Opór toczenia

Opór toczenia to energia rozpraszana przez oponę podczas toczenia się po nawierzchni oraz wynikająca z tego siła, którą pojazd musi nieustannie pokonywać. Choć koło może wydawać się toczyć swobodnie, ślad kontaktu, w którym guma styka się z drogą, jest stale spłaszczany i ponownie zwalniany w miarę obracania się opony. Guma i jej wewnętrzna struktura nie oddają całej energii zużytej na odkształcenie; część z niej ginie w postaci ciepła. Strata ta, powtarzana tysiące razy na minutę przy prędkościach autostradowych, objawia się jako siła hamująca, której silnik spalinowy lub elektryczny musi nieustannie przeciwdziałać.

Główną przyczyną jest właściwość gumy zwana histerezą, czyli opóźnienie między naprężeniem wprowadzonym w materiał a energią, którą on oddaje. Gdy każdy odcinek bieżnika i boku opony wchodzi w ślad kontaktu, zostaje ściśnięty, a gdy go opuszcza, powraca do kształtu, lecz nieco mniej energicznie, niż został odkształcony. Inżynierowie projektują więc mieszanki bieżnika i konstrukcje osnowy tak, by ograniczyć to wewnętrzne tarcie. Drugorzędny udział mają niewielki poślizg i przesuwanie wewnątrz śladu kontaktu, ugięcia koła oraz nieznaczny opór aerodynamiczny wokół obracającej się opony.

Opór toczenia ma znaczenie, ponieważ wraz z oporem aerodynamicznym jest jedną z dwóch głównych sił, które pojazd musi pokonywać podczas ustabilizowanej jazdy, i dominuje przy niższych prędkościach, gdzie opór powietrza jest umiarkowany. Każda jednostka energii na niego stracona to energia, którą trzeba dostarczyć z paliwa lub akumulatora, dlatego bezpośrednio wpływa on na zużycie paliwa w samochodach spalinowych i na zasięg pojazdów elektrycznych. Niewielkie jego obniżenie może przynieść wymierną poprawę ekonomiki, dlatego stał się parametrem starannie projektowanym i dlatego klasa efektywności energetycznej opony figuruje na standardowej etykiecie unijnej.

Największą pojedynczą zmienną w codziennej eksploatacji jest ciśnienie w oponach. Niedopompowana opona ugina się bardziej przy każdym obrocie, zwiększając straty histerezy, podnosząc opór toczenia, generując dodatkowe ciepło i przyspieszając zużycie, a przy okazji niepostrzeżenie pogarszając ekonomikę. Utrzymywanie ciśnień zalecanych przez producenta to najprostszy sposób, by trzymać opór toczenia w ryzach. Swoją rolę odgrywają też masa pojazdu, nawierzchnia i temperatura, ponieważ większy ładunek albo zimna, szorstka nawierzchnia zwiększają wymaganą siłę.

Opony o niskim oporze toczenia projektuje się specjalnie po to, by ograniczyć te straty za pomocą zoptymalizowanych mieszanek, często z dodatkiem krzemionki, oraz lżejszych i sztywniejszych konstrukcji, i powszechnie montuje się je w hybrydach oraz samochodach elektrycznych, gdzie efektywność jest najważniejsza. Kompromisem jest to, że te same cechy, które redukują histerezę, mogą nieznacznie pogorszyć przyczepność na mokrej nawierzchni lub żywotność, jeśli dążyć do nich zbyt agresywnie, dlatego producenci równoważą opór toczenia z osiągami hamowania i trwałością. Zrozumienie tego zjawiska pomaga wyjaśnić, dlaczego prawidłowe ciśnienia, dobór opon, a nawet styl jazdy mają tak bezpośredni wpływ na koszty eksploatacji i zasięg.