2019-10-24

Ewolucja opon – jak zmieniły się przez lata i jak wpłynęło to na bezpieczeństwo?

To zdecydowanie jeden z najważniejszych elementów w samochodzie. Wszystkie decyzje kierowcy i reakcje auta przekazywane są na jezdnię wyłącznie przez cztery kawałki gumy, której łączna powierzchnia styku z nawierzchnią to tylko jedna kartka A4. W jaki sposób koła potrafią sprostać temu wyzwaniu i jaką musiały przejść ewolucję, by osiągnąć obecny stan rozwoju?
Przełomowe rozwiązanie, które stosujemy do dziś

Pierwsze automobile radziły sobie bez nich, ale też wymagania przed nimi stawiane nie były zbyt wysokie. Otoczenie obręczy gumą stanowiło przełom, który sprawił, że podniósł się znacznie komfort jazdy, zredukowany został hałas, a przyczepność do nawierzchni wzrosła. Pierwszym masowo produkowanym autem z tak skonstruowanym kołem był słynny Ford T, ale na cały projekt złożyło się kilka wcześniejszych ważnych wynalazków. Do najważniejszych zaliczyć można zastosowanie kauczuku przez Charlesa Goodyeara, czy wynalezienie opony pneumatycznej (pompowanej powietrzem) przez Johna Dunlopa.

Pierwsze masowo produkowane auto wyposażone w oponę nie miało bieżnika – ten pojawił się dopiero rok później, co poprawiło zachowanie samochodu na mokrej nawierzchni. Rowki odprowadzały wodę, przeciwdziałając tworzeniu się wodnej poduszki i utraty kontroli nad samochodem (zjawisko aquaplanningu).

Jednym z podstawowych zagadnień na początku rozwoju był wzrost trwałości i podwyższenie niezawodności. Pierwsze produkty pneumatyczne wytrzymywały jedynie kilkaset kilometrów, a podczas ich pokonywania często dochodziło do uszkodzenia dętki wypełnionej powietrzem. Powód zazwyczaj był prozaiczny – dętka ocierała o wewnętrzną część gumy. Jeśli dodamy do tego niedoskonałości montażu koła i opony na kole, to często prosta awaria wymuszała długotrwałą przerwę w podróży. Dopiero w latach 20. XX wieku dopracowano konstrukcję tak, aby dętka nie przedziurawiała się bez powodu, a przebiegi między wymianami i ogólna trwałość wzrosły nawet do 15 000 - 20 000 kilometrów.

Radialna i diagonalna – czym się różnią?

Ówczesne produkty branży oponiarskiej określano mianem diagonalnych. Oznacza to, że wzmacniano je przynajmniej dwoma warstwami kordu, który oplatał czoło i boki. Wzmocnienia wykonywano z materiału lub stalowych linek. Taka opona była bardzo sztywna, co źle wpływało na przenoszenie sił napędowych, skuteczne hamowanie i odpowiednie ułożenie gumy podczas pokonywania zakrętu. W praktyce nie nadawały się do aut, które często rozwijały większe prędkości. W Europie zostały wypchnięte z rynku przez wynalezione przez koncern Michelin w 1946 roku opony radialne. Za oceanem ich popularność utrzymywała się znacznie dłużej – głównie ze względu na mniejszą liczbę łuków i znacznie wyższy, preferowany przez nabywców, komfort jazdy – nierówności tłumione były dodatkowo przez wzmocnienia.

Rozwiązania radialne to prawdziwy przełom, który pozwolił rozwinąć się samym konstrukcjom aut. Zwiększona trakcja spowodowała rozwój gamy aut sportowych – możliwe było osiąganie większych prędkości na zakrętach, a także skuteczniejsze hamowanie i przyspieszanie. Cechy te zostały osiągnięte przez zmianę konstrukcji wewnętrznej. Nici osnowy nie krzyżują się, co powoduje zmniejszenie oporów toczenia – dzięki temu zmniejszono także zużycie paliwa. Większa elastyczność boków powoduje lepsze ułożenie w zakręcie i eliminację zjawiska nagłej utraty przyczepności. Istotne było także zmniejszenie nagrzewania podczas jazdy i wydłużenie przebiegów pomiędzy uszkodzeniami – złapanie popularnego „kapcia” w gumie radialnej przytrafiało się jeszcze rzadziej niż w diagonalnej.

Rozwój samochodów wymusił powstanie przyczepnych i odpornych na przeciążenia opon

Zaawansowanie technologiczne nowego produktu spowodowało możliwość rozwoju parametrów trakcyjnych. Mniejsze rozgrzewanie, zwłaszcza podczas szybszej jazdy, spowodowało rozwój ogumienia do aut sportowych. W 1965 roku Michelin zaprezentował serię XAS, o zadekla­rowanej klasie prędkości do 210 km/h. Jednocześnie podwyższono odporność na aquaplanning i stabilność w zakrętach. Już kilka lat później na rynku dostępna była seria XWX, która zapewniała stabilne warunki i brak niespodzianek nawet przy 250 – 300 km/h. Umożliwiło to rozwój aut drogowych, zdolnych rozwijać wysokie prędkości.

Do dziś standardem są modele bezdętkowe, radialne, ale oprócz samej koncepcji wiele się zmieniło. Przez ostatnie kilkadziesiąt lat modyfikowano naprawdę wiele parametrów, bo dostrzeżono, że odpowiedni skład, rzeźba bieżnika i dobranie do samochodu znacząco poprawia właściwości jezdne, co zapewnia kierowcy i pasażerom większe bezpieczeństwo czynne.­

Przez lata zmieniły się także proporcje wysokości gumy do felgi i sam rozmiar kół. Dziś standardem są opony niskoprofilowe, kiedyś obecne jedynie w autach sportowych. Niższy bok powoduje mniejsze podwijanie się podczas nagłego skrętu – np. przy wymijaniu zagrożenia na drodze, co zwiększa bezpieczeństwo, choć niestety często kosztem komfortu jazdy. Wzrost wielkości kół spowodował zmiany technologii produkcji i stosowanie mniejszych tolerancji w kontroli jakości gotowego produktu.

Bieżnik – jak zmieniała się jego rzeźba?

Najstarszym technologicznie rodzajem jest bieżnik symetryczny, czyli identyczny po obu stronach. Takie koło można zamontować w dowolnym kierunku i po dowolnej stronie pojazdu. Ta uniwersalność nie zapewnia jednak wysokich parametrów trakcyjnych. Kiedyś był to jedyny znany wzór, ale obecnie jego wykorzystanie ogranicza się do niewielkich, tańszych aut i samochodów dostawczych.

Pierwszym przełomem był bieżnik asymetryczny we wspomnianej Michelin XAS. W takiej konstrukcji jedna strona bieżnika ma inny układ rowków niż druga. Pierwsza część odpowiedzialna jest za maksymalną przyczepność na zakrętach i stabilność na prostych, a rolą pozostałej jest efektywne odprowadzanie wody spod opony. To najdoskonalsza, ale i najdroższa w wykonaniu technologia, która oznacza konieczność dokładnego i zawansowanego projektu obu części i wzajemnej ich korelacji. Obecnie jest to rozwiązanie dla aut klasy wyższej, dysponujących wysokimi osiągami.

Innym, wynalezionym jakiś czas temu rozwiązaniem, jest opona kierunkowa, z bieżnikiem w charakterystyczną literę V. Efekty prac inżynierów pokazały, że jest to dobry sposób na zwiększenie ilości odprowadzanej wody. Dlatego częste zastosowanie ma wśród produktów sezonowych – głównie zimowych.

Zimowe, letnie i całoroczne – coraz większa specjalizacja produktowa

Osobnym kierunkiem rozwoju jest specjalizacja - w zależności od pory roku, rodzaju auta lub sposobu eksploatacji. Takie rozwiązania znane są od dawna – pierwsze z nich prezentowano jeszcze przed II Wojną Światową. Jednak ostatnie dziesięciolecia to ich znaczna popularyzacja i rozwój. Współczesne „zimówki” pozwalają osiągać wysokie prędkości i są równie ciche oraz oszczędne jak ich letnie odpowiedniki. Znaczną różnicą jest odpowiednie dopasowanie składu mieszanki, która pozwala zachować elastyczność w niskich temperaturach oraz agresywny bieżnik z lamelami, który wgryza się w śnieg. Zapewnia to możliwość skutecznego hamowania i zmiany kierunku jazdy w najtrudniejszych warunkach.

W ostatnich latach znacząco ewoluowały także opony całoroczne oraz letnie z homologacją zimową (oznaczone płatkiem śniegu na tle gór). Obecna technologia pozwala w akceptowalny sposób łączyć przydatność w lecie z pełnym bezpieczeństwem w zimie.

Sposób utrzymywania właściwego, okrągłego kształtu również znacznie się zmienił. Od opon lanych, poprzez pneumatyczne z dętką, aż do obecnie stosowanych bezdętkowych. Jednak to nie koniec rozwoju, bo w ostatnich latach pojawiły się produkty odporne na przebicie – oznaczone jako ROF lub RSC. Ich popularność wzrasta, bo eliminują niebezpieczeństwo nagłego uszkodzenia – wzmocnienia ścianek bocznych pozwalają na utrzymanie pełnej trakcji nawet po przebiciu.

To także wygoda dla kierowcy, bo umożliwia to kontynuowanie podróży. Auto jest nadal stabilne i można z ograniczoną prędkością dojechać do domu lub do serwisu. Dziś jest to rozwiązanie tak popularne, że większość modeli ma swoje wzmocnione i odporne na przebicie odpowiedniki.

Przyszłość dzieje się już dziś

Branża oponiarska cały czas pracuje nad poprawą właściwości swoich produktów. Każdy kolejny model jest bardziej przyczepny od poprzedniego, co jest spowodowane wprowadzaniem nowych składników chemicznych i przez to zmianami składu mieszanki gumowej oraz nowymi, zoptymalizowanymi wzorami bieżnika.

Od kilkunastu lat można zauważyć trend wzrostu znaczenia ekologii, który to będzie coraz bardziej kształtował w przyszłości rynek. Auta powinny zużywać coraz mniej paliwa i przez to także opony staną się coraz bardziej energooszczędne – z mniejszymi opory toczenia. Ważne jest, że postęp w tej dziedzinie nie może odbywać się kosztem bezpieczeństwa jazdy. Krótka droga hamowania i odpowiednia przyczepność na zakręcie nadal są kluczowe.

Coraz częściej mówi się o modelach, które nie będą w środku miały przestrzeni na powietrze, a warstwę bieżnika z felgą będzie łączyć odpowiednia elastyczna struktura z gumowymi lub kompozytowymi ramionami. Takie rozwiązanie może mieć wiele zalet – główną jest całkowita odporność na przebicie i umożliwienie zachowania sztywności nawet przy wysokiej ściance bocznej. Brak pełnego wypełnienia prawdopodobnie zmniejszy także masę nieresorowaną, co pozytywnie wpłynie na prowadzenie i komfort jazdy.

Nowatorska struktura może umożliwić także wprowadzenie elektroniki – będzie to znacznie prostsze niż teraz. Obecnie, w środku gumy, zazwyczaj znajdują się przytwierdzone do felgi czujniki ciśnienia, ale w przyszłości danych pozyskiwanych bezpośrednio z nawierzchni może być znacznie więcej. Wzrost możliwości montowanych w autach systemów bezpieczeństwa pozwoli wykorzystać informacje odczytywane bezpośrednio z kół (w tym z opon) o siłach działających na układ jezdny i o parametrach nawierzchni. Pozwoli to lepiej zarządzać przekazywaniem mocy czy obciążaniem poszczególnych obwodów układu hamulcowego. Poprawi to zdolność auta do reakcji w warunkach zagrożenia i finalnie zwiększy aktywne bezpieczeństwo podróżujących.

Już teraz powszechnie wiadomo, że opona nie jest tylko kawałkiem gumy, ale produktem zaawansowanej technologii, który jest starannie zaprojektowany, przetestowany i wykonany. Dlatego dobrze współgra z dopracowanymi i zaawansowanymi samochodami, których najważniejszym celem jest nie tylko wygodne, ale przede wszystkim bezpieczne dowiezienie do celu wszystkich podróżnych. To dzięki wysokiej przyczepności możliwe jest stosowanie systemów bezpieczeństwa, które hamują lub zmieniają tor jazdy w zależności od potrzeb. Ich wszystkie decyzje realizowane są za pośrednictwem opon, dlatego muszą być one równie nowoczesne – tak, by dopełnić obrazu współczesnego auta, którego koncepcja ma sporo ponad 120 lat, ale nieustannie się rozwija i zapewnia ludzkości nowe możliwości..

Pytanie do eksperta: Jak zmieniła się oferta na rynku ogumienia i jak przekłada się to na codzienną eksploatację?

Filip Kaczanowski:

Jeszcze jakiś czas temu dzieliliśmy opony na dwie kategorie: letnie i zimowe.
Każdy przeciętny kierowca wiedział, kiedy jakie opony powinniśmy stosować.  
Obecnie oferta jest znacznie szersza. Pojawia się wiele nowych rodzajów, skierowanych do wybranej grupy pojazdów np. ogumienie do aut typu SUV. 
Mamy w ofercie również opony całoroczne lub opony letnie z homologacją zimową, co sprawia, że każdy użytkownik samochodu może dobrać produkty odpowiednie do swojego pojazdu, warunków użytkowania oraz planowanego przebiegu. 
Zmieniła się również struktura opon i jakość mieszanek, z których są zrobione. Dzięki temu lepiej zachowują się w niekorzystnych dla siebie warunkach, czyli letnia zimą, a zimowa latem. 
Pamiętajmy o wykorzystywaniu opon zgodnie z ich przeznaczeniem i obowiązkowo pilnujmy głębokości bieżnika.