|
|
Geen zware spullen opbergen aan de uiteinden van de caravan maar zo dicht mogelijk bij de as in het midden concentreren. Ook gewicht ‘compenseren’ als blijkt dat u bijvoorbeeld te weinig kogeldruk zou hebben door extra gewicht voorin te leggen is nadelig voor het gier traagheidsmoment. U zou dan juist gewicht van achterin de caravan naar het midden moeten verplaatsen in plaats van extra gewicht aan de voorkant toevoegen. |
Een grote caravan heeft een groter gier traagheidsmoment dan een kleine caravan. Een zware caravan heeft een groter gier traagheidsmoment dan een lichte caravan. Daarom kan een kleine caravan stabieler zijn dan een grote en een lichte caravan stabieler dan een zware caravan.
De invloed van belading laag bij de vloer of hoog in de caravan is van minder belang. Het zwaarte punt van een caravan is veel lager dan u zo op het oog denkt. De kans op omslaan (zonder slingeren) is heel klein.
Voor de belading betekent dat de grote bergplaatsen onder de bedden (voor- en achterin) niet gunstig zijn om vol te stouwen met zware spullen en dat het meenemen van fietsen achter- en/of voorop en het volstouwen van de disselbak met reservewiel en zware stalen 11 kg gasflessen niet aan te raden is.
Gewichtsverdeling auto/caravan
In diverse onderzoekingen wordt telkens een gunstig effect gevonden als gewicht vanuit de caravan naar de auto wordt verplaatst, dus als de gewichtsverhouding tussen auto en caravan gunstiger wordt. In de literatuur worden echter geen harde grenzen genoemd die aangeven dat de gewichtsverhouding onaanvaardbaar ongunstig is. Proeven worden meestal gedaan met combinaties tot zo'n 70 á 75%. Verder moeten we opmerken dat het onderzoek over het algemeen betrekking heeft op de demping en niet wat er gebeurd boven de kritische snelheid.
Het is goed denkbaar dat dan een zware auto de caravan toch net wat gemakkelijker in het gareel krijgt dan een lichte trekauto en het dus zeker wel van belang is om te zorgen dat de caravan niet zwaarder is dan de lege trekauto. Een norm die internationaal veelal wordt gehanteerd.
Lengte dissel, wielbasis en oversteek
Experimenteel onderzoek toont aan dat een lange dissel, de afstand tussen kogel en as, meer stabiliteit biedt. Deze conclusie is alleen voor caravanbouwers interessant omdat u die factor zelf niet kunt beïnvloeden anders dan bij aanschaf van de caravan. Voor de trekauto geldt dat die stabieler is, naarmate de auto een langere wielbasis en een kortere oversteek heeft. De achteras zou dus zo ver mogelijk naar achter gesitueerd moeten zijn. Deze factoren zijn van invloed alleen niet zo sterk dat die bij de aanschaf van een trekauto doorslaggevend moeten zijn. Bovendien kan het heel goed zijn dat bijvoorbeeld een trekauto met een korte oversteek andere positieve eigenschappen mist waardoor een andere auto toch een betere trekker blijkt te zijn.
Banden en wielophanging
Banden (spanning) van zowel de caravan als de trekauto hebben, als de caravan al in slingering is, geen significante invloed op de demping. Wel voelt een combinatie stabieler aan als zowel caravanbanden als de wielen van de achteras van de auto minder zijdelingse beweging toelaten. Het rijcomfort en het gevoel van veiligheid neemt bij voldoende (hoge) bandenspanning en de keuze van een stabiele band wel toe en is dus zeker aan te bevelen.
Stabilisatoren
- Stabilisatorkoppelingen
- LEAS e.a. elektronische systemen in de caravan
Bijna elke (nieuwe) caravan is voorzien van een stabilisatorkoppeling. Naar het effect hiervan is veel onderzoek gedaan en de algemene conclusie is dat het gebruik van een stabilisator de demping verhoogt. Een ingezette slingering stopt sneller, maar de kritische snelheid wordt niet zo heel veel hoger (wel iets). Het rijden met een stabilisator is daardoor wel (iets) veiliger en vooral comfortabeler maar heeft ook het nadeel dat naarmate de slingering erger wordt, het effect juist kleiner wordt. Sommige mensen zijn van mening dat de stabilisator het gevoel wegneemt omdat juist de kleine slingeringen goed gedempt worden. Een stabilisator is niet in staat grote heftige slingeringen noemenswaardig te dempen. De krachten zijn dan zoveel groter dan het wrijvingsmoment van de stabilisator dat het netto effect nihil is. Gaat het dus mis dan helpt een stabilisator niet meer en de range in snelheid tussen beginnende slingering en fatale slingering wordt kleiner.
In deze tabel is het verschil in slingering tussen een combinatie met (in blauw) en zonder (in rood) stabilisator aangegeven.
Systemen die veel meer veiligheid verhogend werken zijn de elektronische stabiliteitssystemen. De zijn te verdelen in systemen die de remmen van de caravan aantrekken bij een slingering en systemen die vanuit de trekauto de auto stabiliseren en eventueel ook de snelheid weg nemen.
LEAS, ATC (ontwikkeld door Alko), IDC (ontwikkelt door BPW) en ESC trekken de caravan remmen synchroon aan als gesignaleerd wordt dat de caravan een bepaalde pendelbeweging maakt. Beide caravanwielen remmen en doen dit onafhankelijk van de gereden snelheid. Doordat de caravan remt wordt de hele combinatie gestrekt.
Wat kunt u zelf doen?
Hoe kunt u veiliger onderweg zijn? Heeft u nog geen auto en caravan dan koopt u de grootste (zwaarste) auto met ESP/TSP die u kunt krijgen en koppelt daar de kleinste lichtste caravan achter met een enorme lange dissel. Maar hoogst waarschijnlijk heeft u al een auto en caravan, dan kunt u door goed te beladen wellicht ook een veilige reis maken.
1) Voldoende kogeldruk
2) Zware spullen bij de as van de caravan of in de auto
3) Goede caravanbanden en voldoende bandenspanning in de auto- en caravanbanden
Een onderwerp dat veel mensen bezig houdt is het vervoer van fietsen. U zult inmiddels begrijpen dat het onmogelijk is de caravan goed te beladen als er fietsen (40 kg) achterop vervoerd worden. Het gier traagheidmoment neemt te veel toe, en moet onevenredig gecompenseerd worden om toch voldoende kogeldruk te krijgen. Verreweg de beste plaats voor fietsen is op de auto (of op het dak of aan de achterklep van de auto).
Tenslotte is snelheid de alles bepalende factor. Gaat u op stap met de caravan, rijdt dan niet te snel, ook al mag dat in sommige landen wel. Pas dus uw snelheid aan, aan de omstandigheden. Sommige combinaties zitten bij 80 km/u al gevaarlijk dicht tegen de kritische snelheid aan.
Literatuur
- Aleksander Hac, Daniel Fulk and Hsien Chen, “Stability and Considerations of
Vehicle-Trailer combination”.
- J. Darling, D. Tilley and B. Gao, “An experimental investigation of car-trailer
high-speed stability”.
- Dieter S. Heinz, “Test Gespannsicherheit” ADAC 2004.
- Dieter S. Heinz, “Helfer in der Not, test anhänger-esp” ADAC 2005.
- R.S. Sharp, M.A. Alonso Fernández; Car-caravan snaking Part 1: the influence of
pintle pin friction. School of Engeneering, Cranfield University, Bedford UK.
- Trevor A. Lister, “Caravan an trailer stability”;
- D. Fratila an J. Darling; “Simulation of Coupled Car and Caravan Handling
Behaviour”
- J. Killer; “The dynamics of towed vehicles, an experimental study into caravan
snaking”
- Road vehicles - Passenger and trailer combinations - Lateral stability test; ISO 9815.
- J. Darling and P.M. Standen; A study of caravan unsteady aerodynamics.
