Большие колеса — убийцы дальности хода?

9 мая, 20239 мая, 2023 Вадим Neflenor большие колеса, исследования

Среди всех вопросов, обсуждаемых в контексте электромобилей, наиболее распространенной темой кажется дальность хода. Возможно, это связано с тем, что для многих водителей такое понятие кажется новой концепцией, и многое делается из того, как условия и водительские привычки могут влиять на дальность хода автомобиля. Что же можно сделать, чтобы увеличить дальность хода вашего электромобиля? Помимо привычек, наиболее важным фактором, над которым у водителя есть контроль, являются шины и размер колес – давайте разберемся с этим.

Согласно данным energy.gov, от 20% до 30% расхода топлива автомобилей с бензиновыми двигателями связаны с характеристиками шин. Факторы, определяющие производительность шины, включают сопротивление качению, тип протектора, износ и размер.

Сопротивление качению определяется как мера силы на оси в направлении движения, необходимая для качения нагруженной шины. Проще говоря, сопротивление качению измеряет, сколько энергии автомобиль должен использовать для того, чтобы шины катились по дороге. Шины с низким сопротивлением качению используют современный дизайн протектора и новые материалы для минимизации количества бензина или электроэнергии, необходимых для движения автомобиля. Шина с отличным сопротивлением качению может использовать в три раза меньше энергии для движения, чем шина с плохим сопротивлением качению.

Глубокие протекторы подвержены большему гистерезису, чем мелкие.

Наиболее существенным фактором в снижении сопротивления качению является гистерезис. Это процесс, происходящий, когда шина гнется или растягивается при контакте с дорожным покрытием, что приводит к потере энергии и замедлению движения вперед. Исследования показали, что гистерезис составляет до 85-90% сопротивления качению, поэтому его снижение является ключевой задачей производителей шин. Компании-производители шин постоянно разрабатывают лучшие шины с новыми составами и дизайном протектора для снижения гистерезиса.

Вы когда-нибудь задумывались, почему у гоночных автомобилей вообще нет протектора? Дело в том, что шины без протектора обладают наименьшим сопротивлением качению. Для наших потребностей в вождении и безопасности мы не можем использовать шины полностью без протектора, но следующим лучшим вариантом является поверхностный дизайн протектора. Это поможет уменьшить гистерезис и сопротивление качению. Более глубокие рисунки протектора склонны иметь больше гистерезиса, так как протектор будет растягиваться в точке контакта резины с дорогой, сжимая шину и создавая сопротивление. Более поверхностный протектор не будет столь сильно сжиматься, создавая меньшее сопротивление.

Вы можете подумать, что более поверхностный протектор быстрее износится, но это не так. Производители шин разработали новые, более долговечные составы, чтобы поверхностный дизайн протектора не уменьшал срок службы шины. Два основных синтетических каучуковых полимера, используемых в производстве шин, — это бутадиеновый каучук и стирол-бутадиеновый каучук. Эти каучуковые полимеры используются в сочетании с натуральным каучуком. Физические и химические свойства этих каучуковых полимеров определяют производительность каждого компонента в шине, а также общую производительность шины (сопротивление качению, износ и сцепление).

Как это связано с размером шин?

Из всех частей автомобиля, (надеемся) единственными, которые фактически касаются дороги, являются шины. Размер шин очень важен для комфорта, управляемости и безопасности, а также для дальности хода. В целом, у меньших шин дальность хода будет больше. Однако многие водители учитывают эстетические или функциональные особенности более крупных шин. Если, например, поставить на Toyota 4runner шины размером 31,5 дюйма. Они будут выглядеть круто, но эта замена сильно повлияет на расход топлива. Более крупные шины аналогичным образом повлияют на дальность хода электромобиля.

Скриншот диапазона и эффективности Model S Plaid с сайта fuelefficiency.gov

Согласно данным EPA, Model S Plaid с 19-дюймовыми колесами имеет дальность хода 396 миль (637 км), в то время как та же машина с 21-дюймовыми колесами имеет дальность хода всего 348 миль (560 км), причем за 21-дюймовые колеса приходится платить больше. Готовы заплатить больше, чтобы получить меньшую дальность хода или потому что это выглядит лучше? Конечно решение полностью зависит от пользователя.

Почему большие шины сокращают дальность хода?

Большие шины имеют тенденцию уменьшать дальность хода по ряду причин:

Они тяжелее, и больший вес требует больше энергии для движения.
Они часто шире, и это создает больше аэродинамического (ветрового) сопротивления на высоких скоростях.
Большая часть шины соприкасается с дорогой, что приводит к большему гистерезису и, следовательно, увеличению сопротивления качению.

Учитывая все эти факторы, нетрудно понять, почему большие шины приводят к сокращению дальности хода. Особенно при движении с частыми остановками и троганиями с места, требуется больше энергии от мотора и аккумулятора для прокручивания больших шин. Если вы используете свой электромобиль для городской езды или бытовых дел, это может означать много времени на стоп-сигнале или светофоре. С другой стороны, более узкая шина с широким боковым профилем будет способствовать увеличению экономичности топлива или дальности хода по тем же причинам.

Такой тип шин:

Весит меньше,
Обычно имеет меньшее сопротивление качению,
Требует меньше энергии для приведения их в движение.

В условиях частых остановок и троганий с места, меньшие шины позволят максимизировать дальность хода.

Так зачем же выбирать большие шины? Основная причина, по которой производители могут использовать большие шины, — это предоставление большего комфорта и устойчивости, чем у меньшего размера. Широкая шина имеет большую площадь соприкосновения с дорогой, что обеспечивает лучшее управление. Большие шины также улучшают управление и производительность, если вы планируете интенсивно использовать свой автомобиль. И стоит отметить, что ширина шины сама по себе не вносит существенный вклад в потерю дальности хода. Такие факторы, как размер и сопротивление качению, оказывают гораздо большее влияние.

Обратите внимание, что для многих новых моделей электромобилей размер шин может быть не только вопросом дальности хода. Например, Rivian предлагает для своей повседневной дорожной конфигурации 21-дюймовые колеса с дорожным протектором, узкую шину 265/40R21 и более мелкий дизайн протектора. Эта конфигурация обеспечивает дальность хода в 516,6 км. Их улучшенная версия для внедорожного использования имеет меньшее 20-дюймовое колесо, но дальность хода составляет всего 465,1 км. Это связано с тем, что весь комплект разработан для разных целей: это более широкая шина 275/50R20 с более широким дизайном протектора.

Несмотря на то, что 20-дюймовые колеса являются самыми маленькими, они входят во внедорожный пакет, который менее эффективен. В конце концов, производители также понимают, что покупки часто определяются эстетикой автомобиля, и более «массивные» шины могут влиять на выбор некоторых покупателей.

Учитывая это, такие факторы, как давление в шинах и их выравнивание, вес автомобиля, нагрузка и распределение, также играют свою роль. Чем больше давление в шинах отклоняется от оптимального уровня, тем выше будет сопротивление качению. Например, если шина на 22,5-дюймовом колесе подкачана на 20% меньше рекомендуемого давления, сопротивление качению увеличится примерно на 6% по сравнению с шиной с правильным давлением.