Hałas powodowany przez opony i ogólny komfort podróżowania są kluczowymi kryteriami przy wyborze opon dla wielu kierowców. Dlaczego to takie ważne? W tym artykule wyjaśniamy, skąd pochodzi nadmierna głośność opon i jakie opony kupić, aby podróżować komfortowo.
Hałas powodowany przez opony podczas jazdy jest niestety często zaniedbywanym problemem, który może zniszczyć przyjemność podróżowania.
Hałaśliwe opony
Hałas należy rozumieć jako poziom dźwięku powodujący nieprzyjemne wrażenia słuchowe lub nawet przeszkadzający kierowcy, pasażerom i środowisku. Dźwięk to wibracje rozprzestrzeniane w powietrzu w postaci fal dźwiękowych. Źródłem wibracji może być stały obiekt (w tym przypadku opona), który stymuluje wibracje powietrza, tworząc wokół niego fale ciśnienia. Zasadniczo, im większe drgania źródła, tym więcej generowanego hałasu.
W zakresie prędkości od 50 do 120 km/h to właśnie opony są głównym źródłem hałasu emitowanego przez jadący samochód. Hałas może być kłopotliwy nie tylko dla kierowcy, ale także dla środowiska. Okazuje się, że jest to denerwujące głównie dla ludzi mieszkających przy drogach. Połączony dźwięk powodowany przez opony kilkudziesięciu przejeżdżających samochodów powoduje, że ludzie ci stale przebywają w hałaśliwym otoczeniu. Hałas drogowy stał się poważnym problemem w dziedzinie ochrony środowiska i dlatego jego poziom jest opisany na etykietach opon.
Hałas taki może być ograniczony przez zastosowanie nowoczesnych nawierzchni, które zmniejszają jego poziom nawet o 7-10 dB. Niestety są średnio 2,5 raza droższe niż zwykłe. Najczęściej hałas zmniejsza się poprzez ograniczanie prędkości na drogach szybkiego ruchu i autostradach, które biegną w pobliżu miejsc zamieszkanych przez ludzi.
Użytkownik samochodu może również mieć wpływ na zmniejszenie hałasu drogowego. Można to zrobić na dwa sposoby:
- właściwa dbałość o układ wydechowy,
- używanie cichych opon (samochód jeżdżący na cichszych oponach emituje do trzech razy mniej hałasu niż ten sam samochód na zwykłych oponach).
W tym artykule skupimy się na tym drugim.
Jakie są źródła hałasu opon?
Każda opona ma swoją własną częstotliwość rezonansową, to znaczy częstotliwość, przy której drgania są największe. Problem występuje, gdy częstotliwość ta jest zbliżona do częstotliwości, z jaką przyłożone są siły (wynikające na przykład z chropowatości drogi). Wtedy opona zamiast pochłaniać wibracje i hałas, wzmacnia je. Powstaje jeszcze większy problem, gdy częstotliwość jest dodatkowo zbliżona do jednej z częstotliwości rezonansowych samochodu. Może to być powodem, dla którego jeden model opony jest uważany przez niektórych kierowców za cichy, a przez innych za głośny. Podsumowując, ważne jest, jakim samochodem jedziemy, na jakiej nawierzchni (chropowatość drogi, częstotliwość poprzecznych uskoków w jezdni, itp.) i na jakich oponach. W wielu przypadkach odgłosy z opon są również spowodowane błędami, niedociągnięciami lub celowymi decyzjami producentów (w celu poprawienia innych, ważniejszych cech - na przykład przyczepności). W tym momencie warto zwrócić uwagę na to, jak ważna dla komfortu kierowców jest współpraca między producentami opon i samochodów a specjalistami budującymi drogi.
Podczas ruchu samochodu zachodzi ciągła interakcja między kołem a podłożem. Gdy opona się obraca, jest nieustannie deformowana, a jej bloki bieżnika uderzają o ziemię. Główne zjawiska generujące hałas są następujące:
- uderzenia bloków bieżnika, gdy dotykają one nawierzchni drogi i oddalają się od niej, z powodu powstających wibracji stalowych pasów, które powodują efekt zawodzenia i dudnienia,
- sprężanie powietrza w rowkach bieżnika, co wiąże się z dwoma efektami: rezonansem powietrza w sieci rowków bieżnika (w tym turbulencji w miejscach, gdzie spotykają się kanały), wibracjami powietrza uwalnianego z tyłu opony i turbulencją przepływu powietrza między kołem i nadkolem,
- wibracje bloków bieżnika podczas kontaktu z drogą i ich rozszerzanie się podczas opuszczania powierzchni styku,
- zbyt niskie ciśnienie w oponie
Jak należy rozumieć komfort opon?
Koncepcja komfortu opon jest bezpośrednio związana z ich głośnością. Jedną z funkcji opon jest pochłanianie wstrząsów i tłumienie drgań. Krótko mówiąc, opona ma być elementem pojazdu zapewniającym komfort podróżowania. W niektórych przypadkach może źle spełniać tę rolę lub nawet stać się źródłem dyskomfortu - dudniące opony mogą nawet odebrać przyjemność płynącą z prowadzenia samochodu.
Należy jednak pamiętać, że komfort jest pojęciem subiektywnym. Każda osoba może mieć inne poczucie dyskomfortu, a granice komfortu mogą być różne dla różnych osób. Nadmierny hałas opon letnich może nie przeszkadzać niektórym osobom. Zależy to głównie od poziomu percepcji, ale także od czynników kulturowych, konkretnej sytuacji i predyspozycji osobistych. Innym aspektem komfortu opon jest komfort psychiczny, jaki zapewniają kierowcy. Jest to wynikiem zaufania kierowcy do konkretnych opon i przewidywalności ich osiągów.
Dlaczego niektóre opony nie są wygodne?
Skąd się więc biorą tak zwane „głośne opony”?
Powody dyskomfortu generowanego przez opony obejmują:
- świadomą rezygnację producenta opon z komfortu na rzecz innych parametrów,
- charakterystykę danego modelu wynikającą z założeń projektowych,
- niską jakość i błędy produkcyjne.
Wynika to głównie z rzeźby bieżnika, struktury opony i solidności jej boku. W konstrukcji opony musi istnieć pewna równowaga między sztywnością i elastycznością. Niektóre modele opon, które muszą spełniać wymagania dotyczące wskaźnika prędkości i obciążenia, mogą utracić właściwości tłumiące.
Wskaźnik hałaśliwości opon
Im większa opona, o większej średnicy i szerokości, tym mniej komfortowa. Wzmocnione opony na grubszej osnowie oferują również mniejszy komfort (dlatego nie warto kupować opon o wskaźniku obciążenia wyższym niż przewidywany dla pojazdu).
Opony o wyższych profilach, zwykle stosunkowo wąskie, są uważane za najbardziej komfortowe. W rzeczywistości mogą być cichsze i lepiej amortyzować nierówności drogi. Jednak są one bardziej podatne na przechylenia i kołysanie, na przykład podczas mijania ciężarówki lub na zakręcie, które to powody kierowcy często podają jako przyczyny niezadowolenia.
Funkcje redukujące hałas opon obejmują:
- kierunkowy bieżnik bez zamkniętych przestrzeni,
- powierzchnię bieżnika o różnych kształtach ułożoną asymetrycznie i nieregularnie,
- rowki poprzeczne ukształtowane tak, że ich wejścia i wyjścia nie pokrywają się z krawędzią bieżnika,
- wysoką miękkość mieszanki gumowej
Często pojawia się pytanie o poziom hałasu opon zimowych w porównaniu z oponami letnimi. Ciche opony letnie są pod tym względem statystycznie tylko nieznacznie lepsze niż nowoczesne, niemal równie ciche opony zimowe.
Nowoczesne, najcichsze opony zimowe zapewniają wysoki poziom komfortu, nawet przy większej liczbie szczelin na powierzchni bieżnika.
Najcichsze opony
Jaki jest dopuszczalny poziom hałasu dla opony?
Spełnienie obecnych poziomów hałasu wymaganych do uzyskania zatwierdzenia nie stanowi problemu dla producentów. Różnice odnotowane podczas testów między poszczególnymi oponami wynoszą średnio 6-8 dB. Wiele modeli (zwłaszcza najcichszych opon letnich) ma 4-6 dB poniżej limitu, ale duża część również zbliża się do limitu na poziomie 2 dB. Ograniczenia te są określone w regulaminie nr 117 Europejskiej Komisji Gospodarczej Organizacji Narodów Zjednoczonych (United Nations Economic Commission for Europe - UNECE) - jednolite przepisy dotyczące homologacji opon w odniesieniu do emisji hałasu toczenia i / lub przyczepności na mokrych nawierzchniach. Tak zwana tabela decybeli jest przedstawiona w następujący sposób:
Nominalna szerokość przekroju opony a opuszczalny poziom dźwięku dB
<145 / 72 dB
145 - 165 / 73 dB
165 - 185 / 74dB
185 - 215 / 75dB
> 215 / 76dB
Dla opon wzmocnionych (XL) limity są wyższe o 1 dB.
Jednak wraz z egzekwowaniem przepisów dotyczących oznakowania opon, limity hałasu zostały zaostrzone, a podział na klasy według szerokości został zreorganizowany. Nowa klasyfikacja opon przedstawia się następująco:
Nominalna szerokość przekroju opony a opuszczalny poziom dźwięku dB i różnica dB w stosunku do aktualnych granic
<185 / 70dB (od -2 do -4)
185 - 215 / 71dB (-4)
215 - 245 / 71dB (-5)
245 - 275 / 72dB (-4)
> 275 /74dB (-2)
W przypadku opon wzmocnionych (XL) i M + S limity te będą wyższe o 1 dB.
Obecnie najlepsza kategoria hałasu na etykietach opon przyznawana jest modelom osiągającym 67 dB (jedna fala). 68 dB to również wielkie osiągnięcie (wciąż jedna fala).
Jak komfort opon wpływa na wydajność?
Dyskomfort mechaniczny spowodowany wibracjami jest bezpośrednio związany z hałasem. Opony niskoprofilowe, które są zwykle szersze, generują więcej hałasu, a ze względu na ich niski profil i większą sztywność boków oraz ogólną charakterystykę opony te są mniej wygodne, ponieważ wszystkie wibracje są bardziej odczuwalne. Jeśli opona nie jest jednorodna ze względu na jej proces produkcyjny, powoduje pulsowanie podczas jazdy, a pasażerowie poczują zarówno wibracje jak i hałas.
Porównanie opon przed dokonaniem zakupu jest bardzo ważne, ale należy pamiętać, że każdy model jest kompromisem między różnymi aspektami wydajności. Jeśli chodzi o komfort i opona ma być bardzo cicha, kosztuje to przyczepność na mokrej nawierzchni i odporność na aquaplaning. Badania wykazały jednak, że nie ma wyraźnej zależności między hałasem opon a oporem toczenia. Innym sposobem zaprojektowania bardzo cichej opony jest użycie małych klocków bieżnika. Opona z taką rzeźbą nie jest jednak atrakcyjna wizualnie a należy pamiętać, że wiele osób przywiązuje dużą wagę do wyglądu swoich opon.
Wpływ komfortu i hałasu na końcową ocenę opony jest dyskusyjny. I choć jest to ważne dla użytkowników, nie może konkurować z takimi parametrami, jak przyczepność opony lub zachowanie na zakrętach. Jednak wyjątkowo niski poziom komfortu całkowicie dyskwalifikuje oponę w oczach użytkowników.
Jak testowany jest hałas i komfort opon?
Zewnętrzny test hałasu opon
Istnieje wiele metod określania poziomu hałasu i komfortu opon. Do pomiaru hałasu zazwyczaj stosuje się metody podobne do stosowanych podczas testów homologacyjnych opon. Ta metoda nosi nazwę „coast-by”. Pomiar taki powinien odbywać się w kwadratowej strefie testowej o wymiarach 20 m na 20 m, z mikrofonami umieszczonymi w odległości 7,5 m od osi ruchu pojazdu. Tor powinien być wykonany z kruszywa o maksymalnym rozmiarze 8 mm.
Test hałasu opony przy użyciu metody „coast-by”.
Niestety, ten typ powierzchni nie odpowiada wszystkim rodzajom dróg, które występują w Europie. Dlatego testy przeprowadzone zgodnie z tą procedurą nie oddają nam pełnych rezultatów. Zdarza się również, że producenci optymalizują swoje opony w tych warunkach, a na innych nawierzchniach mogą być nieco głośniejsze. W praktyce wiele dróg jest gładszych (głównie w aglomeracjach miejskich), a wiele z nich jest bardziej szorstkich, o znacznie większych rozmiarach kruszywa, nawet 14-15 mm, co jest typowe dla autostrad.
Zgodnie z tą metodą kierowca wjeżdża do strefy testowej z określoną prędkością, a następnie włącza bieg jałowy i wyłącza silnik. Co najmniej cztery pomiary wykonywane są w zakresie prędkości od 70 do 80 km/h i cztery w zakresie prędkości od 80 do 90 km/h.
Istnieją również metody „driver-by” i „cruise-by”. Pierwsza charakteryzuje się tym, że kierowca wjeżdża do strefy pomiarowej z prędkością 50 km/h na 2 lub 3 biegu, a następnie przyspiesza przez obszar testowy. Metoda druga polega na przejeżdżaniu przez obszar testowy ze stałą prędkością.
Test głośności opon w kabinie pojazdu
Test hałasu z manekinem
Test przeprowadza się za pomocą manekina siedzącego na siedzeniu pasażera, wyposażonego w mikrofony umieszczone w uszach, podłączone do rejestratora i komputera. Test przeprowadza się zgodnie z następującą procedurą: samochód przyspiesza do określonej stałej prędkości (np. 80 km/h), uruchamia sprzęt pomiarowy i rejestruje poziom ciśnienia akustycznego przez określony czas. Test powtarzany jest kilka razy.
Subiektywne testy hałasu
Testy komfortu i hałasu przeprowadzone przez doświadczonych kierowców testowych są nieocenione. Takie testy przeprowadza się przez porównanie z zestawem odniesienia. W zależności od aspektów komfortu ocenianych przez kierowcę stosuje się różne testy:
- Aby ocenić tłumienie wstrząsów na wyboistej drodze, podejmowane są próby przemieszczania się po takiej drodze ze stosunkowo dużą prędkością (np. 80 km/h). Kierowca i / lub odpowiednie czujniki oceniają wielkość przyspieszenia pionowego podczas jazdy po nierównościach, czas i skuteczność tłumienia oraz tendencję do rezonansu.
- Aby ocenić efekt przejazdu przez pojedynczą przeszkodę wykonuje się test, jadąc po specjalnie przygotowanym pojedynczym progu, otworze lub studzience z prędkością 40-50 km/h. Kierowca ocenia wielkość przyspieszenia pionowego i hałas towarzyszący uderzeniu.
- Przeprowadzane są dwa testy w celu określenia wpływu kształtu bieżnika na jazdę. W pierwszym jest określany wpływ wzoru bieżnika na jazdę ze stałą prędkością 80-100 km/h. W drugim natomiast jest określany poziom zawodzenia i dudnienia bieżnika podczas zmian prędkości. W tym celu badany pojazd przyspiesza do prędkości powyżej 100 km/h, a następnie zwalnia aż do zatrzymania. Testy te są przeprowadzane na gładkiej drodze.
- Aby ocenić hałas drogowy (tj. zdefiniować ogólny hałas), kierowca podróżuje odcinkiem nierównej drogi z prędkością 80-100 km/h i opisuje swoje wrażenia.
Głośne opony
Charakterystyczne buczenie opon letnich (lub zimowych) to tylko jeden z rodzajów hałasu opon. Innym powszechnym rodzajem zakłóceń jest piszczenie. Skąd to pochodzi? Klasa przyczepności na mokrej nawierzchni zależy od poślizgu i tarcia, które generuje hałas. Jeśli chodzi o opony samochodowe, możemy wyróżnić dwa poziomy hałasu spowodowane tarciem gumy o nawierzchnię drogi:
- syczenie,
- piszczenie
Syczący dźwięk powstaje podczas normalnej jazdy, gdy potrzebna jest średnia przyczepność. Pojawi się podczas jazdy po linii prostej, podczas łagodnego hamowania, przyspieszania lub poruszania się po łuku o dużym promieniu z umiarkowaną prędkością.
Piszczący dźwięk pojawia się, gdy wymagany poziom przyczepności zbliża się do granicy, jaką może zaoferować opona czy nawierzchnia w danym momencie. Pisk może powstać podczas hamowania awaryjnego, szybkiego przyspieszania lub w wąskim zakręcie przy dużej prędkości.
Skąd pochodzi pisk podczas ostrego hamowania? Odpowiedzialne za to jest zjawisko „stick-slip” - bloki bieżnika, które intensywnie ocierają się o nawierzchnię powodują wibracje, które z powodu wyższej częstotliwości są słyszalne jako głośny pisk. Silniejsze tarcie występuje, gdy opona znajduje się na granicy przyczepności, na przykład podczas gwałtownego przyspieszania, ostrego hamowania lub pokonywania zakrętów z dużą prędkością.
1 - blok bieżnika dotyka nawierzchni drogi.
2 - blok przechyla się coraz bardziej, aby pozostać w kontakcie z punktem na dotkniętej drodze: na tym etapie gromadzi się energia.
3 - blok bieżnika osiąga granicę przyczepności i zaczyna się ślizgać, rozpoczyna się stopniowe uwalnianie energii i generowane są wibracje gdy blok odsuwa się od punktu styku.
4 i 5 - blok bieżnika wygina się, a następnie porusza.
6 - blok traci wszelki kontakt z nawierzchnią drogi i szybko się prostuje, uwalniając całą wcześniej zgromadzoną energię. Blok tarcia na powierzchni generuje dźwięk. Powyższa ilustracja przedstawia zachowanie bloku bieżnika.
Co decyduje o piszczeniu danej opony?
- współczynnik przyczepności określonej powierzchni,
- szybkość i sposób manewrowania,
- charakterystyka opony - zastosowana mieszanka, wzór bieżnika, układ bloków i rowków, liczba szczelin
- głębokość bieżnika i wiek opony oraz związane z tym zmiany sztywności bloków bieżnika
Opony o gorszej przyczepności będą bardziej piskliwe. Dźwięk może być wzmocniony przez rodzaj nawierzchni. Takie czynniki, jak złe ustawienie kół lub uszkodzone elementy zawieszenia również mają wpływ na hałas.
Piszczenie opon nie jest niebezpieczne. Często jest wręcz przeciwnie - działa prewencyjnie informując nas, że zbliżamy się do granicy przyczepności opon.
