Більші колеса означають більшу масу обертання, тому двигуну доводиться виконувати більшу роботу, щоб розігнати автомобіль під час прискорення. Американська асоціація інженерів-автомобілістів (SAE) провела випробування й встановила, що збільшення діаметра колеса всього на один дюйм може сповільнити автомобіль середнього класу з точки зору продуктивності при розгоні від 0 до 60 миль/год приблизно на 0,2 секунди. Чому так відбувається? Усе зводиться до фізичних законів, що діють у разі обертальних тіл. Коли маса розташована далі від центру колеса, виникає значно більший опір при спробі розкрутити його до потрібної швидкості. Саме тому багато спортивних автомобілів поставляються з меншими та легшими колесами безпосередньо з заводу. Автовиробники добре знають, що роблять: розмір коліс — це вже не лише питання зовнішнього вигляду. Він справді впливає на ефективність взаємодії всієї трансмісії.
Більші колеса, як правило, роблять автомобілі стабільнішими під час поворотів, оскільки зменшують деформацію боковин шин, що призводить до більш чіткої реакції керма під час швидкого руху по автомагістралях. Однак існує й недолік. Такі великі колеса піднімають центр ваги автомобіля, тому при різких поворотах весь автомобіль схильний до більшого крену, ніж це передбачено. Деякі випробування показують, що збільшення розміру коліс приблизно на 15 % може збільшити ефект крену приблизно на 8 % під час проходження поворотів із помірною швидкістю. Виробники автомобілів намагаються усунути цю проблему за допомогою налаштувань підвіски, але в кінцевому підсумку більшість фахівців-механіків все ще вважають, що ширші колеса забезпечують кращу точність керування. Ширші шини створюють більшу площу контакту з дорожньою поверхнею, не піднімаючи при цьому автомобіль надто високо над землею, що забезпечує водієві краще зчеплення та зберігає передбачуваність поведінки автомобіля під час перерозподілу ваги в умовах звичайного руху.
Наукові дослідження матеріалів показують досить значні відмінності у вазі різних типів дисків. Стандартні стальні диски, як правило, мають загальну вагу від 25 до 30 кілограмів на повний комплект. При переході на литі сплави виробники можуть зменшити так звану непідвішену масу приблизно на чверть–третину. Але справжнім проривом є ковані алюмінієві диски. Згідно з галузевими стандартами, наприклад SAE J2530, ці диски мають вагу на 40–50 % меншу, ніж їх стальні аналоги. Наприклад, 18-дюймовий диск зазвичай важить лише 8–9 кг порівняно з 13–15 кг у випадку литих сплавів. Причина такої вражаючої ефективності кованих алюмінієвих дисків полягає у способі їх виготовлення: під час виробництва алюмінієві заготовки піддаються інтенсивному тиску, у результаті чого утворюється матеріал із набагато більш щільною структурою, який водночас зберігає міцність та довговічність.
Зменшення непідвішеної маси в кожному куті автомобіля суттєво впливає на його динамічну керованість. Згідно з промисловими випробуваннями, при меншій непідвішеній масі підвіска реагує на нерівності та улоговини дорожнього покриття приблизно на 15 % швидше. Легші колеса просто потребують менших зусиль для повороту на вибоїнах. Що це означає на практиці? Водії відчувають приблизно на 8–12 % кращу чутливість при в’їзді в повороти, а також шини зберігають кращий контакт із дорожнім покриттям протягом усього повороту. Багато інженерів у цій галузі навіть порівнюють це так: зменшення непідвішеної маси лише на 1 кілограм приблизно еквівалентне зменшенню підвішеної маси на 10 кілограмів щодо реакції на ударні навантаження. Саме тому серйозні брендів, що спеціалізуються на продуктах підвищеної продуктивності, використовують спеціальні технології виробництва, такі як формування потоком або кування коліс, щоб досягти «чарівного» показника маси нижче 9 кілограмів на одне колесо.
Коли колеса стають ширшими, вони природним чином утворюють більшу площу контакту між шиною та дорожньою поверхнею. Ця зона — це, по суті, те місце, де відбувається вся «магія» зчеплення з дорогою. Збільшена площа поверхні робить автомобіль стабільнішим під час проходження поворотів, оскільки сили розподіляються ефективніше по протектору шини. І це не лише теорія: інженери-автомобілісти ретельно перевірили це за допомогою стандартизованих процедур, таких як ті, що викладені в ISO 15037-1. Також важливе значення має відступ колеса (offset), тобто відстань від центру ступиці до площини кріплення колеса. Якщо цей параметр встановлено правильно, підвіска працює так, як задумано. Неправильний відступ призводить до проблем, наприклад, до занадто раннього пробуксовування шин або до невиразного, «розмитого» кермування під час інтенсивного проходження поворотів. Через взаємозв’язок цих параметрів дві, здавалося б, ідентичні шини можуть поводити себе досить по-різному на одному й тому самому автомобілі, якщо вони встановлені на колесах із різною шириною або різним відступом. Гоночні команди витрачають години на точну настройку цих параметрів для досягнення максимальної продуктивності.
Коли колеса виготовлені більш жорсткими, зокрема з кованого алюмінію або вуглецевого волокна, вони безпосередньо передають інформацію про дорогу до рук водія, оскільки менше енергії поглинається самим колесом. Жорсткість забезпечує кращу підтримку боковин шин, тому при різких поворотах відбувається менше деформації. Сучасні ободи також мають міцніші посадкові місця для бортів шин, що надійно утримують шини в потрібному положенні, що сприяє збереженню правильної форми шин навіть під значним навантаженням. Усе це разом робить керування більш чутливим і точним, а водії справді відчувають, що відбувається під їхніми шинами. Цей зв’язок між автомобілем і дорогою — те, що робить керування приємним і ефективним, особливо для тих, хто дійсно цінує експлуатаційні характеристики.
Коли автомобілі рухаються з високою швидкістю, аеродинаміка коліс справді впливає на їхню стабільність та енергоефективність. Згідно з даними журналу Racecar Engineering за минулий рік, правильне проектування спиць і оптимальна форма ободів можуть зменшити опір повітря до 8 %. Це позитивно впливає на витрату палива й також дозволяє досягти вищих максимальних швидкостей. Керування потоком повітря навколо коліс має значення не лише для швидкості — воно також сприяє охолодженню гальм під час тривалого інтенсивного руху, запобігаючи втраті їхньої ефективності. Ковані алюмінієві колеса добре справляються з цим завданням, оскільки їхня форма забезпечує проходження крізь повітря з мінімальним утворенням турбулентності. Варіанти з вуглецевого волокна йдуть ще далі — вони легші, але при цьому зберігають стійкість до значних аеродинамічних навантажень без деформації чи короблення.
Те, як колеса відводять тепло, має велике значення для їхньої цілісності, правильного функціонування гальм і підтримання стабільного тиску в шинах. Згідно з дослідженням, опублікованим SAE у 2022 році, кована алюмінієва конструкція відводить тепло приблизно на 40 % швидше, ніж звичайна сталь. Сучасні багаточастинні конструкції коліс мають вбудовані вентиляційні отвори та спеціальні сплави, стійкі до високих температур, що сприяє швидшому охолодженню на автодромах, де температура може бути на 15 градусів нижчою порівняно зі стандартними колесами. Вуглецеві волокна колеса поводяться інакше, оскільки вони погано проводять тепло. Ця властивість забезпечує більш стабільний тиск у шинах навіть під час інтенсивного проходження поворотів та прискорення, надаючи водіям краще зчеплення та контроль над транспортним засобом, особливо під час екстремальної їзди на серпантинах або автодромах.
EN