Těžký kola a prase s olověnýma nohama

V minulém článku o pneumatikách Tomket jsem se dotknul tématu hmotnosti pneumatik a proč by kola měla být co nejlehčí.

Mimochodem pneu Tomket. Pořád ještě je pokládám za překvapení sezóny. Nepřišel jsem dosud na žádné jejich slabé místo a oceňuji jejich oldschool projev zahrnující dobrou příčnou i podélnou trakci a praktickou bezhlučnost. Jak ojedinělé to vlastnosti v době slizkých ekologických směsí věhlasných evropských výrobců potácejících se v Kammově kružnici s jejich výtažky z pampelišek, zatímco vy máte neustále pocit, že vám někdo namazal silnici měsíčkovou Indulonou.

Jedno z rules of thumb v motorsportu je, že 1 kg na hmotnosti kol má stejný efekt jako 5 kg v hmotnosti auta. Také se setkáte s údaji 4 kg a 7 kg. Pokud si tedy pořídíte kola, která jsou každé těžší o 3 kg, je to stejné, jako byste s sebou neustále vozili vychrtlou tchyni, protože to má stejný efekt jako 60 kg hmotnosti uložené v autě.

Proč to? Má to více důvodů.

Nejsnazší na pochopení je samotná hmotnost kol při posuvném pohybu. Jedná se prostě o další hmotnost, kterou s sebou vozíme, musíme ji rozpohybovávat a zastavovat.

Pak je třeba mít na paměti relativní pohyb kol, tedy že se točí. Neustále spotřebováváme energii na jejich roztáčení a brzdění a tuto energii nemůžeme použít k pohonu auta. Čím více hmotnosti ke kolům připojíme, tím větší setrvačnost budou mít, tím více energie potřebujeme k překonávání jejich setrvačnosti a tím méně energie nám zbyde k pohonu auta. Kdo preferuje fyzikální výklad, tak otáčející se předměty mají moment setrvačnosti, který působí proti kroutícímu momentu, který produkuje hnací řetězec případně proti brzdě (III. newtonův zákon). Moment setrvačnosti pro rotující kolo je závislý na hmotnosti a druhé mocnině poloměru. Pro zvýšení spotřeby a snížení výkonu jsou tak optimální dostatečně velká a těžká kola.

Specifický okruh problémů s těžkými koly představuje gyroskopický moment, tedy praktický důsledek II. Newtonova zákona, kdy se otáčející předmět snaží zachovat polohu osy svojí rotace. Tento efekt je tím silnější, čím těžší kolo a vyšší otáčky. Kdo neví, oč jde, může zapřemýšlet nad podstatou fyzikálních hraček Powerball nebo fidget spinner anebo to může vyzkoušet na zapnuté úhlové brusce, případně si přečíst skvělou povídku na Aerowebu. Každou chvíli si nějaký novinář stěžuje, že u testovacího vozu narazil na problém, že řízení „nebylo dost citlivé kolem střední polohy“ nebo že ho volant tahal za ruce. Někdy za to mohou moderní elektromechanické posilovače, které na rozdíl od předchozích elektrohydraulických, hydraulických nebo manuálních řízení nemají přirozenou silovou zpětnou vazbu a vyrábějí ji uměle. Často se ale také ukáže, že výrobce pro testy přidělil redakci nějaký top model s příplatkovými co největšími koly, aby jeho automobil vypadal v časopise cool. Tradiční důsledek gyroskopického momentu příliš těžkých kol je „zahození volantu“, tedy v podstatě neschopnost projet zatáčku obloukem, protože ovládací síly na volantu kolísají natolik, že jsou pro řidiče nepředvídatelné, řidič s volantem pootočí více než zamýšlel a následně to musí korigovat narovnáním oblouku, takže auto jede zatáčkou jakoby klikatě. Když se na to zaměříte, zjistíte, že velmi mnoho SUV má tento jízdní projev.

Další problém už triviální není. Jmenuje se neodpružená a odpružená hmotnost. Všechno, co je od pružiny níže a kopíruje povrch silnice, reprezentuje neodpruženou hmotnost. Typicky se jedná o kolo, disk, těhlici s ložisky, brzdový kotouč a třmen a další tyhle věci.

Stabilita a ovladatelnost vozidla je tím větší, čím je větší poměr mezi celkovou a neodpruženou hmotností. Konstrukční zásadou firem, které vyrábějí zdařilá auta, je udržet neodpruženou hmotnost co nejmenší. Cílem firem, které vyrábějí sračky s kolama, je nadělat si neodpruženou hmotnost libovolně velkou a pak to různě maskovat elektronickými asistenty a jinými pomocnými systémy za naše prachy. Kola jsou hlavním zdrojem neodpružené hmotnosti, protože jejich hmotnost je ze všech zúčastněných komponent největší a současně jsou nejdál od středu otáčení ramen.

Představme si následující situaci. Vjedeme kolem na nějakou nerovnost. Stane se tak v nějaké rychlosti a kolo je tak „vyhozeno“ nahoru. Tím začne ztrácet přítlak a kontakt s povrchem, takže začne klesat trakce. Čím těžší kolo bude, tím robustnější mechanismus potřebujeme k obnovení trakce. Potřebujeme silnější pružinu, aby držela kolo dole. K silnější pružině potřebujeme více tlumení. Tím větší jsou reakce do karosérie, takže také jiné silentbloky. Tlustší stabilizátor by byl taky fajn. Byly kdysi doby, kdy bylo například možné objednat si velká kola jen v kombinaci se „sportovním“, tzn. více utaženým podvozkem, ale pak marketing zvítězil podle hesla „velká kola všem“. Velmi mnoho soudobých aut má problémy při slalomu nebo losím testu, kdyby neměla elektronickou stabilizaci a byla řízena pouze řidičovým prdelním gyroskopem, převrátila by se natotata. Jedním z důvodů je právě rostoucí neodpružená hmotnost.

Kromě nejznámějšího vlivu na kolísání dynamické přilnavosti kol, je důsledků velké neodpružené hmotnosti velmi mnoho a všechny kromě jednoho jsou negativní. Počínaje výrazným přenosem sil do karosérie a v důsledku toho sníženého komfortu, hlučnosti, rázů a dokonce praskání spojů karosérie, přes zhoršení ovladatelnosti včetně brzdného účinku, protože klesá trakce a také neochoty zatáčet. S oblibou to nazývám „syndrom prasete s olověnýma nohama“ a týká se to většiny moderních aut. Pozivním efektem olověných nohou u prasete je lepší tlumení malých výchylek s vysokými frekvencemi, jako třeba hrubý asfalt nebo lehký offroad terén.

V minulosti se odehrála celá řada pokusů, jak konstrukčně snižovat neodpruženou hmotnost i u běžných aut pro veřejnost, jedním z nejradikálnějších se stal přesun brzdových kotoučů na stranu převodovky, jako to měl Citroën Visa, známý v ČR jako Oltcit. Tím se sice hmotnost kotoučů nijak nesnížila, ale přesunuly se do místa bližšího středu relativního pohybu, tedy otáčení ramene. V poslední době se uplatňuje poněkud odlišný přístup, kdy poměrně drahé snižování neodpružené hmotnosti ustoupilo různým konstrukčním úpravám na podvozku a jeho geometrii, například zvýšení sbíhavosti nebo odklonu, přičemž cílem je, aby velká neodpružená hmotnost nebyla tolik poznat při běžném stylu jízdy. Pro běžný spotřebitelský segment už to není velké téma, protože to motorizovaného buřtožrouta nezajímá, ale v segmentech performance a motorsportu se jedná o zásadní konstrukční hledisko. Proto jsou třeba někdy třmeny brzd vícedílné a z lehkých slitin, proto se používají lehčené kotouče a destičky, kované součástky náprav atd. I na civilních autech bývá někdy na podvozku k nalezení slušná porce hliníku, ale musíte hledat správnou značku. Hyundai to není.

Nejlevnější cestou, jak snížit hmotnost kol, je obstarat si lehčí pneumatiky. Napřílklad hmotnost pneumatiky v rozměru 205/45 R16 se pohybuje někde mezi 7 a 9 kg, takže 8 kg neodpružené hmotnosti na celém autě lze vyhrát pouze správným kliknutím. „Fuel saving“ pneumatiky často bývají lehčí, je to součást té „spořící“ fíčury. Bohužel není vždy snadné údaj o hmotnosti pneumatiky najít, pravidelně je uvádí například e-shop rajpneu.cz, který má také poměrně široký sortiment a jedná se o dobře etablovaný e-shop na trhu. Nevýhoda je, že hmotnosti nebývají vždy uvedeny přesně. Kdo k tomu hodlá přistupovat zodpovědně, tomu nezbyde než popadnout váhu na husu a vyrazit na lov.

Další level je opatřit si dostatečně lehké disky. Největší šrot z tohoto hlediska bývají disky, které na své výrobky montují OEM v prvovýrobě. Například na Fabii II se dala koupit originální litá kola, která se jmenovala tuším Antares, a ta byla ještě těžší než plechové disky. Je to tím, že OEM jednak upřednostňují designové hledisko, zajímá je tedy, aby automobil cool vypadal a disponoval nějakým neotřelým krutě dynamickým designem kol. Další rozhodující faktor je cena. Paradox je, že těžké kolo z většího množství levného materiálu vychází levněji než lehké kolo z dražšího materiálu. V aftermarket segmentu je situace o něco málo lepší, ale kdo chce řešit problém neodpružené hmotnosti skutečně zodpovědně a nevozit s sebou remanentní tchyni, musí opět vyrazit do světa s váhou na husu a lovit v segmentech performance nebo motorsport. Záleží nejen na designu kola, ale také na použitém materiálu, technologii lití a tepelném zpracování odlitku. Skutečně lehké disky jsou ze slitin hořčíku a použvají kované komponenty, protože vyšší pevnost materiálu přináší stejnou tuhost disku při nižší hmotnosti.

Rozhodující je otázka volby rozměru kola. To by vydalo na další článek, který by se dal pojmenovat „velká kola“, ale obecně čím vyšší série ráfku, tím těžší disk. Pneumatika s nižším profilovým číslem také paradoxně také není lehčí, přestože je nižší, a kdo chce hmotnost kola udržet v rozumných mezích, ten musí sáhnout hluboko do šrajtofle.

Moc nechápu tu současnou mánii, kdy je třeba na všechno namontovat nízkoprofilové nejméně dvacítky, protože v hospodě říkali, že kola dělají auto. To, co funguje na tuningovém showcaru, který existuje spíše za účelem popojíždění a ukazování, garantovaně nebude fungovat pro performance nebo sport. Stejně tak nejde brát vážně studie teplých designérů, které jsou doslova vystavěny kolem obrovských kol, které mají rozbít obrovské boční plochy těch jejich oteklých monster a zamaskovat nejrůznější projevy nevyváženosti bočních proporcí. Jenže vystajlované polomakety se světlou výškou sníženou kurtnami nemají s realitou sériových vozů vůbec nic společného.

Pokud zůstaneme u příkladu zvolené Fabie, rozdíl mezi patnáctkami a šestnáctkami dělá asi 2 kg na kolo, a nemyslím si, že by náhrada patnáctek šestnáctkami natolik zlepšila jízdní vlastnosti, aby to kompenzovalo tchyni na sedadle spolujezdce.

Sem tam se někomu podaří zajímavá věc. Vím o člověku, který si přítáhl horčíkové disky OZ s 16 špršlema v rozměru 5,5 x 15 z kovošrotu. Asi někomu připadaly uncool a nahradil je yakuza gangsta faggot osmnáctkami, protože ty jsou ukrutně race. Inteligentnější část populace se může zamyslet nad tím, proč Lancia Delta jezdila na patnáctkách nebo šestnáctkách a proč Fabie S2000 jezdila na asfaltu na osmnáctkách, ale na šotolinových tratích se nasazovaly patnáctky, dokonce s přestavbou brzd na menší kotouče o průměru 300 mm. Ještě jsem neviděl závodní auto, které by jezdilo na vyteplených kreacích jako Dotz Hanzo.

Komu se zadaří a ušetří nějakých 12 kg na hmotnosti kol, ten najednou zjistí, že auto je jak polité živou vodou, lépe akceleruje, brzdí a není tak citlivé na různé povrchy. Při zachování velikosti disků to bude docela složitý úkol, ale není to nemožné. Rozhodně zajímavý inženýrský úkol a tuning s dobrým poměrem cena/výkon. Good luck.

13.10.2018 D-FENS

Související články: