Ranking opon - jak bada się hałas i komfort opon?

W tej części cyklu o powstawaniu rankingów opon omawiamy jak w testach opon bada się hałas i komfort opon.

W kontekście opon komfort jest pojęciem szerszym niż hałas. Zasadniczo składa się na niego komfort akustyczny (czyli właśnie hałas) i komfort mechaniczny (czyli wszelkiego rodzaju drgania związane z oponami, wpadanie w rezonans, tłumienie wstrząsów itp.).

Jak rozumieć pojęcie hałas opony?

Hałas należy rozumieć jako poziom dźwięku, który powoduje nieprzyjemne wrażenie słuchowe lub wręcz przeszkadza kierowcy, pasażerom i otoczeniu. Dźwięk to drgania rozchodzące się w powietrzu w postaci fal dźwiękowych. Źródłem drgań może być ciało stałe (w tym przypadku opona), które pobudza do drgania powietrze, tworząc dookoła fale ciśnienia. Zasadniczo, im bardziej źródło, a więc opona drży, tym potencjalnie większy hałas będzie generować.

Źródło powstawania hałasu podczas pracy opony

Podczas ruchu samochodu zachodzi ciągła interakcja pomiędzy oponami a drogą. Opona obraca się, ulega ciągłym odkształceniom, a jej klocki bieżnika uderzają o podłoże. Jako główne zjawiska generujące hałas możemy wymienić:

• uderzenie klocków bieżnika w czasie dotykania powierzchni drogi i podczas oddalania się od niej, w związku z powstającymi drganiami opasań, które powodują efekt wycia bieżnika i dudnienia
• sprężanie powietrza w rowkach bieżnika, z którym wiążą się dwa efekty: rezonans powietrza w sieci rowków bieżnika (w tym zawirowania w miejscach, gdzie spotykają się kanały), drgania powietrza uwalnianego z tyłu opony
• drgania w czasie kontaktu i rozprężanie klocków bieżnika w czasie opuszczania powierzchni kontaktu.

Każda opona ma częstotliwość własną, czyli taką, w której drży najmocniej. Problem pojawia się wtedy, gdy częstotliwość ta jest zbliżona do częstotliwości pobudzającej (wynikającej np. z chropowatości drogi). Wtedy opona zamiast absorbować drgania i hałas, wzmacnia je. Większy problem pojawia się, gdy częstotliwość ta jest dodatkowo zbliżona do jednej z częstotliwości własnych samochodu. To może być przyczyną, dla której jeden model opon uważany jest przez niektórych kierowców za cichy, a przez innych za głośny. Obrazowo mówiąc, ważne jest czym (samochód), po czym (chropowatość drogi, częstotliwość uskoków poprzecznych w jezdni itp.) i na czym (opona) jeździmy. W wielu wypadkach hałaśliwość opony wynika też z błędów, niedociągnięć lub świadomych decyzji producentów (na przykład w celu podniesienia innych istotniejszych osiągów na przykład przyczepności). W tym miejscu, warto zwrócić uwagę, jak istotna jest dla komfortu kierowcy współpraca producentów opon i samochodów oraz specjalistów budujących drogi.

Jaki jest akceptowalny poziom hałasu opony?

Spełnienie aktualnych poziomów hałasu koniecznych do uzyskania homologacji hałasu nie stanowi ogólnie problemu dla producentów. Różnice rejestrowane w czasie testów między poszczególnymi oponami wynoszą średnio od 6-8 dB(A). Wiele opon jest 4-6 dB(A) poniżej limitu, jednak duża część zbliża się też do limitu na 2dB(A). Limity te zawiera Regulamin nr 117 Europejskiej Komisji Gospodarczej Organizacji Narodów Zjednoczonych (EKG ONZ) – Jednolite przepisy dotyczące homologacji opon w odniesieniu do emisji hałasu toczenia i przyczepności na mokrych nawierzchniach. Przedstawiają się one w sposób następujący:

Dla opon wzmocnionych (XL) limity są wyższe o 1dB(A).

Jednak wraz z wejściem w życie przepisów o etykietach na oponach zaostrzone zostaną limity hałasu oraz przeorganizowane trochę klasy podziału opon ze względu na szerokość. Nowe limity przedstawiają się w sposób następujący:

Dla opon wzmocnionych (XL) i M+S limity te będą wyższe o 1dB(A).

Jak rozumieć pojęcie komfort opony?

Jedną z funkcji opony jest absorbowanie wstrząsów i tłumienie drgań. Krótko mówiąc, opona ma być elementem pojazdu zapewniającym komfort podróżowania. W niektórych przypadkach, może ona słabo spełniać tę rolę lub wręcz stawać się źródłem dyskomfortu. Pamiętajmy jednak, że komfort jest pojęciem subiektywnym. Każdy człowiek może uznawać co innego za dyskomfort, może mieć inną granicę utraty komfortu. Zależy to zasadniczo od poziomu percepcji, ale też od czynników kulturowych, konkretnej sytuacji i osobistych predyspozycji. Innym aspektem komfortu opony jest komfort psychiczny, jaki daje kierowcy. Chodzi tu o zaufanie kierowcy do konkretnych opon, przewidywalność ich zachowania.

Źródła dyskomfortu opon

Powodem dyskomfortu generowanego przez opony mogą być:

• świadoma rezygnacja przez producenta opony z jej komfortu na rzecz innych parametrów
• charakterystyka danego modelu wynikająca z założeń konstrukcyjnych
• niska jakość i błędy produkcji.

Wynika to zasadniczo z kształtu rzeźby bieżnika, konstrukcji opony oraz jej masywności w strefie barków. W konstrukcji opony musi być zachowana swoista równowaga pomiędzy sztywnością a elastycznością. Konkretne modele opon, które muszą sprostać wymaganiom związanym z osiągnięciem indeksu prędkości i nośności mogą zatracić właściwości tłumienia drgań. Im opona większa, o większej średnicy i szerokości, tym mniej komfortowa. Opony o wyższych profilach, zwykle stosunkowo wąskie, uznawane są za najbardziej komfortowe. Faktycznie mogą one być cichsze i lepiej amortyzować nierówności na drodze. Są one jednak bardziej podatne na przechyły i bujanie, np. podczas mijania samochodu ciężarowego lub w zakręcie, co jest częstym powodem niezadowolenia z opony wymienianym przez kierowców.

Wpływ komfortu opon na pozostałe parametry opon

Dyskomfort mechaniczny wynikający z drgań ma bezpośredni związek z hałasem. Opony o niskim profilu, które są zwykle szersze generują większy hałas, a ich niski profil i większa sztywność boków i całej opony sprawiają, że dyskomfort ze względu na odczuwanie wszelkich wstrząsów wzrasta. Jeśli poziom drgań wynika z niejednorodności opony wynikającej z procesu produkcyjnego, to zwykle będziemy odczuwać łącznie drgania i hałas.

Pamiętajmy, że każda opona jest kompromisem osiągów. W przypadku komfortu opon, jeśli opona miałaby być bardzo cicha, odbyłoby się to kosztem przyczepności na mokrej nawierzchni i osłabieniem odporności na aquaplaning. Badania wykazały natomiast, że nie ma jednoznacznego związku pomiędzy hałaśliwością opon, a oporami toczenia. Innym sposobem na zaprojektowanie bardzo cichej opony jest zastosowanie małych klocków rzeźby bieżnika. Jednakże, opona o takiej rzeźbie nie jest atrakcyjna wizualnie, a pamiętajmy, że wiele osób przywiązuje dużą wagę do design’u ich opon.

Wpływ komfortu i hałasu na ocenę końcową opony w rankingu jest dyskusyjny. I mimo, że jest on ważny dla użytkowników, nie może konkurować z takimi parametrami jak przyczepność, czy zachowanie w zakrętach. Jednakże ekstremalnie niski poziom komfortu opony całkowicie ją dyskwalifikuje w oczach użytkowników.

Jak bada się hałas i komfort opon?

Metody badania hałasu zewnętrznego. Istnieje wiele metod mających na celu określenie poziomu hałasu i komfortu opon. Do oceny hałasu zwykle stosowane są metody zbliżone do tych, jakie są stosowane w czasie badań homologacyjnych opony. Metoda ta nazywana jest coast-by. Pomiar taki powinien odbywać się w strefie badawczej w kształcie kwadratu o wymiarach 20m na 20m, na której środku, w odległości 7,5 m od osi ruchu pojazdu umiejscowione są mikrofony. Maksymalna wielkość kruszywa z jakiego powinien być wykonany tor wynosi 8mm. Niestety ten typ nawierzchni nie odpowiada wszystkim typom dróg jakie występują w Europie. Dlatego testy przeprowadzane zgodnie z tą procedurą nie oddają całego obrazu sytuacji. Zdarza się też, że producenci optymalizują swoje opony pod kątem tych warunków i na innych nawierzchniach mogą one być trochę głośniejsze. W praktyce spotykane są drogi gładsze (głównie w obrębie aglomeracji miejskich), ale też często bardziej chropowate, które mają znacznie większe kruszywa rzędu 14-15 mm, typowe dla autostrad.

Zgodnie z metodyką kierowca wjeżdża w strefę testową z określoną prędkością, następnie wrzuca luz i wyłącza silnik. Dokonuje się co najmniej 4 pomiary w zakresach prędkości od 70 do 80 km/h i 4 w zakresach prędkości od 80 do 90 km/h.

Obszar badawczy hałasu opony metodą "coast by".

Istnieją również metody "driver-by" i 'cruise-by". Test "driver-by" charakteryzuje się tym, że kierowca wjeżdża w strefę pomiarową z prędkością 50 km/h na 2 lub 3 biegu i następnie przejeżdżając przez obszar testu przyśpiesza. Metoda "cruise-by" polega na przejeździe przez obszar testowy ze stałą prędkością.

Poziom hałasu w kabinie- testy z manekinem

Testu dokonuje przy użyciu manekina siedzącego na miejscu pasażera, który jest wyposażony w mikrofony umiejscowione uszach podłączone do rejestratora i komputera. Test przeprowadzany jest według następującej procedury: samochód rozpędza się do określonej stałej prędkości (np. 80km/h), uruchamiana jest aparatura pomiarowa, która przez określony czas rejestruje poziom ciśnienia dźwięku. Przejazd powtarzany jest kilkukrotnie.

Testy subiektywne

Nieocenione są próby komfortu i hałasu przeprowadzane przez doświadczonych kierowców testowych. Testy takie są przeprowadzane po przez porównanie z zestawem referencyjnym. Zwykle przeprowadzane są według następującej procedury:

• zestaw referencyjny
• zestaw testowy nr 1 względem zestawu referencyjnego (możliwe kilka rund)
• zestaw referencyjny
• zestaw testowy nr 2 względem zestawu referencyjnego (możliwe kilka rund)
• zestaw referencyjny
• ...
• zestaw referencyjny.

Przejazdy na oponach referencyjnych są więc znacznie częstsze niż na przykład w przypadku testów hamowania. Ma to wyeliminować wpływ kolejności opon na wyniki końcowe.

Metody oceny komfortu

W zależności od aspektów komfortu jakie ma oceniać kierowca stosuje się różne próby:

• w celu oceny tłumienia wstrząsów na wyboistej drodze, dokonuje się próby przejazdu po takiej właśnie drodze ze stosunkowo dużą prędkością (np. 80 km/h). Kierowca i/lub odpowiednie czujniki oceniają wielkość przyśpieszenie pionowego w momencie przejazdu przez garby, czas i skuteczność tłumienia, oraz tendencję do wpadania w rezonans
• w celu oceny efektu przejazdu przez pojedynczą przeszkodę dokonuje się próby przejazdu po pojedynczym garbie, progu lub przez dziurę lub zasuwę studzienki odpowiednio spreparowane na torze z prędkością rzędu 40-50km/h. Kierowca ocenia wielkość przyśpieszenia pionowego oraz hałas towarzyszący uderzeniu
• w celu określenia efektów związanych z kształtem bieżnika przeprowadza się dwa testy. Pierwszy ma na celu określenia efektu rzeźby w czasie jazdy. Polega on jednostajnej jeździe z prędkością 80-100km/h. Drugi ma na celu określić poziom wycia i dudnienia bieżnika w czasie zmian prędkości. W tym celu rozpędza się pojazd testowy do prędkości powyżej 100km/h i następnie zwalnia aż do zatrzymania. Próby te przeprowadza się na gładkiej drodze
• w celu oceny hałas drogowego (czyli określenia hałasu ogólnego) kierowca przejeżdża po odcinku chropowatej drogi z prędkością rzędu 80-100km/h i opisuje swoje wrażenia
• w celu ocen komfortu w zakrętach przeprowadzane są testy na torach łączonych składających się z zakrętów o różnych promieniach.

Więcej o rankingach opon:

Ranking opon: czy można wierzyć testom opon?

Ranking opon: jak przeprowadza się testy opon?

Ranking opon: jak testuje się przyczepność opon?