Более крупные колеса означает большую вращающуюся массу, поэтому двигателю приходится прилагать больше усилий для приведения автомобиля в движение при ускорении. Американское общество инженеров-автомобилестроителей (SAE) провело испытания и установило, что увеличение диаметра колеса всего на один дюйм может замедлить разгон среднеклассного спортивного автомобиля с 0 до 60 миль/ч примерно на 0,2 секунды. Почему так происходит? Всё объясняется физикой вращающихся тел. Когда масса расположена дальше от центра колеса, при попытке набрать скорость возникает значительно большее сопротивление вращению. Именно поэтому многие спортивные автомобили поставляются с завода с меньшими и более лёгкими колёсами. Автопроизводители прекрасно осознают это — размер колёс сегодня уже не только вопрос эстетики. Он напрямую влияет на совместную эффективность всей трансмиссионной системы.
Более крупные колеса, как правило, повышают устойчивость автомобиля при прохождении поворотов, поскольку уменьшают деформацию боковин шин; в результате рулевое управление ощущается более чётким при высокоскоростном движении по автомагистралям. Однако есть и обратная сторона. Такие увеличенные колеса поднимают центр тяжести автомобиля, поэтому при резком прохождении поворотов весь автомобиль склонен к большему крену, чем это необходимо. Некоторые испытания показывают, что увеличение диаметра колес примерно на 15 % может повысить эффект крена при прохождении поворотов со средней скоростью примерно на 8 %. Автопроизводители пытаются компенсировать этот недостаток за счёт конструкции подвески, однако большинство специалистов в области механики по-прежнему считают, что более широкие колеса обеспечивают более точную управляемость. Более широкие шины создают бо́льшую площадь контакта с дорожным покрытием, не поднимая при этом автомобиль чрезмерно над поверхностью дороги, обеспечивая водителю лучшее сцепление и сохраняя предсказуемость поведения автомобиля при перераспределении веса в обычных условиях движения.
Научные данные о материалах показывают довольно значительные различия в массе между разными типами колесных дисков. Стандартные стальные диски обычно весят от 25 до 30 килограммов за полный комплект. При переходе на литые сплавные диски производители могут снизить так называемую неподрессоренную массу примерно на четверть–треть. Однако настоящим прорывом являются кованые алюминиевые диски. Согласно промышленным стандартам, таким как SAE J2530, их масса на 40–50 % меньше массы стальных аналогов. Например, 18-дюймовый кованный алюминиевый диск весит всего 8–9 килограммов по сравнению с 13–15 килограммами у литых сплавных моделей. Причина столь впечатляющих результатов кованых алюминиевых дисков заключается в особенностях их производства: при изготовлении алюминиевые заготовки подвергаются интенсивному давлению, в результате чего формируются значительно более плотные структуры при сохранении прочности и долговечности.
Снижение неподрессоренной массы в каждом углу автомобиля оказывает заметное влияние на динамические характеристики управления транспортным средством. Согласно промышленным испытаниям, при уменьшении неподрессоренной массы реакция подвески на неровности и впадины дорожного полотна ускоряется примерно на 15 %. Более лёгкие колёса требуют меньших усилий для поворота при прохождении поворотов. Что это означает на практике? Водители отмечают улучшение отзывчивости при входе в поворот на 8–12 %, а шины сохраняют лучший контакт с дорожным покрытием на протяжении всего поворота. Многие инженеры в этой области объясняют это следующим образом: удаление всего лишь 1 кг массы из неподрессоренных участков приблизительно эквивалентно удалению 10 кг подрессоренной массы с точки зрения реакции на ударные нагрузки. Именно поэтому бренды, ориентированные на высокие эксплуатационные характеристики, используют специальные технологии производства колёс — такие как литьё с вытяжкой (flow forming) или ковка — чтобы достичь «волшебного» значения массы менее 9 кг на одно колесо.
Когда колеса становятся шире, они естественным образом увеличивают площадь контакта шины с дорожным покрытием. Именно эта зона и является местом, где происходит всё «волшебство» сцепления с дорогой. Более крупная площадь контакта повышает устойчивость автомобиля при прохождении поворотов, поскольку силы распределяются по протектору шины более равномерно. Это не просто теория: автопроизводители и инженеры многократно проверяли данный эффект в ходе стандартизированных испытаний, например, описанных в стандарте ISO 15037-1. Также важно понимать понятие вылета диска — это расстояние от центра ступицы до плоскости крепления диска к ступице. При правильном значении вылета подвеска работает так, как задумано конструкторами. Неправильный вылет приводит к таким проблемам, как преждевременное проскальзывание шин и «расплывчатое» рулевое управление при агрессивном прохождении поворотов. Ввиду взаимосвязи этих параметров две внешне одинаковые шины могут демонстрировать существенно различное поведение на одном и том же автомобиле, если они установлены на дисках разной ширины или с разным вылетом. Гоночные команды тратят часы на тонкую настройку этих параметров для достижения максимальных эксплуатационных характеристик.
Когда колеса изготавливаются более жесткими, особенно те, что выполнены из кованого алюминия или углеродного волокна, они передают информацию о дорожном покрытии напрямую в руки водителя, поскольку меньшая часть энергии поглощается самим колесом. Жесткость обеспечивает лучшую поддержку боковин шин, поэтому при прохождении поворотов на высокой скорости деформация минимальна. Современные ободы также оснащены усиленными посадочными местами для бортов шин, которые надежно удерживают шины в нужном положении, что способствует сохранению правильной формы шины даже при значительных нагрузках. Всё это в совокупности делает рулевое управление более четким и точным, а водитель получает возможность реально ощущать происходящее под колесами. Именно эта связь между автомобилем и дорожным полотном делает вождение увлекательным и эффективным, особенно для тех, кто уделяет особое внимание динамическим характеристикам.
Когда автомобили достигают высоких скоростей, аэродинамика колес действительно играет важную роль для ощущения устойчивости и энергоэффективности. Согласно журналу Racecar Engineering за прошлый год, правильный выбор конструкции спиц и грамотное формирование ободьев позволяют снизить аэродинамическое сопротивление воздуха до 8 %. Это влияет на расход топлива и способствует достижению более высоких максимальных скоростей. Управление воздушным потоком вокруг колес важно не только для скорости: оно также помогает поддерживать более низкую температуру тормозов при длительной интенсивной эксплуатации, предотвращая их перегрев и потерю эффективности. Кованые алюминиевые диски хорошо справляются с этой задачей, поскольку их форма обеспечивает минимальное образование турбулентности при движении сквозь воздух. Углепластиковые диски идут ещё дальше: они легче по весу, но при этом сохраняют стабильность под воздействием значительного аэродинамического давления, не деформируясь и не теряя формы.
То, как колеса отводят тепло, имеет большое значение для их сохранности, правильной работы тормозов и поддержания стабильного давления в шинах. Согласно некоторым исследованиям, опубликованным SAE в 2022 году, кованый алюминий отводит тепло примерно на 40 % быстрее, чем обычная сталь. Современные составные колеса оснащены встроенными вентиляционными каналами и специальными сплавами, устойчивыми к высоким температурам, что способствует более быстрому охлаждению на автодромах — там температура может быть на 15 градусов ниже по сравнению со стандартными колесами. Колеса из углеродного волокна ведут себя иначе, поскольку они плохо проводят тепло. Это свойство обеспечивает более стабильное давление в шинах даже при интенсивном прохождении поворотов и разгоне, предоставляя водителю лучшее сцепление и управляемость автомобилем, особенно при предельных нагрузках на извилистых дорогах или автодромах.
EN