Αντίσταση κύλισης

Η αντίσταση κύλισης είναι η ενέργεια που καταναλώνει το ελαστικό καθώς κυλά πάνω στο οδόστρωμα, και κατ' επέκταση η δύναμη που το όχημα πρέπει να υπερνικά συνεχώς. Αν και ένας τροχός μοιάζει να κυλά ελεύθερα, το πέλμα επαφής, εκεί όπου το λάστιχο συναντά τον δρόμο, ισοπεδώνεται και απελευθερώνεται αδιάκοπα όσο γυρίζει το ελαστικό. Το ελαστικό υλικό και ο εσωτερικός σκελετός δεν επιστρέφουν όλη την ενέργεια που χρειάστηκε για να παραμορφωθούν· ένα μέρος της χάνεται ως θερμότητα. Αυτή η απώλεια, που επαναλαμβάνεται χιλιάδες φορές το λεπτό σε ταχύτητες αυτοκινητοδρόμου, εκδηλώνεται ως επιβραδύνουσα δύναμη απέναντι στην οποία ο κινητήρας ή ο ηλεκτροκινητήρας πρέπει να δουλεύει αδιάκοπα.

Η κύρια αιτία είναι μια ιδιότητα του ελαστικού υλικού που ονομάζεται υστέρηση: η καθυστέρηση ανάμεσα στην παραμόρφωση που δέχεται το υλικό και στην ενέργεια που αποδίδει πίσω. Καθώς κάθε τμήμα του πέλματος και του πλευρικού τοιχώματος μπαίνει στο πέλμα επαφής συμπιέζεται, και καθώς βγαίνει επανέρχεται, αλλά με λίγο λιγότερη ενέργεια από όση δέχτηκε στη συμπίεση. Οι μηχανικοί ελαστικών σχεδιάζουν γι' αυτό γόμες πέλματος και κατασκευές σκελετού που ελαχιστοποιούν αυτή την εσωτερική τριβή. Δευτερεύουσες συνεισφορές προέρχονται από τη μικρή ολίσθηση και το «τρίψιμο» μέσα στο πέλμα επαφής, την κάμψη του τροχού και τη μικρή αεροδυναμική αντίσταση γύρω από το περιστρεφόμενο ελαστικό.

Η αντίσταση κύλισης έχει σημασία επειδή, μαζί με την αεροδυναμική αντίσταση, είναι μία από τις δύο κύριες δυνάμεις που πρέπει να υπερνικά ένα όχημα σε σταθερή πορεία, και κυριαρχεί στις χαμηλότερες ταχύτητες, όπου η αντίσταση του αέρα είναι περιορισμένη. Κάθε μονάδα ενέργειας που χάνεται εκεί πρέπει να αναπληρωθεί από καύσιμο ή από την μπαταρία, οπότε επηρεάζει άμεσα την κατανάλωση στα αυτοκίνητα με κινητήρα εσωτερικής καύσης και την αυτονομία στα ηλεκτρικά. Μια μέτρια μείωσή της μπορεί να αποφέρει μετρήσιμη βελτίωση στην οικονομία, γι' αυτό έχει εξελιχθεί σε αυστηρά ελεγχόμενη παράμετρο σχεδίασης και γι' αυτό η ενεργειακή κατάταξη του ελαστικού εμφανίζεται στην τυποποιημένη ετικέτα ελαστικών της ΕΕ.

Η μεγαλύτερη μεταβλητή στην καθημερινή χρήση είναι η πίεση των ελαστικών. Ένα ελαστικό με χαμηλότερη πίεση από την κανονική κάμπτεται περισσότερο σε κάθε περιστροφή, αυξάνοντας τις απώλειες υστέρησης, ανεβάζοντας την αντίσταση κύλισης, παράγοντας επιπλέον θερμότητα και επιταχύνοντας τη φθορά, ενώ ταυτόχρονα χειροτερεύει αθόρυβα την κατανάλωση. Η διατήρηση των πιέσεων στις τιμές που συνιστά ο κατασκευαστής είναι ο απλούστερος τρόπος να μένει η αντίσταση κύλισης υπό έλεγχο. Ρόλο παίζουν επίσης το βάρος του οχήματος, η επιφάνεια του δρόμου και η θερμοκρασία, αφού ένα βαρύτερο φορτίο ή ένα κρύο, τραχύ οδόστρωμα αυξάνουν την απαιτούμενη δύναμη.

Τα ελαστικά χαμηλής αντίστασης κύλισης σχεδιάζονται ειδικά για να περιορίζουν αυτές τις απώλειες, με βελτιστοποιημένες γόμες, συχνά με πυριτία (silica), και ελαφρύτερες, πιο άκαμπτες κατασκευές· τοποθετούνται ευρέως σε υβριδικά και ηλεκτρικά αυτοκίνητα, όπου η αποδοτικότητα είναι πρωταρχικός στόχος. Το τίμημα είναι ότι τα ίδια χαρακτηριστικά που μειώνουν την υστέρηση μπορούν να μειώσουν ελαφρά την πρόσφυση στο βρεγμένο ή τη διάρκεια ζωής, αν επιδιωχθούν υπερβολικά, οπότε οι κατασκευαστές ισορροπούν την αντίσταση κύλισης απέναντι στην απόδοση πέδησης και την αντοχή. Η κατανόησή της εξηγεί γιατί οι σωστές πιέσεις, η επιλογή ελαστικών, ακόμη και το στιλ οδήγησης επηρεάζουν τόσο άμεσα τα λειτουργικά έξοδα και την αυτονομία.