Az autó, amikor halad, motorjával menetellenállásokat kell leküzdenie. A motor munkájából a kerekek és az út kapcsolódási pontján kialakuló ún. vonóerőnek kell egyensúlyt tartania a menetellenállásokból eredő erők összegével, eredőjével. A járműre ható erők mindig egyensúlyban vannak. Ez statikus egyensúlyban lehet, akkor az autó egyenletes sebességgel halad és lehet dinamikus egyensúlyban, akkor az autó gyorsul. Az autót a külső ható tényezők nemcsak gátolják a mozgásában, hanem segítheti is. Ez a lejtő és a hátszél (pláne ha lenne vitorlánk…).Az autó menetellenállása lehet külső és belső.A legismertebb külső menetellenállást a légellenállás adja.A gumiabroncs gördülő vagy gördülési ellenállását részben külső tényező, az út felület jellemzői, másrészben belső tényező, az abroncs „gyúrása” együtt adja meg.Az emelkedési ellenállás a pálya meredekségétől függ, de azt, hogy mekkora erőt kell kifejteni hegymenetben (adott meredekségnél), azt az autó tömege határozza meg.Ha gyorsulni akarunk, akkor a gyorsítandó tehetetlen tömeg áll ellen. Az autó mérlegelt tömege adja az egyik ellenállási tényezőt, míg a forgó tömegek tehetetlensége a másikat. Minden, ami forog és a forgását gyorsítani akarjuk, ellen áll, tehát a felgyorsításhoz nyomaték kell, minél nagyobb gyorsulást akarunk elérni, annál nagyobb vonóerőt, illetve forgatónyomatékot kell kifejteni.Tehát a menetellenállások az alábbiak:- gördülési ellenállás,- légellenállás,- emelkedési ellenállás,- gyorsítási ellenállás. A menetellenállásokat „pénztárcánkkal” küzdjük le. Az nem mindegy, hogy mennyit fogyaszt az autó, hogy kifejtse a menetellenállások legyőzéséhez szükséges erőt.A csökkentésnek három oldala van:- a menetellenállás csökkentése (ez a fizikai határokon belül – vajon ismerjük a határokat? – kutatási eredményeken alapuló tervezői konstrukciós feladat),- az erőforrás és a hajtáslánc hatásfokának növelése (az előző mondható el itt is),- az autóvezetés módja.Megkezdjük kalandozásunkat a menetellenállások területén.Kezdjük a gördülési ellenállással!A Wikipédia szócikke szerint:„Gördülő ellenállás az az ellenállás (erő, nyomaték), amely akkor lép fel, ha egy testet egy másikon legördítünk. Fellép például gördülőcsapágyakon, gépkocsi kerékabroncson. A gördülési ellenállás a görgő, a kerék vagy abroncs és a pálya deformációjából ered. Például a gumiabroncs gördülési ellenállása nagyobb, mint az acélból készült vasúti kocsi kerekének ellenállása. Hasonlóképpen a homok vagy beton nagyobb ellenállást okoz, mint a kemény acél vasúti sín. A gördülő ellenállás általában sokkal kisebb, mint a száraz csúszósúrlódás.”Mi csak a szilárd, sima útfelületen gördülő gumiabroncs ellenállását taglaljuk, így a besüppedő talajon haladás nem témánk. Ez azonban fontos a terepjárásnál, mezőgazdasági – szántóföldi – erőgépeknél.A gördülési ellenállás csak a gumiabroncs jellemzőin, terhelésen múlik. A gördítés ellenállása az abroncs belső gyúrási, deformációs munkája miatt alakul ki. Példaként felhozhatjuk, hogy egy gumilabdát, ha adott magasságról leejtünk, az nem fogja visszapattanáskor elérni a kiinduló szintet. A labda deformációja energiát emészt fel.Gördülő ellenállás számításához szolgál az alábbi ábra. Az ábrán az erőjáték látható.Az r sugarú kerék a függőlegesen lefelé irányuló G erővel nyomja a pályát, ennek reakcióereje az N felfelé mutató erő, amely azonban nem a kerék tengelyének függőlegesében, hanem attól d távolságra ébred. A vontatáshoz szükséges erő FR. A G és N erők alkotta erőpár M nyomatékot okoz:M = G x dA vontató FR erőnek ezzel kell egyensúlyt tartania. Ha például jármű kerekéről van szó, ott ez a vízszintes erő a kerék tengelyében hat, mellyel a keréknek a talajt érintő pontján ébredő száraz súrlódás ereje tart egyensúlyt. Ez a két erő is erőpárt alkot, melynek távolsága a kerék r sugara:M = FR x rA két nyomaték egyenlő, így a gördülő ellenállás ereje így írható:FR = (d/r) x GMásrészről a gördülési ellenállást a száraz súrlódáshoz hasonlóan így is szokás írni:FR = f x GAhol f a gördülési ellenállási tényező:f = d/rA gördülő „f” súrlódási tényező hozzávetőleges értékeiGördülőelem/pálya0,0005–0,001Golyóscsapágy, Golyó és csapágygyűrűk edzett acélból[1]0,001–0,002Vasúti kocsi kereke sínen[2]0,007Gumiabroncs aszfalton0,006–0,010Tehergépkocsi gumiabroncs aszfalton0,013–0,015Személygépkocsi gumiabroncs aszfalton0,01–0,02Gumiabroncs betonon[3]0,020Gumiabroncs kavicson0,015–0,03Gumiabroncs kockakövön[3]0,03–0,06Gumiabroncs kátyús úton[3]0,045Lánctalp kocsiúton (például a német Leopard 2 páncélos)0,050Gumiabroncs földúton0,04–0,08Gumiabroncs homokban0,07–0,08Erősen bordázott mezőgazdasági gumiabroncs (Caterpillar Challenger und John Deere 8000T) aszfalton0,2–0,4Gépkocsi gumiabroncs futóhomokbanForrás: WikipediaNézzük meg ezek után, hogy az előző, kissé tankönyv ízű elméleten túl, miként is vannak a dolgok a valóságban.A felelős „felső akarat” – legyen ez az EU – a közlekedési energiafogyasztás és ezzel együtt a széndioxid kibocsátás csökkentése és a közlekedésbiztonság növelése érdekében az autótechnikában előírásokat fogalmaz meg. Ebből nem maradnak ki a gépjárművek gumiabroncsai sem.Ahogy az energiafogyasztási osztályba sorolási címke a hűtőgépen, vagy mosógépen a vásárlóknak nagyon jó tájékoztatást ad, úgy a gumiabroncs címke is segít a vásárlásban. Sőt, ez lényegesen összetettebb: a fogyasztásra gyakorolt hatása, a nedves tapadás és a zaj is osztályozott. Bizony célszerű ezt nem figyelmen kívül hagyni! (Ne mindig csak a legolcsóbb ár legyen a szempont.)Az előírások a gyártóknak minimálisan teljesítendő értékhatárt is adnak és besorolási rendszert is tartalmaznak, hogy a jobbak e szerint meg tudják mutatni magukat, piaci előnyre tehessenek szert. Nevezetesen a gumiabroncsokat címkézni kell, erről már e rovatban is írtunk és egyébként reméljük, hogy az autósok részéről közismert. Tehát a tudomány belépett a hétköznapi életünkbe.A mai leckénk ezen címkeinformáción belül a fogyasztásra utaló besorolás megismerése. És ez nem más, mint a gördülési ellenállás értéke. Ha egy abroncsnak kicsi a gördülési ellenállása, akkor ennek leküzdésére kevesebb energiát kell fordítanunk a „pénztárcánkból”. Ahogy azt az itt megismételt címkép mutatja, ha az autót tolnunk kell, akkor sík úton nem mást, csak a gumiabroncsok gördülési ellenállását kell legyőznünk. (Célszerű szólnunk a kormánynál ülőnek, hogy vegye ki sebességből és ne nyomja a féket sem…)A címke első oszlopa mutatja az abroncs gördülési ellenállását, áttételesen a tüzelőanyag fogyasztásra gyakorolt hatását.Látjuk, hogy gyakorlatilag 6 osztály van: A-B-C-E-F-G. Az A osztályba sorolt abroncs a leggazdaságosabb.Vizsgáljuk meg, hogy műszakilag milyen paraméter alapján történik a besorolás. (Mi csak a személygépjárművek abroncsait tárgyaljuk, ezek csoportja a C1.)A jellemző a gördülési ellenállás, illetve a gördülési ellenállási tényező. Ezt az előírások angol rövidítéssel jelölik: RRC (Rolling Resistance Coefficient).Értékét próbapadon mérik az ENSZ EGB (UN ECE) Reg.117.02 előírásban foglaltak szerint, mely egyezik az ISO28580 szabvánnyal. Az alábbi táblázatból az kiderül, hogy ezeket a mérések vizsgáló (minősítő) laboratóriumban végzik, próbapadokon (Indoor Method – machine test). Az előírások függnek attól, hogy típusvizsgálat (Type Approval) a cél vagy a címkézés (Labelling).A vizsgálóberendezés végeredményben a gördülési ellenállási erőt méri. Az abroncsot neki szorítják a nagy átmérőjű (1,7 m sugarú) dobnak, a dobot forgatják a gumiabroncs gördülési ellenállása ellenében.A mérőberendezés látható a következő képen.Az RRC, tehát a gördülési ellenállási tényező dimenzió nélküli szám, tehát nincs mértékegysége. Pontosabban viszonyszám, esetünkben erő/erő. Mértékegységben N/kN. Azt mondja meg, hogy az abroncs útfelületre merőleges 1 kN terhelésekor hány Newton erő kell a gördítéséhez.A címkén és a mellette lévő táblázatban (lásd korábbi képünket!) az A osztályú abroncsnál a gördítéshez kisebb vagy egyenlő 6,5 N erő kell, míg a legrosszabb esetben ez nagyobb, mint 12,1 N.Mit keres a hivatalos táblázatban (lásd a képünket!) és az európai előírásokban, valamint az átvett, lefordított anyagban mértékegységként a [kg/tonna]. Sehogyan sem jó! És az SI mértékegységnek sem felel meg. Egyszerűen rossz!A gumiabroncs gördülési ellenállása – mint már elemeztük - szoros összefüggésben áll a járművek tüzelőanyag-fogyasztásával és ezáltal a széndioxid kibocsátással. A gördülési ellenállás tulajdonképpen nem más, mint a vezetés közben az útfelület és a gördülő autógumi között folyamatosan fennálló hatás. Miközben az autógumi futófelülete érintkezik az útfelülettel, minden fordulatnál deformálódik és torzul. Ez az alakváltozás az autógumi felmelegedésével és energia leadásával jár. A gördülési ellenállás leküzdéséhez vonóerő szükséges. A vonóerő létrehozásához pedig tüzelőanyag. Gondoljunk úgy a gördülési ellenállásra, mintha a gépkocsinak állandóan egy 1%-os emelkedőn kellene felmennie.A gördülési ellenállás leküzdése a gépkocsik tüzelőanyag-fogyasztásának kb. 15%-át teszi ki. A gördülési ellenállás kb. 40 km/h sebességig a meghatározó menetellenállás állandó sebességű haladásnál. Ebből jól látható, hogy a kis gördülési ellenállással rendelkező abroncsok segíthetik a tüzelőanyag megtakarítást.Az abroncscímke jelölése szerint az „A" osztályba tartozó, alacsony gördülési ellenállással rendelkező autógumik, akár 7,5%-kal is csökkenthetik a gépjármű fogyasztását a „G" osztályba tartozókhoz képest.Napjainkban egy kis gördülési ellenállású gumiabronccsal bárki csökkentheti gépkocsijának fogyasztását.Néhány adat a Michelin-től, tőlük idézünk. Becsléseik szerint világszerte 12 milliárd liter a megtakarított tüzelőanyag 1992 óta a MICHELIN Energy takarékos gumiabroncsok használatával. 1992 óta több mint 400 millió Michelin alacsony gördülési ellenállású gumiabroncsot értékesítettek Európában. 1992 óta a MICHELIN Energy energiatakarékos gumiabroncsok alkalmazása elképesztő mértékben, 30 millió tonnával csökkentette a gépkocsik CO2-kibocsátását. Ha az összes európai személygépkocsira Michelin Energy gumiabroncsot szerelnének fel, akkor évente körülbelül 3 milliárd liter (mintegy 100 000 tanker) tüzelőanyagot lehetne megtakarítani. Természetesen más gumiabroncs-gyártóknak is vannak A vagy B besorolású abroncsai.A gördülési ellenállás a legjobb anyagú, szerkezetű abroncsnál is változik a levegő nyomásával, a terheléssel és kis mértékben a sebességgel. Ha a levegő nyomása a névleges alá csökken vagy a terhelés nem megengedett értékű – a gördülési ellenállás lényegesen megnő.Ne felejtsük el a gumiabroncs nyomását a gépkocsi terheléséhez igazítani!Ez nem csak a fogyasztásnak tesz jót, hanem abroncs szerkezetét is megóvja. Különösen igaz ez mostanában, amikor az autóval a család nyaralni megy és sokan legszívesebben még a háromajtós hálószoba szekrényt is magukkal vinnék…Menetellenállásokat taglaló sorozatunk következő részben a légellenállással foglalkozunk. Ennek kutatásában jelentős a magyarok szerepe. Dr. Nagyszokolyai Ivánaz Autótechnika főszerkesztője(Az Autótechnika folyóiratban a témához kapcsolódó számtalan szakmai cikk jelent meg, ezek a lap előfizetőinek visszamenőleg is olvashatóak a http://autotechnika.hu oldalon. További információt is itt találhatnak.)