Senzory, ticho, ekologie: Pneumatiky tiše prochází revolucí
Vývoj pneumatik se v posledních letech přesunul z oblasti mechaniky do prostoru akustiky, dat a materiálového inženýrství. Velcí výrobci testují a představují úplně nové technologie, které určitě stojí za pozornost.
Valivý hluk, tedy zvuk vznikající při kontaktu pneumatik s vozovkou, je teď pod drobnohledem. V případě elektromobilů se najednou jedná o jeden z dominantních zdrojů hluku v dopravě, a to jak z pohledu posádky, tak z hlediska okolního prostředí. Výrobci si proto hrají s řízením zvukového spektra.
Continental dnes přistupuje k akustice systematicky: externí hluk řeší především geometrií dezénu, tedy variací roztečí a tvarů bloků tak, aby se potlačily nepříjemné tóny, resp. přesněji, dominantní frekvenční špičky.
Není hluk jako hluk
Nejde primárně o to, aby pneumatika vytvářela méně hluku v absolutním smyslu, ale aby hluk, který vzniká při odvalování, neměl nepříjemný, výrazně tónový charakter. Konstrukce dezénu proto cíleně rozkládá zvukovou energii do širšího frekvenčního spektra, kde ji lidský sluch vnímá jako méně rušivou.
Hluk v interiéru vozidla zase vzniká především rezonancí vzduchu uvnitř pneumatiky, která se přes kostru a zavěšení kol přenáší do karoserie. Tento typ hluku se proto netlumí změnou dezénu, ale lehkými absorpčními materiály aplikovanými na vnitřní stranu pláště, které potlačují konkrétní rezonanční frekvence dutiny pneumatiky.
Zásadní změnou ve vývoji je, že akustika už není dolaďována až na téměř hotovém výrobku. Stala se integrální součástí digitálního návrhu. Dezén, nosná konstrukce i gumová směs se navrhují paralelně v simulačním prostředí, protože úprava kteréhokoli z těchto prvků okamžitě ovlivňuje chování celku – od hlučnosti přes přilnavost až po opotřebení.
Pneumatika jako zdroj dat
Druhou zásadní změnou je přechod od nepřímých modelů chování pneumatiky k přímému měření. Třeba Pirelli se svým nedávno představeným konceptem Cyber Tyre zkoumá, zda by pneumatika mohla poskytovat detailní informace o svém skutečném stavu v reálném čase. Přímo do struktury pneumatiky totiž výrobce zkouší integrovat různé senzory. Kromě tlaku a teploty jde dokonce i o dynamické deformace a zatížení.
Z hlediska řízení vozidla to znamená posun od odhadů k čerstvým reálným datům. Elektronické stabilizační systémy dnes pracují s předpoklady o přilnavosti, které vycházejí z modelů a vstupů z jiných senzorů.
Přímá data z pneumatiky umožní přesnější zásahy, ale také otevírají cestu k včasné identifikaci nerovnoměrného opotřebení, změn akustického chování nebo degradace vlastností ještě předtím, než se projeví subjektivně. Zpočátku půjde o technologie určené pro drahé supersportovní vozy, brzy by se však mohly rozšířit i mezi běžné modely.
Materiálové inženýrství
Třetí oblastí, která zásadně mění charakter vývoje, je složení směsi. Postupy známé z tradiční gumárenské praxe přestávají být využitelné. Nejen Michelin dlouhodobě investuje do náhrady fosilních surovin obnovitelnými a recyklovanými materiály, přičemž hlavním přínosem není jen environmentální aspekt.
Nové polymerní systémy umožňují jemnější řízení vlastností v průběhu životnosti pneumatiky. Například snižují rozdíly v chování nové směsi od chování opotřebené.
Směs se tak stává aktivním nástrojem ladění akustiky, valivého odporu i životnosti. Vývoj se přibližuje chemickému inženýrství srovnatelnému s farmacií nebo energetikou, kde malé změny ve složení znamenají výrazně odlišné chování výsledného produktu.
Neviditelný problém: Otěr a částice
Vedle hlučnosti a efektivity se do popředí dostává další faktor, který byl dlouho přehlížen: mechanický otěr pneumatik. Při každé jízdě se z běhounu uvolňují mikroskopické částice gumy, plniv a aditiv, které se pak dostávají do ovzduší i vodních toků. Právě pneumatiky dnes patří mezi hlavní zdroje takzvaných nevýfukových emisí dopravy.
S ústupem spalovacích motorů jejich relativní význam ještě roste. Vyšší hmotnost a okamžitý točivý moment elektromobilů navíc zvyšují nároky na směsi i konstrukci. Vývoj se proto zaměřuje na kontrolované opotřebení – tedy nejen na to, jak dlouho pneumatika vydrží, ale jakým způsobem a v jaké formě se materiál uvolňuje.
Snižování otěru stojí na kombinaci materiálů a konstrukce. Výrobci pracují s jemněji dispergovanými plnivy, novými typy polymerních vazeb a optimalizovanou mikrostrukturou běhounu, která omezuje trhání materiálu při záběru a brzdění.
Současně se mění tvar dezénových bloků i jejich poddajnost, aby se snížily lokální špičky napětí na kontaktní ploše. Klíčová je i digitální simulace opotřebení, která umožňuje ladit směs a konstrukci tak, aby se pneumatika opotřebovávala rovnoměrněji. Větší význam tak má prediktivní vývoj založený na simulacích a datech z reálného provozu.
Výrobci pneumatik teď mají zvláště napilno, protože do hry vstupují připravované evropské regulace, které mají emise částic z pneumatik poprvé přímo měřit a hodnotit, podobně jako se dnes měří hluk nebo valivý odpor. I mezi výrobci pneumatik se rozhoduje o tom, kdo bude a nebude schopen splnit technické i legislativní nároky příštích let. Hlučnost, opotřebení, valivý odpor, přenos dat i složení materiálů se dnes zkrátka musí navrhovat současně.
Zdroj: Bridgestone, Continental, Goodyear, Michelin, Pirelli
