De invloed van banden op de grip van een voertuig

Weinig mensen realiseren zich dat de sturing van een auto hoofdzakelijk wordt bepaald door de banden en niet door de ophanging. Remmen, optrekken, middelpuntvliedende krachten in de bocht – al deze invloeden worden overgedragen door de banden, of om precies te zijn, door het kleine stuk loopvlak dat contact heeft met de weg. 

In dit artikel bespreken we de belangrijkste kwesties aangaande grip van de banden. We leggen uit wat grip precies is en hoe deze verband houdt met het type banden of wegdek. Vervolgens lichten we toe hoe de grip van een band wordt getest ten behoeve van overzichten en ranglijsten. De grip is immers een van de belangrijkste eigenschappen van de band – niet zonder reden  wordt de grip vermeld op het bandenetiket en Amerikaanse UTQG-markeringen.

Grip, wat is dat?

De grip van een band is de wrijving tussen twee oppervlakken: het rubber van de band en het wegdek. Dit is echter geen vaste waarde. Merkwaardig genoeg is de grip optimaal wanneer de band licht slipt. Het grippotentieel van een band hangt onder meer af van:

• het rubbermengsel,
• het loopvlakprofiel,
• de leeftijd van de band,
• de weersomstandigheden,
• de luchtdruk,
• het type wegdek.

Hoe komt dat? Rubber heeft een nogal specifieke interactie met de grond, omdat het verschijnsel adhesie optreedt. Adhesie vindt plaats wanneer een rubbermolecuul direct contact maakt met de ondergrond.

Rubber is een polymeer, terwijl asfalt een kristalstructuur heeft. Wanneer deze structuren elkaar tegenkomen bij hoge snelheid, raken de rubbermoleculen vervormd. Sommige verbindingen breken, elders ontstaan er nieuwe. Dit proces wordt cyclisch herhaald wanneer het ene oppervlak over het andere beweegt. Dit breken en drukken van moleculaire bindingen absorbeert energie, de zogenaamde adhesiekracht. Deze kracht is maximaal wanneer het snelheidsverschil 0,03-0,06 meter per seconde is.

Wanneer het snelheidsverschil groter is, wordt adhesie grotendeels vervangen door hysterese, een vervorming van het bandoppervlak. Ten gevolge van dit proces worden sommige rubbergebieden gecomprimeerd en andere juist uitgetrokken. Om uit te kunnen worden getrokken, moeten de rubberatomen ten opzichte van elkaar kunnen bewegen. Dit proces moet gepaard gaan met wrijving, die leidt tot verhitting van de band. Dit proces absorbeert energie, net als in geval an adhesie, alleen dit maal interne wrijving genoemd.

Hoe sneller je rijdt, des te groter de middelpuntvliedende krachten op de auto. Via de vering en ophanging, die abrupte bewegingen dempen, brengt de auto zijn massa over op de banden, waarmee de druk op de ondergrond toeneemt. Grip is kortweg het product van de wrijving van de band en de druk op de ondergrond. De druk in de bocht is groter vanwege de middelpuntvliedende kracht, die het gewicht van de auto overbrengt op de buitenkant van de banden. Om zeer goede resultaten te bereiken moet de wrijvingscoëfficiënt tussen de band en het asfalt even hoog zijn. Dit komt vooral doordat alle middelpuntvliedende krachten in balans moeten worden gebracht door de grip van een oppervlak ter grootte van een ansichtkaart (zo groot is het gedeelte van de band dat contact maakt met het wegdek).

Overigens moet worden opgemerkt dat er twee soorten grip zijn:

• longitudinale grip – deze houdt verband met de beweging naar voren,
• laterale grip – deze houdt verband met het veranderen van rijrichting.

 Grip van racebanden

Hoe belangrijk grip is, weten beroepscoureurs maar al te goed. Door hun banden te optimaliseren, winnen ze kostbare tellen in hun rondetijd. Sommigen zeggen dat banden voor 75% de juiste afstemming van het voertuig op de baan bepalen. Daarna komt pas de ophanging, rembalans en versnellingsbak. Want wat heb je aan vermogen en snelheid als je niet door de bochten komt?

Met deze kennis in het achterhoofd proberen bandenfabrikanten de rubbermengsels zo te kiezen dat deze onder bepaalde omstandigheden zo hoog mogelijke prestaties leveren. Natuurlijk is daarbij altijd sprake van een zeker compromis, omdat veel grip en een lange levensduur niet samengaan. Harde banden worden bijvoorbeeld gekarakteriseerd door veel afgelegde kilometers, maar minder grip. Een band met een zeer zacht compound slijt erg snel en moet harder werken bij hoge temperaturen (daarom rijden F1-coureurs een opwarmronde).

Onthoud ook dat de fabrikanten van sportbanden een makkelijkere taak hebben, omdat de voorwaarden voor deze band strikt bepaald zijn. Ieder rubbermengsel heeft een optimaal temperatuurbereik, en wanneer het daarbuiten komt, gaat het meteen kapot of levert het geen grip meer. De hierboven omschreven relatie tussen levensduur en grip is eigenlijk meer dan logisch. Niemand zal verontwaardigd zijn dat een band met veel grip sneller slijt. Zodra er regen valt, wisselen de coureurs direct naar regenbanden (wets), of wanneer het slechts miezert, kiezen ze voor een tussenoplossing (intermediates).

Grip van “particuliere” banden

Veel lastiger is het voor fabrikanten van particuliere banden, omdat zij moeten zorgen voor veel grip in combinatie met een maximaal aantal afgelegde kilometers. Bovendien moet een band regen en een breed temperatuurbereik het hoofd kunnen bieden. Ingenieurs werken soms jaren aan een rubbermengsel en loopvlakprofiel, die altijd een compromis vormen voor de bovengenoemde eigenschappen.

In de praktijk is er geen ideale universele band die het onder alle omstandigheden goed doet. Daarom werken sportieve banden bij wat hogere temperaturen en doen deze het bij bijv. 10°C veel slechter dan een universele band. De talrijke oproepen van fabrikanten om winterbanden te gebruiken zijn zeker niet ongegrond. Het creëren van een band die goed presteert binnen een zeer breed temperatuurspectrum (+60°C tot -20°C) is gewoon niet mogelijk. Voor goede werking van een band is het omslagpunt van de temperatuur ca. 7°C. Bij kouder weer boet een zomerband enorm in aan adhesie met het wegdek.

Grip van zomerbanden

Wat bepaalt goede grip op droog wegdek?

Grip in de zomer op nat wegdek

De onderstaande tabel toont de relatie tussen prestaties en kenmerken van het loopvlak. Hier is duidelijk te zien dat kenmerken die zorgen voor goede prestaties op nat wegdek meestal juist ongeschikt zijn voor droog weer. Daarom is het belangrijk om te beschikken over banden met gelijkmatige prestaties, die over eigenschappen voor beide weertypen beschikken.

Hoe lees je deze tabel af? Invloed: "-" - negatief, "0" - neutraal, "+" - positief, "++" - zeer positief.

Grip van winterbanden

De grip van winterbanden hangt af van vele factoren die verband houden met het wegdek en de bouw van de band, waaronder:

• het loopvlakprofiel (vorm van de groeven en inkepingen/lamellen op het bandoppervlak),
• het rubbermengsel (samenstelling van de band),
• het type wegdek (structuur, bijv. asfaltsoort),
• de oppervlaktetemperatuur (bij zomerse temperaturen leveren winterbanden niet meer zo'n goede grip. Dit komt doordat ze een zacht rubbermengsel bevatten, dat beter van pas komt bij lage temperaturen, onder de 7 graden Celsius),
• de weersomstandigheden (sneeuw, water, ijs, sneeuwmodder).
  
  

Welke elementen van een band hebben de meeste invloed op de grip in de winter?

Hoe lees je deze tabel af? *** - grote invloed, ** - gemiddelde invloed, * - kleine invloed.

Welke winterbanden zijn het beste?

Er bestaat niet zoiets als een "beste winterband". Bij het kiezen van een winterband moet rekening worden gehouden met vele factoren die verband houden met individuele behoeften, waaronder de rijstijl en onze vaardigheden en ervaring. Iemand die rustig rijdt, stelt andere eisen aan een band dan een dynamische rijder. Tevens belangrijk is de kwestie of we hoofdzakelijk in de stad rijden of juist veel lange afstanden afleggen. Houd daarnaast rekening met de atmosferische en geografische kenmerken van de regio. Natuurlijk mag ook de invloed van de grootte van de auto en het motorvermogen op de prestaties van de banden niet worden onderschat.

Invloed van het type wegdek op de grip, oftewel de gripcoëfficiënten van een band

Op droog wegdek is de wrijvingscoëfficiënt (verhouding tussen de drukkracht en wrijvingskracht) niet erg afhankelijk van het type wegdek en bedraagt deze ongeveer 1-1,3. In de praktijk betekent dit dat de wrijving van een band op een dergelijk wegdek tamelijk groot is en we over veel grip beschikken.

Onthoud echter dat hoe hoger de snelheid, hoe groter de wrijvingscoëfficiënt, en dus hoe kleiner de grip op droog wegdek. Daarom is zelfs op droog wegdek voorzichtigheid geboden.

De situatie is anders op natte wegen. Hier zijn de verschillen op basis van het type wegdek enorm. De wrijvingscoëfficiënt ligt hier tussen de 0,2 en 0,9. De grip op zeer glad wegdek (glad beton, vloeibaar asfalt) is klein. De wrijvingscoëfficiënt kan in sommige gevallen dalen tot wel 0,2. Bij hoge snelheden op nat wegdek kan deze coëfficiënt nog verder dalen en treedt gripverlies op.

De beste grip op natte wegen wordt verkregen wanneer bij de aanleg van de weg een mengsel is gebruikt van poreus en bitumenbeton, oftewel een ruw wegdek.

De veiligheid is de belangrijkste factor voor alle takken die zich bezighouden met de wegvervoersindustrie. Een andere kwestie is hoe de beste en nieuwste oplossingen voor de wegenbouw vervolgens in verschillende landen worden toegepast.

Een sleutel tot stabiele ontwikkeling en succes is samenwerking tussen ingenieurs in de wegen- en bandenindustrie. Dergelijke samenwerking heeft de laatste vijftig jaar veelvuldig plaatsgevonden. Er werd deelgenomen door alle grote bandenfabrikanten, bekende universiteiten, organisaties voor veiligheid op de weg, wegenbouwbedrijven en ondernemingen die grondstoffen leveren. Door deze samenwerking werden uiteenlopende resultaten geboekt. Denk hierbij aan:

• nieuwe oplossingen voor banden,
• betere wegdekmengsels,
• nieuwe voorschriften,
• campagnes ter bevordering van de veiligheid op de weg.

Een probleem is het volledig stroomlijnen van de dynamische ontwikkeling van de banden- en wegenbranche. Een nieuw wegdek dient minimaal 15 jaar goede prestaties te leveren, waar de levensduur van een band aanmerkelijk korter is.

Sterker nog, bandenfabrikanten zijn actief over de hele wereld en leveren meestal dezelfde of vergelijkbare producten op alle markten. In de wegenbouw zijn de regionale verschillen sterk en afhankelijk van de geografische en klimatologische omstandigheden, voorschriften van autoriteiten en beschikbare grondstoffen. Daarom zal de afstemming tussen banden en het wegdek nooit ideaal zijn.

De grip kan wel aanmerkelijk worden verbeterd door moderne technologieën. Met de huidige oplossingen kan in real time informatie worden verstrekt aan de bestuurder zodat deze de staat en het type wegdek kan beoordelen op basis van gegevens die worden verzameld tijdens het contact tussen de banden en de weg. Een goed voorbeeld is het systeem op basis van CAIS (Contact Area Information Sensing), dat wordt ontwikkeld door de firma Bridgestone.

Wat houdt deze oplossing in? In het loopvlak wordt een sensor geplaatst die vibraties detecteert en direct informatie verstuurd naar een analytisch apparaat dat gegevens verzamelt. Vervolgens krijgt de bestuurder informatie (stemgeluid of op een scherm) over het type wegdek en zijn staat. Zo kan de rijstijl en snelheid direct worden afgestemd op de heersende wegomstandigheden.

Bovendien kan deze informatie tevens worden verzonden naar andere auto's met dit systeem. Zo worden bestuurders op tijd gewaarschuwd voor plekken waar gripproblemen kunnen optreden.

Hoe wordt grip getest?

Griptests en ranglijsten van banden worden onderverdeeld in twee categorieën:

• vlg. de staat van het wegdek waarop de banden worden getest,
• vlg. het soort geteste grip.

Tot de eerste categorie behoren tests op nat, droog, verijst en besneeuwd wegdek. In de tweede categorie wordt gekeken naar laterale grip (gedrag in de bochten, stuurbaarheid) en longitudinale grip (optrekken, remmen).

Welke test is het belangrijkst?

Als belangrijkste testmethode voor de grip wordt de test van de remweg op droog en nat wegdek en sneeuw beschouwd. De lengte van de remweg is vaak doorslaggevend voor het wel of niet vermijden van een ongeluk en daarom is deze factor het belangrijkst bij het onderzoeken van de grip van een band. Het verloop en de methodiek van een test verschilt per instituut. De algemene principes komen echter behoorlijk overeen.

Aan welke voorwaarden moet de weg voldoen voor tests?

• de helling van de weg mag niet groter dan 2% zijn,
• op de weg mogen geen vreemde lichamen of losse materialen liggen
• de weg moet homogeen zijn qua bouw, leeftijd en slijtage,
• als de grip op nat wegdek wordt getest, moet de weg tijdens de test voortdurend worden bevochtigd en moet de waterspiegel 0,5 tot 1,5 mm diep zijn.

Hoe worden banden voorbereid op een test?

Geteste banden moeten al minstens 100 km hebben afgelegd. Voorafgaand aan de test wordt de band ten minste twee uur geconditioneerd op een circuit in de buurt, zodat de temperatuur stabiel is.

Remtest, oftewel de testprocedure voor bandenrankings

• Het voertuig wordt versneld tot een snelheid die hoger is dan de voorziene startsnelheid van de test (V1).
• Vervolgens laat de bestuurder de koppeling los in geval van een handgeschakeld voertuig, of kiest hij de neutrale stand bij een automaat, en drukt hij het rempedaal in zodat tot het moment dat snelheid V1 bereikt wordt, de ABS ingeschakeld wordt en het voertuig continu vertraagt.
• De gemeten waarden zijn de remweg en/of de remtijd tussen startsnelheid V1 en eindsnelheid V2.

Verloop van de remtest

De meting wordt een n-aantal keer herhaald voor iedere bandenset, conform de betreffende methodiek, waarbij een wijzigingscoëfficient van maximaal 10% mag gelden. De bandentest kan op de volgende wijze verlopen:

Voorbeeld van de testvolgorde voor de grip van drie geteste banden.

Voorbeeld van de testvolgorde voor een groter aantal geteste banden.

In geval van een groter aantal geteste banden is de duur van de test langer en stijgt het risico op veranderende omstandigheden. Daarom wordt aanbevolen na iedere 2-3 geteste banden weer een test te doen met de referentiebanden.

Andere tests op het gebied van grip

Tot tests van de longitudinale grip behoren onder andere:

• test op droog of nat (evt. besneeuwd) rond circuit,
• gecombineerde test op een circuit,
• tests voor aquaplaning in de bochten (laterale aquaplaning).

Tot tests van de longitudinale grip behoren onder andere:

• optrektests tot een bepaalde snelheid (vooral toegepast in de sneeuw).
• tests voor longitudinale aquaplaning.

Tests op een rond circuit komen neer op het afleggen van enkele rondes op het circuit met maximale snelheid, d.w.z. net onder het punt dat de grip verloren gaat (bij een getekende lijn met een bepaalde straal). Vervolgens wordt de rondetijd gemeten en kan aan de hand van de straal van het circuit de snelheid van het voertuig en de laterale acceleratie worden berekend.

De longitudinale en laterale grip zijn enkel twee van vele geteste en beoordeelde aspecten tijdens een test op een circuit. De bestuurder legt een circuit met vele bochten met verschillende stralen en hellingshoeken af, waarbij de rondetijden worden gemeten en de bestuurder een cijfer toekent op basis van het gedrag van de banden.

Aquaplaningtests worden uitgevoerd op een rond circuit met een groef vol water van 5-7 mm diep, wat overeenkomt met plassen op de weg tijdens regen. Tijdens iedere ronde rijdt de auto door de groef en houdt de bestuurder het stuur in dezelfde hoek. Tijdens iedere volgende ronde wordt de snelheid met de gewenste stap verhoogd, net zo lang tot de grip verloren gaat en het voertuig rechtdoor schiet bij het oversteken van de groef.

Grip van motorbanden

Naast de constructie en de technische staat is de belangrijkste factor voor de grip van een motorband de temperatuur. Een temperatuurverschil van elke graden Celsius kan al gevolgen hebben. De juiste temperatuur heeft invloed op remvermogen, veiligheid in de bochten en elasticiteit (naarmate de temperatuur stijgt, vervormt de band sneller).

Wat kun je verwachten van koude banden?

• minder grip (de grip stijgt samen met de temperatuur),
• meer neiging tot slippen in de bochten,
• minder stabiliteit,
• lagere bandenspanning,
• groeven en onregelmatigheden voelbaar aan het stuur.

Bandentemperatuur en rijeigenschappen

Alle temperatuursveranderingen komen tot uiting in de grip en andere rijparameters. Om in de behoeften van verschillende bestuurders te voorzien, worden banden voor dagelijks gebruik vervaardigd uit compounds die een breed temperatuurbereik aankunnen. Deze mengsels zijn al elastisch vanaf 5°C en raken niet snel versleten bij temperaturen als 90°C (dit is de temperatuur die wordt bereikt wanneer je vrij snel over de snelweg rijdt).

Het rubbermengsel garandeert grip

De grip van een band wordt bepaald door de chemische verbindingen die zijn gebruikt bij de productie. Wat zijn de kenmerken van rubbermengsels van bepaalde banden?

• Recreatieve banden – mengsel van hars en plastificatoren, die veel bescherming bieden wanneer de band afkoelt.
• Professionele banden – mengsels met hars, voor uitstekende grip naarmate de band harder moet werken. Bovendien worden er ter bevordering van de grip vaak roetdeeltjes of oliën gebruikt.

Hoe controleer je de temperatuur van een band?

• Met een infraroodthermometer.
• Met je blote hand. De optimale temperatuur begint bij 20°C. 35°C voelt als aangenaam warm, terwijl 60°C al leidt tot het abrupt terugtrekken van je hand.

Professionele banden bereiken daarentegen temperaturen tot 100°C, of in extreme gevallen zelfs 200°C.

Hoe zorg je dat banden hun grip behouden?

Op de adhesie van de band aan het wegdek zijn verschillende factoren van invloed, die voortdurend in de gaten moeten worden gehouden. Denk hierbij met name aan:

• de diepte van het loopvlak (een winterband verliest zijn eigenschappen al bij minder dan 4 mm),
• de juiste bandenspanning (zowel een te lage als een te hoge spanning heeft invloed op de grip),
• de technische staat van de banden (banden met zichtbare schade, zoals blaasjes of rafelende blokken bieden niet voldoende veiligheid).

Als je goed voor de bovengenoemde zaken zorgt, weet je zeker dat jouw banden voldoende grip leveren.