MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA
BAKALÁŘSKÁ PRÁCE
BRNO 2015
MILAN BAJER
Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy
Vliv konstrukce pneumatik na jízdní vlastnosti automobilů Bakalářská práce
Vedoucí práce: Prof. Ing. František Bauer, CSc.
Vypracoval: Milan Bajer
Brno 2015
PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma Vliv konstrukce pneumatik na jízdní vlastnosti automobilů vypracoval samostatně a použil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Bakalářská práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího bakalářské práce a děkana Agronomické fakulty Mendelovy univerzity v Brně.
dne ………………………………………. podpis .……………………………………
PODĚKOVÁNÍ Rád bych tímto poděkoval vedoucímu bakalářské práce prof. Ing. Františkovi Bauerovi, CSc., za jeho cenné rady, odborné vedení, spolupráci a připomínky při tvorbě této práce. V neposlední řadě bych také chtěl poděkovat celé své rodině a přítelkyni za plnou podporu a pochopení při psaní této bakalářské práce.
Abstrakt Cílem bakalářské práce je shrnout dosavadní poznatky o konstrukci pneumatik osobních automobilů. V úvodu práce je popisována samostatná konstrukce pneumatiky. V další části je práce zaměřena na nové trendy v konstrukci pneumatik a vůbec v tomto oboru. Na konci práce je uveden rozbor funkčních vlastností u vybraných pneumatik a také vlastností, které ovlivňují bezpečnost. Z poznatků, které byly získány, je patrné, že vývoj v tomto oboru se bude i nadále posouvat směrem dopředu jak v bezpečnosti, tak také v ohledu na životní prostředí na což je dnes kladený velký důraz. Klíčová slova: pneumatika, konstrukce, nové trendy u pneumatik, funkční vlastnosti Abstract The aim of this thesis is to summarize current know ledge about the concruction of passenger car tires. In the beginnig is described today´s stand-alone structure of the tire. The next part is focused on new trends in tire construction and even in this field. At the end of the work is analysis of functional properties of selected tires and properties that affect safety. The findings, which were obtainted, i tis dear that development in this field will continue to move forvard in both safety and also respekt for the environment to which is now great emphasis. Keywords: Tire, structure, new trends in tire performance, characteristics
OBSAH 1 ÚVOD ............................................................................................................................ 8 2 CÍL PRÁCE ................................................................................................................... 9 3 HISTORICKÝ PŘEHLED A KONSTRUKCE PNEUMATIK .................................. 10 3.1 Historie pneumatik ................................................................................................ 10 3.2 Konstrukce pneumatik .......................................................................................... 12 3.2.1 Kostra ............................................................................................................. 13 3.2.2 Nárazník ......................................................................................................... 13 3.2.3 Běhoun ........................................................................................................... 14 3.2.4 Bočnice .......................................................................................................... 15 3.2.5 Vnitřní gumová vložka .................................................................................. 16 3.2.6 Patka............................................................................................................... 16 3.2.7 Patní lano ....................................................................................................... 17 3.3 Radiální pneumatiky ............................................................................................. 18 3.4 Diagonální pneumatiky ......................................................................................... 20 3.5 Označování pneumatik ......................................................................................... 21 3.5.1 Index nosnosti ................................................................................................ 22 3.5.2 Index rychlosti ............................................................................................... 23 3.5.3 Indikátor opotřebení TWI .............................................................................. 23 4 NOVÉ TRENDY V KONSTRUKCI PNEUMATIK .................................................. 24 4.1 Dojezdové pneumatiky ......................................................................................... 24 4.2 Asymetrický dezén pneumatiky............................................................................ 25 4.3 Systém monitorování tlaku v pneumatikách (TPMS)........................................... 26 4.3 Nové značení pneumatik ....................................................................................... 27 5 VYHODNOCENÍ FUNKČNÍCH VLASTNOSTÍ PNEUMATIK ............................. 29 5.1 Aquaplaning .......................................................................................................... 29
5.2 Brzdná dráha ......................................................................................................... 30 5.3 Hlučnost pneumatik .............................................................................................. 34 6 ZÁVĚR ........................................................................................................................ 36 7 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY ......................................................................... 37 8 SEZNAM OBRÁZKŮ ................................................................................................. 39
1 ÚVOD V bakalářské práci je uvedena problematika současných trendů v konstrukci pneumatik a jejich vlastností. Téma této práce jsem si zvolil, protože jsem vyučen v oboru autotronik a během studia i po dokončení střední školy se věnuji tomuto oboru i v praxi. Pneumatika je část kol dopravních prostředků, která je pružná a ve většině případů plněná vzduchem. Je nasazena na obvodu kola (disku) a má tvar toroidu. Pneumatiky slouží k přenosu sil, které působí na dopravní prostředek a dále slouží i jako prvotní odpružení dopravního prostředku. Pneumatiky jsou vyrobeny z vulkanizované gumy. Stejně jako všechny součásti prochází i pneumatiky určitým vývojem: od konstrukce pneumatiky, přes zdokonalování dezénů a ochraně životního prostředí, až po zlepšení jízdních vlastností. O těchto posunech ve vývoji pneumatik pojednává má práce.
8
2 CÍL PRÁCE Cílem
bakalářské práce bylo
vypracovat
současný přehled
v konstrukci
automobilových pneumatik. V bakalářské práci je věnována pozornost konstrukci pneumatik a novým trendům v konstrukci. U vybraných typů pneumatik provést rozbor funkčních vlastností jako je délka brzdné dráhy, aquaplaning a další. Se získaných podkladů provést závěr.
9
3 HISTORICKÝ PŘEHLED A KONSTRUKCE PNEUMATIK 3.1 Historie pneumatik Dříve byly „pneumatiky“ pásky železa – oceli, umístěné na obvodu dřevěných kol, které se používaly na kočárech a povozech. Tyto pásy se ohřívaly v kovářské výhni, pak byly umístěny okolo kola a přibity, což zajišťovalo spojení pevné přichycení na kolo. Tyto práce prováděl zkušený řemeslník, který byl nazýván „kolář“. Vnější kruh, umístěný po obvodu se nazýval „oblečení“ a sloužil pro snížení opotřebení dřevěného kola. (www.pneu-pneumatika-pneumatiky.cz, 2013) Dnešní vzdcuhem plněné pneumatiky byly vynalezeny v roce 1887,když se o to postaral John Boyd Dunlop, který pomocí zahradní hadice vylepšil jízdní vlastnosti tříkolky svého syna. Nebyl ale první, již v roce 1845 pan Robert William Thomson vynalezl to stejné, ale v jeho době nebylo pro tento vynález uplatnění. Kdežto když ji znovu vynalezl pan Dunlop, už se vyráběla ve velkém jízdní kola, u kterých se vynález uplatnil a tak pan Dunlop získal patent na pneumatiky. Pneumatiky změnili celý svět a doprava se stala úplně jinou. Když už v roce 1906 byly vzduchem plněné pneumatiky použity na letadlech pouhé 3 roky po 1. letu. (www.autocentrumrk.cz, 2012) V roce 1895 byla pneumatika poprvé použita na osobním automobilu. V této době začali pneumatiky vyrábět také Andre a Edouard Michelin. Pneumatiky zůstali v podstatě stejné po celou dobu 20 a 30 let 19. století, ale v roce 1948 představil Michelin první radiální pneumatiku. Tento typ nových pneumatik znamenal jejich delší životnost díky vrstvám kordu, které byly položeny pod úhlem 90 stupňů k ráfku kola. Díky tomuto měla pneumatika menší valivý odpor a tím došlo ke zvýšení kilometrového výkonu těchto pneumatik. Nevýhodou bylo, že pro tyto pneumatiky se musel volit jiný závěsný systém, aby se rovnoměrně sjížděly. (www.pneumatiky-prodej-pneu.cz, 2013)
10
Obr. 1 Výroba první radiální pneumatiky (www.pneumatiky-prodej-pneu.cz)
Tyto pneumatiky se vyráběly a používaly v Itálii, Francii, Japonsku a Německu. V USA však byla zahájena bitva proti těmto pneumatikám. Americké automobilky se bály, že náklady na úpravy svých vozů, aby mohly používat tyto radiální pneumatiky by byly příliš vysoké a tak zůstaly u starší konstrukce pneumatik. To bylo až do 70. Let, kdy vznikla palivová krize a americká veřejnost, z důvodu rostoucích nákladů na pohonné hmoty, požadovala úspornější vozy. To vedlo k uvedení automobilů, kde se používaly úspornější radiální pneumatiky. V roce 1983, byla všechna nová americká auta vybavena radiálními pneumatikami. (www.pneumatiky-prodej-pneu.cz, 2013)
11
3.2 Konstrukce pneumatik Pneumatiky jsou konstruovány z různých druhů materiálů, hlavně pryžových směsí, které mají vysoké výkonnostní vlastnosti důležité pro správnou funkci. Vlastnosti všech částí se v průběhu času mění v závislosti na stáří, vystavovanému počasí, provozních podmínkách a mnoha dalších vlivech. Pneumatika je neoddělitelný soubor materiálů s jinými vlastnostmi, jejichž výroba vyžaduje velkou přesnost. (www.autoznalosti.cz, 2008) Pneumatika je plášť případně s duší, ochranou vložkou nebo bezdušovým ventilem, namontovaný na ráfek a naplněný stlačeným vzduchem. Vložka pro ochranu se používá jen u některých typů ráfků. U pneumatik bezdušových není duše, jejíž funkci plní samotný plášť opatřený bezdušovým ventilem. Plášť je vnější pružná část pneumatiky, díky které dochází ke styku s vozovkou a dosedá svou patkovou částí na ráfek. V praxi se často zaměňuje pojem plášť za slovo pneumatika a naopak. (Vlk, 2000) V podstatě každá pneumatika je tvořena ze tří hlavních komponentů. Mezi tyto komponenty patří pryž (80-85 %), různá vlákna (12-16 %) a ocelový drát (2-3 %). Současná pneumatika je vlastně vyztužený pryžový kompozit vyrobený z polymerů, černých sazí, olejů, různých chemikálií, patkových lan a textilií. (Vlk, 2000)
1 – vnitřní vložka (vzduchotěsná pryž); 2 – kostra; 3 – patka; 4 – patní lano; 5 – bočnice; 6 – nárazník; 7 – běhoun Obr. 2 Konstrukce pneumatiky (www.autoznalosti.cz) 12
3.2.1 Kostra Kostra je složena z jednotlivých částí tvořených vlákny bavlněnýmí, plastovými (Nylon, Rayon), polyesterovými nebo ocelovými, které jsou spojené pryží. Je základní nosnou částí každé pneumatiky. Dle vedení pásů vložek rozeznáváme na dva druhy a to jsou radiální a diagonální pneumatiky. (Jan, Ždánský & Čupera, 2007) Textilní vlákna jsou nedílnou součástí ve struktuře pneumatiky, jejichž úkolem je zajišťovat odolnost proti tlaku. Tkanina jedné automobilové pneumatiky obsahuje asi 1400 vláken, z nichž každé může odolávat síle 15 kg. (www.autoznalosti.cz, 2008)
Obr. 3 Radiální a diagonální druh kostry (www.autoznalosti.cz)
3.2.2 Nárazník Stejně jako kostra je i nárazník složen z vhodných druhů vláken spojených pryží. Nárazník je umístěn nad horní částí kostry a absorbuje většinu nárazů od vozovky. Nárazníkové vrstvy jsou tvořeny tak, že se jednotlivé pásy vzájemně kříží. (Jan, Ždánský & Čupera, 2007) Ocelová lanka, která kříží tkaninu pláště tvoří s ní výztužné trojúhelníky. Tato metoda se nazývá triangulace a přispívá k pevnosti koruny. Takto tvořené nárazníky výztužné vrstvy obklopují pneumatiku po celém jejím obvodu. Musí mít velkou pevnost, aby nebyly nataženy odstředivou silou. Tímto se zachovává průměr pneumatiky za všech podmínek. Stejně tak musí být odolné i v příčném směru, aby odolávaly tlakům a namáhání při změně směru jízdy. Další důležitou podmínkou je 13
dostatečná ohebnost ve svislém směru, čeho se využívá při absorpci namáhání způsobené nerovnostmi povrchu a přejezdu překážek. (www.autoznalosti.cz, 2008)
Obr. 4 Nárazník pneumatiky (www.autolexicon.net)
3.2.3 Běhoun Běhoun je styková plocha mezi pneumatikou a vozovkou. Aby pneumatika správně fungovala, musí mít účelně vytvořený dezén. Dezén je soustava příčných a podélných drážek předepsané hloubky, které jsou uspořádány na povrchu pneumatiky. Podélné drážky zajišťují přenos bočních sil a mají vliv na směrovou stabilitu vozidla. Příčné drážky zajišťují přenos tažné síly na vozovku. Hloubka drážek dezénu má velký vliv na potřebnou adhezi mezi vozovkou a pneumatikou. Tvar dezénu má také vliv na hlučnost pneumatiky. (Jan, Ždánský & Čupera, 2007) V místě kontaktu pneumatiky s vozovkou musí být běhoun schopen odolat značným tlakům. Směs je pro běhoun připravována tak, aby byla schopna uchycení na všech typech povrchu, odolávala opotřebení a obrušování a co nejméně se zahřívala. (www.autoznalosti.cz, 2008)
14
Obr. 5 Běhoun pneumatiky (www.autolexicon.net)
3.2.4 Bočnice Bočnice pláště spojuje běhoun s patkami, je vyrobená z pryžových materiálů a chrání kostru pneumatiky před mechanickým poškozením. Ve výrobě pneumatik se používají dva druhy pryže a to syntetická a přírodní. Syntetická pryž má větší hysterezi, což znamená že pneumatiky odskakují méně od vozovky. Nevýhodou syntetické pryže je, že při teplotách pod -5°C tvrdne a díky tomu se zhoršují adhezní vlastnosti pneumatiky. (Jan, Ždánský & Čupera, 2007)
Obr. 6 Bočnice pneumatiky (www.autolexicon.net)
15
3.2.5 Vnitřní gumová vložka Tato vrstva gumy zabraňuje úniku vzduchu z vnitřku pláště. U bezdušových pneumatik přejímá funkci duše, která se využívala u starších typů pneumatik. Vnitřní gumová vložka je vyrobena z Bytylového kaučuku. (www.autolexicon.net, 2015)
Obr. 7 Vnitřní gumová vložka pneumatiky (www.autolexicon.net)
3.2.6 Patka Patka je spodní zesílená část pneumatiky, která dosedá na ráfek. Patku na ráfek přitlačuje tlak vzduchu v pneumatice a zároveň musí patka přenášet všechny síly mezi pneumatikou a ráfkem. Je konstruována tak, aby dokázala přenést točivý moment motoru a brzdnou sílu mezi pneumatikou a vozovkou. Navíc u bezdušové pneumatiky zajišťuje utěsnění vzduchu uvnitř pneumatiky. (Jan, Ždánský & Čupera, 2007)
16
Obr. 8 Patka pneumatiky (www.autolexicon.net)
3.2.7 Patní lano Patní lana vyztužují patku a pomáhají správnému dosednutí pneumatiky na ráfek. Mohou být zatíženy velkou silou a to až 1800 kg bez rizika přetržení. Také zajišťuje těsné spojení s ráfkem a přenáší podélné síly díky tření mezi ráfkem a patkou pneumatiky. (www.autoznalosti.cz, 2008)
Obr. 9 Patní lano pneumatiky (www.autolexicon.net)
17
3.3 Radiální pneumatiky Radiální struktura pneumatiky se skládá z vrstvy proužků pryže, přičemž každý proužek je uložen kolmo ke směru pohybu pneumatiky. Na koruně pneumatiky je tato kordová pryž zakončená pásem koruny, tvořena z několika vrstev vyztužených ocelovými nárazníky. Tyto korunní vrstvy jsou uloženy na sebe tak, aby se překrývaly v různých úhlech. Jednotlivé vrstvy jsou ukládány různým způsobem na koruně a na bočnicích pneumatik, takže každá část pneumatiky je speciálně řešena k výkonu své funkce. Bočnice je vyztužena jednou tenkou textilní vrstvou a jednou tenkou vrstvou pryže. Na koruně pneumatiky, směrem dovnitř, je výztuha z textilu pokryta pásem ocelových nárazníků. Tato konstrukce umožňuje dostatečnou pružnost bočnic a tuhost koruny. U radiálních pneumatik jsou vlákna v bočnicích od sebe oddělena a jsou zapuštěna do pryže. Na koruně pneumatiky je síť položení vláken složitější. Skládá se z vláken kostry pneumatiky pokračujících z bočnice a kovových nárazníků. Tato síť má tvar trojúhelníku. V bočnicích pneumatiky je smykové napětí mezi paralelními vlákny malé a pryž je docela tenká. Díky tomu nedochází ke vzniku příliš velkého tření ani tepla. Na koruně pneumatiky si trojúhelníková síť zachovává svůj tvar téměř dokonale. Tím pádem je struktura pneumatiky neustále stabilní a při jízdě zůstává v kontaktu s povrchem vozovky. Díky těmto minimálním deformacím se prodlužuje životnost pneumatiky. Výhodou je, že i při minimálním zatížení je pneumatika s radiální konstrukcí celou plochou v kontaktu s povrchem vozovky. Tím pádem je styčná plocha pneumatiky i při nulovém zatížení velká. Při zatížení pneumatiky se změní styčná plocha pouze v podélném směru a šířku si zachová původní. Bloky běhounu se dotýkají povrchu celou plochou a tak poskytují maximální přilnavost. Bočnice jsou pružné a díky tomu je pneumatika schopna pohltit více terénních nerovností.
18
Když je pneumatika v pohybu, na šířku styčné plochy to nemá žádný vliv. Zatížení pneumatiky ovlivní pouze délku styčné plochy. Z toho vyplývá, že na šířku této styčné plochy nemají žádný vliv nepravidelnosti na povrchu vozovky. Díky tomu, že jsou bočnice pneumatik s radiální konstrukcí mnohem pružnější, dochází u nich se vzrůstající silou ke stále většímu a většímu ohybu. Bočnice potom funguje jako kloubový závěs mezi kolem a běhounem, takže pneumatika zůstává celou plochou běhounu na zemi. Tím pádem je žádoucí udržovat směr jízdy i v případě příčných tlaků. (www.autoznalosti.cz, 2008)
Obr. 10 Radiální pneumatika (www.pneu-pneumatika-pneumatiky.cz)
19
3.4 Diagonální pneumatiky Diagonální konstrukce pneumatiky je tvořena několika textilními vrstvami položenými šikmo od jednoho patkového lana k druhému ve střídavém směru. Počet textilních vrstev je závislý na rozměru pneumatiky a její maximální nosnosti. Proužky jsou pokládány stejným způsobem na bočnici i na koruně pneumatiky. Díky tomu, že vrstvy jsou uloženy diagonálně, mají při podélném trakčním pohybu (rotace kola), tendenci se trochu rozšiřovat a zužovat v závislosti na zatížení. Tyto malé pohyby způsobují tření v místech, kde pryž obklopuje síť. Toto tření má za následek energetickou ztrátu ve formě vznikajícího tepla, což v dlouhodobém měřítku zapříčiňuje zhoršení kvality pneumatiky a zkracuje její životnost. Když není zatížená má diagonální pneumatika při kontaktu s povrchem kulatý, až mírně elipsovitý tvar. Po zatížení se postupně rozšiřuje. S rostoucím zatížením se krajní části běhounu tlačí více k zemi, naopak střed běhounu je od povrchu oddalován. Tento jev má vliv na snížení celkové přilnavosti. Pokud dojde při jízdě po rovné vozovce k chvilkovému zatížení, je styčná plocha pneumatiky velká. Ihned po odlehčení se styčná plocha opět zmenší. Tím pádem je diagonální pneumatika vystavena sérii větších a menších kontaktů podle toho, jaký je právě tvar vozovky vzhledem k nerovnostem. Vlivem bočních sil není pneumatika s diagonální konstrukcí kvůli nepružnosti bočnic v kontaktu se zemí celou plochou. Jeden okraj běhounu je zmáčknutý a druhý má tendenci se od povrchu vozovky oddalovat. To má za následek značnou ztrátu původního směru. (www.autoznalosti.cz, 2008)
20
Obr. 11 Diagonální pneumatika (www.pneu-pneumatika-pneumatiky.cz)
3.5 Označování pneumatik Pneumatiky jsou označovány proto, aby docházelo ke snadné orientaci při jejich výběru. Značení je provedeno tak, že jednotlivé údaje o pneumatice jsou vylisovány na bočnici. V současné době je obrovské množství různých výrobců pneumatik a pro lehčí orientaci je základní značení pneumatik pro všechny stejné. Velikost pneumatiky je dána třemi hlavními rozměry a to jsou:
šířka pneumatiky
výška profilu
průměr ráfku
21
Obr. 12 Značení pneumatiky Pirelli P6000 (www.autocentrumrk.cz)
Rozměr pneumatiky je dán průměrem ráfku, který je udáván v anglických palcích a šířkou pneumatiky v anglických palcích nebo v milimetrech. (Jan, Ždánský & Čupera, 2007) Profilové číslo je poměr výšky pneumatiky k její šířce a udává se v procentech. U profilového čísla se také používá pojem „série“, to znamená, že pneumatika série 70 vyjadřuje hodnotu mezi poměrem výšky a šířky 70 %. V současné době je tendence profilové číslo snižovat. (Vlk, 2000)
3.5.1 Index nosnosti Je to číslo, které udává maximální nosnost pneumatiky při rychlosti určené kategorií rychlosti za daných specifických podmínek. (Vlk, 2000)
22
Tab. 1 Indexy nosnosti (Jan, Ždánský & Čupera) LI Nosnost v kg
50 190
55 218
60 250
65 290
70 335
75 387
80 450
85 515
90 600
95 690
3.5.2 Index rychlosti Je to číslo, které udává maximální rychlost, při které může pneumatika nést hmotnost určenou indexem nosnosti za daných specifických podmínek. (Vlk, 2000) Tab. 2 Indexy rychlosti (Jan, Ždánský & Čupera) Označení
L
M
N
P
Q
R
S
T
H
V
Rychlost v km/h 120 130 140 150 160 170 180 190 210 240
3.5.3 Indikátor opotřebení TWI TWI je anglická zkratka slov Tread Wear Indicator, což v překladu znamená indikátor opotřebení běhounu. Ve všech vyspělých zemích a předepsána minimální hloubka dezénu z důvodu bezpečnosti. V České Republice je tato hloubka stanovena na 1,6 mm. Systém TWI slouží k rychlému posouzení hloubky dezénu. V dezénu jsou umístěny malé pryžové můstky, které mají stanovenou výšku a z boční strany pneumatiky jsou označeny písmeny „TWI“. (www.cs.autolexicon.net, 2015)
Obr. 13 Umístění indikátoru opotřebení v dezénu (www.autolexicon.net)
23
4 NOVÉ TRENDY V KONSTRUKCI PNEUMATIK 4.1 Dojezdové pneumatiky I když patent na první dojezdovou pneumatiku vznikl už v roce 1892, v podstatě byl znovu objeven a uskutečněn až v roce 1978 firmou Goodyear. Teprve až v roce 2004 se dojezdové pneumatiky dostali do sériové výroby a postarala se o to právě společnost Goodyear. Pneumatika nesla označení RunOnFlat (ROF). Proto se taky těmto pneumatikám říká „Runflaty“. Ve velkém se však pneumatiky používají teprve v posledních pár letech, vzhledem k trendu zvětšujících se průměrů kol (auto nemusí být
vybaveno
rezervním
kolem)
a
také
hlavně
kvůli
bezpečnosti
(www.cs.autolexicon.net, 2015) Funkce dojezdových pneumatik je založena na použití vyztužených bočnic z extrémně tepelně odolné pryžové směsi. Díky tomuto zesílení umožňuje pneumatika bezpečné postavení i při úplné ztrátě tlaku plnícího plynu. Konstrukce pláště je stejná jako u normální pneumatiky, proto nevyžaduje nasazení na speciální ráfky, ale mohou být použity standardní. Vozidlo vybavené těmito pneumatikami může na píchlé pneumatice ujet ještě vzdálenost až 250 kilometrů (v závislosti na nákladu a typu vozidla) při maximální rychlosti 80 km/h. Přece jen drobná změna oproti klasickým pneumatikám tu je. Vozidlo, na kterém jsou použity dojezdové pneumatiky, musí být vybaveno systémem kontroly tlaku. To musí být z toho důvodu, aby byl řidič informován, že došlo k úniku tlaku a mohl tak snížit rychlost jízdy na předepsaných 80 km/h. (www.janpet.cz, 2015) Důležité je také říci, že díky tužší bočnici dojezdové pneumatiky je jízda tvrdší než při použití klasické pneumatiky. Dojezdové pneumatiky mají také větší hmotnost a valivý odpor, což má za následek zvýšení spotřeby automobilu. Další důležitou věcí je i finanční stránka. Dojezdové pneumatiky jsou asi o tisíc korun dražší než tradiční. Navíc výrobci nedoporučují jejich opravy po defektu a v některých případech je to dokonce zakázané. A i přezouvání těchto pneumatik je náročné právě kvůli tužší bočnici. (www.cs.autolexicon.net, 2015)
24
Obr. 14 Princip dojezdové pneumatiky (www.cs.autolexicon.net)
4.2 Asymetrický dezén pneumatiky V současné době se čím dál více používá u vozidel asymetrický dezén pneumatiky. Jedná se o moderní dezén, který je kombinovaný jak symetrickým druhem dezénu, tak směrovým dezénem. Tyto pneumatiky jsou na boku označeny nápisem „outside“ (vnější strana) nebo „inside“ (vnitřní strana). Při nazouvání těchto pneumatik na ráfek je potřeba dbát na správné natočení pneumatiky. Asymetrické pneumatiky nebývají směrové, výjimkou jsou pouze některé typy závodních pneumatik, např. Goodyear F 1 Fiorano. Běhoun asymetrických pneumatik je rozdělený do zón. Každá zóna plní svou funkci, pro kterou je určená. Podélné drážkování a středová žebra slouží pro přenos trakčních schopností. Naopak vodní lopatky odvádí lépe vodu a zabraňují tím aquaplaningu. Vnější ramena dezénu brání tvorbě hluku a zajišťují vysokou stabilitu při průjezdu zatáčkou díky zpevněné hraně. I díky tomuto zpevnění, nedochází u těchto pneumatik ke sjíždění hran dezénu, což bylo často k vidění u symetrických nebo směrových pneumatik. (www.cs.autolexicon.net, 2015)
25
Obr. 15 Asymetrický dezén Dunlop SP Sport 01 (www.cs.autolexicon.net)
4.3
Systém
monitorování
tlaku
v
pneumatikách
(TPMS)
[www.autovars.cz, 2014] Vzhledem ke změně požadavků EU, musí být všechna vozidla registrována po 1.1.2014 vybavena systémem kontroly(monitorování tlaku v pneumatikách (TPMS). Tato zkratka vznikla z překladu anglických slov Tire Pressure Monitoring Systém. V podstatě je to elektronický systém, který sleduje tlak v pneumatikách a v reálném čase informuje řidiče o jeho poklesu. Všechna vozidla vybavená tímto systémem podle požadavků EU mají na palubní desce žlutou kontrolku, která se rozsvítí při poklesu tlaku. Důležité je, že pokud se zjistí závada u vozidla tímto systémem vybaveného, přestává vůz plnit homologaci a schválení k provozu na pozemních komunikacích.
Obr. 16 Kontrolka poklesu tlaku (www.auto.idnes.cz) V podstatě existují dva druhy systému a to přímý a nepřímý. Systém se skládá ze zobrazovací jednotky (kontrolky) a snímače. Přímý systém využívá snímač uvnitř kola. Nepřímý pak využívá stávající systém ABS. 26
U přímého systému senzor v kole sleduje tlak pneumatiky. Informace přenáší do řídící jednotky vozidla. Různé displeje výrobců informují řidiče o tlaku v pneumatikách nebo pouze o jeho poklesu, ale hodnotu nezobrazují. Tento systém je velice přesný, protože sleduje tlak přímo v každé pneumatice. Výhodou tohoto systému je přesný záznam dat, rozpoznání pozice pneumatik, rozpoznání ztráty tlaku stojícího vozidla a také snímání tlaku u rezervního kola. Nevýhodou je, že tento systém vyžaduje údržbu ventilů a snímačů. U nepřímého systému se využívá systém ABS a systém rychlosti protočení každého kola. Právě změna v rychlosti otáčení kola by se mohla projevit při ztrátě tlaku v pneumatikách. Dále se také měří kmitání kol, které se rovněž mění v závislosti na tlaku v pneumatice. Konstrukce se oproti klasickému kolu bez systému TPMS nemění. Nepřímý systém monitorování tlaku je méně přesný, protože neměří tlak v pneumatice, ani její teplotu. Nezjistí pokles tlaku v pneumatice, když vozidlo stojí na místě. Naopak výhodou zase je, že tento systém je levnější a nenáročný na údržbu. (www.alcar.cz, 2015)
Obr. 17 Přímý systém monitorování tlaku (www.cs.autolexicon.net)
4.3 Nové značení pneumatik [www.ipneu.cz, 2015] Jde o nové značení pneumatik pro motorová vozidla, které vešlo v platnost od listopadu roku 2012. Jde o štítek, který je z výroby umístěn na každé pneumatice a musí 27
specifikovat údaje o spotřebě paliva (valivý odpor), přilnavosti kol za mokra a klasifikaci hluku. Informace tohoto typu musí být rovněž uvedeny v technických propagačních materiálech. Označení používá klasifikaci od nejlepšího (zelená třída “A“) po nejhorší výkon (červená třída “G“). Důvod tohoto značení je poskytnout základní informace o pneumatice konečnému kupci a zjednodušit tak výběr. Dosažení nízkého valivého odporu u pneumatik je velmi důležité, protože pneumatiky přispívají svým vlivem na spotřebu automobilu až 20 %. Pneumatika je během jízdy deformována. Kolikrát větší je deformace, tolikrát vyšší je valivý odpor a tím pádem také roste spotřeba paliva. S tím také souvisí vyšší emise oxidu uhličitého. Rozdíl mezi jednotlivými třídami hodnocení znamená snížení nebo zvýšení spotřeby od 2,5 % do 4,5 %. Přilnavost pneumatiky za mokra je důležitým bezpečnostním faktorem. Díky dobré přilnavosti za mokra se výrazně zkracuje brzdná dráha. Rozdíl mezi jednotlivými třídami hodnocení znamená zvýšení nebo snížení brzdné dráhy automobilu o zhruba 3 až 6 metrů při brzdění z 80 km/h. Hlukové hodnoty uvedené na štítku nejsou interní hodnoty, které řidič vnímá při jízdě, ale externí hodnoty, které jsou součástí akustického znečištění. Hodnoty jsou podle decibelů rozděleny do třech kategorií. Jedna černá zvuková vlna na obrázku znamená, že hodnota hluku je o 3 decibely menší než budoucí evropské limity. Dvě černé vlny znamenají, že je pneumatika v souladu s budoucími limity. Tři černé vlny znamenají, že je pneumatika v souladu se současnými limity.
Obr. 18 Nové značení pneumatik (www.ipneu.cz) 28
5 VYHODNOCENÍ FUNKČNÍCH VLASTNOSTÍ PNEUMATIK 5.1 Aquaplaning Aquaplaning je pojem pro označení ztráty kontaktu mezi vozovkou a pneumatikou. Při tomto jevu se vozidlo stává téměř neovladatelným a chová se podobně jako na ledě. Dochází k němu na mokré vozovce. Pneumatika nestíhá odvádět vodu na vozovce a před pneumatikou se tvoří tzv. vodní klín. Plocha mezi vozovkou a pneumatikou se tak zmenší, že kola nestačí přenášet podélné (brzdné) ani boční (vodící) síly a dochází ke smyku. Pokud již dojde k aquaplaningu, je zapotřebí uvolnit plynový pedál, nezačít brzdit a nepokoušet se prudce zatáčet, ale počkat až se obnoví přilnavost pneumatiky s vozovkou. Po obnovení přilnavosti musí být kola v přímém směru a nezabrzděná, aby nemohlo dojít k roztočení vozidla. Vodní klín, který vzniká před pneumatikou, způsobuje navýšení valivého odporu a díky tomu vozidlo po ubrání plynu značně zpomaluje. Na vznik aquaplaningu má největší vliv rychlost vozidla, výška vody na vozovce, hloubka dezénu, jeho tvar a tlak v pneumatikách. (www.cs.autolexico.net, 2015)
Obr. 19 Průběh vzniku aquaplaningu (www.autocentrumrk.cz)
Kontaktní plocha mezi vozovkou a pneumatikou má velký vliv na jízdní vlastnosti a také na délku brzdné dráhy. Pokud je tedy hloubka dezénu malá, může v kritické situaci rozhodnout o vzniku aquaplaningu. Brzdná dráha pneumatiky s minimální povolenou hloubkou dezénu je na mokru dvakrát delší oproti brzdné dráze nové pneumatiky. Dobré pneumatiky do deště se poznají podle masivních podélných drážek a často mývají směrový tvar dezénu. (www.cs.autolexicon.net, 2015)
29
Obr. 20 Vznik aquaplaningu (www.cs.autolexicon.net)
5.2 Brzdná dráha Brzdná dráha je vzdálenost potřebná k úplnému zastavení vozidla jedoucího určitou rychlostí. Tento parametr bezpečnosti ovlivňuje rychlost řidičovi reakce, kvalita brzd a také se na tom velkou mírou podílí přilnavost pneumatik. Tato dráha je tvořena ze dvou částí a to reakční dráhy a vlastní brzdné dráhy. Reakční dráhu řidič ujede od okamžiku, kdy zjistí kritickou situaci, zpracuje ji a začne brzdit. Vlastní brzdná dráha potom je od počátku brzdění po zastavení vozidla. (www.cs.autolexicon.net, 2015)
Tab. 3 Hodnoty brzdné dráhy pro určitou hloubku dezénu při výšce vodního sloupce 1,5 mm (www.cs.autolexicon.net) Letní pneumatiky
Zimní pneumatiky
Hloubka dezénu [mm]
8
5
3
1,6
8
5
3
1,6
Brzdná dráha [m]
65
70,5
90
123
68
75
97
132
30
Obr. 21 Porovnání brzdné dráhy letní a zimní pneumatiky na mokru (1,5mm vodní sloupec) [www.cs.autolexicon.net]
Brzdná dráha na mokré vozovce se u letní a zimní pneumatiky liší, což je patrné z grafu. Nová letní pneumatika (8 mm) má brzdnou dráhu kratší asi o 3 metry oproti zimní pneumatice. Se snižující se hloubkou dezénu se brzdná dráha prodlužuje a zvětšuje se i rozdíl mezi zimní a letní pneumatikou. Z grafu lze vyčíst, jakým způsobem se mění brzdná dráha při určité hloubce dezénu. Také je vidět, že brzdná dráha opotřebované pneumatiky je výrazně delší než u nové nebo částečně opotřebované.
Tab. 4 Hodnoty brzdné dráhy pro určitou hloubku dezénu při výšce vodního sloupce 3,5 mm (www.cs.autolexicon.net) Letní pneumatiky
Zimní pneumatiky
Hloubka dezénu [mm]
8
5
3
1,6
8
5
3
1,6
Brzdná dráha [m]
67
87
133
182
70
92
140
195
31
Obr. 22 Porovnání brzdné dráhy letní a zimní pneumatiky na mokru (3,5mm vodní sloupec) [www.cs.autolexicon.net]
Tab. 5 Regresní rovnice srovnání brzdné dráhy 2
Letní pneumatiky (1,5 mm vodní sloupec)
h = 0,0027s - 0,6019s + 35,084
Zimní pneumatiky (1,5 mm vodní sloupec)
h = 0,0021s - 0,513s + 32,475
Letni pneumatiky (3,5 mm vodní sloupec)
h = 0,0005s - 0,1755s + 17,146
Zimní pneumatiky (3,5 mm vodní sloupec)
h = 0,0004s - 0,1632s + 16,939
2
2
2
Při výšce vodního sloupce 3,5 milimetru na vozovce, se brzdná dráha nové pneumatiky (8 mm) oproti brzdění na vozovce s výškou vodního sloupce 1,5 milimetru, nepatrně prodloužila. Ovšem s postupným opotřebením pneumatik se brzdná dráha za těchto podmínek výrazně prodlužuje. Také není zanedbatelný rozdíl mezi letní a zimní pneumatikou. Proto je bezpečnější v období kdy nejsou zákonem předepsané zimní pneumatiky, využívat letní.
32
Obr. 23 Brzdná dráha vybraných pneumatik na suchu (www.pneumatiky.cz)
Z grafu lze vyčíst brzdnou dráhu na suché vozovce vybraných výrobců pneumatik. Celkový rozdíl na suchu není tak velký jak uvidíme na mokru. Mezi nejkratší brzdnou dráhou a nejdelší je rozdíl asi 4 metry. Naměřené hodnoty se týkají pneumatik rozměru 195/65 R15.
Obr. 24 Brzdná dráha vybraných pneumatik na mokru (www.pneumatiky.cz) 33
Brzdná dráha se na mokru oproti suchu výrazně prodlužuje, což můžeme porovnat z obou grafů. U kvalitní pneumatiky je brzdná dráha na mokru asi o 10 metrů delší než na suchu (Pirelli). Naopak u výrobců levnějších pneumatik se brzdná dráha razantně prodlužuje až o 20 metrů (Marangoni). Údaje brzdné dráhy na mokru se rovněž týkají rozměru 195/65 R15.
5.3 Hlučnost pneumatik Vnější hlučnost pneumatiky má vliv na emise hluku a proto je důležitým údajem pro životní prostředí, které klade důraz na to, aby tato hodnota byla co nejnižší. Tato naměřená hodnota nemá žádný vliv na hlučnost, kterou vnímáte od pneumatik uvnitř vozidla. Měření probíhá tak, že automobil jede po vozovce rychlostí 80 km/h. Projíždí kolem mikrofonů, které jsou rozmístěny podél vozovky 7,5 metrů od středové čáry ve výšce 1,2 metrů. (www.mpneu.cz, 2015)
Obr. 25 Porovnání hlučnosti pneumatik
34
Z tohoto srovnání lze vyčíst míru vnější hlučnosti pneumatik konkrétních výrobců. Rozdíl mezi nejnižší a nejvyšší hodnotou je 6 decibelů. To je zapříčiněno tím že pneumatika Dayton má směrový dezén, který je lepší v odvádění vody při jízdě na mokré vozovce, ale jak je vidět je výrazně hlučnější. Naproti tomu pneumatika Firestone má symetrický tvar dezénu, který nedosahuje takových výkonů na mokru, ale na suché vozovce je výrazně tišší. Ostatní výrobci uvedení v grafu používají asymetrický dezén, což je kombinace symetrického a směrového. Rozdíl mezi těmito pneumatiky už není tak výrazný jako mezi první a poslední. Celkový rozdíl je 3 decibely. Všechny hodnoty se týkají pneumatik rozměru 195/65 R15.
35
6 ZÁVĚR Na základě získaných technických parametrů pneumatik, které byly tabulkově a graficky zpracovány, byla provedena analýza, která byla zaměřena na velikost brzdné dráhy a míru hlučnosti. Ze získaných hodnot bylo dokázané, že výška hloubky dezénu snižuje brzdnou dráhu hlavně na mokru. Také bylo zjištěno, že konstrukce dezénu má vliv na vnější hlučnost pneumatiky. Při výšce dezénu 8 milimetrů byla brzdná dráha letní pneumatiky na vozovce s výškou vodního sloupce 1,5 mm, 65 metrů zatím co při výšce dezénu 3 milimetry brzdná dráha byla 90 metrů. Na vozovce s výškou vodního sloupce 3,5 milimetru se rozdíly ještě zvětšují. Pneumatika s hloubkou 8 milimetrů měla brzdnou dráhu 67 metrů, oproti hloubce dezénu 3 milimetry to bylo 133 metrů. Hlučnost směrové pneumatiky Dayton byla 73 decibelů. Symetrický dezén (řadový) pneumatiky Firestone měl hlučnost 67 decibelů. Celkový rozdíl činil 6 decibelů. Rozdíl hlučnosti ostatních výrobců mezi sebou byl 3 decibely.
36
7 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY 1. JAN, Z., ŽDÁNSKÝ, B. a ČUPERA, J. Automobily 1 - Podvozky. 1. vyd. Brno: AVID spol. s.r.o., 2007, 228 s. ISBN 978-80-87143-03-2. 2. VLK, F. Podvozky motorových vozidel. 1. vyd. Brno: Prof. Ing. František Vlk, DrSc., 2000. 392 s. ISBN 80-238-5274-4.
INTERNETOVÉ ZDROJE 1. Alcar. Systém TPMS. [online] [cit. 4.4.2015]. Dostupné na: < http://www.alcar.cz/99784_CZ.htm> 2. Autocentrum RK. Aquaplaning. [online] [cit. 7.4.2015]. Dostupné na: < http://www.autocentrumrk.cz/aquaplaning/> 3. Autocentrum RK. Historie pneumatic. [online] [cit. 31.3.2015]. Dostupné na: < http://www.autocentrumrk.cz/historie-pneumatik/> 4. Autocentrum RK. Značení pneumatik. [online] [cit. 2.4.2015]. Dostupné na: < http://www.autocentrumrk.cz/znaceni-pneumatik/> 5. Auto.idnes.cz. Kontrola tlaku v pneumatikách. [online] [cit. 4.4.2015]. Dostupné na:
6. Autolexicon.net. Aquaplaning. [online] [cit. 7.4.2015]. Dostupné na: 7. Autolexicon.net. Asymetrické pneumatiky. [online] [cit 4.4.2015]. Dostupné na: 8. Autolexicon.net. Brzdná dráha. [online] [cit. 7.4.2015]. Dostupné na: 9. Autolexicon.net. Konstrukce pneumatiky. [online] [cit. 1.1.2015]. Dostupné na: 10. Autolexicon.net. Pneumatiky Runflat. [online] [cit. 4.4.2015]. Dostupné na: 11. Autolexicon.net. TWI. [online] [cit. 3.4.2015]. Dostupné na: 12. Autovars. Systém kontroly tlaku v pneumatikách. [online] [cit. 4.4.2015]. Dostupné na:
37
13. Autoznalosti. Konstrukce pneumatiky. [online] [cit. 1.4.2015]. Dostupné na: 14. Ipneu.cz. Nové značení pneumatik. [online] [cit. 5.4.2015]. Dostupné na: 15. Janpet. Co je to RFT. [online] [cit. 4.4.2015]. Dostupné na: 16. Mpneu.cz. Třída vnější hlučnosti pneumatik. [online] [cit 16.4.2015]. Dostupné na: < http://mpneu.cz/tridavnejsihlucnosti/> 17. Pneu Pneumatika Pneumatiky. Informace o pneumatikách. [online] [cit. 2.4. 2015]. Dostupné na: 18. Pneumatiky Prodej Pneu. Historie pneumatik. [online] [cit. 31.3.2015]. Dostupné na: 19. Pneumatiky.cz. Test letních pneumatic. [online] [cit. 16.4.2015]. Dostupné na: < http://www.pneumatiky.cz/info/test-letnich-pneumatik-2014-autobild.html> 20. Star-pneu.cz. Testy pneu 2013. [online] [cit. 6.4.2015]. Dostupné na:
38
8 SEZNAM OBRÁZKŮ Obr. 1 Výroba první radiální pneumatiky ....................................................................... 11 Obr. 2 Konstrukce pneumatiky ....................................................................................... 12 Obr. 3 Radiální a diagonální druh kostry ........................................................................ 13 Obr. 4 Nárazník pneumatiky ........................................................................................... 14 Obr. 5 Běhoun pneumatiky ............................................................................................. 15 Obr. 6 Bočnice pneumatiky ............................................................................................ 15 Obr. 7 Vnitřní gumová vložka pneumatiky .................................................................... 16 Obr. 8 Patka pneumatiky ................................................................................................ 17 Obr. 9 Patní lano pneumatiky ......................................................................................... 17 Obr. 10 Radiální pneumatika .......................................................................................... 19 Obr. 11 Diagonální pneumatika ...................................................................................... 21 Obr. 12 Značení pneumatiky Pirelli P6000 .................................................................... 22 Obr. 13 Umístění indikátoru opotřebení v dezénu .......................................................... 23 Obr. 14 Princip dojezdové pneumatiky .......................................................................... 25 Obr. 15 Asymetrický dezén Dunlop SP Sport 01 ........................................................... 26 Obr. 16 Kontrolka poklesu tlaku..................................................................................... 26 Obr. 17 Přímý systém monitorování tlaku ...................................................................... 27 Obr. 18 Nové značení pneumatik ................................................................................... 28 Obr. 19 Průběh vzniku aquaplaningu ............................................................................. 29 Obr. 20 Vznik aquaplaningu ........................................................................................... 30 Obr. 21 Porovnání brzdné dráhy letní a zimní pneumatiky na mokru (1,5mm vodní sloupec) ........................................................................................................................... 31 Obr. 22 Porovnání brzdné dráhy letní a zimní pneumatiky na mokru (3,5mm vodní sloupec) ........................................................................................................................... 32 Obr. 23 Brzdná dráha vybraných pneumatik na suchu ................................................... 33 Obr. 24 Brzdná dráha vybraných pneumatik na mokru .................................................. 33 Obr. 25 Porovnání hlučnosti pneumatik ......................................................................... 34
39
