Večje kolesa pomenijo večjo rotacijsko maso, zato motor mora delovati intenzivneje, da začne vozilo pospeševati. SAE je izvedel nekaj testov in ugotovil, da lahko dodajanje le enega palca premeru kolesa dejansko upočasni srednje zmogljivo avtomobilsko vozilo za približno 0,2 sekunde pri pospeševanju od 0 do 60 mph. Zakaj se to zgodi? Vse se svodi na delovanje fizike pri vrtečih se telesih. Ko je teža razporejena dlje od središča kolesa, ustvari veliko večjo odpornost pri poskušanju povečanja vrtilne hitrosti. Zato imajo številna zmogljivostna vozila že od tovarne manjša in lažja kolesa. Avtomobilski proizvajalci vedo, kaj počnejo – velikost koles ni več le vprašanje videza. Resnično pomembna je za skupno učinkovitost celotnega pogonskega sistema.
Večje kolesa običajno naredijo avtomobile bolj stabilne pri zavijanju, saj zmanjšajo ukrivljenost strani pnevmatik, kar pomeni, da se pri vožnji na avtocestah s hitrostjo volan občuti ostreje. Vendar obstaja tudi pomembna pomanjkljivost. Ta večja kolesa dvignejo težišče avtomobila, zato se pri ostrem zavijanju celoten vozilo preveč nakloni. Nekatere preskusne meritve kažejo, da povečanje premera koles za približno 15 % dejansko poveča učinek naklona za približno 8 % pri zavijanju s srednjo hitrostjo. Proizvajalci avtomobilov poskušajo to težavo odpraviti z ustrezno nastavitvijo vzmetenja, vendar večina strokovnjakov za mehaniko kljub temu še vedno meni, da so širša kolesa boljša za natančnost ravnanja. Širše pnevmatike ustvarijo večjo stično površino z cestno površino, ne da bi avtomobil postopal previsok nad tlemi, kar voznikom zagotavlja boljšo oprijemljivost in hkrati ohranja predvidljivost pri premikanju teže med normalnimi vožnji.
Znanost o materialih kaže precej velike razlike v teži med različnimi vrstami koles. Standardna jeklena kolesa običajno tehtajo približno 25 do 30 kilogramov za celotni komplet. Ko preidemo na lite zlitinske verzije, proizvajalci lahko zmanjšajo tako imenovano nespremljeno maso za približno četrtino do tretjino. Resničen preboj pa predstavljajo kovana aluminijasta kolesa. Po industrijskih standardih, kot je SAE J2530, so ta kolesa dokazala, da so za 40 do 50 odstotkov lažja od jeklenih. Na primer kolo s premerom 18 palcev običajno tehta le 8 do 9 kilogramov, medtem ko lite zlitinske različice tehtajo 13 do 15 kilogramov. Razlog za tako izjemne rezultate pri kovanem aluminiju leži v načinu izdelave: z intenzivnim tlakom, ki se pri izdelavi izvaja na aluminijastih polizdelkih, nastane material z bistveno gostejšo strukturo, hkrati pa ohrani trdnost in trajnost.
Zmanjševanje nespremljene mase na vsakem kotu resnično vpliva na dinamično ravnanje vozil. Glede na industrijske preskuse se pri manjši nespremljeni masi suspenzijski sistemi približno za 15 % hitreje odzovejo na neravnine in udobje na cestni površini. Lažja kolesa preprosto zahtevajo manj naporov za zavijanje okoli ovinkov. Kaj to pomeni na praksi? Vozniki opazijo približno 8 do 12 odstotkov boljšo odzivnost ob vstopanju v ovinke, poleg tega pa se pnevmatike skozi celoten zavoj bolje držijo cestne površine. Številni inženirji na tem področju to celo opisujejo takole: odstranitev le 1 kilograma nespremljene mase je približno enakovredna odstranitvi 10 kilogramov spremljene mase, kar se tiče obvladovanja udarov. Zato resni izdelovalci visokih zmogljivosti uporabljajo posebne tehnike izdelave, kot so pretokovno oblikovanje ali kovanje koles, da dosežejo tiste »čarobne« vrednosti pod 9 kilogramov na kolo.
Ko se kolesa razširijo, se naravno ustvari večja stična površina med gumo in cestno površino. Ta površina je pravzaprav mesto, kjer se dogaja vse 'čarodejstvo' pri oprijemu na cesti. Večja površina omogoča večjo stabilnost vozila pri prehajanju ovinkov, saj se sile bolje razporedijo po profilu gume. To ni le teorija – avtomobilski inženirji so to podrobno preizkušali z uveljavljenimi postopki, kot jih določa standard ISO 15037-1. Nato je še vprašanje odmika kolesa (wheel offset), ki označuje razdaljo med sredinsko ravnino kolesa in sredinsko ravnino zobnika. Če je ta meritev natančno določena, deluje obešanje takó, kot je bilo zasnovano. Napačen odmik pa povzroča težave, kot so predčasno zdrsavanje gum in nejasen občutek pri volanu ob intenzivnem vožnji skozi ovinke. Zaradi teh povezanih dejavnikov se lahko dve navidezno enaki gumi na istem avtomobilu obnašata precej drugače, če sta nameščeni na kolesih z različnimi širinami ali odmiki. Tekmovalne ekipe namenijo ure fini nastavitvi teh specifikacij za dosego maksimalne zmogljivosti.
Ko so kolesa izdelana trša, zlasti tista iz kovane aluminijeve zlitine ali ogljikovega vlakna, neposredno prenašajo informacije o cesti na roke voznika, saj se v samem kolesu absorbira manj energije. Togost zagotavlja boljšo podporo stranskim stenam pnevmatik, zato pri ostrem zavijanju nastaja manj upogibanja. Sodobni obroči imajo tudi trša sedeža za plastične obroče, ki pnevmatike trdno držijo na mestu, kjer morajo biti; to pomaga ohraniti pravilno obliko pnevmatik tudi pod velikim tlakom. Vse skupaj poveča natančnost in ostračino krmiljenja ter omogoča vozniku, da dejansko čuti, kar se dogaja pod njegovimi pnevmatikami. Ta povezava med avtomobilom in cestno površino je ključnega pomena za užitek in učinkovitost vožnje, še posebej za tiste, ki resnično cenijo vožnjo z visokimi zmogljivostmi.
Ko avtomobili dosežejo višje hitrosti, je aerodinamika koles zelo pomembna za njihovo stabilnost in energetsko učinkovitost. Glede na časopis Racecar Engineering iz lani pravilna oblika radij in ustrezno oblikovane obroče lahko zmanjšajo zračni upor celo za 8 %. To vpliva na porabo goriva in omogoča tudi višje najvišje hitrosti vozil. Upravljanje zračnega toka okoli koles ni pomembno le za hitrost, temveč tudi za hladitev zavor pri intenzivnem vožnji na daljših razdaljah, kar preprečuje izgubo učinkovitosti zavor. Kolesa iz kovanega aluminija delujejo dobro, ker njihove oblike zrak režejo brez ustvarjanja prevelike turbulence. Različice iz ogljikovega vlakna pa grejo še naprej – so lažje, hkrati pa zdržijo tudi velik tlak vetra brez upogibanja ali deformacije.
Kako kolesa odvajajo toploto, je zelo pomembno za ohranitev njihove celovitosti, pravilno delovanje zavor in stabilen tlak v pnevmatikah. Glede na raziskavo, ki jo je leta 2022 objavila SAE, kovinska kolesa iz kovane aluminijeve zlitine odvajajo toploto približno 40 % hitreje kot običajna jeklena kolesa. Sodobne večdelne kolesne konstrukcije imajo vgrajene prezračevalne odprtine ter posebne zlitine, odporne proti visokim temperaturam, kar omogoča hitrejše ohlajanje na dirkališčih, kjer se temperatura lahko zniža za približno 15 stopinj v primerjavi z običajnimi kolesi. Kolesa iz ogljikovega vlakna se obnašajo drugače, saj toplote ne prevajajo tako dobro. Ta lastnost ohranja tlak v pnevmatikah bolj stabilen tudi med intenzivnim zavijanjem in pospeševanjem, kar voznikom zagotavlja boljšo oprijemljivost in nadzor nad vozilom, še posebej ob izsiljevanju meja na zavitiščih ali dirkališčih.
EN