Etuveto vs Takaveto


Kumpi on parempi? Tähän kysymykseen ei ole yksiselittestä vastausta, sillä toisille meistä auto on vain halvat hyvät tilat tarjoava kulkuväline, toisille ajamisen hurmaa. Toiset meistä haluavat mukavat kyydit tiestä ja kelistä huolimatta, toiset meistä haluavat tuntea jokaisen kuopan ja alkavat liut luissa ja ytimissä. Eri vetotapojen käytöksessä ei ole juurikaan eroja ennen kuin menemme pidon rajamaille. Fysiikka antaa joitain yleisia
totuuksia auton dynamiikasta, mutta myös eri valmistajien teknisillä ratkaisuillakin on paljon valtaa auton
käyttäytymiseen. On yleisesti tunnettua että etuvetoinen auto puskee eli aliohjaa ja takavetoinen heittää perää eli yliohjaa. Miksi näin tapautuu ei välttämättä ole yleisesti tunnettua.


Newtonin lakien mukaan mitä suurempi massa kappaleella on, sitä voimakkaampi taipumus sillä on jatkaa matkaansa suoraan, ja sitä suurempi voima tarvitaan suunnan muuttamiseksi. Rankasti yleistettynä tästä seuraa, että etupainoinen auto on aliohjaava ja takapainoinen yliohjaava. Optimaalinen painojakauma auton etu-ja takapään suhteen on siis 50-50. Näin siis vain teoriassa ja vain jos kytkin on pohjassa. Etumoottorinen takavetoinen auto voidaan helpommin rakentaa painojakaumaltaan optimaaliseksi, sillä painavaa moottoria vastaan voidaan sijoittaa vaihdelaatikko, kardaani, perälaatikko ja raskas taka-akseli lähemmäksi auton takapäätä. Lisäksi moottori on sijoitettava takavetoisessa autossa pitkittäin, joka mahdollistaa myös moottorin sijoittamisen lähemmäksi auton keskikonsolia. Oletetaan siis, että meillä on vertailussa 60-40 painojakauman omaava etuveto ja 50-50 takaveto. On huomattava, että jos nyt testissä olevat henkilöautot lastataan täyteen esimerkiksi neljällä täysikokoisella matkustajalla matkatavaroineen, painojakaumat voivat ollakin etuvedolle 50-50 ja takavedolle 40-60. Myöhemmin tulemme kuitenkin huomaamaan että painojakaumaltaan 50-50 etuveto on jopa huonompi ratkaisu kuin 60-40.


Parhaimmat kilpa-autot ovat keskimoottorisia. Keskimoottorirakenteeseen ei ole kuitenkaan päädytty, jotta päästäisiin ihanteelliseen painojakaumaan, vaan jotta auto kääntyisi mutkaan helpommin. Tämä johtuu auton polaarisesta hitausmomentista. Hitausmomentti voi olla fysiikkaa tuntemattomalle vaikea käsite, mutta
kuvan siitä saa kun vertaa keilapalloa ja samanpainoista käsipainoa. Keilapallo pyörii keskipisteensä ympäri helpommin sillä sen massa on jakautunut lähemmäksi keskipistettä. Vaikka lähes kaikki henkilöautot ovat nykyään etumoottorisia, polaarisessa momentissa on siitä huolimatta eroja etuvetoisen ja
takavetoisen auton välillä. Takavetoisen auton moottori on aina pitkittäin lähellä auton keskikonsolia, ja vaihdelaatikko on yleensä moottorin ja kardaanin välissä auton keskellä. Tämän vuoksi auton painavimmat osat ovat lähempänä auton keskipistettä ja täten takavetoisen auton hitausmomentti on pienempi. Etuvetoisessa autossa moottori sijoitetaan usein poikittain tilansäästö syistä. Poikittain sijoitettu moottori sanelee jonkin verran etuakselin sijoittelua, sillä etuakseli on yleensä vaihteiston välittömässä läheisyydessä,
joka puolestaan on moottorin kampiakselin päässä. Autonsuunittelija joutuu siis tekemään etuvetoisessa autossa kompromissin painojakaumanja akselivälin suhteen. Takavetoisessa autossa etuakselin
sijoittelussa ei ole rajoitteita. Pidempi akseliväli tekee autosta vakaamman ja isomman tuntuisen. Huono puoli takavetoisella autolla on, että pitkittäinen moottori ja kardaani syö auton sisätiloja ja perälaatikko tavaratiloja.


Hitausmomentti vaikuttaa siis auton kaarrekäytökseen. Kun auto ajaa kaarteeseen osa voimasta joutuu tekemään työtä saadakseen auton pyörimään akselien keskipisteen suhteen. Tehty työ sitoutuu autoon
liikemäärämomentiksi. Tämä voidaan havaita esim. silloin kun kesken kaarteen pito menetetään totaalisesti. Auto jää tällöin pyörimään massakeskipisteensä ympäri. Etuvetoisessa autossa tässä käy hullusti,
sillä etuvetoisen auton hitausmomentti massakeskipisteen suhteen on pienempi kuin auton akselien keskipisteen suhteen, jolloin sitoutunut pyörimisenergia pyörittää autoa entistä lujemmalla vauhdilla. Sama
ilmiö havaitaan, kuin jäätanssija piruetin huipennukseksi vetää kätensä lähemmäksi vartaloa.


Polaarinen hitausmomentti ei varsinaisesti vaikuta auton ali- tai yliohjaus käyttäytymiseen, vaan siihen kuinka nopeasti auto reagoi ohjausliikkeisiin. Siksi tai siitä huolimatta etuvetoinen auto puskee herkemmin mutkaan ajettaessa vaikka vaihde olisi vapaalla ja kytkin pohjassa.


Yleinen väite etuvetoisen puolesta on, että koska suurempi paino lepää vetävien pyörien päällä se pitää paremmin liukkaalla. Näinhän se onkin, ja tämän vuoksi etuvetoiset päihittävät usein takavetoiset
Ruotsin ja Jyväskylän ralleissa. Etuvetoinen auto voi laittaa 60% pidosta vetäviin pyöriin kun takavetoinen vain 50%, mutta tämä pätee vain kun kiihdytetään eteenpäin liukkaalla alustalla. Tilanne kääntyy päälaelleen asfaltilla. Jos takavetoisella autolla kiihdytetään hyvin pitävällä alustalla auton keula nousee ja painoa tavallaan siirtyy takapyörille. Tällä on suurempaa merkitystä tosin vain erityisen
tehokkailla autoilla, jotka kiihtyvät 100km/h vauhtiin alle 6-7 sekunnin.


Tarkastellaan kaarrekäyttäytymistä ensin tilanteessa ennen mutkaa, jolloin kaarteen keskeisvoima (keskipakovoima) ei vielä vaikuta. Kun pyöriä käännetään auton etupäähän kohdistuu menosuuntaan kotisuora kaarteen säteen suuntainen voima. Etuvetoisessa autossa tämä on pois vetävästä voimasta eli esimerkiksi 50% pidosta voidaan laittaa eteenpäin ja 10% sisäänpäin. Tässä tilanteessa etuvetoisella autolla
ei ole enää varaa pienentää kääntösädettä, kun taas takavetoinen auto voi laittaa sisäkaarteeseen täydet 50% milloin vain pitäen silti 50% pidosta myös vetävillä pyörillä. Tällä on merkitystä äkillisissä väistötilanteissa. Koska etuvedon ohjaus- ja vetopito kohdistuu pelkästään etuakselille, on jopa parempi että etuvetoauto on jonkin verran etupainoinen.


Edellä todetusta huolimatta rallikuskit jäällä ja usein myös soralla pystyvät ohjaamaan etuvetoautoa ilman, että pitoa menetetään vetävästä voimasta. Tämä tapahtuu siten, että painetaan kaasua ja jarrua
samanaikaisesti. Näin vain takapyörät lukittuvat ja auton perä heittää. Autoa ohjataan siis varsin pienillä ohjausliikkeillä samalla kuin veto eteenpäin on kokoajan päällä.


Itse kaarteessa jossa keskeisvoimat pitävät auton ympyräradalla tilanne tasoittuu, sillä kaikkiin renkaisiin kohdistuu keskeisvoimia. Vaikka etuvetoinen voi pistää vedon katketessa täydet 60% pidosta
sisäkaarteeseen on huomattava raskaamman etupään vetämiseen kaarteeseen tarvitaan suurempi voima. Teoriassa siis painojakaumalla ei ole tasaisessa kaarreajossa merkitystä, jos oletetaan esimerkiksi että renkaiden ominaisuudet eivät muutu voiman funktiona. Oletus on tosin väärä. Todellisuudessa renkaan pintakuvio maata vasten pienenee, mitä suurempi keskeisvoima on. Tämän vuoksi kevyet autot ovat nopeampia kuin teho-painosuhteeltaan vastaavat isot autot.
Ajettaessa kaarre läpi tasakaasulla etuvetoinen menettää kaarteeseen vetävää pitoa etupään kustannuksella, kun taas takavetoinen takapään. Pidon rajamailla etuvetoisen sortokulma alkaa kasvaa, ennen kuin
lopulta pito menetetään täysin ja auto puskee suoraan. Sortokulmalla tarkoitetaan etupyörien kulman ja menosuunnan välistä eroa. Tämä tuntuu yleensä ohjauspyörässä epämääräisenä pidon tunteena.
Takavetoiset autot ovat puolestaan taipumukseltaan yliohjaavia, sillä vetävät pyörät saattavat sutaista tyhjää kaarteessa. Sortokulma pysyy melko pienenä ja tuntuma tiehen välittyy ohjauspyörään ilman vetelyjä
perän heittoon saakka. Jos kuljettaja ei reagoi tarpeeksi nopeasti perän heittoon, auto menee ympäri. Yliohjaukseen on reagoitava nopeasti, sillä vedon suunta muuttuu yhä enemmän väärään suuntaan, mitä kauemmin kuljettaja empii.


Aliohjaava etupainoinen takaveto muuttuukin yllättäen vedon ollessa päällä yliohjaavammaksi. Samaan tapaan sementtisäkeillä lastattua peräkärryä vetävä etuvetoinen auto muuttuu takapainoisena entistä
aliohjaavammaksi. Käyttäytymisen kaksijakoisuus kasvaa mitä suuremmat akselien painoerot ovat. Optimaalinen 50-50 painojakauma tulee siis entistäkin tärkeämmäksi, kun otetaan huomioon vetävien pyörien vaikutus.


Vetotavasta riippumatta paras rakaisu on auto, joka on formulatermein balanssissa. Täysin tasapainoinen auto lähtee kaarteessa nelipyöräluisuun. Täysi tasapaino on harvoin todellinen, sillä se
riippuu tiehen välittyvästä voimasta ja auton lastaus ja esimerkiksi bensatankin täyttöaste vaihtelee. Hyvän balanssin omaavan auton luisut alkavat vasta suuremmissa nopeuksissa. Etenkin kun taka-akselin
luisu alkaa, on parempi että myös etuakselilla on vain vähän pitoreservejä jäljellä. Nelipyöräluisu on usein pienempi paha kuin nopea pyörähdys.
Painojakauma on varmasti merkittävin tekijä auton käyttäytymiseen, mutta käyttäytymistä voidaan 'virittää' mm. erilaisilla alustan rakenteilla. Hyvän alustan tulisi pitää auton renkaat maata vastaan
kohtisuorassa kaikissa olosuhteissa. Tästä voidaan tinkiä toispuoleisesti. Jos pelkästään auton etupäähän rakennetaan kallistuksenvaimentimet, niin ulkokaarteessa olevalle eturenkaalle
saadaan suurempi paino. Tästä seuraa, että tähän renkaaseen kohdistuu suurempi voima kuin muihin, joten se lipeää helpommin ja täten auton aliohjaavuus lisääntyy. Kuitenkin kaarrenopeus suurenee, sillä
sortokulma voi kasvaa suuremmaksi. Kaikenlaiset toispuoleiset viritykset luovat auton käyttäytymiseen epäloogisuutta.


Herkkyys aliohjaukseen tai yliohjaukseen siis vaihtelee. Etenkin vanhemmat takavetoiset autot olivat taipumukseltaan voimakkaasti yliohjaavia, sillä moottorit tehtiin raudasta eikä hyvään painojakaumaan päästy. Nykyään uusissa takavetoisissa autoissa tuntuu olevan tendenssi jopa lievään aliohjaavuuteen. Etuvetoiset autot ovat yleensä selkeähkösti aliohjaavia.


On usein makuasia onko lievä ali- vai yliohjaus parempi. Aloittelevalle kuljettajalle aliohjaus on turvallisempi sillä on parempi ajaa päin puuta tai vastaantulijaa nokka edellä. Kokenut kuljettaja valitsee mieluummin yliohjaavan auton, sillä auto on vielä ohjattavissa, vaikka perän pito menetetään. Tämä ei tietenkään auta
jos tien leveys ei riitä. Kuitenkin jos autojen balanssi poikkeaa optimista samanverran, niin aliohjaavuutta korjaavan etuvetokuskin on täytynyt loiventaa kaarretta enemmän kuin yliohjaavan takevetokuskin. Auto siirtyy siis kaarteessa ulommalle kiertoradalle (sisäkaarteessa siis vastaantulijan kaistalle), jolta paluu kestää kauemmin kuin perän heiton korjannut takavetokuski.


Sanotaan että takaveto on loogisempi hallita. Takavedon yliohjaus korjataan ottamalla kaasu pois ja tekemällä vastaohjaus uudestaan menosuuntaan. Yliohjaukseen piti regoida nopeasti, mutta onneksi
kaasun helpottaminen on lähes refleksin omainen toiminto. Takavetoisessa autossa moottorijarrutus toimii yleensä vakauttavana voimana sekä yli- että myös aliohjaustilanteissa. Poikkeustapaus on
jos moottori on erityisen suuri tai vaihde pieni, jolloin moottorijarrutus voi aiheuttaa takapyörien lukittumisen, mikä voi vaarallisesti lisätä perän heittoa.


Autokoulussa opetetaan, että etuvedon puskeminen korjataan painamalla kytkin pohjaan. Tämä on varma konsti, muttei välttämättä paras tai loogisin. Yllättävissä tilanteissa monet nostavat ensin kaasun ylös
ennen kuin painavat kytkimen pohjaan. Eli hetken aikaa käytössä on kevyt jarrutus, mikä haittaa etupyörien sivuttaispitoa. Teoriassa sopivalla kaasun käytöllä päästään parempaan tulokseen. Jos
etuvetoisen auton auton perä heittää, mitä se toisaalta ei useinkaan tee, niin moottorijarrutuksesta voi olla katastrofaaliset seuraukset, sillä se antaa vain lisää vauhti perän heitolle. Tässäkin tilanteessa
kytkin tai pikemminkin lisäkaasu auttavat. Etuvetoisen auton yliohjaava käytös moottorijarrutuksessa on yleistä etenkin pikkuautoissa (205, Ka, Mini..), jotka ovat kevyitä ja joskus myös hyvin etupainoisia.


Yhteenveto


Etuveto


+Halvempi rakentaa. Kevyemmin tuettu/rakennettu taka-akseli. Ei kardaania. Moottori,vaihteisto-etuakseli moduuli voidaan rakentaa   erikseen ja upottaa sitten koriin. Todennäköisesti myös tuotantovolyymit selittävät hintaeroa. Tuotantovoluumit juontavat juurensa "kappakasseista", jotka ovat etuvetoisena toteutuksena järkevämpiä ratkaisuja.
+Parempi suuntavakavuus. Etuveto vs "takatyöntö". Suurempi polaarinen momentti.
+Paremmat sisätilat, moottori poikittain, ei kardaania. Tilavampi takakontti.
+Aliohjaava, helpompi ja turvallisempi aloittelevalle/keskiverto kuskille. Menee nokka edellä päin puuta.
+Pito kiihdytyksissä liukkaalla alustalla.
+Kevyempi, pienempi kulutus.
+Vesiliirto ominaisuudet. Vesiliirron havaitsee viimeistään kierroslukumittarista.


-ajettavuus kaarteessa
-hallittavuus äkillisissä tilanteissa.


Etuvedon ominaisuudet ovat paremmin sopivia tavalliseen perheautoon. Useat valmistajat ovat siirtyneet pelkästään etuvetoihin. Jää- ja sora ralleissa sarjoissa joissa ei saa käyttää nelivetoa etuvetoiset jylläävät.


Takaveto


+Parempi painojakauma
+Ohjaus- ja vetopito on hajautettu eri akseleille.
+Herkempi kääntymään pienemmän hitausmomentin ansiosta.
+Ketterämpi, etupyörät voidaan kääntää suurempaan kulmaan. Auto kääntyy myös tarvittaessa kaasua polkaisemalla lähes paikallaan.
+Varoittaa liukkaudesta aiemmin.
+Renkaat kuluvat tasaisemmin.
+Kiihdyttäminen ei aiheuta veteleviä voimia ohjauspyörään kaarteessa tai epätasaisesti pitävällä alustalla.
+Tuntuma tiehen ohjauspyörässä. Ohjaustehostimet ovat tosin pilanneet tämän edun.
+Kokeneen kuskin käsissä joustavampi käsiteltävä pidon rajamailla. Perän heittäessä auto on vielä ohjattavissa.
+Etupyörät voidaan sijoittaa lähemmäksi auton etukulmia. Pidempi
akseliväli. Tasaisempi meno.
+Pito kiihdytyksissä pitävällä alustalla voimakkaassa kiihdytyksessä, sillä auton keula nousee ja paino siirtyy takapyörille.
+Moottorijarrutus on vakauttava voima.
+Tehokkaampi jarrutus. Paremman painojakauman ansiosta jarrutusvoima jakaantuu tasaisemmin ja renkaiden ominaisuudet eivät ylity. Suomessa käytännöllisillä nopeuksilla ero lienee melko pieni.
+Toimii paremmin trailerin tai matkailuvaunun vetäjänä.


- Yliohjaava. Vaatii ajossa tarkkaavaisuutta ja erityisen nopeaa toimintaa luiston alkaessa. Nykyiset luistonestojärjestelmät paikkaavat tämän melko hyvin.
- Lumi- tai sohjovallit kaistanvaihtotilanteessa ja etenkin ohitustilanteessa voivat aiheuttaa pyörähdyksen.
- Voimansiirtoketjussa enemmän massaa. Hitausmomentti lisää kulutusta.


Takavetoisen ominaisuudet sopivat paremmin vauhdikkaaseen fysiikan
rajoja koettelevaan ajoon. Eleetön (ohjaus) käytös sopii myös
erityisen hyvin isoihin luxus autoihin.

Tarkoitus on korjata pinttyneitä käsityksiä takavedosta. Juttu on kehittynyt vuosien mittaan fyysikko-insinööri pohjaisessa kahvipöytäkeskustelussa.

Ajamisen iloon vaaditaan auto jossa on mm.
-takaveto
-50/50 painojakauma

- neutraalista piirun verran aliohjaamiseen taipuvainen balanssi.
-tunnokas ohjaus
-olosuhteisiin nähden riittävästi tehoa.
-ei turboviivettä

Ajamisen ilon voi löytää sitten kun oivaltaa, että autoa voi viedä äärirajoilla halliten auton etu- ja takapään täydellisesti pelkällä kaasupolkimella.

Jos auto puskee -> lisää kaasua, ja auto kääntyy.
Jos perä heittää -> vähemmän kaasua, ja auto oikenee moottorijarrutuksella.