Krótko na temat opon zimowych i letnich.

Ze względu na przydatność opony na danej nawierzchni istotna jest jej zdolność do przeniesienia sił wzdłużnych i poprzecznych. Zdolność ta zależy od wielu czynników takich jak np.:

• - nacisk pionowy na oponę (zazwyczaj im większy nacisk tym większa siła może być przeniesiona, ale nie zawsze jest to wprost proporcjonalne.)

• - rodzaj opony

• - rodzaj nawierzchni

• - ciśnienie wewnątrz opony (tu zależy dużo od nawierzchni, zazwyczaj istnieje jakieś optymalne)

• - prędkość jazdy (zazwyczaj wraz ze wzrostem szybkości spada zdolności opony do przenoszenia sił)

• - i jeszcze kilka innych czynników
  

Żeby się za bardzo nie rozdrabniać postaram się przedstawić wpływ tylko rodzaju opony, no i może jeszcze coś o nawierzchni.

Siła uciągu opony letniej i zimowej i opór toczenia

Załóżmy że mamy pojazd o masie około 1200kg i równym nacisku na obie osie, nich nasz pojazd porusza się na śniegu. W takiej sytuacji siła oporu toczenia pojazdu w zależności od grubości śniegu, stopnia jego ubicia itp. będzie się zmieniać w granicach od około 120daN do jakiś 350daN, do dalszych obliczeń weźmy wartość około 150daN

Dla naszego samochodu i założonej nawierzchni (śnieg) siła wzdłużna jaka może być przeniesiona przez typową oponę zimową wynosi około 150daN, natomiast w takich samych warunkach opona letnia przeniesie zaledwie około 50daN.

A jak to wygląda w samochodzie

Jeżeli mamy napęd na 2 koła i opony zimowe to przeniesiemy siłę wzdłużną równą około 300daN, dla opon letnich i napędu wszystkich czterech kół maksymalnie będziemy w stanie przenieść siłę 200daN. W praktyce może być jeszcze większa dysproporcja na niekorzyść opon letnich, gdyż w układzie 2WD na koła napędzane przypada większa część masy pojazdu (a między innymi od tego zależy zdolność przeniesienia siły przez koło).

Odejmując od siły napędowej jaką przeniesie opona siłę oporu toczenia otrzymamy zapas siły napędowej, która może być przeznaczony na przykład do pokonania wzniesienia, lub rozpędzania samochodu. Dla pojazdu 2WD i opon zimowych jest to 150daN, natomiast dla opon letnich i wszystkich kół napędzanych jest to zaledwie 50daN.

Pod jaką górę wjedziemy?

Można wyliczyć jakie wzniesienie będziemy w stanie pokonać danym pojazdem. Otóż na każdy stopień pochylenia drogi będziemy potrzebować jakieś ekstra 20daN. Czyli dla pojazdu z zimowymi gumkami uda nam się podjechać pod wzniesienie o kącie pochylenia około 7 stopni (to jest jakieś 12%), natomiast dla samochodu z oponami letnimi, mimo napędu wszystkich kół będzie to tylko około 2,5 stopnia (4%). Tak na marginesie na takiej nawierzchni to samochód z napędem tylko na dwa koła i letnimi oponami nawet nie ruszy.

Jak już uda nam się ruszyć to wypadało by zahamować albo zakręcić.
Przy hamowaniu już zawsze hamują cztery koła, więc łatwo wywnioskować że będzie znaczna różnica sił hamowania na oponach letnich i zimowych. W praktyce przy hamowaniu z prędkości 50km/h droga hamowania na oponach letnich jest ponad dwa razy dłuższa (zimowe około 20m, letnie około 50m). Podobnie wygląda możliwe do przeniesienia maksymalne przyspieszenie boczne (4,64m/s^2 dla opony zimowej i 2,79m/s^2 dla letniej) – od tego zależy jak szybko pokonamy określony zakręt.

Miałem jeszcze wspomnieć coś o wpływie nawierzchni, no to wspominam.

A w zasadzie to jakie opony na jaką nawierzchnię

Wydaje się być logiczne że na lodzie opona gorzej trzyma niż na suchym asfalcie, postaram się chociaż w ogólny sposób nakreślić wymagania dla opon przeznaczonych na różne nawierzchnie.

Suchy asfalt – tu ważne jest aby uzyskać jak najwyższy współczynnik przyczepności. Dla współpracy opony z nawierzchnią największe wartości współczynnika przyczepności uzyskuję się dla możliwie małych nacisków jednostkowych (można nawet uzyskać wartości przewyższające wartość 1). Siła jaką może przenieść opona to współczynnik przyczepności razy siła nacisku na oponę. W związku z tym aby uzyskać najlepszą przyczepność należy zapewnić możliwie największe pole kontaktu koła z nawierzchnia, nasuwa sie prosty wniosek – spuszczamy powietrze. Otóż nie, wtedy opona zaczyna się odkształcać, jeśli się odkształca (zwłaszcza w dolnej części) to następuje przesuwanie się warstw gumy względem podłoża – czyli poślizg, a właśnie tego chcemy uniknąć. Okazuje się że optimum ciśnienia dla typowych opon samochodach osobowych zazwyczaj wynosi 2-2,5bara. Aby zwiększyć jakoś tą powierzchnię kontaktu opony z nawierzchnią pozostaje tylko powiększenie średnicy i szerokości opony oraz usunięcie wszystkich rowków z opony – patrz sliki

Asfalt pokryty warstwą wody o grubości 1mm – tu ważne jest z kolei aby wypompować wodę z pod opony i zapewnić kontakt opony z asfaltem. Rozważmy dwie sytuacje. 1. szeroka opona 265mm i prędkość jazdy 60km/h. 2 opona o szerokości 165mm i prędkość jazdy 60km/h. W pierwszym przypadku w ciągu każdej sekundy musimy odpompować około 4 litrów wody (czyli 240l/min) Dla drugiej opony wystarczy już odpompować tylko niecałe 3 litry wody (180l/min). Wniosek jest prosty, należy zapewnić odpowiednie rowki, które odpompowywały by wodę z pod opony oraz zrobić oponę odpowiednio wąską aby te rowki zdążyły wodę odprowadzić. Stąd na oponach deszczowych mamy na bieżniku kilka stosunkowo dużych rowków. Zazwyczaj na przez środek opony przebiegają wzdłużne rowki a po bokach są rowki o eliptycznym kształcie (dokładne kształty są wynikiem żmudnych badań i są zastrzeżone przez producenta)

W przypadku jezdni ośnieżonych sporo zależy jaką konsystencję ma śnieg i co znajduję się pod nim. Jeżeli jest to raczej chalpa pod którą jest asfalt, to najlepiej sprawnie ją odprowadzić z pod opony. Jeśli jest to ubity śnieg to przydały by się drobne rowki które zaczepiały by się o śnieg (tzw lamelki), jeśli pod tym śniegiem jest jakaś twarda dobra nawierzchnia to wartałoby usuwać ten twardy śnieg i dokopywać się do lepszej nawierzchni – grube klocki ustawione w tzw jodełkę (wyrzucanie śniegu na zewnątrz opony).

Oczywiście na różnych nawierzchniach musi być również różny skład mieszanki gumowej, ale myślę że to jest w miarę oczywiste.

Ze względu na różne wymagania co do opon przeznaczonych na różne nawierzchnie nie jest możliwe stworzenie opony idealnej w każdych warunkach, dlatego tak zwane opony uniwersalne muszą łączyć sprzeczne cechy w swojej konstrukcji, dlatego w testach plasują się zazwyczaj między oponą letnią i zimową – moim zdaniem opona uniwersalna jest dobrym rozwiązaniem dla kogoś kto jeździ wyłącznie po mieście gdzie zazwyczaj nie spotykamy skrajnych warunków drogowych, nie poruszamy się z dużymi prędkościami i nie mamy potrzeby do przeniesienia dużych sił na nawierzchnię.

Dla niewtajemniczonych.

Jeśli nie wiecie ile to jest 1daN to podnieście kilogram cukru – lekkie nie? to właśnie 1daN

Jeśli kogoś interesuje jak wyznaczałem poszczególne wielkości do obliczeń, takie jak siłę oporu toczenia, itp. to pytajcie. Oczywiście te wielkości są raczej orientacyjne, aby uzyskać dokładne wyniki należało by wykonać szereg badań.