Opór toczenia opon potrafi zmienić zużycie energii samochodu elektrycznego na tyle, że różnicę zobaczysz nie tylko w teorii, ale również na komputerze pokładowym. Nie oznacza to jednak, że komplet „oszczędnych” opon automatycznie doda 30 czy 50 km zasięgu. Znaczenie oporu toczenia zależy przede wszystkim od masy auta, współczynnika oporu opony, prędkości, ciśnienia i temperatury.
Dobrze pokazuje to prosty przykład. Elektryk ważący 2000 kg, jadący na oponach o współczynniku oporu toczenia Crr = 0,008, musi pokonywać około 157 N siły oporu toczenia. Na dystansie 100 km oznacza to około 4,36 kWh energii mechanicznej zużytej wyłącznie na pokonanie tego oporu.
To dużo. Trzeba tylko właściwie rozumieć tę liczbę. Nie oznacza ona, że komputer samochodu pokaże dokładnie 4,36 kWh/100 km „zużycia przez opony”. Energia pobierana z akumulatora zasila również układ napędowy, elektronikę, pompę ciepła lub ogrzewanie, klimatyzację i inne odbiorniki, a między akumulatorem a kołami występują straty.
Jest jeszcze jedna rzecz, która często prowadzi do błędnych wniosków. Opony mają relatywnie większe znaczenie przy niższych i średnich prędkościach. Na autostradzie coraz mocniej dominuje aerodynamika. Dlatego ta sama zmiana opon może być dobrze widoczna w spokojnej jeździe podmiejskiej, a znacznie mniej istotna podczas jazdy 140 km/h.
Ile energii samochód naprawdę traci na toczenie i dlaczego prędkość zmienia wynik
Opona podczas jazdy nie jest sztywnym kołem. Przed miejscem styku z nawierzchnią ugina się pod ciężarem samochodu, następnie odkształca w polu styku i wraca do pierwotnego kształtu po jego opuszczeniu. Nie odzyskuje przy tym całej energii wykorzystanej do deformacji.
Część zostaje zamieniona w ciepło. To histereza materiału opony i jedno z głównych źródeł oporu toczenia.
Dlatego po dłuższej jeździe opona jest cieplejsza. Część energii dostarczonej przez akumulator kończy właśnie jako ciepło w gumie, osnowie i innych elementach konstrukcji opony.
W uproszczonym modelu siłę oporu toczenia można policzyć ze wzoru:
Frr = Crr × m × g
gdzie:
- Frr — siła oporu toczenia w niutonach,
- Crr — współczynnik oporu toczenia,
- m — masa samochodu,
- g — przyspieszenie ziemskie, około 9,81 m/s².
Dla samochodu o masie 2000 kg i Crr = 0,008:
Frr = 0,008 × 2000 × 9,81 ≈ 157 N
Teraz można obliczyć pracę potrzebną do pokonania tego oporu na dystansie 100 km:
E = F × s
czyli:
157 N × 100 000 m = 15 700 000 J
Po przeliczeniu dżuli na kilowatogodziny:
15,7 MJ ÷ 3,6 ≈ 4,36 kWh
W modelu ze stałym Crr samochód potrzebuje więc około 4,36 kWh energii mechanicznej na każde 100 km tylko na pokonanie oporu toczenia.
Nie należy jednak dopisywać tych 4,36 kWh do wskazania komputera pokładowego. To jedna ze składowych bilansu energetycznego na kołach, a nie osobny odczyt z akumulatora.
W praktyce trzeba rozdzielić cztery rzeczy:
- energię mechaniczną potrzebną do poruszania samochodu,
- straty silnika, falownika, przekładni i pozostałych elementów napędu,
- zużycie klimatyzacji, ogrzewania i innych odbiorników,
- energię odzyskaną podczas rekuperacji.
Energii straconej w oponie na histerezę rekuperacja nie odzyska. Jeśli zamieniła się w ciepło w ogumieniu, jest już stracona.
Dlaczego przy 140 km/h opony znaczą mniej niż przy 50 km/h?
Opór toczenia nie zachowuje się tak jak opór aerodynamiczny. W prostym modelu siła aerodynamiczna rośnie z kwadratem prędkości. Moc potrzebna do jej pokonania rośnie natomiast mniej więcej z trzecią potęgą prędkości.
Weźmy ten sam samochód:
- masa: 2000 kg,
- Crr: 0,008,
- powierzchnia czołowa pomnożona przez współczynnik oporu CdA: 0,60 m²,
- gęstość powietrza: 1,225 kg/m³,
- brak wiatru,
- płaska i sucha droga.
Przy tych założeniach siła oporu toczenia pozostaje w uproszczeniu na poziomie około 157 N, natomiast opór powietrza szybko rośnie:
| Prędkość | Opór toczenia | Opór aerodynamiczny | Co ma większe znaczenie? |
|---|---|---|---|
| 50 km/h | ok. 157 N | ok. 71 N | toczenie |
| 90 km/h | ok. 157 N | ok. 230 N | aerodynamika |
| 120 km/h | ok. 157 N | ok. 408 N | zdecydowanie aerodynamika |
| 140 km/h | ok. 157 N | ok. 556 N | aerodynamika dominuje |
To model obliczeniowy, nie wynik pomiaru konkretnego samochodu. Rzeczywisty Crr zmienia się między innymi wraz z temperaturą, konstrukcją opony i warunkami pracy.
Wniosek jest jednak bardzo praktyczny. Jeżeli ktoś prawie cały czas jeździ 130–140 km/h, nie powinien oczekiwać, że sama zmiana opon zlikwiduje wysokie zużycie energii. Przy tej prędkości znacznie większym przeciwnikiem jest powietrze.
W mieście sytuacja również nie jest tak prosta, jak sugerowałby sam wzór. Dochodzą częste przyspieszenia. Większa masa samochodu oznacza wtedy większą energię potrzebną do rozpędzenia auta. To jednak inny mechanizm niż opór toczenia.
Tak samo z masą koła. Cięższa obręcz zwiększa bezwładność obrotową, a znaczenie ma również to, jak daleko od osi skupiona jest jej masa. Nie można więc powiedzieć, że dodatkowy kilogram felgi jest po prostu dodatkowym kilogramem oporu toczenia. To dwa różne zjawiska.
Jeżeli chcesz policzyć zmianę wynikającą wyłącznie z różnicy Crr, można użyć:
ΔE [kWh/100 km] = ΔCrr × masa [kg] × 9,81 × 100 000 ÷ 3 600 000
Dla auta ważącego 2000 kg zmiana Crr o:
- 0,001 oznacza około 0,545 kWh/100 km różnicy energii mechanicznej,
- 0,002 — około 1,09 kWh/100 km,
- 0,003 — około 1,64 kWh/100 km.
To są wartości wynikające z modelu mechanicznego. Nie należy traktować ich jako gwarantowanej zmiany wskazania zużycia energii w samochodzie. Do tego potrzebny jest pomiar drogowy.
Etykieta opony, ciśnienie, temperatura i rozmiar — co naprawdę wpływa na zasięg
W Unii Europejskiej opór toczenia opony jest jednym z parametrów znajdujących się na etykiecie. Dla opon osobowych klasy C1 stosuje się obecnie skalę od A do E.
Klasa wynika ze współczynnika RRC wyrażanego w N/kN:
| Klasa efektywności | RRC dla opon C1 |
|---|---|
| A | ≤ 6,5 N/kN |
| B | 6,6–7,7 N/kN |
| C | 7,8–9,0 N/kN |
| D | 9,1–10,5 N/kN |
| E | ≥ 10,6 N/kN |
RRC i Crr opisują zasadniczo tę samą relację między siłą oporu toczenia a obciążeniem, tylko są podane w innej formie.
Przykładowo:
8 N/kN odpowiada w przybliżeniu Crr = 0,008.
Dzięki temu można zobaczyć skalę różnicy między oponami.
Dla samochodu ważącego 2000 kg:
- przy RRC = 6,5 N/kN siła oporu wynosi około 127,5 N, a energia mechaniczna na 100 km około 3,54 kWh,
- przy RRC = 9,0 N/kN siła oporu wynosi około 176,6 N, a energia mechaniczna około 4,91 kWh/100 km.
Różnica wynosi około 1,36 kWh energii mechanicznej na 100 km.
To celowo porównanie wartości granicznych, a nie obietnica, że każda opona klasy A będzie dawała dokładnie taki wynik względem każdej opony klasy C. Etykietę należy traktować jako dobre narzędzie porównawcze, ale samochód jeździ po asfalcie, w deszczu, chłodzie i upale, a nie na stanowisku laboratoryjnym.
Klasa efektywności nie powinna również przesłaniać bezpieczeństwa. Opona z klasą A za opór toczenia nie jest automatycznie najlepszą oponą do danego samochodu. Przyczepność na mokrej nawierzchni jest osobnym parametrem i może mieć większe znaczenie niż oszczędność kilku dziesiątych kWh/100 km.
Jak kilka dziesiątych kWh przekłada się na zasięg?
Załóżmy elektryka z użyteczną pojemnością akumulatora 60 kWh, który na konkretnym odcinku zużywa średnio 18,0 kWh/100 km.
Teoretyczny zasięg przy takim zużyciu wynosi:
60 ÷ 18 × 100 ≈ 333 km
Jeżeli po zmianie ogumienia lub warunków średnie zużycie wzrośnie:
| Średnie zużycie | Teoretyczny zasięg z 60 kWh | Różnica względem 18 kWh/100 km |
|---|---|---|
| 18,0 kWh/100 km | 333 km | — |
| 18,3 kWh/100 km | 328 km | ok. 5 km |
| 18,6 kWh/100 km | 323 km | ok. 11 km |
| 19,0 kWh/100 km | 316 km | ok. 18 km |
Dlatego określenie „opony zabierają kilka procent zasięgu” bez podania warunków niewiele mówi. Różnica 0,6 kWh/100 km przy akumulatorze 60 kWh i bazowym zużyciu 18 kWh/100 km odpowiada w tym przykładzie około 11 km teoretycznego zasięgu.
W aucie zużywającym 25 kWh/100 km procentowy efekt tej samej różnicy będzie mniejszy.
Ciśnienie: najpierw sprawdź to, zanim obwinisz model opony
Jeżeli zużycie nagle wzrosło, ciśnienie w oponach powinno znaleźć się na początku listy kontroli.
Za niskie ciśnienie zwiększa odkształcanie opony. Większe ugięcie oznacza większe straty energii i większe nagrzewanie.
Ciśnienie sprawdzaj:
- na zimnych oponach,
- zgodnie z wartością przewidzianą przez producenta samochodu,
- z uwzględnieniem obciążenia auta, jeżeli producent przewiduje inne wartości dla pełnego załadunku,
- ponownie po dużej zmianie temperatury otoczenia.
Prawidłową wartość znajdziesz zwykle na naklejce w samochodzie lub w instrukcji obsługi.
Nie pompuj opon do maksymalnej wartości podanej na ich boku. To nie jest zalecane ciśnienie eksploatacyjne dla twojego samochodu.
Nie ma też sensu przepompowywać opon tylko po to, aby ugrać minimalnie niższe zużycie. Zmieniasz wtedy sposób pracy bieżnika, komfort i zachowanie auta. Dążysz do ciśnienia właściwego, a nie maksymalnego.
Zimą problemem nie jest wyłącznie spadek ciśnienia
W chłodzie działają równocześnie co najmniej trzy mechanizmy:
- wraz ze spadkiem temperatury spada ciśnienie powietrza w oponie,
- zmieniają się właściwości mieszanki gumowej,
- zimna opona przed osiągnięciem temperatury roboczej może mieć większe straty wynikające z deformacji.
Dlatego pierwsze kilometry po zimnym starcie mogą wyglądać gorzej niż dalsza część tej samej trasy.
Nie wolno jednak przypisywać oponom całego zimowego spadku zasięgu elektryka. Zimą równocześnie rośnie zużycie na ogrzewanie kabiny i akumulatora, zmieniają się warunki drogowe, a chłodniejsze powietrze jest gęstsze, co zwiększa opór aerodynamiczny.
Jeżeli latem auto zużywa 17 kWh/100 km, a zimą 23 kWh/100 km, nie oznacza to, że dodatkowe 6 kWh „zjadają zimowe opony”.
Czy szersza opona albo większa felga zawsze pogarsza wynik?
Nie.
Samo przejście z 18 na 20 cali nie jest mechanizmem fizycznym, który automatycznie zwiększa zużycie. Problem polega na tym, że przy większej obręczy często zmienia się jednocześnie kilka innych parametrów:
- szerokość opony,
- profil,
- masa obręczy,
- masa całego koła,
- konstrukcja i mieszanka opony,
- aerodynamika felgi.
Jeżeli wraz z przejściem z 18 na 20 cali samochód dostaje szerszą oponę, cięższą obręcz i bardziej otwartą stylistycznie felgę, zużycie energii może wyraźnie wzrosnąć.
Ale 20 cali samo w sobie nie jest przyczyną. Lekka i aerodynamiczna obręcz może wypaść lepiej niż cięższa konstrukcja o mniejszej średnicy.
Podobnie z szerokością.
Szersza opona może pogorszyć zużycie energii, lecz o wyniku decydują również mieszanka, konstrukcja karkasu, ciśnienie, obciążenie, bieżnik i aerodynamika. Nie da się uczciwie ocenić efektywności dwóch opon wyłącznie na podstawie napisów 225 i 245 na boku.
To właśnie jeden z powodów, dla których po zmianie kół zużycie czasem rośnie bardziej, niż kierowca się spodziewa. Zmieniła się nie jedna rzecz, ale cały zestaw.
Jak sprawdzić wpływ opon we własnym samochodzie i nie pomylić go z pogodą
Najgorszy sposób testowania opon wygląda tak: jeden dzień jazdy na starym komplecie, dwa tygodnie później jeden przejazd na nowych i porównanie dwóch liczb z komputera pokładowego.
Różnica może pochodzić z opon. Może też pochodzić z wiatru, temperatury, deszczu, korków albo ogrzewania.
Jeżeli chcesz uzyskać wynik, z którego można coś wywnioskować, zrób prosty test A/B.
1. Ustaw prawidłowe ciśnienie na zimnych oponach.
Bez tego cały eksperyment zaczyna się od błędu.
2. Wybierz trasę liczącą co najmniej kilkadziesiąt kilometrów.
Krótki przejazd przez miasto jest za mocno podatny na sygnalizację świetlną, korki i czas pracy ogrzewania.
3. Najlepiej przejedź trasę w obie strony.
Zmniejszasz w ten sposób wpływ różnicy wysokości i częściowo wpływ wiatru.
4. Utrzymuj możliwie podobne prędkości.
Różnica między 110 a 125 km/h potrafi zniekształcić wynik znacznie bardziej niż niewielka różnica między oponami.
5. Nie zmieniaj ustawień klimatyzacji i ogrzewania.
6. Testuj przy podobnej temperaturze i podobnych warunkach pogodowych.
7. Zaczynaj przy zbliżonym poziomie naładowania akumulatora.
8. Wyzeruj licznik średniego zużycia przed testem.
9. Powtórz przejazd.
Jeden wynik to obserwacja. Kilka podobnych wyników zaczyna być informacją.
10. Porównuj średnią, a nie najlepszy przejazd.
Jeżeli po zmianie opon zobaczysz wzrost z 18,0 do 18,4 kWh/100 km na jednym przejeździe, nie wyciągaj jeszcze wniosku, że nowe opony kosztują 0,4 kWh/100 km.
Jeżeli podobna różnica powtarza się na tej samej trasie, przy zbliżonej temperaturze i prędkości, argument robi się znacznie mocniejszy.
Zużycie wzrosło po wymianie opon — sprawdzaj w tej kolejności
Nie zaczynaj od teorii o „ciężkich felgach”. Najpierw wyklucz rzeczy proste.
1. Ciśnienie.
Sprawdź wszystkie cztery koła na zimno.
2. Rozmiar opon.
Porównaj szerokość, profil i średnicę zestawu ze starym kompletem.
3. Model oraz klasa oporu toczenia.
Dwie opony w tym samym rozmiarze nie muszą stawiać takich samych oporów.
4. Pogoda.
Sprawdź, czy zmiana kompletu nie zbiegła się ze spadkiem temperatury, deszczem albo silniejszym wiatrem.
5. Geometria zawieszenia.
Nieprawidłowa zbieżność może zwiększać opory, pogarszać prowadzenie i przyspieszać zużycie bieżnika.
6. Swobodę obracania kół i stan hamulców.
Jeżeli hamulec nie odbija prawidłowo, żadna „energooszczędna” opona nie naprawi problemu.
7. Masę i konstrukcję nowego zestawu.
8. Aerodynamikę obręczy.
Przy prędkościach autostradowych otwarta, mało aerodynamiczna felga potrafi dokładać straty, których nie należy przypisywać samej oponie.
Taka kolejność oszczędza czas. Najpierw szuka się błędu, który można poprawić za darmo lub niewielkim kosztem. Dopiero później ocenia się, czy sam model opony jest niekorzystny.
Czy opłaca się wyrzucić dobre opony tylko po to, żeby odzyskać zasięg?
Najczęściej nie.
Jeżeli obecny komplet:
- jest w dobrym stanie,
- ma właściwy rozmiar i indeksy,
- zapewnia odpowiednią przyczepność,
- pracuje przy prawidłowym ciśnieniu,
- nie powoduje nietypowego wzrostu zużycia,
to wcześniejsza wymiana wyłącznie dla potencjalnego zysku kilku procent efektywności zwykle ma słaby sens ekonomiczny.
Lepszy moment na optymalizację oporu toczenia to naturalna wymiana zużytego kompletu.
Przy zakupie kolejnych opon ustaw priorytety w tej kolejności:
- właściwy rozmiar, indeks nośności i prędkości,
- przyczepność i zachowanie w warunkach, w których rzeczywiście jeździsz,
- opór toczenia,
- hałas i komfort,
- trwałość,
- cena.
W samochodzie elektrycznym niska wartość oporu toczenia ma sens, ale nie kosztem bezpieczeństwa.
Jeżeli rocznie robisz duży przebieg, dużo jeździsz po mieście i drogach podmiejskich albo regularnie wykorzystujesz większość dostępnego zasięgu, różnica efektywności między oponami będzie dla ciebie ważniejsza niż dla kierowcy robiącego 5000 km rocznie głównie krótkimi odcinkami.
FAQ
Czy opony o niskim oporze toczenia zawsze są twardsze?
Nie. Producenci obniżają opór toczenia przez mieszankę, konstrukcję karkasu, geometrię bieżnika i inne elementy budowy. Dwie opony o podobnej efektywności mogą wyraźnie różnić się komfortem. Nie warto oceniać jej wyłącznie po klasie oporu toczenia.
Czy większa felga zawsze zmniejsza zasięg samochodu elektrycznego?
Nie. Sam rozmiar obręczy nie przesądza o wyniku. W praktyce większym felgom często towarzyszą szersze opony, większa masa zestawu i mniej korzystna aerodynamika, dlatego większe koła często wypadają gorzej. Trzeba jednak porównywać całe zestawy, a nie samą średnicę obręczy.
Czy rekuperacja odzyskuje energię straconą na opór toczenia?
Nie. Rekuperacja odzyskuje część energii kinetycznej samochodu podczas zwalniania. Energia rozproszona wcześniej jako ciepło wskutek deformacji opon została już bezpowrotnie stracona.
Ile zasięgu mogą zabrać opony o wysokim oporze toczenia?
Nie istnieje jedna liczba dla wszystkich aut. Jeżeli zużycie wzrośnie z 18,0 do 18,6 kWh/100 km, samochód z użytecznym akumulatorem 60 kWh straci w teoretycznym wyliczeniu około 11 km zasięgu — z około 333 do 323 km. Przy innej pojemności baterii i innym zużyciu wynik będzie inny.
Czy klasa A zamiast C będzie zauważalna podczas jazdy?
Może być widoczna w zużyciu energii, szczególnie przy dużym przebiegu i jeździe z umiarkowanymi prędkościami, ale sama litera nie pozwala określić dokładnej zmiany zasięgu. Klasy obejmują zakresy wartości, a rzeczywisty wynik zależy od samochodu, ciśnienia, temperatury i warunków drogowych.
Czy warto zwiększyć ciśnienie w oponach, żeby poprawić zasięg?
Nie ponad wartości przewidziane przez producenta auta. Najważniejsze jest usunięcie niedopompowania. Celowe przepompowywanie może pogorszyć komfort i zmienić sposób pracy opony, dlatego nie powinno być traktowane jako sposób na „darmowe kilometry”.
Czy opona oznaczana przez producenta jako przeznaczona do EV zawsze ma niższy opór toczenia?
Nie. Opony projektowane z myślą o samochodach elektrycznych często uwzględniają dużą masę pojazdu, wysoki moment obrotowy, hałas i efektywność energetyczną, ale samo oznaczenie „EV” nie gwarantuje najlepszego wyniku w każdej kategorii. Porównuj konkretne parametry i rozmiar.
Dlaczego zimą opór toczenia rośnie?
Spada ciśnienie w oponach, zmieniają się właściwości mieszanki, a zimna opona pracuje inaczej niż rozgrzana. Jednocześnie zimowe zużycie EV rośnie z wielu innych przyczyn, dlatego nie wolno całej różnicy między latem a zimą przypisywać ogumieniu.
Czy zużyta opona ma mniejszy opór toczenia niż nowa?
Opór może zmieniać się wraz ze zużyciem bieżnika, ale niższy opór nie oznacza, że zużyta opona jest lepsza. Zmniejszenie głębokości bieżnika pogarsza zdolność odprowadzania wody i w pewnym momencie bezpieczeństwo staje się znacznie ważniejsze niż niewielka różnica energetyczna.
Czy szersza opona zawsze zwiększa zużycie energii?
Nie. Szerokość jest tylko jednym z parametrów. O wyniku decydują także mieszanka, konstrukcja opony, bieżnik, ciśnienie, masa i aerodynamika koła. Szerszy komplet często zwiększa zużycie w konkretnym samochodzie, ale nie wolno wyprowadzać takiego wniosku wyłącznie z szerokości zapisanej na boku.
Jeżeli chcesz ograniczyć straty energii, zacznij od sprawdzenia ciśnienia na zimnych oponach i porównania go z wartością zalecaną przez producenta samochodu. Jeżeli ciśnienie jest prawidłowe, kolejne kroki to rozmiar i model opony, geometria oraz warunki, w których mierzysz zużycie. Dopiero na końcu ma sens zastanawianie się, czy wymiana sprawnego kompletu na opony o niższym oporze toczenia faktycznie zwróci się w twoim sposobie użytkowania auta.
