По-големите колела означават по-голяма ротационна маса, поради което двигателът трябва да работи по-усилено, за да приведе в движение автомобила при ускоряване. SAE е извършил няколко изпитания и установил, че увеличаването на диаметъра на колелото само с един инч всъщност може да забави автомобил със средни перформанси при ускоряването от 0 до 60 mph с около 0,2 секунди. Защо се случва това? Причината е в начина, по който физиката действа върху въртящите се обекти. Когато теглото е разположено по-далеч от центъра на колелото, то създава значително по-голямо съпротивление при опитите за увеличаване на ъгловата скорост. Затова много перформанс автомобили напускат фабриката с по-малки и по-леки колела. Автопроизводителите знаят какво правят — размерът на колелата вече не е само въпрос на външен вид. Той има истинско значение за общата ефективност на цялата трансмисионна система.
По-големите колела обикновено правят автомобилите по-стабилни при завиване, тъй като намаляват огъването на страничните стени на гумите, което означава, че усещането при управление е по-остро при високи скорости по магистралите. Но има и обратна страна. Тези по-големи колела повдигат центъра на тежестта на автомобила, поради което при рязко завиване целият автомобил има тенденция да се наклонява повече от необходимото. Някои изследвания показват, че увеличаването на диаметъра на колелата с около 15 % може всъщност да увеличи ефекта от наклона с около 8 % при завиване с умерени скорости. Производителите на автомобили се опитват да компенсират този недостатък чрез подходящи подвески, но в крайна сметка повечето механични експерти все още считат, че по-широките колела са по-добри за прецизността при управление. По-широките гуми създават по-големи контактни площи с пътната настилка, без да повдигат прекалено високо автомобила над земята, което осигурява по-добра сцепляемост за шофьора и запазва предсказуемостта при пренасяне на теглото по време на нормално шофиране.
Науката зад материалите показва доста големи разлики в теглото между различните видове колела. Стандартните стоманени колела обикновено тежат около 25–30 килограма за пълен комплект. Когато преминем към лити сплавни версии, производителите могат да намалят така наречената неподвижна маса с около една четвърт до една третина. Но истинският преломен момент са кованите алуминиеви колела. Според индустриални стандарти като SAE J2530 те са доказали, че тежат с 40–50 % по-малко от своите стоманени аналоги. Например 18-инчово колело обикновено тежи само 8–9 килограма, докато литите сплавни модели достигат 13–15 килограма. Причината кованите алуминиеви колела да постигат такива впечатляващи резултати се крие в начина им на производство. Чрез прилагане на интензивно налягане върху алуминиеви заготовки по време на производствения процес получената материя формира много по-плътни структури, като запазва при това якост и дълготрайност.
Намаляването на неподрежданата маса във всяка от четирите ъгли оказва значително влияние върху динамичното управление на превозните средства. Според индустриални изпитания, когато неподрежданата маса е по-малка, системите за окачване могат да реагират приблизително с 15 % по-бързо на неравности и вдлъбнатини по пътната настилка. По-леките колела просто изискват по-малко усилие, за да се завъртят при завоите. Какво означава това практически? Шофьорите забелязват подобрение в реакцията при влизане в завои с около 8–12 %, а гумите поддържат по-добро сцепление с пътната настилка през цялото време на завоя. Много инженери в тази област дори използват следната аналогия: премахването на само 1 килограм от неподрежданите части е приблизително еквивалентно на премахването на 10 килограма от подрежданата маса, когато става дума за реакцията при удари. Затова сериозните брандове за високи производителни характеристики използват специални производствени технологии като формоване чрез течение (flow forming) или ковка на колелата, за да постигнат онези „магически“ стойности под 9 килограма на колело.
Когато дисковете стават по-широки, те естествено създават по-голяма контактна повърхност между гумата и пътната настилка. Тази повърхност е основно мястото, където се осъществява цялата „магия“ за сцепление с пътя. По-голямата площ повишава устойчивостта на автомобила при завоите, тъй като силите се разпределят по-равномерно върху протектора на гумата. Това не е само теория – инженерите в автомобилната промишленост са извършвали обстойни изпитания по този въпрос чрез стандартизирани процедури, като например тези, описани в ISO 15037-1. Съществен е и въпросът за отместването на диска (offset), което показва на какво разстояние от центъра на хаба е разположен диска. Ако тази мярка е точна, подвеската функционира както е предвидено. Неправилният offset води до проблеми като прекалено ранно изплъзване на гумите и неясно, нечувствително управление при агресивно завиване. Поради тези взаимосвързани фактори две видимо идентични гуми всъщност могат да се държат доста различно на един и същи автомобил, ако са монтирани върху дискове с различна ширина или offset. Отборите от формулата 1 прекарват часове в прецизна настройка на тези параметри, за да постигнат максимална производителност.
Когато колелата са изработени по-твърди, особено тези от кована алуминиева сплав или въглеродно влакно, те предават информацията от пътя директно в ръцете на шофьора, тъй като по-малко енергия се поглъща от самото колело. Тази твърдост осигурява по-добра подкрепа на страничните стени на гумите, така че при рязко завиване се наблюдава по-малко огъване. Съвременните обръчи също имат по-здрави места за монтиране на гумите, които задържат гумите здраво на мястото им, което помага за запазване на правилната форма на гумата дори при значително налягане върху нея. Всичко това в комбинация прави управлението по-остро и по-точно, а шофьорите всъщност могат да усетят какво се случва под гумите им. Тази връзка между автомобила и пътното платно е това, което прави шофирането забавно и ефективно, особено за хората, които наистина ценят производителността.
Когато автомобилите достигнат по-високи скорости, аеродинамиката на колелата има решаващо значение за усещането за стабилност и за енергийната им ефективност. Според списание Racecar Engineering от миналата година правилният дизайн на спиците и подходящото оформяне на гумени дискове могат да намалят въздушното съпротивление до 8%. Това влияе върху разхода на гориво и позволява на превозните средства да постигнат по-високи максимални скорости. Управлението на въздушния поток около колелата обаче не е важно само за скоростта — то всъщност помага и да се поддържат по-ниски температури на спирачките при продължително интензивно шофиране, което предотвратява загуба на тяхната ефективност. Кованите алуминиеви колела работят добре, защото формата им преминава през въздуха с минимално вихрово образуване. Въглеродните влакна обаче водят тази концепция още по-далеч — те са по-леки, но все пак издържат сериозното вятърно налягане, без да се деформират или огъват.
Това как колелата отвеждат топлината има голямо значение за запазването им в изправност, за правилното функциониране на спирачките и за поддържането на стабилно налягане в гумите. Според някои изследвания, публикувани от SAE през 2022 г., кованите алуминиеви дискове отвеждат топлината приблизително с 40 % по-бързо от обикновените стоманени дискове. Съвременните многокомпонентни колелни системи са проектирани с вградени вентилационни канали и специални сплави, устойчиви на високи температури, което допринася за по-бързо охлаждане на пистите за състезания, където температурите могат да бъдат с около 15 градуса по-ниски в сравнение със стандартните дискове. Въглеродните влакна имат различно поведение, тъй като не провеждат топлината толкова добре. Тази особеност осигурява по-стабилно налягане в гумите дори при интензивно завиване и ускоряване, което дава на шофьорите по-добра сцепление и по-точен контрол върху превозното средство, особено при екстремни условия по извити пътища или състезателни писти.
EN