Opona przyszłości ma nie tylko wymienny bieżnik. Czujniki mogą mierzyć przyczepność i ostrzegać samochód przed lodem lub aquaplaningiem.
Zużyty bieżnik nie musi już oznaczać końca całej opony. I nie, nie mówię tu o bieżnikowaniu. Hiszpańscy inżynierowie opracowali konstrukcję, w której zewnętrzną warstwę można po prostu odłączyć od reszty i zastąpić nową. Pomysł jest niby prosty, ale wymagał całkowitej zmiany sposobu łączenia elementów opony. Zamiast trwałego zespolenia gumy naukowcy zastosowali mechaniczne zazębienie, które musi wytrzymać hamowanie, przyspieszanie i siły działające podczas skręcania.
Zużywa się niewielka część, wyrzucamy całość
Współczesna opona jest konstrukcją znacznie bardziej skomplikowaną, niż sugeruje to jej wygląd. Pod bieżnikiem znajdują się kolejne warstwy wzmacniające, opasanie, karkas i stopki odpowiadające za prawidłowe osadzenie na feldze. Problem polega na tym, iż najczęściej o końcu użytkowania decyduje przede wszystkim najbardziej zewnętrzna część.
Bieżnik ściera się podczas każdego kilometra jazdy. Gdy przestaje mieć odpowiednią głębokość albo adekwatności, wymieniamy całą oponę, choćby o ile jej zasadnicza konstrukcja pozostaje sprawna.
Naukowcy z Universidad Carlos III de Madrid chcą ten układ rozdzielić. W projekcie ECOTIRE korpus opony może być używany dalej, a zużyciu i wymianie podlega osobny pas bieżnika. Według badaczy odpowiada on za mniej niż 20 proc. całkowitej masy ogumienia.
Różnicę odczujemy przede wszystkim z punktu widzenia ilości odpadów. Problem zagospodarowania zużytych opon jest na tyle duży, iż także w Polsce realizowane są zmiany mające przenieść większą odpowiedzialność za ich odbiór i recykling na producentów. ECOTIRE ma sprawić, żeby większość opony w ogóle nie stawała się odpadem po zużyciu pierwszego bieżnika.
Nie przykleili bieżnika. Zazębia się z resztą opony
W tradycyjnej oponie poszczególne warstwy zostają trwale zespolone w procesie produkcji. o ile bieżnik ma być później zdejmowany, takie rozwiązanie odpada. Jednocześnie nowe mocowanie nie może pozwalać mu przesuwać się podczas gwałtownego hamowania albo szybkiego pokonywania zakrętu.
Zespół opracował więc powierzchnię z geometrycznymi wypustkami, które mechanicznie zazębiają bieżnik z korpusem. W jednej z opisanych wersji elementy przypominają niewielkie piramidy. Nie potrzeba kleju, ale siły działające pomiędzy obiema warstwami przez cały czas są przenoszone na dużej powierzchni.
W najnowszym badaniu inżynierowie sprawdzili przeprojektowane połączenie pod różnymi obciążeniami. W porównaniu z wcześniejszą konstrukcją zdolność przenoszenia sił wzdłużnych wzrosła o ponad 60 proc., poprzecznych o blisko 90 proc., a sztywność styczna przy niższych obciążeniach choćby o 80 proc. Wymienny bieżnik ma sens tylko wtedy, gdy podczas jazdy zachowuje się jak integralna część koła, a nie nakładka próbująca z niego zejść przy mocniejszym skręcie.
Zamiast zwykłej gumy wybrali silikon
Druga duża zmiana dotyczy materiału samego bieżnika. Badacze eksperymentują z gumą silikonową. W przeprowadzonych wcześniej testach porównywano jej zużycie i tarcie z tradycyjną gumą stosowaną w oponach. Silikon wykazał około 10 razy mniejsze pogorszenie stanu podczas testów ścierania i większą stabilność adekwatności.
Ścieranie opon oznacza uwalnianie bardzo drobnych cząstek materiału do otoczenia. o ile warstwa pracująca bezpośrednio na asfalcie zużywa się wolniej, potencjalnie można ograniczyć również tę część emisji.
Konstrukcja na ten moment pozostaje projektem badawczym, ale jest bardzo ciekawa. Zespół ma działające prototypy i wykonał testy na stanowiskach odtwarzających obciążenia występujące podczas toczenia, ale do homologowanej opony produkowanej w milionach egzemplarzy przez cały czas daleko. Badacze twierdzą jednak, iż zachowanie prototypu jest już wystarczająco zbliżone do klasycznego ogumienia, by myśleć o kolejnym etapie i współpracy z przemysłem.
Opona sama powie samochodowi, iż zaczyna się ślizgać
Wymienny bieżnik jest tak naprawdę tylko połową pomysłu. ECOTIRE ma być również inteligentną oponą wyposażoną w czujniki. Dzisiaj kierowcy kojarzą elektronikę w kołach przede wszystkim z TPMS, czyli kontrolą ciśnienia. Takie systemy potrafią jednak dostarczać bardzo ograniczoną ilość informacji i w wielu samochodach służą adekwatnie tylko do zgłoszenia, iż ciśnienie w jednym z kół jest nieprawidłowe.
Hiszpański projekt zakłada znacznie większą rolę samej opony. Sensory mają mierzyć m.in. siły przekazywane na drogę, nacisk w miejscu kontaktu z nawierzchnią, kąt znoszenia i dostępny współczynnik tarcia. Ten ostatni parametr jest szczególnie ciekawy, bo samochód mógłby dzięki niemu otrzymać informację, iż warunki pod kołem właśnie się pogarszają. o ile opona wykryje zachowanie wskazujące na lód albo zbliżający się aquaplaning, dane mogą trafić bezpośrednio do systemów ADAS.
ABS czy układ stabilizacji nie musiałyby wtedy czekać wyłącznie na moment, w którym koło faktycznie zacznie zachowywać się nieprawidłowo. Opona stałaby się kolejnym czujnikiem obserwującym drogę.
Stary pomysł wraca w znacznie ambitniejszej formie
Sama koncepcja zachowania korpusu opony nie jest tak naprawdę zupełnie nowa. Od dawna istnieje bieżnikowanie, w którym zużytą warstwę usuwa się, a na nadający się do dalszego użycia karkas nakłada nową. Rozwiązanie jest szczególnie popularne w ciężkim transporcie, chociaż i na osobówkach znajdziemy takie ogumienie.
ECOTIRE próbuje jednak zaprojektować oponę od samego początku z myślą o wielokrotnej wymianie bieżnika. Nie trzeba usuwać starej gumy i trwale wulkanizować nowej warstwy, ponieważ konstrukcja sama jest modułowa.
Podobny kierunek już kilka lat temu pokazywał Continental w prototypie Conti GreenConcept, w którym również zakładano możliwość odnawiania bieżnika przy zachowaniu pozostałych elementów opony. Hiszpański projekt rozwija tę ideę dalej, łącząc wymienność z mechanicznym mocowaniem, alternatywnym materiałem i rozbudowanymi czujnikami.
Jeżeli taka konstrukcja kiedyś trafi do masowej produkcji, to najbardziej zauważalna zmiana może być zaskakująco prosta. Dziś pytamy, kiedy trzeba wymienić opony. W przyszłości serwis mógłby najpierw sprawdzić stan ich korpusu i wymienić wyłącznie tę część, która rzeczywiście została starta o asfalt.
*Źródło grafiki wprowadzającej: wal_ 172619, Pexels / Canva Pro
