Die Videos des Driften im Schnee werden gerne kommentiert, dass dabei die Speichen brechen könnten.
Ich möchte das Thema der seitlichen Kräfte auf die Räder hier mal näher betrachten.
The videos of drifting in the snow are often commented that the spokes could break.
I would like to take a closer look at the topic of lateral forces on the wheels here.
Die Kräfte, welches auf das Rad und damit auf das Fahrzeug wirken hängen von der Reibung zwischen den Reifen und der Straße ab. Weiche Reifen können mehr Reibung als harte Reifen erzeugen, breite Reifen mehr als schmale Reifen, trockener Asphalt mehr als verschneite Straßen.
Damit sind die Kräfte auf die Räder bei verschneiten Straßen mit kalten Reifen schon mal geringer als im Sommer auf trockenem Asphalt. Das ist ja auch der Grund, warum ein Auto bei Schnee schneller ausbricht, als auf der trockenen Straße. Die Fliehkraft des Wagens ist dann höher als die maximal mögliche Reibungskraft zwischen Straße und Reifen. Der Wagen schleudert dann. Das bedeutet aber, dass die Gefahr eines Speichenbruchs bei gleicher Geschwindigkeit in der Kurve bei trockener Fahrbahn im Sommer wesentlich höher ist, als beim Schleudern auf dem Schnee. Die eigentliche Gefahr im Winter ist, dass man beim Schleudern mit den Rädern seitlich an den Bürgersteig stößt. Dann ist es nicht mehr weit bis zum Speichenbruch.
The forces acting on the wheel and thus on the vehicle depend on the friction between the tires and the road. Soft tires can generate more friction than hard tires, wide tires more than narrow tires, dry asphalt more than snowy roads.
This means that the forces on the wheels on snowy roads with cold tires are already less than in summer on dry asphalt. This is also the reason why a car breaks away faster in snow than on a dry road. The centrifugal force of the car is then higher than the maximum possible frictional force between the road and the tires. The car then skids. This means, however, that the risk of a spoke breaking at the same speed in a curve is much higher on a dry road in summer than when skidding on the snow. The real danger in winter is that when you skid, your wheels will hit the sidewalk sideways. Then it's not far to a broken spoke.
Schleudern ist aber nicht Driften. Beim Driften werden die maximalen seitlichen Reibungskräfte nochmal dadurch reduziert, indem man in der Kurve beschleunigt. Aber wie beeinflusst das Beschleunigen die Seitenkräfte?
ich zitiere einfach mal Wikipedia, da ich es auch nicht besser erklären kann:
"Der kammsche Kreis stellt den idealisierten Zusammenhang zwischen Längs- und Seitenführungskraft am Rad eines Fahrzeuges dar. Der Radius entspricht der jeweils zur Verfügung stehenden maximalen Gesamtkraft, die das Rad auf die Fahrbahn übertragen kann. Die maximale Reibungskraft ist abhängig vom maximalen Kraftschlussbeiwert – beeinflusst durch den Fahrbahnzustand und die Rollgeschwindigkeit – und der Normalkraft auf das Rad. Nimmt beispielsweise durch Nässe der Reibwert zwischen Rad und Fahrbahn ab, verringert sich die zur Verfügung stehende Gesamtkraft.
Nähert sich im kammschen Kreis die ausgenutzte (= tatsächliche) Radgesamtkraft dem dargestellten Grenzwert an, wächst zunächst der Schlupf, bis schließlich alle Profilteilchen in der Reifenaufstandsfläche gleiten. Der Schlupf bzw. die Gleitbewegung entsteht dabei grundsätzlich in Richtung der Gesamtkraft, d. h. anteilig unter Umständen auch quer zur Rollrichtung; dieser Effekt führt bei fehlender Spurführung zu einem Ausbrechen des Fahrzeugs durch Unter- bzw. Übersteuern.
Die wichtigste Aussage des kammschen Kreises ist daher, dass Längskraft und Seitenführungskraft voneinander abhängen und dass die aus diesen Kräften resultierende Gesamtkraft die zur Verfügung stehende maximale Reibungskraft nicht überschreiten kann. Dies folgt aus dem Satz des Pythagoras und dem Kräfteparallelogramm. Im Allgemeinen gilt, dass bei Erhöhung der Längskraft weniger Seitenführungskraft zur Verfügung steht, also der Bedarf an Seitenführungskraft eventuell nicht gedeckt werden kann. Umgekehrt gilt, dass maximale Beschleunigung bzw. Verzögerung bei nicht spurgeführten Fahrzeugen somit nur bei Geradeausfahrt möglich ist.
Der kammsche Kreis stellt zwar eine idealisierte Vereinfachung dar, eignet sich jedoch gut, um die Grundlage der fahrdynamischen Zusammenhänge zu erläutern. Ein erweitertes Modell, bei dem unter anderem die Abhängigkeit von der Kraftrichtung einfließt, liefert die krempelsche Reibungsellipse. Hier wird u. a. versucht, Umstände zu berücksichtigen, bei denen die maximale Umfangskraft größer als die maximale Seitenkraft ist, wie z. B. bei Pkw."
But skidding is not drifting. In drifting, the maximum lateral friction forces are reduced again by accelerating in the curve. But how does acceleration influence the lateral forces?
I'll just quote Wikipedia, since I can't explain it any better:
"The Kamm circle represents the idealized relationship between longitudinal and lateral guidance force at the wheel of a vehicle. The radius corresponds to the maximum total force available in each case that the wheel can transfer to the road. The maximum frictional force depends on the maximum coefficient of adhesion - influenced by the road condition and the rolling speed - and the normal force on the wheel. If, for example, the coefficient of friction between the wheel and the road surface decreases due to wetness, the total force available is reduced.
If the utilized (= actual) total wheel force approaches the limit value shown in Kamm's circle, the slip initially increases until all the tread particles finally slide in the tire contact patch. The slip or the sliding movement basically occurs in the direction of the total force, i.e. in some cases also transversely to the rolling direction; this effect causes the vehicle to swerve due to understeer or oversteer in the absence of tracking.
The most important statement of Kamm's circle is therefore that longitudinal force and lateral guidance force are interdependent and that the total force resulting from these forces cannot exceed the maximum friction force available. This follows from the Pythagorean theorem and the parallelogram of forces. In general, if the longitudinal force is increased, less lateral guidance force is available, i.e. the lateral guidance force requirement may not be met. Conversely, maximum acceleration or deceleration for non-track-guided vehicles is thus only possible when driving straight ahead.
Although the Kamm circle represents an idealized simplification, it is well suited for explaining the basis of vehicle dynamics relationships. An extended model, in which among other things the dependence on the direction of force is included, is provided by the Krempel friction ellipse. Here, among other things, an attempt is made to take into account circumstances in which the maximum circumferential force is greater than the maximum lateral force, such as in passenger cars."
Damit ergibt sich beim Driften folgende Situation für die Seitenkräfte auf die Räder und somit auf die Gefahr des Speichenbruches:
Durch das Beschleunigen werden die seitliche Reibungskräfte so stark verringert, dass sie weit unter den Fliekräften liegen. Wie klein die seitlichen Reibungskräfte im Schnee dabei sind, kann man im Video des driftenden Model Ts sehen. Der Wagen bricht schon bei geringsten Geschwindigkeiten aus. Bei diesen geringen Geschwindigkeiten sind natürlich auch die Fliehkräfte sehr klein. Die seitliche Reibungskräfte und somit die seitlichen Kräfte auf das Rad und damit die Gefahr eines Speichenbruches sind aber noch kleiner, als die Fliehkräfte.
Fazit: Es besteht keine Gefahr, dass Speichen beim Driften im Schnee brechen.
This results in the following situation for the lateral forces on the wheels and thus the risk of spoke breakage during drifting:
Acceleration reduces the lateral friction forces to such an extent that they are far below the centrifugal forces. Just how small the lateral friction forces are in the snow can be seen in the video of the Model T drifting. The car breaks away even at the lowest speeds. At these low speeds, of course, the centrifugal forces are also very small. However, the lateral friction forces and thus the lateral forces on the wheel and thus the danger of a spoke breakage are even smaller than the centrifugal forces.
Conclusion: There is no danger of spokes breaking when drifting in the snow.
Der Radius des Kreises entspricht der maximalen Reibungskraft des Reifens auf der Straße.
Bei trockener Straße, breiten Rädern und weichen Reifen sind die Reibungskräfte größer. Damit wäre auch der Kammsche Kreis größer.
Diese Reibungskraft kann man zum Bremsen, beschleunigen oder Kurvenfahren nutzen.
Im folgenden Bild ist dargestellt, wie man die maximale Reibungskraft entweder für das Beschleunigen, Bremsen oder Kurvenfahren nutzen kann.
The radius of the circle corresponds to the maximum frictional force of the tire on the road.
The frictional forces are greater on dry roads, wide wheels and soft tires. This means that the Kamm circle would also be larger.
This frictional force can be used for braking, accelerating or cornering.
The following figure shows how the maximum frictional force can be used for either accelerating, braking or cornering.
Möchte man aber zum Beispiel Beschleunigen und gleichzeitig eine Kurve fahren (wie beim Driften) muss man die zur Verfügung stehenden Reibungskraft aufteilen. Das ist im nächsten Bild dargestellt. Die Aufteilung kann man durch den Lenkungseinschlag und dem Gaspedal einstellen.
However, if you want to accelerate and drive a curve at the same time (as in drifting), you have to divide the available friction force. This is shown in the next picture. The distribution can be adjusted by the steering angle and the accelerator pedal.
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