Ako vplýva veľkosť kolies na jazdné vlastnosti a prevádzku vozidla

Šaty robia človeka a kolesá zase auto. Už dlhé roky jasná vec, ktorou sa riadi veľké množstvo motoristov. Niektorí ale zašli ešte ďalej a riadia sa heslom: „čím väčšie a širšie, tým lepšie“. Je to naozaj pravda? Pozrime sa na problematiku podrobnejšie a popíšme si výhody/nevýhody štandardných užších a príplatkových širších pneumatík.

Dnes sú dostupné disky rôznych tvarov, veľkostí, farieb, a tak má prípadný záujemca pocit, že si môže vybrať takmer hocičo čo sa mu bude na jeho tátoša hodiť. Jedinými obmedzeniami tak zostávajú údaje v technickom preukaze a priestor pod blatníkmi. V skutočnosti je ale obmedzení viacero a ich zanedbanie môže mať značný vplyv na jazdné vlastnosti, komfort či bezpečnosť jazdy. Treba si uvedomiť aj fakt, že kolesá sú jediným styčným miestom vozidla s vozovkou.

Hmotnosť kolesa

Túto otázku si položí naozaj máloktorý záujemca o pekné a veľké koleso. A pritom hmotnosť neodpružených hmôt má pomerne výrazný vplyv na jazdné vlastnosti a ovládanie vozidla. Taktiež pokles veľkosti zotrvačných síl rotujúceho kolesa zvyšuje dynamiku akcelerácie a brzdenia. V prípade zmeny veľkosti o 1″ (palec) je nárast hmotnosti relatívne zanedbateľný, v prípade nárastu o 2 a viac palcov, je už nárast hmotnosti výraznejší a dosahuje aj niekoľko kilogramov. Samozrejme do úvahy treba brať aj použitý materiál disku.

Na vysvetlenie dôležitej úlohy hmotnosti kolesa postačí jednoduchá fyzika. Kinetická energia rotujúceho kolesa stúpa kvadrátom rýchlosti otáčania.

Ek = 1 / 2 * I * ω²

O tom, že sa nejedná o zanedbateľnú veličinu si môžme ukázať na príklade otáčajúcich sa kolies bicykla. Sú síce ľahké, ale ak sa točia určitou minimálnou rýchlosťou, dokážu udržať bicykel aj s dospelým človekom v priamom smere bez toho, aby sa držal a ovládal riadidlá. Dôvodom je tzv. gyroskopický efekt, vďaka ktorému je zmena smeru jazdy tým ťažšia, čím je vyššia rýchlosť otáčania kolesa.

Podobne je to aj s kolesami automobilov. Čím sú ťažšie, tým je náročnejšie vykonať zmenu jazdného smeru a vnímame ju ako tzv. tuhnutie volantu. Pri ťažších kolesách je aj náročnejšie utlmiť ich pohyb pri prejazde nerovností. Rovnako je potreba väčšej energie na ich roztočenie resp. zabrzdenie.

Dynamika vozidla

Šírka pneumatiky mierne ovplyvňuje aj dynamické parametre vozidla. Väčšia styčná plocha znamená pri použití rovnakého typu dezénu aj väčší valivý odpor. Výraznejšie sa to prejavuje pri slabších motoroch, kde môže byť akcelerácia z 0 na 100 km/h pomalšia aj o niekoľko desatín sekundy. V prípade silnejších motorov je tento rozdiel zanedbateľný.

V niektorých prípadoch (pri silných motoroch) je tento efekt dokonca opačný, keďže širšie koleso má väčšiu styčnú plochu s vozovkou, čo sa prejavuje znižovaním preklzu pri prudkej akcelerácii, a teda aj lepším výsledným zrýchlením.

Maximálna rýchlosť

Šírka pneumatiky má určitý vplyv aj na maximálnu rýchlosť. V tomto prípade je ale vplyv väčšieho valivého odporu menej výrazný ako v prípade zrýchlenia. Do hry totiž vstupujú ďalšie jazdné odpory a najvýraznejšie odpor vzduchu karosérie, ale aj samotných kolies, ktorý stúpa kvadrátom rýchlosti.

Brzdná dráha

Na suchom povrchu platí, že čím je pneumatika širšia, tým je brzdná dráha kratšia. Rozdiel sa pohybuje v jednotkách metroch. Podobne sa možno vyjadriť aj pri brzdení na vlhkom povrchu, keďže o vozovku sa otiera oveľa viac drobných plôšok (hrán) nachádzajúcich sa v dezéne pneumatiky.

Opačná situácia nastáva ak vozidlo jazdí/brzdí na mokrom povrchu so súvislou vrstvou vody. Zväčšením šírky pneumatiky sa znižuje merný tlak pneumatiky na vozovku a horšie sa odvádza voda zo styčnej plochy. Väčšia plocha širšej pneumatiky musí odviesť adekvátne väčšie množstvo vody, čo je s rastúcou rýchlosťou väčší a väčší problém. Z tohto dôvodu tak začnú širšie pneumatiky podstatne skôr tzv. plávať – šmýkať sa (aquaplaning) pri prejazde veľkou kalužou, ako užšie pneumatiky, obzvlášť ak je dezén širokej pneumatiky značne opotrebovaný.

Ovládateľnosť

Na suchom a vlhkom povrchu majú širšie pneumatiky s nižším profilovým číslom (menšou a tuhšou bočnicou) lepšiu priľnavosť. To znamená lepšiu (rýchlejšiu a ostrejšiu) ovládateľnosť pri prudšej zmene jazdného smeru, keďže dochádza k podstatne menšej deformácii ako pri užšej resp. štandardnej pneumatike. Lepšia priľnavosť má taktiež za následok posunutie hranice šmyku pri rýchlom prejazde zákrutou – vyššiu hodnotu preťaženia.

Podobne ako pri brzdení, opačná situácia nastáva na mokrom povrchu resp. pri jazde na snehu. Na takýchto vozovkách širšie pneumatiky začnú oveľa skôr plávať-šmýkať sa. Užšie pneumatiky si v tomto smere vedú oveľa lepšie, keďže pod dezénom uviazne podstatne menej vody či snehu. Samozrejmosťou je porovnanie pneumatík s rovnakým typom a hrúbkou dezénu.

Spotreba

Šírka pneumatiky má značný vplyv aj na spotrebu vozidla. Výraznejšie sa prejavuje pri slabších motoroch, pri ktorých je potrebné pre očakávanú dynamiku viac stláčať akceleračný pedál. V takom prípade môže zmena 15″ pneumatiky na 18″ znamenať aj aj viac ako 10% nárast spotreby paliva. Všeobecne možno napísať, že zväčšenie priemeru o 1″ a adekvátny nárast šírky pneumatiky znamená približne 2-3% v náraste spotreby paliva.

Komfort jazdy

Užšie pneumatiky s väčším profilovým číslom (štandardné) sú viac vhodné na jazdu po cestách s horším-menej kvalitným povrchom. Ich väčšia výška sa viac deformuje a tým pádom lepšie absorbujú cestné nerovnosti.

Čo sa týka hluku, širšia pneumatika je len nepatrne hlučnejšia, ako tá užšia – štandardná. Pri väčšine pneumatík s rovnakým dezénom je tento rozdiel zanedbateľný.

Zmena rýchlosti pri rovnakých otáčkach motora

Zmena rozmeru pneumatík môže mať okrem vyššie uvedených faktorov vplyv aj na zmenu rýchlosti vozidla pri rovnakých otáčkach motora. Inými slovami, pri rovnakej tachometrovej rýchlosti sa bude vozidlo pohybovať rýchlejšie alebo pomalšie. Odchýlky rýchlosti po výmene pneumatík resp. diskov sa pohybujú rádovo v jednotkách percent. Namodelujme si príklad na vozidle Škoda Octavia. Chceme zmeniť kolesá 195/65 R15 na 205/55 R16. Výslednú zmenu rýchlosti si môžme ľahko spočítať:

Pneumatiky 195/65 R15
Rozmer je značený napr: 195/65 R15, kde 195 mm je šírka pneumatiky (v mm) a 65 je percentuálna výška pneumatiky (od vnútorného priemeru k vonkajšiemu) vzhľadom na šírku pneumatiky. R15 je priemer disku v palcoch (jeden palec je 25,4 mm).
Výšku pneumatiky v si spočítame v = šírka * profil » v = 195 * 0,65 = 126,75 mm.
Polomer disku v milimetroch si spočítame r = priemer disku * 25,4 / 2 » r = (15 * 25,4) / 2 = 190,5 mm.
Polomer celého kolesa je tak R = r + v » 126,75 + 190,5 = 317,25 mm.
Obvod kolesa O = 2 * π * R » 2 * 3,1415 * 317,25 = 1993,28 mm.

Pneumatiky 205/55 R16
v = 205 * 0,55 = 112,75 mm.
r = (16 * 25,4) / 2 = 203,2 mm.
R = 112,75 + 203,2 = 315,95 mm.
O = 2 * 3,1415 * 315,95 = 1985,11 mm.

Z uvedených výpočtov vidíme, že naoko väčšie 16″ koleso je v skutočnosti o pár mm menšie. Svetlá výška vozidla tak klesne o 1,3 mm. Vplyv na výslednú rýchlosť si vypočítame podľa vzorca Δ = (R2 / R1 – 1) * 100 [%], kde R1 je pôvodný polomer kolesa a R2 je nový polomer kolesa.

Δ = (315,95 / 317,25 – 1) * 100 = -0,41%

Po zmene pneumatík z 15″ na 16″ tak dôjde k zníženiu rýchlosti o 0,41 %, pričom tachometer bude pri rovnakých otáčkach ukazovať o 0,41% vyššiu rýchlosť ako v prípade obutia 15″ pneumatík.

V tomto prípade je zmena rýchlosti zanedbateľná. Ak ale zmeníme napr. kolesá 185/60 R14 na 195/55 R15 používaných na vozidle Škoda Fabia či Seat Ibiza, dôjde naopak k zvýšeniu rýchlosti o cca 3% a naopak tachometer bude pri rovnakých otáčkach ukazovať o 3% nižšiu rýchlosť ako v prípade obutia 14″ pneumatík.

Daný výpočet je iba zjednodušenou ukážkou vplyvu rozmerov pneumatiky. V reálnej prevádzke okrem rozmeru diskov a pneumatík vplýva na zmenu rýchlosti aj hĺbka dezénu, nahustenie pneumatiky a samozrejme rýchlosť jazdy, keďže odvaľujúca pneumatika sa za jazdy deformuje v závislosti od rýchlosti a tuhosti konštrukcie.

Na záver všeobecné zhrnutie výhod a nevýhod väčších a širších pneumatík oproti štandardným rozmerom.