Z rajdowo-wyścigowego laboratorium na zwykłe drogi. Dlaczego dobre opony nie powstaną bez sportów motorowych?

Są też oczywiście coraz bardziej wymagający amatorzy jazdy sportowej, poszukujący osiągów opony wyczynowej, ale z dopuszczeniem do ruchu drogowego. Niezależnie od tego, czy szukamy wydajności czy ekonomii produktu, bazy naprawdę dobrej opony w każdym z segmentów nie stworzy się bez sportów motorowych.

Motorsport jest jednym z wielu obszarów badawczych, w których można weryfikować założenia inżynierów. Sprawdzenie rozwiązań w tak ekstremalnym środowisku to przede wszystkim szybka kontrola jakości. Liderem pod względem prac badawczo rozwojowych od dawna jest jedna firma, która napędza zresztą wyścig technologiczny.

Innowator na wielu frontach

Mowa o Michelin, który nie bez przyczyny jest najbardziej wartościową marką oponiarską na świecie. Zaangażowanie na wielu frontach motorsportu pozwala przetestować i dopracować rozwiązania, które potem trafiają do opony, która trafi na auto użytkowane na co dzień.

W Rajdowych Mistrzostwach Świata (WRC) czy Rajdzie Dakar (tam pod marką BF Goodrich) testowana jest wytrzymałość mieszanek na ścieranie w agresywnych warunkach, ich odporność na rozrywanie i nacięcia oraz późniejsze pękanie. Dodatkowo konstrukcja opony sprawdzana jest pod kątem wytrzymałości na uderzenia i duże siły działające punktowo.

W wyścigach długodystansowych jak 24 godziny Le Mans testowane jest równomierne rozpraszanie kumulowanego ciepła tak, aby opona mogła jak najdłużej pracować w optymalnym zakresie temperatur. To przekłada się na wyższą przyczepność i powtarzalność okrążenia po okrążeniu.

W wyścigach Formuły E badane jest zachowanie nowych mieszanek, jednocześnie pod kątem przyczepność na suchej i mokrej nawierzchni. Wszystko po to, aby opracować najbardziej uniwersalną mieszankę gumową. Dodatkowym, bardzo ważnym parametrem w Formule E jest testowanie technologii obniżających opór toczenia, co ma fundamentalne znaczenie w autach elektrycznych.

Najcenniejsze to, co niewidoczne

Często zwykły użytkownik dróg nie potrafi na pierwszy rzut oka znaleźć powiązań między swoją oponą, a tą, które używa się w wyczynowym sporcie. Przełom w tej kwestii stanowią opony Michelin Pilot Sport 4S.

To właśnie one są niemal identyczne jak ogumienie samochodów Formuły E. Bieżnik, a także konstrukcja opasań stalowych i aramidowo-nylonowych jest dokładnie zaczerpnięta z opon najbardziej prestiżowej serii wyścigowej dla elektrycznych bolidów jednomiejscowych.

Nawet jeśli bieżnik jest inny, to nie oznacza to, że produkt jest pozbawiony dziedzictwa motorsportowego. Michelin z rajdów off-roadowych wykorzystuje mieszanki gumowe i szkielet opony do tworzenia cywilnych opon terenowych. Co ciekawe, opony przemysłowe do ładowarek i wozideł wielotonowych także korzystają z mieszanek opon rajdowych.

Nawet boki opon autobusów miejskich i aut dostawczych również korzystają z mieszanek testowanych w rajdach terenowych. W ich przypadku niezbędna jest bardzo wysoką wytrzymałość, a gdzie ją sprawdzić lepiej niż na kamienistym etapie Rajdu Dakar?

Z wyścigów asfaltowych dobierane są mieszanki o niskich oporach toczenia. Ich użycie zapewnia wysoką trwałość, a co za tym idzie zapewnia większy przebieg przy zachowaniu wysokiej wydajności. Żywotność opony to jeden z niedocenianych elementów, który warto brać pod uwagę.

Wielwarstwowa żywotność

Co zatem wpływa na to, że opona potrafi starczyć na dłużej od innych? W tym celu wykorzystuje się kilka warstw mieszanek. Można je umieszczać pod sobą lub obok siebie. Przykładowo wykorzystanie twardej oraz miękkiej stabilizuje osiągi, mimo zużycia głębokości bieżnika. Michelin wykorzystuje ten patent zwłaszcza w zimówkach.

Atutem opon Michelin o dwóch mieszankach i zmienną geometrią bieżnika jest to, że mogą efektywnie pracować poniżej 4 mm bieżnika. Większość osób wtedy myśli o wyrzuceniu opon na śmietnik, ale przykładowo w Michelin Alpin 6 „dokopujemy się” do zupełnie nowej mieszanki o wyższej elastyczności i przyczepności oraz nowych kanałów i lameli.

Ta świeża warstwa opony, która początkowo jest ukryta pod wierzchnią mieszanką jest skonstruowana tak, aby działała efektywnie przy niskim stanie bieżnika. Ta technologia nazywa się Ever Grip i jej zadaniem jest zapewnienie skutecznego działania opon nawet, gdy opona ma zaledwie 1,6 mm bieżnika (prawne minimum), a nawet mniej! Jednocześnie konkurencja Michelin, która nie rozwinęła tej technologii zaleca zmianę opon, gdy bieżnik zużyje się do 4 mm.

Zazwyczaj wysoka skuteczność oraz długa żywotność wykluczały się wzajemnie. Kompromis miedzy tymi biegunami Michelin uzyskał poprzez silne połączenia molekularne funkcjonalnych elastomerów. Przykładowo elastomery o wysokiej przyczepności są zbrojone elementami zapewniającymi niższy opór toczenia i trwałość, to tak jak zbrojenie betonu stalą. To dwa różne materiały, ale w odpowiednim połączeniu tworzą zupełnie inne właściwości. Podczas wytwarzania mieszanki Michelin przykłada wielką wagę do uzyskanej jednorodności mieszanki i siły wiązań cząsteczkowych, bo to one właśnie wydłużają trwałość opony.

Nowe technologie przyciągają się wzajemnie

Producenci samochodów, którzy wprowadzają najnowsze rozwiązania na rynek, często nawet eksperymentalne, potrzebują opon, dzięki którym otrzymają doskonałe informacje zwrotne na długim dystansie. Dlatego też w prototypach pojazdów autonomicznych często można znaleźć opony Michelin z podwójną mieszanką i ewolucyjną rzeźbą bieżnika.

Wiele z najbardziej ekstremalnych hipersamochodów również poszukuje ogumienia akurat od francuskiego przedsiębiorstwa, ponieważ wiedzą, że ich nieustanny rozwój i dbałość o wytrzymałe technologie, zapewni sprostanie niesamowitym przeciążeniom. Z tego względu najbardziej hardcore’owe konstrukcje wyposażane są w cywilne opony do jazdy sportowej. To m.in. Michelin Pilot Sport 4S, Michelin Pilot Super Sport, Michelin Pilot Sport Cup 2 i Cup 2 R. Wszystkie posiadają dwa rodzaje mieszanek ułożone obok siebie, a nie jedna na drugiej, jak w przypadku zimowych Alpin 6.

Wyzwaniem były wymagania Kenigsega Agera R, który chciał pobić rekord prędkości i zrobił to osiągając 431 km/godz. Także Bugatti Veyron oraz Chiron stosowały opony Michelin specjalnie zaprojektowane nie tylko do prędkości, ale do ogromnych przyspieszeń i opóźnień przy hamowaniu. W teście przyspieszenia do 300 km/godz. Michelin jest w stanie zaprojektować oponę tak, aby można było opóźnić hamowanie trzykrotnie względem konkurencji i wyhamować auto szybciej niż ponad 1000-konny silnik jest w stanie napędzić się do 300 km/godz.

Dla aut osiągających prędkości ponad 300 km/godz. szczególne ważne jest opanowanie ogromnych sił odśrodkowych, tak aby opona nie deformowała się podczas wysokich prędkości i utrzymywała właściwą powierzchnię kontaktu z nawierzchnią. Michelin osiąga to poprzez zastosowanie lekkich konstrukcji i materiałów, ponieważ siła odśrodkowa rośnie proporcjonalnie do masy i kwadratu prędkości obrotowej. Dodatkowo wykorzystuje się włókna aramidowo-nylonowe, które są odporne na rozciąganie i opanowują siłę odśrodkową ośmiokrotnie lepiej niż opasanie stalowe.

Sekretny przepis na mieszankę

Jedną z ważniejszych tajemnic najlepszych producentów opon jest skład mieszanek opon. Inny typ potrzebny jest dla opony letniej, inny dla zimowej, a jeszcze inaczej wygląda filozofia w przypadku tworzenia opony całorocznej, która jak Michelin CrossClimate w ostatnim czasie zyskuje na popularności.

W uproszczeniu mieszanki zimowe zawierają większy udział kauczuków naturalnych, a letnie posiadają więcej syntetycznych. Mieszanki letnie są projektowane tak, aby zapewniały optymalną przyczepność powyżej 7°C i aż do 40°C na asfalcie suchym i mokrym.

Z kolei zimowe uzyskują największą przyczepność poniżej 7°C do –30°C. Jest oczywiście też mieszanka nordycka, która musi pracować nawet przy –40°C. W oponach zimowych dodatkowo oprócz asfaltu dochodzi zapewnienie najwyższego współczynnika tarcia między mieszanką bieżnika a śniegiem.

Druk 3D i akustyka

W przypadku wspomnianej opony CrossClimate wykorzystuje się tam wymienioną wcześniej technologię Ever Grip. W tym przypadku po przekroczeniu połowy wysokości bieżnika opona powinna uzyskać dodatkową objętość kanałów do odprowadzenia wody czy błota pośniegowego. Dodatkowy kanał to także dodatkowe krawędzie do zachowania przyczepności.

Żeby to osiągnąć nie można stosować standardowych blaszanych lameli w formie. Z pomocą przychodzi druk 3D, który umożliwia produkcję lamel o pożądanej geometrii. To połowa sukcesu, bo niezwykle wymagającym zadaniem jest zastosowanie drukowanego materiału, który trzeba dopracować tak, aby był odporny na ogromne temperatury (ponad 200°C) i ciśnienie w formie (ponad 100 atm).

Dla Michelin ważna jest zresztą nie tylko najlepsza wydajność czy trwałość opony, ale i komfort użytkowania. Niejednokrotnie przyczepność uzyskuje się kosztem hałasu. Inżynierowie Michelin poradzili sobie z tym stosując sekwencję motywów bieżnika zamiast identycznego rozmieszczenia elementów na całej powierzchni.

Dzięki temu unika się efektu rezonansu, który jest przyczyną dyskomfortu akustycznego na zewnątrz auta i pośrednio wewnątrz auta. Dodatkowo wewnątrz opony używa się specjalnie opracowanych pianek poliuretanowych, które są bardzo lekkie ale potrafią wyciszyć hałas wewnątrz auta o 20 proc. Ta technologia jest szczególnie pożądana przez producentów cichych aut, hybryd i aut elektrycznych.

Te wszystkie wymienione technologie to oczywiście tylko zalążek tego, nad czym pracuje Michelin. Status lidera branży to efekt przeznaczania swoich zasobów na nieustanny rozwój i poszukiwanie nowych rozwiązań. Już wkrótce bowiem opony mogą zmienić się nie do poznania. W tę przyszłość może wprowadzić świat tylko Michelin, która w procesach badawczo-rozwojowych jest raczej kilka lat przed innymi.