Renkaiden epätasapainon, ilmanpaineen ja ... - TransEco

AALTO­YLIOPISTON TEKNILLINEN KORKEAKOULUInsinööritieteiden ja arkkitehtuurin tiedekuntaKoneenrakennustekniikan laitosTimo NaskaliRenkaiden epätasapainon, ilmanpaineen ja muotovirheidenvaikutus raskaan kaluston energiankulutukseenDiplomityö, joka on jätetty opinnäytteenä tarkastettavaksi diplomi­insinöörin tutkintoavarten.Espoo 25.5.2010Työn valvojaTyön ohjaajaProfessori Matti JuhalaDiplomi­insinööri Osku Kaijalainen

2AALTO­YLIOPISTON TEKNILLINEN KORKEAKOULUTekijä: Timo NaskaliTyön nimi: Renkaiden epätasapainon, ilmanpaineen ja muotovirheidenvaikutus raskaan kaluston energiankulutukseenPäivämäärä: 25.5.2010Tiedekunta:Laitos:Professuuri:Työn valvoja:Työn ohjaaja:Insinööritieteiden ja arkkitehtuurin tiedekuntaKoneenrakennustekniikan laitosKon­16 Auto­ ja työkonetekniikkaProfessori Matti JuhalaDiplomi­insinööri Osku KaijalainenDiplomityön tiivistelmäSivumäärä:132Tämän diplomityön tavoitteena oli selvittää millaisia vaikutuksia renkaan epätasapainolla,ilmanpaineella ja muotovirheillä on raskaan kaluston energiankulutukseen. Samalla tarkasteltiinmillaisia muita vaikutuksia kyseisillä renkaiden ominaisuuksilla on niin ajoneuvon kuinympäristönkin kannalta. Asioita on tarkasteltu myös kustannusten ja kannattavuuden näkökulmasta.Työn alussa on käyty läpi raskaan kaluston renkaiden ominaisuuksia ja valmistusta sekä asioita joidenpohjalle keskeisten aiheiden vaikutukset muodostuvat.Työn perustana on suurelta osin kirjallisuustutkimus kyseisistä asioista. Varsinaisia suoriatutkimuksia ei epätasapainon vaikutuksista energiankulutukseen löytynyt. Osaan epätasapainonaiheuttamista vaikutuksista löytyi tutkimustuloksia, esimerkiksi pyörän dynaamisen kuormituksenvaihtelun vaikutuksista. Muotovirheiden vaikutuksia koskevat tutkimukset käsittelivät lähinnämatkustusmukavuuteen vaikuttavia seikkoja. Löydettyjen lähteiden perusteella keskeisten aiheidenympärillä on markkinoilla monia erilaisia ratkaisuja, joten aiheeseen liittyvää mainosmateriaalia tuleehelposti vastaan. Kuitenkaan mainosväitteiden perustoiksi ei löytynyt merkittäviä selvitys­ taitutkimustuloksia.Koottujen tulosten perusteella vaikuttaisi siltä, että renkaan epätasapainolla ei ole juurikaan vaikutustaenergiankulutuksen kannalta. Muut ajoneuvon kulumista aiheuttavat vaikutukset jäänevät myösmelko pieniksi. Tulos johtuu suurelta osin siitä, että raskaassa kalustossa pyöränkuormat ovat niinsuuria, ettei niihin aiheudu merkittävää vaihtelua epätasapainosta maantienopeuksillakaan. Tiehenaiheutuvat rasitukset kasvavat jonkin verran. Eniten vaikutusta on matkustusmukavuuteen jaohjauspyörän värinöihin. Epätasapainolla on oma osuutensa renkaiden nopeampaan kulumiseen. Senvaikutusten suhteellinen osuus on vaikeasti selvitettävissä, koska muita vaikuttajia kuten mm.muotovirheitä ei saada poistettua. Löydettyjen tulosten perusteeksi on tehty vertailevia laskelmia,jotka tukevat tuloksia siitä, että epätasapainolla ei ole havaittavaa vaikutusta energiankulutuksenkannalta. Nokian Renkailla tehtiin epätasapainon ja säteisheiton vaikutuksia kartoittava mittaus, jonkatulokset ovat samassa linjassa edellisten arvioiden kanssa epätasapainon vähäisestä vaikutuksestaenergiankulutukseen.Renkaan ilmanpaineella on suora vaikutus vierinvastukseen ja sitä kautta energiankulutukseen. Noin10 % paineen vajaus raskaan kaluston renkaissa nostaa polttoaineenkulutusta 0,5 –0,75 % ja 20 %vajaus vastaavasti 1­1,75 %. Keskimäärin noin 20 %:ssa raskaan kaluston renkaista on virheellinenpaine. Renkaan rungon vahingoittumisen kannalta 20 % painevajaus on jo kriittinen.Muotovirheistä aiheutuvat vaikutukset ovat paljolti epätasapainosta aiheutuvien kaltaisia, eikäuseimmilla tavanomaista suuruusluokkaa olevilla virheillä ole kovinkaan suurta vaikutustaenergiankulutukseen. Muotovirheistä vain pyörän huomattavalla säteisheitolla on energiankulutustalisäävä vaikutus. Sen sijaan matkustusmukavuuteen useimmat muotovirheet ja erityisesti pyöränsäteisheitto vaikuttavat. Muotovirheistä ja epätasapainosta aiheutuu pitkällä aikavälillä renkaannopeampaa ja epätasaisempaa kulumista, joka nostaa rengaskustannuksia.Avainsanat: rengas, raskas kalusto, Kuorma­auto, epätasapaino, muotovirhe, rengaspaine,energiataloudellisuus, polttoaineenkulutus, vierinvastus, säteisheitto

3AALTO UNIVERSITY SCHOOL OF SCIENCE AND TECHNOLOGYAuthor: Timo NaskaliTitle of the The Influence of Tyre Unbalance, Pressure and Ununi­Thesis: formity on the Energy Consumption of Heavy VehicleDate: 25 May 2010Faculty:Department:Professorship:Supervisor:Instructors:Faculty of Engineering and ArchitectureDepartment of Engineering Desing and ProductionKon­16 Automotive EngineeringProfessor Matti JuhalaOsku Kaijalainen, M.Sc. (Tech.)Abstract of Master’s ThesisNumber of pages:132The aim of this Master’s thesis was to investigate the effects of tyre unbalance, pressure andununiformity on heavy vehicle energy consumption. Also investigate what other effects these featureshave to the vehicle as an environmental viewpoint. Issues are also being considered from theperspective of costs and profitability. The first part of the thesis deal with heavy vehicle tires, theproperties and manufacture, and matters which effects on key issues.Work is largely based on the literature survey on these subjects. No formal studies on the directeffects of imbalance on energy consuption are found. Some studies have found of effects thatimbalance caused, for example, the dynamic wheel load variation effects. Studies on the effects ofununiformity, mainly dealt with matters affecting the ride comfort. A wide range of tire balancingsolutions are on the market, so advertising materials will be readily received. However, there couldnot be found significant research results for the claims of advertisements.Based on the results gathered, it would appear that the tire unbalance has no impact on energyconsumption. The vehicle component wear is likely quite small. Result is largely that the heavyvehicle wheel loads are so large that unbalance does not cause significant variation. The stress of theroad will increase. Most impact is the travel comfort and the steering wheel vibration. Comparativecalculations have been made in support of the results and the unbalance does not have any detectableeffect. In Nokian Tyres was made the measurement of tyre unbalance and radial run out effects. Theresults are in line with previous estimates. The measurements show no effect of imbalances in energyconsumption.The tire pressure has a direct effect on rolling resistance and thus energy consumption.Approximately 10 % of the pressure deficit in heavy vehicle tires increase fuel consumption by 0,5 –0,75 % and 20 % deficit 1 –1,75 %. On average approximately 20 % of the heavy vehicle tirespressure is incorrect.The effects of ununiformity are largely similar to an unbalance. Most of the normal magnitudes ofununiformity have no impact on energy consumption. Tyre radial run out cause some increase inenergy consumption. Tyre ununiformity especially radial run out decrease the ride comfort. In longtermuse tyre ununiformity and unbalance caused faster and irregular tread wear, which increases tyrecosts.Keywords: tyre, tire, wheel, heavy vehicle, truck, unbalance, pressure, ununiformity, energyconsumption, fuel consumption, rolling resistance, radial run out

4AlkusanatTämä diplomityö tehtiin osana TransEco­hanketta, jossa pääteemoina ovat tieliikenteenenergiansäästöt ja uusiutuva energia. Työ on tehty pääosin kirjallisen lähtöaineistonperustella. Työn aikana tehtiin yksi epätasapainon ja säteisheiton vaikutuksia kartoittavamittaus Nokian Renkaiden tehtaalla. Työn tekeminen tapahtui 21.12.2009 –25.5.2010välisenä aikana Aalto­yliopiston teknillisen korkeakoulun koneenrakennustekniikan autojatyökonetekniikan tutkimusryhmässä.Haluan kiittää työni valvojaa professori Matti Juhalaa hyvistä neuvoista ja ideoista työhöni.Myös työni ohjaajalle Di Osku Kaijalaiselle sekä TkL Panu Sainiolle kuuluvat kiitoksetmielenkiinnoista ja avusta työtäni kohtaan, sekä tietenkin muille samassa työtilassatyöskennelleille hyvästä ilmapiiristä.Kiitän Nokian Renkaiden Teppo Siltasta ja Jukka Koskista mielenkiinnosta ja saamistanivinkeistä työhöni sekä mahdollisuudesta vierailla tehtaalla ja olla mukana suorittamassamittauksia. Ari Fagerströmiä haluan kiittää mittausten suorittamisesta.Suuret kiitokset kuuluvat myös vanhemmilleni, jotka ovat tukeneet ja kannustaneet minuaopinnoissani.Espoossa 25.5.2010________________________Timo Naskali

Sisällysluettelo5Diplomityön tiivistelmä ........................................................................................ 2Abstract of Master’s Thesis .................................................................................. 3Alkusanat ............................................................................................................. 4Lyhenneluettelo .................................................................................................... 71 JOHDANTO ................................................................................................ 82 RENKAIDEN KEHITYKSEN TAUSTAA .................................................. 92.1 Kumin historia ...................................................................................... 92.2 Renkaan historia ................................................................................. 103 RASKAAN KALUSTON RENKAAT ....................................................... 153.1 Renkaiden jaottelu ja käyttökohteista riippuvat erot ............................ 153.1.1 Pitkän kilometritavoitteen renkaat ................................................ 183.2 Käyttöä koskevat lakisääteiset vaatimukset ......................................... 203.3 Renkaan rakenne ja valmistusprosessi ................................................. 203.3.1 Renkaiden pinnoitus ja kierrätys .................................................. 263.4 Renkaiden koko ja merkinnät .............................................................. 333.5 Paripyöräasennukset ja supersinglet .................................................... 343.6 Vanteen valmistus, rakenne ja merkinnät ............................................ 383.7 Renkaiden kuluminen ......................................................................... 403.8 Renkaiden energiankulutuksen muodostuminen .................................. 433.9 Renkaista aiheutuvat kustannukset raskaassa liikenteessä. ................... 484 RENKAAN TASAPAINO ......................................................................... 524.1 Staattinen ja dynaaminen tasapaino ..................................................... 524.2 Epätasapainoisuuteen vaikuttavat tekijät ............................................. 544.3 Epätasapainoisuuden haitat ................................................................. 564.3.1 Energiankulutus ........................................................................... 574.3.2 Alustan komponenttien kuluminen ja rasitukset ........................... 654.3.3 Epätasainen renkaan kuluminen ................................................... 664.3.4 Tiekosketuksen heikkeneminen ................................................... 684.3.5 Tiehen kohdistuvat rasitukset ....................................................... 694.4 Epätasapainoisuuden mittaaminen ....................................................... 714.5 Tasapainotusmenetelmät ..................................................................... 744.6 Tasapainottamisen kustannukset ......................................................... 795 RENKAAN ILMANPAINE ....................................................................... 815.1 Renkaan ilmanpaineen merkitys .......................................................... 815.2 Vierinvastus ........................................................................................ 855.3 Vaikutus energiankulutukseen............................................................. 915.4 Valvonta­ ja säätöjärjestelmät ............................................................. 926 RENKAAN MUOTOVIRHEET ................................................................. 966.1 Muotovirheet ...................................................................................... 966.2 Synty .................................................................................................. 976.3 Mittaaminen ja korjaaminen ................................................................ 986.4 Vaikutukset ....................................................................................... 1017 EPÄTASAPAINON JA SÄTEISHEITON VAIKUTUKSIA KARTOITTAVAMITTAUS ........................................................................................................ 1067.1 Testirengas ja ­vanne ........................................................................ 1067.2 Mittausten suoritus ............................................................................ 1077.3 Mittausten tulokset ja analysointi ...................................................... 109

8 TULEVAISUUDEN NÄKYMIÄ ............................................................. 1119 YHTEENVETO ....................................................................................... 114LÄHDELUETTELO .................................................................................... 116LIITTEET .................................................................................................... 125LIITE A: Osa renkaita koskevia kohtia asetuksesta ajoneuvojen käytöstä tiellä4.12.1992/1257LIITE B: Simulink­malli epätasapainon vaikutuksiinLIITE C: Kuvaajat epätasapainon vaikutuksista jousen puristumiinLIITE D: Kuvaajat epätasapainon vaikutuksista renkaan joustoihinLIITE E: Simulink­malli säteisheiton vaikutuksiinLIITE F: Kuvaajat säteisheiton vaikutuksista jousen puristumiinLIITE G: Kuvaajat säteisheiton vaikutuksista renkaan joustoihinLIITE H: Vierinvastusmittausten tulokset6

7LyhenneluetteloLyhenteet ja termitABSATISBraunschweig­sykliDOTECEESCETRTOEUWAM+SRengaspaineSTROSupersingleTPMTPMSTRAAnti­lock Braking SystemAutomatic Tire Inflation SystemLinja­autoille kehitetty ajosykli, joka vastaa kaupunkiajoa.Department of TransportationEconomic Comission for EuropeElectronic Stability ControlEuropean Tyre and Rim Technical OrganisationAssociation of European Wheel ManufacturersMud + SnowRenkaan ilmanpaineScandinavian Tyre and Rim OrganisationLeveä yksikköpyörä, jolla on saatettu korvata paripyöräasennus.Tyre Pressure MonitoringTyre Pressure Monitoring SystemTire and Rim Association

2 RENKAIDEN KEHITYKSEN TAUSTAA92.1 Kumin historiaEnsimmäiset historiantiedot kumipuusta saadun nesteen käytöstä sijoittuvat ajalle 2500vuotta eaa. Tarkkaan ei tiedetä milloin trooppisten kumikasvien maitiaisnestettä alettiinensimmäisen kerran hyödyntää erilaisiin tarkoituksiin. Etelä­Amerikan alkuasukkaidentiedetään tehneen kumipuun maitiaisnesteestä palloja. Ensimmäisiä hyötykäyttökohteita onluultavasti ollut luonnonkumin käyttö tekemään tavaroista vedenpitäviä. Vuodelta 1736 onolemassa ranskalaisen tutkimusmatkailijan Charles Marie de la Condaminen kertomusEtelä­Amerikan alkuasukkaiden vedenpitävistä astioita ja jalkineista. [57]Kumipuu (Hevea brasiliensis) on tunnetuin kumikasvilaji, jonka maitiaisnesteestä elilateksista saadaan luonnonkumia. Lateksi on valkoista ja nestemäistä ja sitä kerätään puunkuoreen tehdyistä viilloista. Raaka luonnonkumi, kuten myös myöhemmin esiteltävätekokumi, ovat tavallisesti väriltään valkoisesta ruskeaan (Kuva 1). Lateksia voidaan alkaakeräämään puun ollessa 6 –7­vuotias. Kemialliselta nimeltään luonnonkumi on cis­1,4­polyisopreeni. Kumikasveja kasvaa trooppisilla alueilla ja alun perin kumipuu on peräisinEtelä­Amerikasta. Nykyisin kumipuuta viljellään Etelä­ ja Väli­Amerikassa, Kaakkois­Aasiassa ja Afrikassa. Kumipuiden viljely on kasvanut myös Intiassa, Vietnamissa jaKiinassa. Thaimaassa, Indonesiassa ja Malesiassa tuotetaan yhteensä noin 70 % maailmanluonnonkumituotannosta. [55]Kuva 1. Raakakumi on väriskaalaltaan valkoisesta ruskeaan. [98]

10Ensimmäisiä laajalti tunnettuja luonnonkumin käyttökohteita oli pyyhekumi. Vuonna1770 englantilainen Joseph Priestley keksi, että luonnonkumista valmistetulla kappaleellavoidaan poistaa lyijykynän jälkiä [58] [55]. Ennen vulkanoinnin keksimistä vuonna 1839(Charles Goodyear) ei luonnonkumille ollut suurta kysyntää, koska se oli huonostikulutusta kestävää ja hyvin lämpötilariippuvaista materiaalia.Vulkanoinnin ja erityisesti autojen renkaiden kehityksen tarpeen myötä raakakumin tarvekasvoi. Luonnonkumin kemiallisen rakenteen selvittyä alettiin selvittää pystyttäisiinkökumia valmistamaan muustakin kuin luonnonkumista. Vuonna 1909 kemisti Friz Hofmanpatentoi synteettisen kumin valmistusmenetelmän, joka sopi teolliseen tuotantoon. Tämänjälkeen erityisesti molemmat maailmansodat edistivät synteettisen kumin valmistuksenkehittymistä. Synteettisen kumin arveltiin korvaavan luonnonkumin kokonaan, mutta näinei ole käynyt. Syynä tähän on synteettisen kumin raaka­aineena käytettävän öljyn hinta jaluonnonkumin tietyissä kohdin erilaiset ominaisuudet tekokumeihin verrattuna. [57]Nykyisin luonnonkumia tuotetaan yhteensä noin 9 miljoonaa tonnia vuodessa ja se onvähän yli 40 % kumin kokonaistuotannosta. Loput kumituotannosta ovat erilaatuisiasynteettisiä tekokumeja. Luonnonkumin tuotannon ennustetaan nousevan tulevaisuudessa.Kumi on materiaalina hyvin ainutlaatuinen, sillä on kulutuskestävyyteensä nähdenerinomaiset muodonmuutoskyvyt. Tavalliset kumilaadut voivat venyä jopa 500 %alkuperäiseen pituuteensa verrattuna ja silti palautua vielä ennalleen ilman vaurioita. Onmyös kumilaatuja, joilla on vieläkin suurempi muodonmuutoskyky. Hyperelastisiksikutsutut laadut voivat pidentyä jopa 1000 % lepomitoistaan. Useiden kumilaatujenelastisuusominaisuudet säilyvät hyvin laajalla lämpötilavälillä esimerkiksi ­50 –+150 °C.Tämä mahdollistaa kumien käytön sovellutuksissa, joiden käyttölämpötilat vaihtelevatrunsaasti. Muun muassa juuri renkaat joutuvat usein toimimaan hyvinkin suurellalämpötilavälillä. [55]2.2 Renkaan historiaAutoilun alkuaikoina 1800­luvun loppupuolella oli luonnollista, että pyörinä käytettiinhevosvetoisista kärryistä tuttuja teräspintaisia pyöriä. Niiden ajomukavuus ja pito olivatheikkoja sekä meluisuus suuri. Näitä ominaisuuksia pyrittiin parantamaan pehmentämälläpyörän ja tien välistä kosketusta laittamalla erilaisia materiaaleja pyörien pintaan. Pyöriä

11päällystettiin esimerkiksi nahalla tai kumilla. Tällöin huomattiin ensikerran kumin hyviäominaisuuksia pyöränä ja umpikumirengas voidaan katsoa syntyneeksi.Luonnonkumista valmistetun renkaan ominaisuudet määräytyivät suurelta osin ympäröivänlämpötilan mukaan, mistä aiheutui monesti ongelmia renkaiden kanssa. Kesällä renkaatolivat tahmeita ja pehmeitä, mutta muuttuivat talvella koviksi ja hauraiksi. Lopulta vuonna1839 ongelmaan saatiin ratkaisu, kun Charles Goodyear keksi kumin vulkanoinnin. Tätävoidaan pitää merkittävänä keksintönä renkaiden valmistuksen historiassa. Vulkanoimallakumin lämpötilariippuvuus väheni ja siitä tuli joustavampaa ja sen muoto palautui ainaalkuperäiseksi. Tämä keksintö lisäsi kumin käyttökohdemahdollisuuksia renkaiden lisäksimonessa muussakin käytössä. [55]Vuonna 1846 skotlantilainen rautatieinsinööri Robert William Thomson keksi ja patentoiensimmäisenä ilmakumirenkaan. Rengas oli suunniteltu junan pyöräksi parantamaanmatkustusmukavuutta ja vähentämään melua. Renkaan käyttötarkoitus oli rajattuainoastaan rautatiekäyttöön. Ilmakumirenkaan tarve ei vielä tuolloin ollut riittävän suuri,eikä sitä pystytty hyödyntämään muualla. Uudelleen ilmakumirenkaan keksi ja patentoieläinlääkäri John Boyd Dunlop vuonna 1888. Hänen keksintönsä oli tarkoitettupolkupyörän renkaaksi. Polkupyörä oli tuolloin yleistymässä tavallisen kansankulkuvälineenä ja sitä kautta ilmakumirenkaalla oli hyvät mahdollisuudet menestyä, koskase paransi ajomukavuutta huomattavasti. Ilmakumirenkaiden käyttö yleistyikinpolkupyörissä ja hevosvetoisissa vaunuissa. [2] [53] [54]Ensimmäisen vanteesta irrotettavan renkaan polkupyöriin keksi Edouard Michelin, jokapatentoi sen vuonna 1891. Autoissa käytettiin kuitenkin vielä pitkään tämän jälkeenrakennetta, jossa renkaat oli pysyvästi kiinnitetty vanteisiin [2]. Ensimmäiset autoihinsuunnitellut purettavat vanteet esiteltiin vuonna 1904. Tämä mahdollisti sen, että kuljettajatkykenivät itse korjaamaan puhjenneet renkaansa [56]. Vuonna 1910 B.F. GoodrichCompany keksi pidempikestoisemmat renkaat, jotka saatiin aikaan lisäämällä kumiinhiiltä. [56]Ensimmäisten autojen kehityksen myötä kävi nopeasti ilmi ilmakumirenkaan merkittävästiparemmat ominaisuudet umpikumirenkaisiin verrattuna. Umpikumiset renkaat murenivatusein nopeasti eivätkä niiden kitkaominaisuudet ja ajomukavuus olleet kovin hyviä.Ilmakumirenkaat nostivat autojen matkustusmukavuuden kokonaan uudelle tasolle, kun ne

12toivat joustavuutta jousittamattoman akselin alle ja kykenivät ylittämään tien pieniäepätasaisuuksia helposti [2]. Alun ilmakumirenkaiden kestävyys ei kuitenkaan ollut kovinhyvä ja puhkeamisia tapahtui usein. Luonnonkumista valmistettujen renkaidenkulutuskestävyyttä yritettiin lisätä mm. nahasta valmistetuilla suojuksilla, joiden pinnassaoli teräsnappeja kulutuskestävyyden parantamiseksi. Henkilöautoissa ilmakumirenkaitaalettiin käyttää siis jo varhaisessa vaiheessa, mutta kuorma­autoihin niistä ei vielä ollutheikon kantavuuden takia. Heikko kantavuus johtui renkaissa käytetyn puuvillakudoksenominaisuuksista, jotka eivät riittäneet suurille kuormille. Vielä 1920­luvun alussakinkuorma­autoissa käytettiin umpikumisia renkaita.1920­luvulla renkaiden kehitys ja valmistus oli tullut siihen vaiheeseen, että käytössä olirunsaasti eri mitoituksella valmistettuja vaihtoehtoja. Tuolloin perustettiin ensimmäisetrengasnormijärjestöt, jotka pyrkivät luomaan yhdenmukaisen mitoituksen renkaille.Amerikassa perustettiin TRA (Tire and Rim Association) hoitamaan renkaidenmitoitusnormeja. Euroopassa on kaksi vastaavia rengasnormeja julkaisevaa järjestöä.ETRTO (European Tyre and Rim Tecnical Organisation) ja Pohjoismaissa STRO(Scandinavian Tyre and Rim Organisation), jotka perustettiin vuonna 1965. ETRTO:nnormit ovat kattavammat ja STRO:n normit yhdenmukaisia niiden kanssa, mutta nesisältävät vähemmän tietoa vanteista. Täydellisimmät rengasnormit on julkaistuamerikkalaisessa TRA­normijärjestön normistossa. [1]1930­luvun loppupuolella raion­kuitua alettiin käyttää renkaan rungon kudosmateriaalinapuuvillakuidun sijaan. Raion­kuitu on selluteollisuudesta saatava jatkojaloste, joka ontunnettu myös nimellä silla. Raion säilyi noista ajoista asti renkaan kudosrungon tärkeänätekstiiliraaka­aineena. 1940­luvulla kudosrungon materiaaleihin tuli nailon, jolla on hyvävetolujuus. Nailonin suuremmalla murtovenymällä saatiin parannettua renkaan kestävyyttäpistovoimia vastaan. Nailonin kutistuminen lämmetessään on renkaan kudosmateriaalillehuono ominaisuus, sillä vastaavasti kylmään renkaaseen syntyy kudoksen laajenemisestamuotovirheitä. 1960­luvulla renkaan kudosmateriaalien joukkoon tuli polyesteri, joka oliominaisuuksiltaan raionin ja nailonin välissä. Jo 1930­luvulta lähtien oli tekstiilikudostenohessa käytetty terästä renkaan vahvikkeena. Renkaissa käytettävät teräskoordit onvalmistettu kiertämällä vaijerin muotoon useita paksuudeltaan noin 0,2 mm luokkaa oleviasäikeitä. Näin koordeista saadaan hyvin renkaan muodonmuutosten mukana taipuvia,mutta samalla niillä on erittäin suuri vetolujuus. Tultaessa edelleen kohti nykypäivää

13alettiin renkaiden kudosrakenteissa käyttää vahvikkeena muun muassa lasia ja aramidia,joka on tunnetummalta kauppanimeltään kevlar [2].Toisen maailmansodan aikaan luonnonkumista tuli pulaa ja Saksassa panostettiintekokumin kehitykseen. Kehitetty buta­kumiksi kutsuttu kumi muistutti moniltaominaisuuksiltaan luonnonkumia. Buta­kumi tunnetaan oikealta nimeltäänstyreenibutadieenikumina ja se on yleisesti käytetty tekokumilaatu. Se on kohtalainenkulutuskestävyydeltään ja se on kitkaominaisuuksiltaan sopiva myös kulutuspintaan.Renkaan kudokset oli aseteltu kulkemaan ristikkäin renkaan jalka­alueelta toiselle jarengasta kutsuttiin tällöin ristikudosrenkaaksi (Kuva 2). Vuonna 1946 keksitty vyörengasoli seuraava merkittävä edistysaskel renkaiden kehityksen historiassa. Vyörenkaalla saatiinmerkittävästi parempia kilometrituloksia kuin aikaisemmilla ristikudosrenkailla. Lisäksivyörengas oli ajotuntumaltaan parempi ja sen vierinvastus matalampi, mikä vähensipolttoaineenkulutusta. Michelin toi vyörenkaan ensimmäisenä markkinoille vuonna 1947ja se valtasi alaa nopeasti. Jo tuolloin käytettiin teräskudosta renkaan vyörakenteessa.Vuonna 1948 Goodrich kehitti ensimmäisen sisärenkaattoman ilmarenkaan, jota voidaanpitää nykyaikaisen autonrenkaan ensiversiona. Amerikan mantereella ristikudosrenkaitakäytettiin vielä Eurooppaa pidempään, sillä olemassa olevaa renkaidenvalmistuslaitteistoaei haluttu kustannussyistä uusia niin nopealla tahdilla. Vasta kun öljykriisin aikana 1970­luvulla Euroopassa valmistettuja autoja vietiin Amerikkaan, kulkeutui niiden mukana myösvyörengas hyvine ominaisuuksineen kansan käyttöön. Tämän jälkeen vyörengas valtasimyös nopeasti Amerikan rengasmarkkinat.Kuva 2. Vasemmalla ristikudosrenkaan ja oikealla vyörenkaan rakenne. [99]

14Renkaiden tasapainottamiseen alettiin kiinnittää huomiota, kun autojen nopeudetalkoivat kasvaa ja epätasapaino aiheutti epämiellyttäviä tärinöitä. Ensimmäisettasapainotukset tehtiin selvittämällä renkaan raskain kohta painovoiman avulla jalisäämällä painoja sopiva määrä vastakkaiselle puolelle. Näin rengas saatiin staattisestitasapainoon. Myöhemmin tulivat erilaiset keksinnöt tasapainotuskoneista, joiden avullasaatiin suoritettua entistä tarkempia tasapainotuksia ja myös dynaaminen tasapainotus.Nykyaikainen raskaan kaluston rengas on pitkän kehityshistorian luoma tulos. Sen painostanoin 40 % koostuu erilaisista kumilaaduista. Erityyppisissä renkaissa käytetyn kuminmäärä vaihtelee. Tavallisesti noin kolme neljäsosaa kumista on luonnonkumia ja loputsynteettisiä tekokumeja. Synteettisiä kumeja käytetään, koska niiden ominaisuuksiapystytään säätelemään valmistuksessa. Synteettisillä kumeilla esimerkiksi saavutetaanhalutut kitkaominaisuudet tai kulutuskestävyys. Niiden materiaalille ominaiseenleikkauslujuuteen pystytään vaikuttamaan, millä on merkitystä esimerkiksi renkaankulutuspinnassa tai kylkialueilla. Hiili on myös yksi keskeinen tekijä renkaanominaisuuksia luotaessa. Renkaan painosta on noin 30 % erittäin hienojakoista hiiltä.Hiilellä saadaan kumiin runsaasti lisää lujuutta ja kulutuskestävyyttä. Hiili myös suojaakumia auringon ultraviolettisäteilyn vaikutuksilta. Loput renkaan painosta on erilaisiakangas­ ja teräskudoksia. [95]Suurin osa nykyaikaisen renkaan ominaisuuksista perustuu juuri kumin poikkeuksellisiinominaisuuksiin materiaalina. Nämä samaiset rengaskäytössä hyvät ominaisuudet tekevätrenkaan valmistusprosessista vaativan. Jotta lopputulos olisi hyvä ja täyttäisi nykyajanvaatimukset raskaita kuormia ja suuria nopeuksia sekä energiataloudellisuutta ajatellen, onvalmistusprosessi erittäin tarkoin suunniteltu. Lopuksi rengas käy läpi vielä useitatarkastuksia ja mittauksia ennen kuin se lähtee tehtaalta.

3 RASKAAN KALUSTON RENKAAT153.1 Renkaiden jaottelu ja käyttökohteista riippuvat erotRaskaaseen kalustoon luetaan kuuluvaksi kuorma­autot ja niiden perävaunut sekä linjaautot.Kyseisiä ajoneuvoja käytetään hyvinkin erilaisissa käyttöympäristöissä.Käyttökohteissa on niin laaja kirjo, että usein itse raskaat ajoneuvotkin valmistetaanasiakkaalle räätälöityinä tilauksina. Tällainen laaja käyttöympäristöjen kirjo luo myösrenkaille hyvinkin poikkeavia vaatimuksia. Esimerkiksi raakapuun kuljetuksiin käytettävänauton rengastukselta vaaditaan huomattavan erilaisia ominaisuuksia kuinkaupunkiliikenteessä olevalta bussilta. Tämä on saanut aikaan sen, että raskaalle kalustolleon tarjolla runsaasti erilaisia rengasvaihtoehtoja. Kuhunkin renkaaseen on pyritty tekemäänparhaat mahdolliset ominaisuudet käyttöympäristöjen mukaan. Raskaan kalustonrengasesitteissä onkin lähes poikkeuksetta taulukoita mihinkä käyttöön kukin rengasparhaiten sopii. Silmämääräisesti havaittava ero on useimmiten kulutuspinnan kuviointi,joka vaihtelee käyttöympäristön mukaan. Käyttöympäristösuunnittelu vaikuttaa moniinrenkaan ominaisuuksiin, jotka eivät näy päällepäin. Esimerkiksi louhoksella käytettävänmaansiirtoauton kulutuspinnan tulee kestää teräviä pistovoimia ja linja­autoissa puolestaanrenkaan kylkialueen katukivetysten kosketuksia. Juuri käyttöympäristönerikoisvaatimukset määräävät pitkälti rengasvalinnan, vaikka suurin osa autonajosuoritteesta tulisikin muussa ympäristössä. Esimerkiksi maansiirto­ tai puutavara­ajossatulee renkaiden soveltua myös maastossa ajamiseen, vaikka lopulta suurin osakilometreistä kertyy todennäköisesti maantieajosta. Rengasvalinnalla voi olla suurimerkitys renkaista aiheutuviin välillisiin ja välittömiin kustannuksiin. Jos renkaitakäytetään erilaisessa ympäristössä kuin mihin ne on suunniteltu, ovat suurempi kuluminenja vauriot todennäköisempiä [59].Pelkästään käyttöympäristö ei vielä määrää sopivinta rengasvalintaa, vaan renkaat voidaanvielä jakaa sijoituskohtansa mukaan kolmeen eri ryhmään. Näitä ovat ohjaavalle, vetävälleja rullaavalle akselille sijoitettavat renkaat. Tällaiseen jaotteluun on päädytty, koskaraskaassa kalustossa auton eri akseleilla olevilta renkailta vaaditaan erilaisiaominaisuuksia. Niitä ei useimmiten pystytä järkevästi toteuttamaankompromissiratkaisuilla. Eri sijoituskohtien vaatimuksilla on suurin näkyvä ero renkaankulutuspinnan kuviointiin (Kuva 3).

16Kuva 3. Eri akseleille tarkoitetun renkaan kulutuspinnan kuviointi vaihtelee suuresti.Vasemmalta lukien ohjaavalle, vetävälle ja rullaavalle akselille suunnitellut renkaat. [101]Ohjaavan akselin renkaan tulee olla hyvä vierintäominaisuuksiltaan ja kuvioltaan sellainen,että sillä on mahdollista luoda helposti ohjaavia voimia. Tällaisen renkaan urat ovatkinpitkittäissuuntaisia. Ohjaavilla akseleilla käytetään aina yksittäisiä renkaita. Raskaassakalustossa saattaa olla useita ohjaavia akseleita. Erityisesti maansiirto­ ja sorakuljetuksiintarkoitetuissa kuorma­autoissa on usein kaksi ensimmäistä akselia ohjaavia. Auton telissävoi myös olla ohjaava­akseli. Esimerkiksi pitkissä kaupunkiliikenteen busseissa on telintakimmainen akseli usein kääntyvä. Suuremmalla akselimäärällä saadaan lisättyäkantavuutta ja ohjaavalla akselilla kääntyvyys paranee runsaasti jäykkään verrattuna.Vetävällä akselilla puolestaan tarvitaan hyvää pitoa pitkittäissuunnassa ja renkaassa onkinlähes poikkeuksetta palakuviointi. Poikittaisilla urilla saadaan parannettua pitkittäispitoa,joka on tärkeä raskaalla ajoneuvolla liikkeelle lähdettäessä huonoissa keliolosuhteissa.Rullaavan akselin ja perävaunujen renkailla tulee olla alhainen vierinvastus, jotta turhaenergiankulutus olisi mahdollisimman vähäistä. Pintakuvioinneissa tulee huomioida,etteivät ne aiheuta turhaan ylimääräisiä värähtelyitä. Esimerkiksi vetävän renkaanpalakuvioinnista syntyy tasaista enemmän ajomelua. Raskaassa kalustossa harvoinpystytään käyttämään samaa rengastusta kaikilla akseleilla. Rengasvalmistajilta onkuitenkin saatavissa malleja, jotka soveltuvat käytettäväksi kaikilla akseleilla [88].Esimerkiksi joissakin kaupunkiliikenteeseen tarkoitetuissa busseissa, voi tällaisenrengastuksen käyttö olla mahdollista. Kaikkia renkaita yhdistää tavoite mahdollisimmanmatalaan vierinvastukseen ja suureen kilometritavoitteeseen. [52]

17Joissain tapauksissa renkaita jaetaan luokkiin myös leveyksien mukaan. Muun muassatieliikennerasituksia laskettaessa jaetaan renkaat kolmeen ryhmään leveyden mukaan.Yksittäinen rengas, jonka leveys 350 mm tai paripyöräasennus [12].Koska renkailla on eri akseleilla hyvinkin erilaisia rasituksia, ne myös kuluvat yleensä eritahtiin riippuen auton käyttökohteesta ja ajosuoritteen laadusta. Sama pätee myös auton japerävaunun välillä. Renkaista mahdollisimman moni pyritään uusimaan samalla kerralla,vaikka kulumisessa olisikin eroja. Näin vältytään kustannuksia lisääviltä huoltokäynneiltä.Perävaunut, varsinkin puoliperäyhdistelmissä, vaihtuvat usein, joten saman rekkaveturinmuodostamassa yhdistelmässä voi viikon aikana olla hyvin monta erilaistarengastuskombinaatiota.Raskaalla kalustolla ei Suomessa ole erillistä talvirengaspakkoa. Paremmin talvikeliin jaympärivuotiseen käyttöön suunnitellut renkaat on merkitty M+S­merkinnällä, mutta niidenkäyttö ei ole pakollista. Raskaalle kalustolle on tarjolla talviajoon suunniteltuja renkaitasekä nastarenkaita tai renkaan nastoitusmahdollisuus. Nastarenkaiden käyttö on jokseenkinvähäistä ja keskittyy usein erikoisoloissa tai ­kuljetustehtävissä toimiviin ajoneuvoihin,joiden renkailta halutaan parasta mahdollista pitokykyä.Raskaaseen kalustoon suunniteltujen renkaiden käyttötarkoituskin voi muuttua kulumisenmukana. Rengasvalmistajat ovat voineet suunnitella talvikäyttöön tarkoitetut renkaatsellaisiksi, että kun niistä on kulunut noin 2/3, muodostuu pintakuviosta paremminkesäkelille sopiva ja renkaan vierinvastus pienenee. Tällöin kuitenkin pito­ominaisuudetheikkenevät. Renkaan kulutuspinta voi olla toteutettu myös siten, että sen kuluessariittävästi siitä tulee näkyviin lisää uria jolloin pito­ominaisuudet paranevat [60]. Renkaatuusitaan yleensä syksyisin tai alkutalvesta, jolloin talveksi saadaan mahdollisimman hyvätrenkaat. Liikenteessä on myös kuorma­ ja linja­autoja joiden vuotuinen ajosuorite jää senverran pieneksi, että renkaat voivat kestää käytössä useamman vuoden. Tällöin talvikelejäajatellen renkaiden pito­ominaisuudet huonontuvat niiden kuluessa. Perävaunujen kohdallarenkaita ei uusita yleensä kausittain, vaan vasta sitten kun rengas on kulunut loppuun taivaurioitunut. Perävaunujen eri akselien renkaat kuluvat myös eri tahtiin, jolloin uusintatapahtuu monesti akseli kerrallaan. Perävaunujen renkaiden korkeampi uusintakynnys onhavaittavissa muun muassa tienvarsilla tehdyistä tarkastuksista, joissa perävaunuissa javarsinkin puoliperävaunuissa on havaittu huomattavasti vetoautoja enemmän puutteita(Kuva 4).

18Kuva 4. Renkaiden ja jarrujen puutteet AKE:n (Trafi) tienvarsitarkastukset 1.1.2008 –31.12.2008 [24]Jos kilometrejä kertyy riittävästi ympäri vuoden voi raskaassa kalustossakin ollaperusteltua käyttää kesä­ ja talviaikaan eri renkaita. Tällöin eri keleihin suunnitelluistarenkaista saadaan paras hyöty. Kuljetusyrityksillä on erilaisia käytäntöjä, joihin onuseimmiten päädytty taloudellisen kannattavuuden kautta. Käyttämällä samojatalvikäyttöön soveltuvia renkaita ympäri vuoden säästytään ylimääräisiltä renkaanvaihtooperaatioiltaeikä pääomaa tarvitse olla kiinni toisessa rengassarjassa. Toisen rengassarjanpitämisen kustannukset voivat nousta huomattaviksi autoa kohden, kun puhutaanesimerkiksi yhdistelmästä, jossa on 20 –26 rengasta.3.1.1 Pitkän kilometritavoitteen renkaatRaskaan kaluston puolella renkaan kulutuskestävyys on yksi tärkeimmistä ominaisuuksistaja myyntivalteista, koska kestävämmillä renkailla saavutetaan suurempi tuottavuus autolle.Pitkällä kilometritavoitteella on merkitystä myös ympäristön kannalta, kun renkaita eitarvitse uusia tai pinnoittaa niin usein. Tosin on huomioitava, että renkaan energiankulutusei saisi olla suurempaa kuin mitä sen suuremmalla kestoiällä saavutetaan.Kilometritavoitteen pidentämiseen käytetyistä ratkaisuista muun muassa uriensyventäminen lisää renkaan vierinvastusta normaaliurasyvyiseen verrattuna.Markkinoilla on renkaita joille luvataan kohtalaisen suuria ajokilometrien kestomääriä.Vapaasti pyörivillä renkailla on yleensä ollut hyvä kilometrienkesto, koska niiden

19kulutuspinnan kuviointi on voitu suunnitella vetävän renkaan palakuviointiatukevammaksi. Vetävien renkaiden kohdalla suurempi kilometritavoite saavutetaan muunmuassa paksummalla kulutuspinnalla ja syvemmillä urilla, jotka voivat olla syvyydeltäänyli 25 mm (Kuva 5) sekä pintakuvion muotoilulla ja kumin materiaalivalinnoilla [94].Kulutuspinnan uria syventämällä joudutaan kuviointiin tekemään muutoksia, jotta rengaskuluisi tasaisesti. Kulutuspinnan palojen tulessa korkeiksi alkavat ne helpommin taipua jakulua epätasaisesti.Kuva 5. Suurempi kilometrienkesto saavutetaan muun muassa suuremmalla kulutusvaralla.[102]Tällaisten renkaiden käyttökohteet ovat käytännössä maantieliikenteessä pitkiä matkojaajavissa autoissa. Tavallinen uusi tai pinnoitettu rengas kestää maantiekäytössäkeskimäärin 150 –200 tkm ajosuoritteen.Jälkiurittamalla rengas oikeassa vaiheessasaadaan sille enemmän kilometrien kestoa kohtuullisin kustannuksin. Renkaan kuviota,rakennetta ja materiaalia kehittelemällä on saavutettu 800 tkm [61] ajosuoritteen kestäviärenkaita. On tietysti selvää, että tällaisen kestoiän saavuttamiseksi on erityisesti renkaanilmanpaineen oikeellisuutta seurattava säännöllisesti. Saavuttaakseen kyseisiä erittäinkorkeita kilometrimääriä, on renkaan ajosuoritteen oltava lähes kokonaan suoraa japitkäkestoista maantieajoa. Tällainen ajosuorite on Suomen tai Euroopan tiestöllä melkeinmahdotonta ja siksi kyseisiä renkaita markkinoidaankin pääosin Amerikan markkinoilla.Kulutuskestävyyden nouseminen moninkertaiseksi on vaikuttanut myös renkaan muihinominaisuuksiin. Hyvä kulutuskestävyys kulkee useimmiten yhdessä alhaisenvierinvastuksen kanssa. Esimerkiksi pitokyky ei talvikeleillä ole yhtä hyvä verrattunanopeammin kuluvaan renkaaseen. Tämä tulee huomioida, jotta ajoturvallisuus säilyy.

203.2 Käyttöä koskevat lakisääteiset vaatimuksetSuomessa asetuksessa ajoneuvojen käytöstä tiellä 4.12.1992/1257 (Liite A) mainitaanmuun muassa renkaiden minimi vaatimuksia. Lähtökohta on, että renkaat ja vanteet tuleeolla oikeanlaiset ajoneuvon massoihin nähden. Jos renkaissa on kudos näkyvissä tai neovat vaarassa räjähtää, ei niitä silloin saa käyttää. Tiivistäen voidaan todeta, että raskaankaluston renkaiden urasyvyyden on pääurissa kaikkina vuodenaikoina oltava vähintään1,6 mm. Paripyöristä riittää, että parempikuntoisempi täyttää vaatimuksen. Raskaankaluston kohdalla ei ole erillisten talvirenkaiden käyttöpakkoa. Epätasapainosta onmainintana vain, että etupyörissä ei saa käyttää renkaita joiden puutteellinen epätasapainovoi haitata ohjausta. Raskaan kaluston renkaille on vain muutama tarkasti määriteltylakisääteinen raja. Eri maissa renkaita koskevat vaatimukset vaihtelevat, mikä tulee ottaahuomioon jos kuljetukset suuntautuvat ulkomaille. Esimerkiksi Norjassa vaaditaantalviaikaan 3mm urasyvyyttä ja Ruotsissa taas 5mm vetorenkailta. [62]3.3 Renkaan rakenne ja valmistusprosessiNykyaikainen vyörengas on pitkän kehitystyön tulos ja se koostuu monistakomponenteista. Poikkeuksetta kaikki nykyisin raskaassa kalustossa käytettävät renkaatovat sisärenkaattomia vyörenkaita. Vyörenkaan voittokulun aloittanut merkittävin eturistikudosrenkaaseen nähden oli sen huomattavasti pienempi vierinvastus, jolla saattoi ollajopa 10 % vaikutus polttoaineenkulutukseen [88]. Lisäksi, kun ajo­ominaisuudet olivatparemmat, valtasi teräsvyörengas ajan kuluessa markkinat kokonaan.Raskaan kaluston vyörengas koostuu monista eri komponenteista (Kuva 6). Vyörenkaanrunkokudoksen langat (casing ply) kulkevat radiaalisesti renkaan jalka­alueelta toiselleaina reunavaijerin (bead bundle) ympäri ja muodostavat koko renkaan rakenteen perustan.Teräslangat on lisätty kumiin jo sen valmistusvaiheessa ja ovat siten hyvin kiinnikumiaineksessa. Niiden tarkoituksena on kantaa voimat, jotka aiheutuvat ajotilanteesta japitää näin ollen renkaan rakenne koossa. Renkaan kehällä on useita kerroksiakehänsuuntaisia vyökudoksia (belts), joissa kumikerroksien sisällä kulkee ohuitateräsvaijereita. Teräsvaijereita käytetään vyökerroksissa, jotta saavutetaan hyvä joustokykysäteissuunnassa ja samalla suuri vetolujuus vyön suunnassa. Vyökerrokset tukevatrunkokudosta, kun renkaaseen kohdistuu momenttia jarrutuksesta tai kiihdytyksestä.Vyökerrokset pitävät myös renkaan rakenteen koossa, kun siihen kohdistuu pyöriessä

21suuriakin keskeiskiihtyvyyksiä. Vyökerros jäykistää myös kulutuspinnan tasaiseksi,jolloin se kuluu tasaisemmin ja pito­ominaisuudet ovat paremmat. Samalla se vastustaateräviä pistovoimia, jotka aiheutuvat esimerkiksi terävästä kivestä ja suojaa näin ollenrenkaan muita rakenteita.Kuva 6. Raskaan kaluston renkaan rakenne [103]Ennen varsinaista kulutuspintakerrosta tulee vyöpaketin päälle mahdollinen suojakerros(undertread), jolla voidaan suojata vyöpakettia ja parantaa pinnoitusmahdollisuuksia.Varsinainen kulutuspinta koostuu kahdesta kerroksesta. Kulutuspinnan alemmallakerroksella (tread ”base”) suojataan renkaan muuta rakennetta lämmöltä, jolloin renkaantoimintalämpötila pysyy paremmin suunnitelluissa arvoissa. Täten rungon ominaisuudetpysyvät hyvinä, mikä mahdollistaa pidemmän kestoiän ja paremman pinnoituskyvynmyöhemmin. Varsinainen kulutuspinta (tread ”cap”) muodostaa renkaan pitokyvyn,

22kulumisenkeston, osan ajo­ominaisuuksista sekä monia muita ominaisuuksia. Sen täytyykestää suurta kulutusta ollessaan kosketuksissa tiepinnan kanssa.Renkaan sivupinnat (sidewalls) välittävät ohjaus ja ajovoimia kulutuspinnalle. Sivujentulee olla hyviä myös kulutuskestävyydeltään, sillä esim. kaupunkibusseissa ne joutuvatusein kosketuksiin kadun reunakivetysten kanssa. Sivupintoihin kohdistuu myös suurinauringon ultraviolettisäteilyn aiheuttama rasitus, jota niiden kumiseoksen on kestettävä.Renkaan sisäpinnalla on kaasutiiviistä kumiaineksesta tehty kalvo (innerliner), jollarenkaan ilmatiiviys saadaan aikaan. Joissain tapauksissa käytetään myös nimitystätubeless­kalvo, sillä se tavallaan ajaa sisärenkaan asemaa renkaassa.Renkaan jalka­alue muodostuu useista komponenteista. Sen tarkoituksena on saadakiinnitettyä rengas tiiviisti ja joustamattomasti vanteelle. Reunanauha (chafer) tiivistäärenkaan ja vanteen välisen sauman. Reunavaijerilla (bead bundle) saadaan rengas tiukastikiinni vanteelle ja aikaan ilmatiivis liitos. Näiden perusosien lisäksi renkaissa on useitamuita pienempiä osia, jotka voivat vaihdella mallin tai valmistajan mukaan. Monesti erikäyttöolosuhteisiin suunnitelluissa renkaissa on erilaisia suojia ja vahvikkeitakäyttökohdekohtaisia vaaroja vastaan. Esimerkiksi kaupunkibussin renkaan kyljet voivatolla vahvistetut kulumista vastaan samaten kuin sora­auton renkaat teräviä pistoja vastaan.Renkaan valmistuksessa käytetään yli 200 erilaista raaka­ainetta [63]. Erikäyttötarkoitukseen ja olosuhteisiin suunniteltujen renkaiden raaka­aineiden seossuhteet jakumilaadut poikkeavat toisistaan. Renkaiden ominaisuuksia säädetään pitkälti erilaisillaainesseoksilla. Rengasvalmistajat varjelevat tarkasti omia valmistusreseptejään, sillä niihinperustuu suurelta osin renkaan menestys ja sitä kautta yrityksen tuotto. Juuri osaltaanerilasten seosten takia saattavat jotkin renkaat näyttää suunnilleen samanlaisiltapintakuvioinninkin perusteella, mutta ominaisuudet voivat olla hyvin erilaiset. Kehityksenollessa kovaa, alkavat eri valmistajien kulutuspinnat muistuttaa toisiaan ja erot ovatmonesti pieniä. Joskin täytyy muistaa, että samaa rengasta saatetaan valmistaa erimerkkien alla, jolloin rengas on täysin sama, vaikka kylkeen painettu merkki ei olekaan.Renkaissa käytetään yleisesti muutamaa pääkumilaatua, joilla saavutetaan erilaisiaominaisuuksia (Taulukko 1). Pitkään tunnettu styreenibutadieenikumi on yleisintekokumilaatu ja sitä käytetään hyvien kulumiskestävyysominaisuuksien ansiosta.Lämmönkesto­ominaisuuksiltaan se on heikko. Polybutadieeni on toinen tekokumi, jolla

23on erittäin hyvät kulumisenkesto­ominaisuudet, mutta sen kitkaominaisuudet ovatvastaavasti huonommat. Tämän takia sitä käytetään seoskumina parantamaankulumisenkestoa. Perinteistä luonnonkumia käytetään edelleen, koska sillä on erittäinhyvät kitkaominaisuudet erityisesti talvirenkaita ajatellen. Luonnonkumi on kimmoista,mutta sen kulutuskestävyys on huono. Luonnonkumin hyviin ominaisuuksiin kuuluu pienisisäinen kitka ja sitä käytetään renkaan rakenteissa, koska sillä on hyvättarttumisominaisuudet useisiin muihin käytettäviin kumilaatuihin. Koska monet renkaissakäytetyt kumit ovat ilmatiiviydeltään liian heikkoja, käytetään renkaan sisäpinnalla hyvänkaasutiiveyden omaavasta kumista esimerkiksi kloryylibutyylistä tai halobutyylistä tehtyäkalvoa. [52]Taulukko 1. Kumilaatujen vaikutus renkaan ominaisuuksiin [52]Kumilaaduilla ei yksistään saavuteta riittäviä ominaisuuksia, vaan niihin sekoitetaan moniaseosaineita (Kuva 7), joista tärkein on noki. Juuri noki antaa käytettäville kumilaaduille jakoko renkaalle sen tyypillisen mustan värin. Erilaisia nokityyppejä on käytettävissäkymmenittäin ja niillä pystytään vaikuttamaan merkittävästi renkaan kulutuksenkestoon jakitkaominaisuuksiin. Noet lisätään kumiseoksiin hyvin hienojakoisena pölynä. Nokimuodostaa noin 30 % renkaan painosta ja se suojaa kumia, joka yksistään olisi hyvinherkkä auringon ultraviolettisäteilylle ja haurastuisi nopeasti. Rengasta suojataan valon,hapen ja otsonin vaikutuksilta myös erilaisilla kemikaaleilla. Hartseja käytetään apunaliitettäessä eri kumiseoksia toisiinsa, ennen kuin ne vulkanoitaessa sulautuvat tiiviistiyhteen. Rikki on myös tärkeä aines valmistuksessa, sillä se muodostaa kumimolekyylienvälille sidoksia vulkanoitaessa. Vasta tämän jälkeen kumi pysyy halutun muotoisena jakimmoisana. Erilaisilla öljyillä voidaan vaikuttaa kumin kovuuteen ja sitenkitkaominaisuuksiin. Ne mahdollistavat myös suuremman nokimäärän sekoittumisenkumiin.

24Kuva 7. Renkaissa käytettävän kumiseoksen raaka­ainekoostumus. [33]Renkaan valmistuksessa käytettävät puolivalmisteet valmistetaan tasolle, jolla ne voidaanrenkaan kokoonpanoprosessissa suhteellisen nopeasti koota yhteen. Suurin osa renkaanvalmistukseen käytettävistä puolivalmisteista on eri materiaalisia keloilla olevia pitkiämattoja, nauhoja, vöitä ja kaapeleita. Esimerkiksi eri kumiseoksesta valmistettujenmattojen ja nauhojen sisään on jo valmistuksen yhteydessä laitettu tekstiili­ jateräsvahvikkeita (Kuva 8).Kuva 8. Kudosmateriaalit laitetaan kumin sisälle, jolloin saadaan helpommin käsiteltäväosavalmiste. [9]Renkaan valmistukseen tarvitaan monia erilaisia kumilaatuja sekä tekstiili­ jaterävalmisteita sijoitettavaksi eri kohtiin rengasta. Kokoonpanovaiheessa keloilta tulevistapuolivalmisteista leikataan aina valmistettavaa rengaskokoa varten sopivan mittaiset osat.Puolivalmisteet tulevat kokoonpanokoneelle, jossa rengas kootaan. Renkaan runkoontulevat puolivalmisteet kootaan valmistusrummun päälle (Kuva 9), jolla rungolle saadaanannettua oikea muoto. Tämän jälkeen renkaan rungon päälle lisätään pintakerrokset jakulutuspinta.

25Kuva 9. Rengasrunko kootaan valmistusrummulle osavalmisteista (1), jonka jälkeen semuotoillaan (2 ja 3) ja pintakerrokset lisätään (4). [104]Kun renkaan kaikki komponentit on saatu koottua yhteen, menee rengas paistopuristimeeneli autoklaaviin, jossa se vulkanoidaan (Kuva 10). Vulkanoinnissa renkaan kumisetkomponentit sulautetaan yhteen paineen ja lämmön avulla. Paistopuristimen ulkokehäkoostuu useista segmenteistä, joiden sisäpinnassa on renkaan pintakuvion muodostavakuviointi. Rengas puristetaan muotin ulkokehää ja sivuja vasten sen sisälle tulevanpaistotyynyn avulla, joka paineistetaan kuumalla höyryllä tai vedellä. Paineistuksellasaadaan myös renkaan kudoslankoihin luotua esijännitys, joka osaltaan vaikuttaa renkaanominaisuuksiin. Paineistuksella renkaan paksuus ohenee vulkanoinnin aikana noin 15 –20 %. Vulkanoinnissa käytettävät parametrit riippuvat renkaassa käytetystä seoksesta javulkanointitavasta. Tavallisesti rengasta paistetaan muotissa noin 120 –170 °Clämpötilassa käytettäessä höyryä ja 150 –220 °C lämpötilassa käytettäessä vettä.Puristukseen käytettävä paine on noin 25 –30 % renkaan normaalia täyttöpainettasuurempi eli luokkaa 10 –30 bar. Vulkanoitumiseen kuluva aika riippuu käytetyistäparametreistä ja renkaan osien seinämänpaksuuksista. Raskaan kaluston renkaalla se onnoin 50 –60 minuuttia, jonka jälkeen muotti avataan ja rengas on valmis tarkistuksiavarten. [33] [52]

26Kuva 10. Rengas vulkanoidaan paistopuristimessa, jolloin kumiosat sulautuvat yhtenäisiksija rengas saa lopullisen muotonsa sekä pintakuvioinnin ja kylkitekstit. [105]Paistosta tulevat renkaat tarkastetaan kauttaaltaan mahdollisten virheiden varalta. Josrengas on kunnossa, jatkaa se matkaansa mittauskoneeseen. Kone mittaa epätasapainon jamerkitsee mahdollisen kevyimmän kohdan keltaisella pisteellä renkaan kylkialueelle.Koneessa suoritetaan myös heittojen mittaus, jotta rengas on sallittujen rajojen sisällä.Myös renkaan säteisheiton korkein kohta voidaan merkitä punaisella pisteellä. Näitämerkittyjä pisteitä käytetään hyväksi asennettaessa rengasta vanteelle, jolloin vanteenvastaavia heittoja ja epätasapainoa voidaan kumota renkaan vastaavilla. Tällöintasapainottamiseen tarvittavan lisäpainon määrä saadaan pienemmäksi. Jos rengas läpäiseekaikki tarkastukset ja sen epätasapainoisuus ja heitot ovat sallituissa rajoissa, on se valmistoimitettavaksi eteenpäin markkinoille.3.3.1 Renkaiden pinnoitus ja kierrätysRenkaan elinkaari voidaan jakaa neljään osaan; raaka­aineiden valmistus ja hankinta,renkaan valmistus, renkaan käyttö sekä loppuun käytetyn renkaan hyödyntäminen [33].Kaikkia näitä vaiheita pyritään nykyään viemään ympäristöystävällisempään suuntaan.Käytön aikana renkaalle pyritään saamaan mahdollisimman hyvä kilometritulos käytettyynraaka­aine määrään nähden sekä pieni energiankulutus. Raskaan kaluston renkaan käytönaikaiset vaiheet poikkeavat monesti henkilöauton renkaista. Raskaan kaluston puolellarenkaiden kulutuspintojen uusiminen eli renkaan pinnoittaminen on huomattavastiyleisempää kuin henkilöautojen renkailla. Eräs tällaista käytäntöä edistänyt asia on se, ettäraskaassa kalustossa rengas ei vaikuta niin suuresti kuljettajan tuntemaan ajotuntumaankuin henkilöautoissa. Esimerkiksi perävaunussa vapaastirullaavalta renkaalta ei juuri välitynormaaleissa ajotilanteissa informaatiota kuljettajalle. Lisäksi monissa raskaaseen

27kalustoon lukeutuvissa ajoneuvoissa tai yhdistelmissä on huomattava määrä renkaita,jolloin pinnoittamisella saavutetaan merkittäviä taloudellisia säästöjä. Vaihdettaessapinnoituskelvoton runko uuteen pinnoitettuun renkaaseen ovat kustannussäästöt noin 50 %.Jos vanha runko voidaan pinnoittaa, ovat kustannukset noin kolmasosan täysin uuteenrenkaaseen verrattuna. Mikäli rengas pystytään pinnoittamaan kolme kertaa, laskee serengaskustannuksia noin 25 % (Kuva 11).Kuva 11. Pinnoitus vaikuttaa suuresti rengaskustannuksiin. [19]Kustannussäästön lisäksi pinnoittaminen on uutta rengasta ympäristöystävällisempivaihtoehto, sillä pinnoitus säästää noin 55 –70 litraa öljyä uuden renkaan valmistukseenverrattuna. Myös kumiainesta tarvitaan vain noin 20 –30 % kokonaisen renkaanvalmistukseen verrattuna. Käytössä pinnoitetun renkaan energiankulutuksen ei ole todettujuuri muuttuneen uuteen renkaaseen verrattuna [31]. Vaikutus muuttuneeseenenergiankulutukseen tulee suurimmalta osalta erilaisesta pintakuvioinnista ja sensyvyydestä. [2] [19] [91]Pinnoitustekniikka ja ­vaatimukset ovat kehittyneet paljon alkuajoista ja nykyisinpinnoitetulta renkaalta vaaditaan samaa kestävyyttä kuin uudelta. Vuonna 2006 tulivoimaan EU:ssa tyyppihyväksyntä, joka koskee henkilö­, paketti­, kuorma­ ja linja­autojenrenkaiden pinnoitusprosessia ja lopputuotteen laatua (Kuva 12) [19]. Raskaalle kalustolletarkoitetuille renkaille ei ole henkilö­ ja pakettiautojen renkaiden tapaan muun muassatarkkoja tasapainoisuuden ja muotovirheiden heittojen vaatimuksia. Sekä uusille ettäpinnoitetuille renkaille tehdään testejä, joilla laatua tarkkaillaan. Kuorma­auton renkailletehtävässä testissä renkaan tulee kestää 47 tunnin ajan 101 –114 % kuormituksella. Jottayritys saisi alkuhyväksynnän suorittaa renkaiden pinnoittamista, tulee testata vähintään 5rengasta otoksena tuotannosta, joiden kaikkien on läpäistävä testi. Jatkossa on testattava0,01 % vuosituotannosta, kuitenkin vähintään kaksi rengasta. [19]

28Kuva 12. Esimerkki vyörenkaalle määrätyistä vaatimuksista pinnoituksessa. [27]Suomessa noin 70 % myytävistä raskaan kaluston renkaista on pinnoitettuja [19]. YleisestiPohjoismaissa käytetään Euroopan keskiarvoa enemmän pinnoitettuja renkaita (Kuva 13).Osasyynä ovat varmasti talviolosuhteet, jolloin renkaat yleensä vaihdetaan uusiin ennenkelien huonontumista. Tämä koskee erityisesti vetäviä renkaita, joita on yli puoletmyytävistä pinnoitetuista renkaista, vaikka niiden osuus kappalemääräisesti ajoneuvoakohden on yleensä pieni. Vapaasti rullaavat renkaat erityisesti perävaunuissa ajetaantavallisesti loppuun asti ennen vaihtoa.Kuva 13. Pinnoitettujen renkaiden käyttö eri maissa. [19]Liikenneturvallisuuden ja renkaan rungon suojan kannalta rengas olisi hyvä pinnoittaauudelleen siinä vaiheessa, kun urasyvyyttä on jäljellä vielä noin 4 mm [93].Rengasvalmistajatkin ovat huomanneet pinnoittamisen suosion. Uusien renkaiden

29valmistuksen lisäksi panostetaan myös pinnoitteiden ja niiden kuvioinnin suunnitteluun.Tällä tavalla uusia turvallisuuttakin parantavia ominaisuuksia saadaan nopeamminkäytössä olevaan kalustoon. Toisaalta pinnoitteissa voidaan testata uusienpintamalliratkaisujen ominaisuuksia, ennen kuin ne otetaan käyttöön uusien renkaidenvalmistuksessa. Myös energiataloudellisempia pinnoitteita on suunniteltu ja saatavilla.Pinnoitettujen renkaiden turvallisuus on aina välillä noussut esiin julkisuudessa. Erilaisiaehdotuksia [64] pinnoitettujen renkaiden kieltämiseksi etuakselilla on esitetty aika ajoin.Pinnoitettujen renkaiden vaatimukset ovat samat kuin uusilla renkailla, eikä selkeätätilastoa ole heikommasta kestävyydestä, joten sen voidaan olettaa olevan normaalistikäytettyjen renkaiden tasolla. Nykyisellään pinnoitettuja renkaita saa käyttää kaikillaakseleilla.Raskaan kaluston renkaan runko on useimmiten hyvässä kunnossa, vaikka kulutuspintaolisi jo käytetty loppuun. Tavallisesti renkaan runko voidaan pinnoittaa 2 –3 kertaa ennenkuin se joudutaan poistamaan käytöstä. Runko joutuu siis kestämään paljon pidemmänaikaa ja myös useita vanteelle asennuksia ja poistoja. Erityisesti pinnoitettavissavetorenkaissa rungon jalka­alueen kestävyys on nousemassa tärkeäksi tekijäksi rungonpinnoituskertojen kannalta. Markkinoilla on myös niin sanottuja halparenkaita, joitakaikkia ei voida pinnoittaa ollenkaan, koska niitä ei ole suunniteltu tähän. Tällaisenrenkaan kokonaiskustannukset keskittyvät huomattavasti lyhyemmälle kilometritulokselle.Esimerkiksi kolme kertaa pinnoitetulle rungolle saattaa helposti kertyä yli ½ miljoonaaajokilometriä. Renkaan pinnoitusprosessi (Kuva 14) alkaa rungon tarkistuksella japuhdistuksella. Tämän jälkeen vanha kulutuspinta karhennetaan pois ja renkaanmahdolliset vauriot korjataan. Kulutuspintapinnoituksen valmistukseen on kaksi tapaa. Sevoidaan valmistaa muottipinnoittamalla samaan tyyliin, kuten uusien renkaiden valmistustapahtuu tai EV­pinnoituksella, jossa rengasrunkoon liitetään välikerroskumillaesivulkanoitu kulutuspinta (Kuva 15). Esivulkanoitu kulutuspinta kiinnitetään lopullisestirenkaaseen painekammiossa, jossa komponentit vulkanoituvat yhteen. Vyörenkaidenyleistyessä jälkimmäinen menetelmä on noussut käytetyimmäksi. Joissain tapauksissasaatetaan renkaan sivuihin laittaa myös lisäkerrokset kumia. Kun renkaat ovatvulkanoituneet, suoritetaan niille lopputarkastus, jonka jälkeen ne ovat valmiita vanteelleasennukseen ja käyttöön. [19] [49]

30Kuva 14. Renkaan pinnoitusprosessin vaiheet. [93]Kuva 15. Valmiiksi esivulkanoitu kulutuspinta rullataan renkaan päälle. [88]Renkaan käyttöikää ja kilometritulosta voidaan parantaa suorittamalla oikeassa vaiheessarenkaan jälkiuritus (Kuva 16). Jälkiurituksessa renkaan kulutuspinnan pääurat leikataansyvemmiksi, jolloin rengas saa lisää urasyvyyttä ja se täyttää lain minimivaatimuksetpidempään. Useimmat renkaat on valmiiksi suunniteltu jälkiuritettaviksi ja kulutuspinnanalla on jälkiuritettava kumikerros. Urasyvyyttä ei ole järkevää valmistaa täysimittaisenauusiin renkaisiin. Jos urat ovat uutena todella syvät, lisää se renkaan vierinvastusta janopeuttaa myös kulumista, koska kumielementit eivät ole tällöin tarpeeksi jäykkiä. Joskumielementti ei ole tarpeeksi tukeva tulee siihen tiekosketuksessa suurempiamuodonmuutoksia ja täten suurempaa lämpenemistä. Osa pinnoituksistakin on suunniteltujälkiuritettaviksi.

31Kuva 16. Jälkiurituksessa renkaan pääurat leikataan syvemmiksi. [106]Rengas suositellaan tyypillisesti jälkiuritettavaksi, kun alkuperäisen kulutuspinnanurasyvyydestä on jäljellä noin 3 mm. Uritusta tehtäessä tulee huomioida renkaan matalinurasyvyys, sillä liian syvälle tehty uritus saattaa altistaa renkaan rungon riskeille, ja sitenpilata mahdollisen tulevan pinnoitusmahdollisuuden. Urituksen jälkeen renkaanenergiankulutus yleensä hieman lisääntyy mutta laskee pian lähtötilannetta alemmalletasolle. Tästä energiankulutus yleensä pienenee, mitä matalammaksi urat kuluvat.Jälkiurituksella voidaan saavuttaa noin 25 % parempi kilometritulos, kuin jos se jätetääntekemättä. [106]Jälkiuritus on energiataloudellisesti erittäin kannattavaa, sillä rengas ontaloudellisimmillaan juuri silloin, kun uritus tulisi tehdä. Jälkiurituksella ei aikaansaadauuden renkaan pito­ominaisuuksia, vaikka urasyvyys lisääntyykin. Tästä syystäjälkiuritettujen renkaiden käyttö tulisi ajoittaa siten, että ne saadaan hyödynnettyä hyvissäkeliolosuhteissa. [31]Renkaat jotka eivät enää kelpaa pinnoitettavaksi tai jotka muuten poistuvat käytöstäjoutuvat kierrätysprosessiin. Suomessa on voimassa valtioneuvoston päätös N:o1246/1995: Käytöstä poistettujen renkaiden hyödyntämisestä ja käsittelystä. Tämävelvoittaa rengasvalmistajat järjestämään käytöstä poistettavien renkaiden kierrätyksen,kuljetuksen, varastoinnin, uudelleenkäytön tai muun hyödyntämisen sekä niihin liittyväntiedotus­ ja valistustoiminnan [33]. Uusia renkaita ostettaessa lisätään mukaan ainarenkaan kierrätysmaksu, jolla katetaan renkaiden käsittelystä aiheutuvia kustannuksia.Suomessa kaikkia käytöstä poistettuja renkaita kertyy tavallisesti vuodessa noin 40 000tonnia. Näistä renkaista pystytään kierrätyksen avulla hyödyntämään yli 90 % [96].Renkaiden käytöstä poistosta aiheutuu noin 2 % renkaan koko elinaikaisista

32ympäristövaikutuksista (Kuva 17) [33]. Suurin ympäristövaikutusten merkitys onrenkaan polttoainetaloudellisuudella, joka riippuu pääosin vierintäominaisuuksista.Suomessa renkaiden kierrätys on erittäin hyvällä tasolla, sillä koko Euroopassa pystytäänkierrättämällä hyödyntämään noin 60 % käytöstä poistuvista renkaista. [96]Kuva 17. Renkaasta aiheutuvien ympäristövaikutusten jakautuminen. [33]Kierrätettyjen Renkaiden hyödyntäminen voi tapahtua eri tavoin. Riippuu yleensämarkkinoista, tarpeesta ja maasta, missä muodossa renkaat hyödynnetään. Renkaat voidaankäyttää energianlähteenä suuren energiasisältönsä vuoksi. Esimerkiksi Ruotsissakolmasosa kierrätetyistä renkaista päätyy energian lähteeksi ja suurin käyttäjä on maansementtiteollisuus. Toinen vaihtoehto on kierrättää renkaissa käytetyt raaka­aineeterikseen. Tavallisemmin renkaat hyödynnetään materiaalina eri karkeusasteisina rouheina(Kuva 18). Mitä hienompijakoista rouhetta halutaan, sitä kalliimpaa se yleensä on, sillätuolloin tarvitaan useampia käsittelykertoja. Suomessa suurin osa renkaista hyödynnetäänmaanrakennuksessa esimerkiksi tiepohjissa tai meluvalleissa. Rengasrouheella voidaanmonesti korvata tavallisesti käytetyt maa­ainekset. Rengasrouheen hyviä ominaisuuksiaovat keveys, veden läpäisevyys ja eristyskyky routaa vastaan. Muita käyttökohteitarengasrouheille ovat esimerkiksi urheilukentän päällyste, iskuavaimentavat alustatjuoksuradoilla, pintavesialtaat tai asfalttiseoksessa käyttö. [91]Kuva 18. Kierrätetyt renkaat voidaan käyttää materiaalina eri karkeusasteisina rouheina.[96]

333.4 Renkaiden koko ja merkinnätRaskaassa kalustossa käytettävät renkaat ovat leveydeltään tavallisesti väliltä 265 –385 mm.Vanteet ovat yleisimmin 19,5 tai 22,5 tuumaisia. Raskaassa kalustossa vannekoot ovat jäännemoniosaisten lukkorengastyyppisten vanteiden ajalta. Esimerkiksi aikaisempi 20 tuumainenvanne on sisärenkaattomana versiona 22,5 tuumaa, jotta rengas olisi vaihtoehtoinenkummankin tyypin kanssa. Sisärenkaaton versio on ainoa nykyisin kyseeseen tuleva ratkaisuraskaan kaluston rengastukseksi. Vanteiden läpimittaa on nostettu 2,5 tuumaa, jotta samatrenkaat sopivat niille. Tämän takia raskaan kaluston tyypilliset vannemitat ovat puolikkaitakuten 17,5”, 19,5”, ja 22,5”. Koska renkaan ulkoläpimitta on pysynyt ennallaan, onpoikkileikkaussuhde madaltunut 1,00:sta 0,86:een. [1]Renkaiden koko on kasvanut viime vuosien aikana. Suurempihalkaisijaisilla renkaillasaavutetaan yleensä pienempi energiankulutus. Toisaalta renkaiden koon mukanalastauskorkeuskin nousee. Tästä ei lastauslaiturikäytössä aiheudu suurempaa kulutusta, muttajos tavaraa lastataan maasta esimerkiksi trukilla, on nostokorkeus hieman enemmän. Pitkälläaikavälillä ja laajana ilmiönä nostokorkeuden nousemiseen hukkuu jonkin verran energiaalastaustoiminnan yhteydessä. Toisaalta Raskas kalusto on yleisesti varustettu ilmajousituksella,joka sallii korkeuden muuttamisen helposti lastauksen ajaksi aina sopivalle tasolle.Rengasnormijärjestöt perustettiin aikanaan yhdenmukaistamaan renkaiden mitoitusta. Vaikkarengasnormit ovat vain muun muassa suosituksia renkaiden mitoitukseen, kuuluvatrengasvalmistajat poikkeuksetta johonkin normijärjestöön ja siten renkaiden mitoitus onyhdenmukainen. Normien lisäksi on yleensä erilaisia maakohtaisia kansallisia määräyksiä taikansainvälisesti sovittuja säädöksiä. Jotta renkaita voitaisiin myydä normaaliintieliikennekäyttöön, tulee niiden täyttää kaikki myyntialuetta koskevat säädökset. EsimerkiksiEuroopassa on ECE­säännöt ja Amerikassa DOT­säännöt. [1]Renkaan merkinnöistä suurin osa on sivuilla (Kuva 19), mutta myös kulutuspinnassa voi ollaerityisesti kulumisinformaatiota antavia merkintöjä. Monet merkinnöistä ovat lakisääteisiävaatimuksia ja kertovat renkaan ominaisuuksista, jotka eivät välttämättä näy päällepäin.Selkeimmin renkaan kylkeen on merkitty valmistajan nimi sekä renkaan mallimerkintä.Renkaan mitat ilmoitetaan standardinmukaisena merkintänä. Mittojen ilmoittamiseen onmuutamia erilaisia merkintöjä. Tavallisin Euroopassa käytetty merkintä on tyyliltäänesimerkiksi 385/55 R 22.5. Ensimmäinen luku on renkaan leveys millimetreinä ja toinenpoikkileikkaussuhde. Poikkileikkaussuhde on renkaan korkeuden suhde leveyteen prosentteina.

34Kirjain kuvaa renkaan rakennetta esimerkiksi R on radiaali eli vyörengas. Viimeinen lukukertoo renkaalle sopivan vanteen halkaisija esim. 22,5 tuumaa. Renkaan kylkeen on painettumyös kuormitusindeksi esim. 144/141, joka kertoo renkaan kantavuudenyksittäisasennus/paripyöräasennus muodossa. Indeksiluvulle saadaan katsottua rengasnormienkantavuustaulukoista vastaava kantavuus kiloina esimerkiksi 141= 2575 kg.Suorituskykyluokan kirjaintunnus kertoo renkaan nopeusluokan esim. L=120 km/h. Renkaanvalmistusajankohta on merkattu viikko/vuosi tyylisesti. Lisäksi renkaassa on teksti tubeless,jolloin kyseessä on sisärenkaaton rengas. Myös muita tekstimerkintöjä yleensä löytyy.Jälkiurituskelpoisuus osoitetaan regroovable tekstillä ja pinnoituksen yhteydessä merkitäänrenkaan kylkeen retread. Renkaan täyttäessä eri normijärjestöjen normistoja on siitä kyseinenmerkki renkaan kyljessä esimerkiksi DOT.Kuva 19. Renkaan merkinnät [107]1. Kulumisvaroitin2. Rekisteröitytavaramerkki3. Rengastyyppi4. Leveys (mm)5. Sisärenkaaton Tubelessrengas6. Kuormitusindeksiyksittäisasennuksessa,esim. 158=4250 kg7. Suorituskykyluokkaesim. L = 120 km/h8. Poikkileikkaussuhde(renkaan korkeus/leveysprosentteina)9. Rengasrakenne(radiaali)10. Rengasvalmistajanmerkki11. Vannehalkaisija3.5 Paripyöräasennukset ja supersingletRaskaassa kalustossa kuormankantokyvyllä on suuri merkitys kuljetusten tuottavuuteen.Renkaiden kestävyys on yksi merkittävä kuormankantokykyä rajoittava tekijä. Renkaidenkehityshistorian alussa ei yksittäisellä renkaalla päästy kovinkaan suuriinkuormankantokykyihin. Tämän takia alettiin asentaa kaksi rengasta vierekkäin ja siirryttiinns. paripyöräasennukseen. Kantavuutta saatiin helposti lisää ja samanlaiset markkinoilta

35saatavat renkaat kelpasivat asennukseen. Lisäksi liikkumisen varmuus ja turvallisuusparanivat, kun rengasrikon sattuessa ei matkanteko välttämättä pysähtynyt kokonaan.Huono puoli paripyöräasennuksella on niiden vaatima suurempi tilantarve jajousittamattoman massan lisäys. Paripyöräratkaisu vaikuttaa myös akselistontukirakenteisiin, jolloin niidenkin paino nousee. Vierinvastus on korkeampi yksittäisiinpyöriin verrattuna ja sitä kautta myös energiankulutus. Paripyörien kunnon ja ilmanpaineentarkistaminen on hankalampaa, mikä johtaa monesti erisuuruiseen ilmanpaineeseen.Tällöin sisempi ja ulompi rengas rasittuvat ja kuluvat eri tavalla. Paripyörien tulisi ollakuluneisuudeltaan samanlaisia, jotta rasituksen jakautuisivat tasaisesti. Esimerkiksi eräänrengasvalmistajan hinnastossa annetaan suositelluksi urasyvyyksien eroksi maksimissaan2 mm ja suuremman urasyvyyden tulisi olla ulommaisessa renkaassa [97].Paripyöräasennusten tilalle on kehitetty leveitä niin sanottuja supersingle renkaita (Kuva20). Supersinglen eräs määritelmä on rengas, jonka leveys on yli 350 mm. Leveäyksikkörengas on vallannut alaa paripyöräasennukselta eniten puoliperävaunuissa, jotkaovat rahtiliikenteessä. Monissa kuorma­auton ja varsinaisen perävaunun yhdistelmissä onperävaunun rengastuksena leveitä yksikkörenkaita, sillä perävaunu voi muodostuapuoliperävaunusta ja apuvaunusta eli niin sanotusta dollystä. Supersinglellä saavutetaanrengasta kohden noin 30 kg pienempi paino paripyöriin verrattuna [88]. Alun perin leveääyksikköpyörää käyttäväksi suunnitellulla rakenteella voidaan saada lisää tilaa renkaidenväliin (Kuva 21). Tällä on merkitystä mm. linja­autoissa, jolloin keskikäytävä saadaanleveämmäksi myös akselin kohdalta. Rengastöissä kustannussäästöä tulee jonkin verranpuoleen pudonneesta kappalemäärästä muun muassa renkaanvaihtotyön ja mahdollisentasapainotuksen työkustannuksissa.Kuva 20. Supersingle renkaalla voidaan korvata paripyöräasennus. [108]

36Kuva 21. Supersinglen leveyshyöty [88]Paripyöräasennus on yleisempi rengastusmuoto, jos tarkastellaan sekä autojen ettäperävaunujen rengastuksia. Paripyöräasennuksen tuoma yksikköpyöräasennusta suurempistabiliteetti ja parempi pito liikkeelle lähdettäessä ovat pitäneet sen suosittunarengastusmuotona. Useimmiten paripyöräasennuksia käytetään raaka­ainekuljetuksissaesimerkiksi raakapuun kuljetuksiin käytettävissä autoissa (Kuva 22), jotka joutuvatliikkumaan alemman luokan teillä tai niiden ulkopuolella [12]. Tiekosketusalue onparipyöräasennuksessa parhaimmillaan jopa 12 % suurempi kuin supersinglellä, mikäpienentää myös jarrutusmatkoja erityisesti märällä tienpinnalla [52]. Toisaalta on myösesitetty tutkimusarvioita leveän yksikköpyörän noin 9 % paremmasta kyvystä vastustaaajoneuvon kallistumista. Leveämmällä olevat tiekosketuspisteet lisäävät jousituksenkallistusjäykkyyttä ja sitä kautta stabiilisuutta. [22]Kuva 22. Paripyörien käyttö on yleistä suurempaa stabiliteettia ja pitoa vaativissakuljetuksissa. [109]Vaarallisten aineiden kuljetuksissa paripyöräasennuksella saavutetaan korkeampiturvallisuus, kun yhden renkaan tuhoutuminen ei aiheuta vielä kovin suurta muutostahallittavuuteen. Tämän turvallisuusnäkökannan takia eivät supersingle­renkaat oleyleistyneet vetoautojen ainoina renkaina Euroopassa. Amerikan mantereella, jossarekkavetureissa on tavallisesti kaksi peräkkäistä vetävää taka­akselia, supersingle­

37renkaiden käyttö on turvallisempaa. Myös rengasvalmistajat ovat tuoneet osittain tämäntakia supersinglet voimakkaammin ensimmäisenä Amerikan markkinoille. Suomessaparipyöräasennus on tavallinen vetävällä akselilla ja supersinglejä käytetään lähinnävapaastipyörivillä akseleilla.Supersinglen ja tavallisen paripyöräasennuksen käytöllä on eroa tiehen kohdistuviinrasituksiin. Kuvasta 23 voidaan nähdä supersinglen aiheuttavan yleensä paripyörääsuuremman venymän tiehen, jolloin tien rasitus on suurempi. Rengaspaineella onsupersinglen tapauksessa vielä suurempi vaikutus kuin paripyörissä. Asfalttikerroksenollessa ohut esimerkiksi matalamman tason teillä, voivat leveät yksikkörenkaat aiheuttaatiehen 7 kertaa todennäköisemmin vaurioita. Paksummilla päälysteillä vaurioitumisenkerroin on noin 1,5 –2.Kuva 23. Esimerkki supersinglen ja paripyöräasennuksen tiehen aiheuttamista venymistäeri pyöränkuormilla ja paineilla. [12]Leveällä yksikkörenkaalla on matalampi pystysuuntainen jäykkyys, jolloin sen dynaamisetrengasvoimat ovat matalammat. Ne kohdistuvat paripyöräasennusta pienemmälletiekosketusalueelle ja aiheuttavat siten suhteessa enemmän rasitusta tielle. Pystysuuntaistajäykkyyttä kuvataan renkaan jousivakiolla, joka supersinglellä on noin 40 % pienempiparipyöräasennukseen verrattuna [52]. Jäykkyyden vähentyessä myös ajomukavuusparanee. Hyvällä jousituksen suunnittelulla saavutettaisiin noin 12 % vähemmänvaurioitumisriskiä tielle, kun tavallisen ilmajousituksen käytöllä vastaava luku on noin6 %. Iskunvaimennusta leveä yksikkörengas tarvitsisi noin 25 % vähemmän kuinparipyöräasennus, jotta dynaamiset rengasvoimat olisivat pienimmillään. [22]

38Energiansäästöä supersingleillä kerrotaan saavutettavan kappalemääräisesti puoleenvähentyneillä renkaiden kylkialueilla [88]. Aiemmissa selvityksissä ja tutkimuksissa ei olekuitenkaan havaittu merkittäviä säästöjä supersingle renkailla korvattuihinparipyöräasennuksiin verrattuna [37]. Renkaan kylkialueilla perusteltu säästö nojautuuusein siihen, että paripyöräasennuksessa muun muassa rengaspaineet ovat vaikeammintarkastettavissa ja siten helpommin virheelliset [88].3.6 Vanteen valmistus, rakenne ja merkinnätVanne on vähintäänkin yhtä tärkeä osa kuin rengas, sillä esimerkiksi vanteessa olevatmuotovirheet heijastuvat renkaaseen ja vaikuttavat sitä kautta ominaisuuksiin. Samoin onepätasapainoisuuden kanssa, josta osa on useimmiten vanteen aiheuttamaa. Pyöränkiinnittäminen ajoneuvoon tapahtuu vanteen kautta, joten keskittyminen ja mittatarkkuusovat oleellisia hyvän lopputuloksen kannalta. Vanteiden käyttöikä on pitkä, joten niiden onkestettävä suuria kuormittavia rasituksia sekä monesti vaativia olosuhteita. Koskakäytettävät renkaat ovat lähes poikkeuksetta sisärenkaattomia, tulee vanteen olla ilmatiivissekä tarkkuudeltaan sellainen, että se tiivistyy hyvin rengasta vasten. Muita raskaankaluston vanteelta vaadittavia ominaisuuksia ovat korkea väsymiskestävyys ja kestoikä,keveys, hyvä kantavuus, mahdollisimman pienet säteis­ ja sivuttaisheitot,kiinnityspulttialueen hyvä väsymisenkesto sekä asennusturvallisuus [1].Suurin osa raskaan kaluston vanteista on valmistettu teräslevystä. Teräslevyvanne koostuukahdesta osasta keskiölevystä ja vannekehästä. Ne valmistetaan levynauhasta leikkaamallaaluksi sopivat aihiot. Vannekehä rullataan pyöreäksi ja hitsataan yhteen, jonka jälkeensiihen muotoillaan tarvittavat olakkeet ja uomat (Kuva 24), joiden mitoitus on määriteltynormistossa. Sisärenkaattoman renkaan vanteessa tarvitaan erilaisia turvaolakkeita, jotkapitävät renkaan vanteella tiiviisti vajaapaineisenakin [1].Kuva 24. Vanteen kehällä olevien olakkeiden ja uoman muodot on määritelty tarkastinormistossa. [110]

39Keskiölevy leikataan levyaihiosta ja siihen tehdään tarvittavat reiät keskiötä,kiinnityspultteja ja jarrujen tuuletusta sekä vanteen kevennystä varten. Lopuksi osatliitetään yhteen hitsaamalla vanteeksi (Kuva 25). Raskaaseen kalustoon on tarjolla myöskevytmetallivanteita, jotka on valmistettu alumiinista ja kevytmetalliseoksista. Niitävalmistetaan valuina ja takeina. Kevytmetallivanteiden hyvä puoli on keveys jamittatarkkuuden säilyttäminen [1]. Hinnaltaan ne ovat perinteistä teräslevyvannettahuomattavasti kalliimmat, joten painonsäästönä saatava etu ei monesti ole riittävä perustekevytmetallivanteiden hankkimiseen. Lisäksi kevytmetallivanne vaurioituu teräsvannettahelpommin, jolloin ne soveltuvat huonosti vaativissa paikoissa käytettävään kalustoon.Teräslevyvanne kestää suuriakin muodonmuutoksia murtumatta, mutta käytön aikana senmittatarkkuus huononee jännitysten poistumisen ja pysyvien muodonmuutostenilmenemisen myötä [1]. Kevytmetallivanteita näkee lähinnä rekkaveturien vetävän takaakselinvanteina sekä etuvanteina. Merkittävin ero teräslevyvanteisiin syntyypainonsäästöstä ja paremmasta ulkonäöstä. Raskaassa kalustossa on aikanaan käytettymyös moniosaisia vanteita, joissa rengas on kiinnitetty lukkorenkaalla. Tällaisia ei esiinnyjuurikaan nykyaikaisissa kuorma­ ja linja­autoissa, vaan lähinnä vanhemmassa kalustossaja työkonekäytössä.Kuva 25. Teräslevyvanne valmistetaan levyaihioista ja kootaan hitsaamalla. [111]Vanteiden mitoitus on määritelty rengasnormeissa, jotta vanteet ja renkaat sopisivat yhteenvalmistajasta riippumatta. Rengasnormistoissa ei kuitenkaan aseteta mitoitusta vanteenkantavuudelle, joten vannevalmistajan täytyy määritellä se itse riittäväksi. Vanteitamitoitetaan monesti erilaisten dynaamisten ajotilanteiden aiheuttamien rasitustenperusteella. Raskaassa kalustossa vanteiden täytyy kestää monenlaisia rasituksia.Vanteisiin syntyy jännityksiä niin asennuksen kuin rengaspaineenkin vaikutuksesta.Staattiset jännitykset muodostuvat pyöränkuorman vaikutuksesta ja jännitystilat vaihtelevat

40renkaan pyörintävaiheen mukaan. Dynaamisia lisäjännityksiä syntyy erilaisistakuormitusvaihteluista johtuen tien epätasaisuuksista, kaarreajosta, pyörän kääntämisestä jatien pinnan kaltevuudesta. Eniten vanne rasittuu levyn ja kehän hitsaussaumasta, aukkojenreunoilta, uoman nurkkapisteistä ja kiinnityspulttien alueelta (Kuva 26). [1]Kuva 26. Kiinnityspulttien alueelle syntyneitä vaurioita vanteessa. [42]Vanteen tietojen ilmoittamiseen annetaan normistossa tietyt ohjeistukset. Vanteen kaikkitiedot ilmoitetaan vannemerkinnällä esimerkiksi 22.5x9.00­10­OS175 M22 (Taulukko 2).Taulukko 2. Esimerkki vannemerkinnän tiedoista [100]22.5 x 9.00 – 10 – OS175 M2222.5 Vanteen nimellishalkaisija tuumissaxDropcenter­vanne9.00 Vanteen leveys tuumissa10 Kiinnityspulttien lukumääräOS175Pariasennettava, Offsetmillimetreissä, (IS= kuperuus,yksiitäisasennus, NIS=negatiivinenkuperuus, REV= käännettävä vanne)M22EUWA:n merkinnän mukainenkiinnitysETRTOnmukainenmerkintä3.7 Renkaiden kuluminenMahdollisimman hyvä kulutuskestävyys on yksi tärkeimmistä raskaan kaluston renkaanominaisuuksista. Suomessa tyypillinen renkaiden uusiminen tapahtuu syksyisin, jotenrenkaiden ajokausi on noin vuoden mittainen. Tosin muun muassa rullaavilla perävaununrenkailla voi hitaamman kulumisen takia vaihtoväli olla pidempikin. Yleensä pyritäänkulutuspinnan tasaiseen kulumiseen ja monesti erilaiset poikkeavan tyyliset kulumatviittaavat virheisiin tai ongelmiin auton pyörissä tai niiden ripustuksissa. Osansakulumiseen tuo myös tien pinta erilaisine karheuksineen, kallistuksineen ja urineen.Taloudellisuuden kannalta olisi tärkeää tunnistaa, minkä tyylisiin turhiin kulumisiinvoidaan vaikuttaa pyörän ja ripustuksen ominaisuuksilla ja säädöillä. Renkailla on suuri

41merkitys ajo­ominaisuuksiin, jolloin muun muassa virheelliset kulumat haittaavattilannetta. Yleisesti liikenneonnettomuuksien kannalta voidaan todeta, ettäliikenneonnettomuuksien tutkijalautakunnat ovat todenneet rengasriskin olleen mukanajoka seitsemännessä 2000­luvulla sattuneessa kuolonkolarissa [20]. Tietysti suurin osanäistä onnettomuuksista liittyy henkilöautoliikenteeseen ja rengasriski voi olla muukinkuin kulunut rengas, esimerkiksi väärä rengaspaine.Raskaassa kalustossa on tavallisesti useampia akseleita, paripyöräasennuksia,jäykkäakselisia telejä, hidastimia ja vetorenkaille välittyvät momentit ovat suuria. Renkaantiekosketuksessa kulumista aiheutuu eniten tilanteessa, jossa kulutuspinta irtoaa tiestä japyyhkäisee tien pintaa. Vetotilanteessa vetävällä renkaalla vaikuttava vääntömomenttiaiheuttaa renkaan kulutuspinnan reuna­alueiden irtoamisen tiestä ennen keskikohtaaosittain renkaan tiekosketuksessa tasaiseksi puristuneella alueella. Tällöin kulumistaaiheuttava pyyhkäisy on pienempi. Näin kulutuspinnan reuna­alueilla tapahtuu vähemmänluistamista ja tämän takia vetävä rengas kuluu enemmän keskeltä kuin reunasta.Vastaavasti jarrutettaessa käy päinvastoin ja rengas kuluu reunoilta. Runsas hidastimenkäyttö saattaa tuoda ilmiön näkyviin, sillä hidastin tai tehostettu moottorijarrutus vaikuttaavoimansiirron kautta vetäviin pyöriin. Erityisesti perävaunuissa, mutta myös kuormaautoissajäykät teliratkaisut kuluttavat renkaita paljon. Kulumista ilmenee jos autoakäytetään paikoissa, joissa tulee monia tiukkoja käännöksiä (Kuva 27). Usein telit ovatkinylösnostettavia, jolloin renkaita saadaan säästettyä, jos ei ole raskasta kuormaakuljetettavana. Vetopöydän rasvauksella on myös vaikutusta renkaiden kulumisen.Heikosti voideltu vetopöytä vastustaa kääntymistä, jolloin renkaat kuluvat enemmän, kunkäännyttäessä vaaditaan suurempia sivuttaisvoimia. [85]Kuva 27. Jäykkäakselisien telien renkaat kuluvat suuresti käännöksissä. [112]Paripyöriin epätasainen kuluminen voi syntyä tien kaltevuudesta tai urista, kun toisellepyörälle aiheutuu suurempi kuorma. Ajettaessa kaarretta paripyörien välillä on nopeuseroa,josta seuraa myös kulumista. Jos ajetaan kuljetuksia, joissa lasti on aina sijoitettuepätasapainoisesti autoon kuluvat renkaat eri tahtiin. Renkaan sallitunnimelliskuormituksen ylittäminen lyhentää sen käyttöikää huomattavasti (Kuva 28).

42Kuva 28. Renkaan kuormituksen vaikutus sen käyttöikään. [113]Rengas voi kulua liian nopeasti tai epätasaisesti myös siitä syystä, että sillä ajetaan erilaistaajosuoritetta kuin mihin se on suunniteltu. Esimerkiksi jos jakeluliikenteeseensuunnitellulla renkaalla ajetaan rahtiliikennettä, ei todennäköisesti saavuteta odotettuakilometritulosta. Monet kulumista aiheuttavat seikat johtuvat teknisistä ratkaisuista, tienominaisuuksista tai olosuhteista yleensä, joihin ei sinällään ole suuriavaikutusmahdollisuuksia.Eräs monesti epämääräisen kulumisen syyksi mainittu asia on renkaiden suuntaus. Erilaisetsuuntausvirheet kuten liian suuri auraus, haritus tai sivukallistuma (camber) aiheuttaakukin omanlaistaan poikkeavaa kulumista (Kuva 29). Lisäksi tulee akselistojen suutaus,sillä esimerkiksi täysperävaunuyhdistelmässä on tavallisesti 7 –8 akselia.Kuva 29. Virheelliset pyörän­ tai akselistonsuuntaukset kuluttavat renkaita. [114]

43Suuntausvirheiden vaikutuksesta kulumiseen on tehty mittauksia mm. NokianRenkaiden toimesta [29]. Tuloksena oli, että tutkittavan kuljetusyrityksen kalustossakeskimäärin havaitun suuntausvirheen ei todettu aiheuttavan merkittävää kulumistarenkaisiin. Sekä maantie­ että laboratoriomittauksissa on akselistojen suuntaukselle saatusamankaltaisia tuloksia [29]. Keskimäärin akselistoissa oleva suuntausvirhe ei aiheutamerkittävää ajovastusten lisääntymistä ja sitä kautta energiankulutusta (Kuva 30). Josakseliston suuntausvirheet eivät aiheuta merkittäviä ajovastusten lisääntymisiä, eivätrenkaatkaan todennäköisesti kulu suuntausvirheen takia enempää. Edellä olevienperusteella voidaan todeta, että akselistojen suuntauksesta saatava hyöty on useinyllättävän vähäinen. Siten akselistosuuntaukseen tulee olla hyvät perusteet, eikä sitäkannata tehdä vain varmuuden vuoksi operaationa.Kuva 30. Akselistosuuntausvirheen vaikutus. Tyypillinen kalustossa esiintyvä poikkeamaasettuu ympyrän sisälle.[29]3.8 Renkaiden energiankulutuksen muodostuminenRenkaiden suunnittelun yhtenä keskeisenä tavoitteena on mahdollisimman pienienergiankulutus ja sitä kautta taloudellisuus, ilman että muut ominaisuudet heikkenevätliikaa. Renkaan aiheuttamaa energiankulutusta kuvaa sen vierinvastus, joka voidaanselvittää mittauksilla. Renkaasta riippuvia vierinvastukseen vaikuttavia asioita ovat muunmuassa pintamallin kuvio, materiaalit, rengastyyppi ja ­koko, urasyvyys/kuluneisuus jarengaspaine. Mittauksissa on saatu vetorenkaiden välille suurimmillaan noin 15 % erorengashäviöissä, jotka ovat johtuneet pääosin pintakuvioinnista ja sen karkeudesta [25].

44Pintakuvioinnin karkeus onkin renkaissa lähes ainoa ulkoapäin havaittava ominaisuus,joka antaa viitteitä renkaan energiankulutuksesta.Suurin osa kuluvasta energiasta muuttuu lämmöksi renkaan muuttaessa muotoaanvierintävaiheen mukaan. Energiankulutuksen voidaan ajatella muodostuvan kahdestaosasta, lämpöä luovasta ja sitä haihduttavasta tapahtumasta. Suurin osaenergiankulutuksesta tapahtuu renkaan osien joustaessa niiden joutuessa puristuksenalaisiksi tiekosketusalueella ja palautuessa jälleen puristuksen loputtua. Renkaan kumi onviskoelastista materiaalia ja siinä tapahtuu hystereesi­ilmiötä sitä puristettaessa javapautettaessa riittävän suurilla taajuuksilla. Tällöin kumimolekyyliketjut eivät ehdipalautua puristustilasta yhtä nopeasti, kun puristava voima vähenee. Näin ollen kaikkeapuristamiseen käytettyä energiaa ei saada takaisin ja se muuttuu lämmöksi. Jännitysvenymäkuvaajastavoidaan havaita, että tapahtuma kulkee eri reittiä kappaleeseenkohdistuvan voiman kasvaessa ja pienentyessä (Kuva 31). Kuvaajan muoto riippuu muunmuassa kohdistuvan voiman muutosnopeuksista ja materiaaliominaisuuksista. Hystereesiinkuluva energia saadaan jännitys­venymä­kuvaajissa käyrien väliin jäävästä pinta­alasta.Hystereesi­ilmiötä tapahtuu puristuksena ja taivutuksena renkaan kulutuspinnassa jakylkialueilla (Kuva 32). Yhteensä hystereesi­ilmiöön kuluu 90 –95 % kaikestaenergiahäviöstä renkaassa. [10] [52] [74]Kuva 31. Hystereesin takia kumin jännitys­venymä­kuvaaja on ellipsi sinimuotoisestivaihtelevan jännityksen alaisena. [52]

45Kuva 32. Renkaan kulutuspinnassa ja kylkialueilla tapahtuu puristumista ja taivutusta. [9]Hystereesin takia kuluvaan energiaan vaikuttavat monet asiat (Kuva 33). Renkaanmateriaalin fysikaaliset ja mekaaniset ominaisuudet määrittävät perustan siinä hystereesinmuodossa esiintyvään energiankulutukseen. Tapahtuvan muodonmuutoksen tyyppi,suuruus ja nopeus vaikuttavat suuresti lopulta lämmöksi muuttuvaan energiamäärään.Toisaalta renkaan lämpötilan nousu vaikuttaa sen elastisuuteen ja pienentää sitä kauttahystereesiin kuluvaa energian määrää. Eri kumilaaduilla hystereesiin kuluvan energianmäärä vaihtelee, sillä se riippuu muun muassa materiaalin lasisiirtymälämpötilasta.Alhaisen lasisiirtymälämpötilan omaava materiaali käyttäytyy tavallisessa renkaantoimintalämpötilassa jo pitkälti elastisesti, joten hystereesiset häviöt ovat tällöinpienempiä. Myös materiaalin määrällä, joka joutuu muodonmuutosten alaiseksi, onluonnollisesti vaikutusta häviöiden suuruuteen. Materiaalin määrän vaikutuksen takiaesimerkiksi renkaiden joustavista kylkialueista olisi energiankulutuksen kannalta edullistatehdä mahdollisimman ohuita. Hystereesi­ilmiön lisäksi energiaa hukkuu myös renkaanluistoon. Renkaan kulutuspinnan ja tien välissä esiintyy aina luistoa, vaikka rengas rullaisiaivan vapaastikin. Luistoon kuluva energiahäviö renkaan rullatessa vapaasti ilmankiihdyttävää tai jarruttavaa voimaa on noin 8 % luokkaa kokonaishäviöstä. [10] [52]

46Kuva 33. Hystereesi­ilmiöön kuluvaan energiaan vaikuttavat asiat. [52]Renkaassa häviävä energia muodostaa sille tietyn suuruisen vierinvastuksen, jonka kauttaenergiankulutuksen suuruutta tavallisesti käsitellään ja vertaillaan. Vierinvastus ja sitäkautta energiankulutus riippuu pitkälti renkaan tyypistä. Esimerkiksi vetävien pyörienvierinvastuskertoimet ovat noin 1,21,3 kertaisia vapaastipyörivien kertoimiin nähden[13]. Energiahäviöitä tarkastellaan myös tan arvon kautta (Kuva 31 s.44). Se kertooenergiahäviöiden suhteen renkaaseen varastoituneeseen energiaan dynaamisenkuormituksen aikana. Useimmiten yleisimmillä käytetyillä kumilaaduilla tan sijoittuuarvoltaan 0,150,25 väliin ja se on hyvin riippuvainen lämpötilasta. Kuvaajasta (Kuva 34)näkee hyvin kuinka kylmällä renkaalla energiahäviöt ovat moninkertaisiatoimintalämpötilan saavuttaneeseen verrattuna. Tan arvon avulla voidaan päätellä myösrenkaan muita ominaisuuksia. Vierinvastusta voidaan arvioida noin lämpötila­alueella 60 –80 °C, mitä matalampi tan sitä pienempi vierinvastus (Kuva 35). Kulutuskestävyysmääräytyy pitkälti samalla lailla vierinvastuksen kanssa, joten mitä pienempi tan sitäparempi kulutuskestävyys. Renkaan märkäpito­ominaisuuksia vastaa lämpötila­alue ­10 +10 °C. Suuremmat tan arvot tällä lämpötila­alueella merkitsevät parempiamärkäpito­ominaisuuksia. [52]Kuva 34. Lämpötilan ja eri materiaalien vaikutus energiahäviöitä kuvaavaan tan arvoon.[52]

47Kuva 35. Renkaan ominaisuuksien arviointi tan­kuvaajan perusteella. [52]Jo pitkään on tunnettu, että mitä kuluneemmaksi renkaat käyvät sitä paremmaksipolttoainetaloudellisuus tulee (Kuva 36). Kulunut rengas on energiatehokkaampi, koskasen muodonmuutokset kulutuspinnan alueella ovat pienempiä ja kuluttavat tätenvähemmän energiaa. Pienentämällä urasyvyyttä raskaan kaluston renkaassa 1 mm,pienenee vierinvastus noin 3 % [52]. Keskimäärin uusi kulutuspinta muodostaa noinkolmasosan koko renkaan energiankulutuksesta. Eli pinnaltaan täysin sileäksi kuluneenrenkaan vierinvastus olisi noin 2/3 vastaavan uuden renkaan vierinvastuksesta.Kuva 36. Kuluminen vaikuttaa renkaan energiatehokkuuteen. Kuvan lukuarvot ovatsuuntaa antavia ja kuvaavat säästöä koko ajoneuvon polttoaineen kulutukseen nähden. [88]Kuluneisuuden ohella muutkin renkaan ominaisuudet vaikuttavat energiankulutukseen.Yksittäisten ominaisuuksien vaikutusten selvittäminen on vaikeaa, sillä monet asiatvaikuttavat tilanteeseen. Esimerkiksi ajonopeus ja ilman lämpötila vaikuttavat

48rengaspaineeseen ja renkaan lämpötilaan. Tällöin, jos testejä tehdäänliikenneolosuhteissa, saattavat esimerkiksi sään ja kelin vaikutukset olla huomattavastisuuremmat, kuin mitattavien renkaiden välillä olevat. Laboratorio­olosuhteissadynamometrillä tehdyt tulokset eivät vastaa todellista tilannetta, sillä renkaan kosketusrummulla ja tiellä on erilainen. Vertailemalla vetorenkaiden mittaustuloksia (Kuva 37)havaitaan, että energiankulutuksessa on selkeitä eroja. Nämä erot syntyvät eri tekijöidenyhteisvaikutuksesta. Sekä pinnoitetulla että kokonaan uudella renkaalla voidaan saavuttaayhtä pieni energiankulutus [25].Kuva 37. Polttoaineen kulutustuloksia kaupunkilinja­autolle Braunschweig­syklin aikana,kun taka­akselilla käytettiin erimerkkisiä ja kuluneisuusasteeltaan erilaisia renkaita. [25]3.9 Renkaista aiheutuvat kustannukset raskaassa liikenteessä.Raskaan kaluston renkaista aiheutuvat kustannukset muodostuvat pääosin vaikutuksestapolttoaineenkulutukseen sekä renkaiden hankintahinnasta. Muita kustannuksia ovat muunmuassa asennuksesta aiheutuvat. Kilometriä kohden muodostuvat kustannukset riippuvatpaljon auton ajotehtävästä ja toimintaympäristöstä. Polttoaineenkulutus on suurinyksittäinen kustannusten muodostaja renkaan elinaikana. Polttoaineen kulutuksenmerkittävyyttä voidaan tarkastella myös renkaista aiheutuvien ympäristövaikutusten kautta(Kuva 17 s.32). Renkaan aiheuttamasta ympäristökuormituksesta noin 75 % tuleekäytetystä polttoaineesta. Renkaan painoa ja vierinvastusta pienentämällä voidaanpolttoaineenkulutusta laskea, jolloin myös renkaista aiheutuvat kokonaiskustannuksetlaskevat [33]. Koko kuorma­autoliikenteen kustannuksista renkaat muodostavat itsessäännoin 4 % (Kuva 38).

49Kuva 38. Kustannusten jakautuminen kuorma­autoliikenteessä. [19]Renkaista aiheutuvia kustannuksia pyritään pienentämään monella tapaa. Jo aikaisemminon esitetty jälkiuritus­ ja pinnoitusmahdollisuudet, joilla kustannuksia saadaan laskettuamerkittävästi, kun renkaan elinikä pitenee. [25]Suomessa oli 30.12.2009 liikenteeseen merkittyjä kuorma­autoja 95 778 kpl ja linja­autoja11 568 [65]. Näissä luvuissa ovat kaikki ne ajoneuvot, joita ei ole merkitty liikenteestäpoistetuksi. Joukossa on siis myös kalustoa, joka ei ole aktiivisessa käytössä. Vuonna 2008vastaavat luvut olivat 93 004 kuorma­autoa ja 11 177 linja­autoa [66]. Saman vuodenliikennesuoritteet olivat kuorma­autoille noin 3,29 miljardia autokilometriä (Kuva 39) jalinja­autoille 0,58 miljardia autokilometriä (Kuva 40) [32]. Jakamalla vuodenliikennesuorite kyseisen ajoneuvoluokan autojen määrällä saadaan keskimäärin yhtäajoneuvoa kohden vuodessa kertyvä ajosuorite. Edellä mainituilla vuoden 2008tilastoluvuilla laskettuna kuorma­autolla ajetaan noin 35 tkm ja linja­autolla 52 tkmvuodessa. Kuorma­autojen kohdalla keskimääräiset ajomäärät pitävät huonosti paikkaansaaktiivikäytössä olevaan raskaaseen kalustoon. Tämä johtuu siitä, että aktiivikäytöstäpoistuttuaan useimmat kuorma­autot pysyvät edelleen liikenteeseen rekisteröityinä, muttaniiden käyttöaste laskee ja vuotuiset ajokilometrisuoritteet jäävät yleensä pieniksiTavallisesti aktiivikäytössä olevan kuorma­auton ajosuorite vuodessa on noin 100 –200 tkm.

50Kuva 39. Kuorma­autojen vuotuinen ajosuorite ja tuleva ennuste. [35]Kuva 40. Linja­autojen vuotuinen ajosuorite ja tuleva ennuste. [35]Tieliikenteen kustannusarviossa vuodelle 2008 on rengaskustannuksien osuudeksi saatukuorma­autoille 5,774 senttiä/kilometri ja linja­autoille 2,116 senttiä/kilometri [32].Vuotuisia aktiivikäytössä olevalle ajoneuvolle kertyviä rengaskustannuksia arvioitaessa onajokilometrimäärinä järkevää käyttää keskiarvoa suurempia lukuja. Arviona voidaan pitääkuorma­autoille 100 tkm ja linja­autoille 68 tkm olevia vuotuisia ajosuoritteita [38].Kertomalla kilometrikohtaiset rengaskustannukset arvioiduilla aktiivikäytössä olevienajoneuvojen ajosuoritteilla, saadaan keskimäärin vuonna 2008 aiheutuneiksirengaskustannuksiksi noin 5800 €/kuorma­auto ja 1400 €/linja­auto. Käytännössä pelkänkuorma­auton vuotuiset rengaskustannukset ovat edellistä lukuarvoa matalammat, silläperävaunujen rengaskustannukset tuovat siihen osansa. Linja­autojen rengaskustannuksiin

51tulee vaihtelua sen mukaan käytetäänkö autoa kauko­ vai kaupunkiliikenteessä.Ylipäätään tilastoista on vaikeasti saatavissa kaikenkattavaa rengaskustannusten arvoa,koska käyttökohteen ja ympäristön ominaisuuksilla on suuri vaikutus kuluihin. Kuormaautojenajosuoritteen ennustetaan tulevaisuudessa jatkavan kasvua (Kuva 39), kun taaslinja­autoilla se pysynee lähes ennallaan (Kuva 40).Monesti aktiivikäytössä olevan kuorma­ tai linja­auton renkaat uusitaan Suomessa noinvuoden välein. Raskaan kaluston renkaiden hankintahinta vaihtelee suurestikin riippuenmuun muassa renkaan koosta, leveydestä, tyypistä ja siitä onko se uusi vai pinnoitettu.Esimerkiksi uusien 22,5 tuumaisten renkaiden verolliset hinnat liikkuvat tavallisesti 700 –1100 euron välillä kappaleelta. Leveät supersingle­renkaat voivat olla yleensä vielä tätäkinkalliimpia. Vastaavien pinnoitettujen renkaiden hinnat ovat puolestaan noin 300 –800euroa. Keskimäärin pinnoitettu on siis noin puolet edullisempi vaihtoehto. Oman vanhanrenkaan pinnoittaminen maksaa vastaavasti 250 –350 euroa. Usein renkaat tarvitaanajoneuvoon heti käyttöön, joten jos käytetään omia runkoja pinnoitettavana, tulee niitä ollatarvittava määrä varastossa. Tällöin pinnoitus ehditään tehdä ilman ajoneuvon turhaaseisomista ja kiertoprosessi toimii. Käytettäessä omia rengasrunkoja varastointi jarenkaissa kiinni oleva pääoma lisäävät yleensä kustannuksia. Renkaita voidaan pinnoittaavain 2 –3 kertaa, joten myös uusia on ostettava, jotta rengasrunkoja on riittävästimarkkinoilla. Edellä olleista hinnoista voidaan arvioida vuotuisia rengaskustannuksiariippuen kuinka monta rengasta joudutaan uusimaan ja millaisia uudet hankitut renkaatovat. Renkaiden hankintahinnan lisäksi kustannuksiin tulevat vielä renkaanvaihtotyöt,kierrätysmaksut, venttiilit ja mahdolliset tasapainotukset. Keskimäärin muita kustannuksiakertyy noin 20 –30 euroa vaihdettua rengasta kohden.Tietysti rengasrikkoja sattuu joskus hyväkuntoisillekin renkaille matkan aikana, mistäaiheutuu lisäkustannuksia. Tällöin kustannuksia tulee yleensä itse rengasta enemmänmenetetystä ajasta, jonka auto seisoo ja on myöhässä. Monilla rengasketjuilla onkin tarjollakuljetusyrityksille rengaspalvelupaketteja, joissa uusi rengas toimitetaan ja vaihdetaantienpäällä mahdollisimman nopealla aikataululla mihin vuorokauden aikaan tahansa.Palvelupaketti saattaa sisältää myös renkaiden huoltoon liittyvät toimenpiteet kuten muunmuassa jälkiurituksen. Yleensä suuret rengasketjut pystyvät tarjoamaan rengaspalvelunlaajalla alueella esimerkiksi Euroopan kattavana, jolloin hinta on sama, tapahtuiparengasrikko sitten kotimaassa tai ulkomailla.

4 RENKAAN TASAPAINO524.1 Staattinen ja dynaaminen tasapainoRenkaan tasapainoa käsiteltäessä ajoneuvon kannalta tarkastellaan yleensä rengas ja vanneyhdistelmää. Pelkän renkaan tasapainottamisessa kysymykseen tulisi lähinnä materiaalinpoistaminen, koska kumiin on vaikea kiinnittää tasapainottavaa lisäpainoa. Lisäksi rengasmuuttaa hieman muotoaan, kun se laitetaan vanteelle ja paineistetaan. Tällöin asentamisenjälkeen tasapainotus ei olisi välttämättä enää kohdallaan. Samoin vanne on yleensäepätasapainoinen ja siihen kiinnitetään myös esimerkiksi venttiili, joka aiheuttaa omanvaikutuksensa epätasapainoon. Edellä mainituista syistä johtuen yleinen käytäntö on, ettärengas ja vanne tasapainotetaan yhdessä, kun ne on laitettu valmiiksi ajoneuvoonkiinnittämistä varten. Tällöin niiden epätasapainokohdilla voidaan kumota toisiaan, jollointasapainotuksessa tarvittavien painojen määrä pienenee. Näin saavutetaan parasmahdollinen tulos tasapainon kannalta. Jäljempänä tekstissä rengas ja vanne yhdistelmästäkäytetään pyörä nimitystä.Pyörän tasapaino voidaan jakaa kahteen eri osaan staattiseen ja dynaamiseen tasapainoon.Staattisella epätasapainolla (Kuva 41) tarkoitetaan, että pyörän massa on jakautunutepätasapainoisesti pyörintäakselin suhteen renkaan keskilinjalla. [14] [30] [68]Kuva 41. Staattinen epätasapaino. Tasapainotuksessa painot tulevat suoraan painavimmankohdan vastapuolelle. [115]

53Mikäli pyörässä on staattista epätasapainoa, aiheutuu siitä renkaan säteen suuntaisiavärähtelyitä sen pyöriessä (Kuva 42). Värähtelyn taajuus ja voimakkuus riippuvat pyörintäeliajonopeudesta. Pyöränripustuksesta johtuen rengas pääsee liikkumaan enemmän pystykuinpoikittaissuunnassa. Pystysuuntainen värähtely vaikuttaa muun muassa renkaantiekosketukseen ja välittyy myös ajoneuvon rakenteisiin. Poikittaissuuntainen värähtelyvälittyy ajoneuvon rakenteeseen, sillä pyöräntuenta on tässä suunnassa melko jäykkä. [14][30] [68]Kuva 42. Staattinen epätasapaino aiheuttaa renkaan säteen suuntaista värähtelyä. [116]Dynaamisella epätasapainolla (Kuva 43) tarkoitetaan, että pyörän massa on jakautunutepätasapainoisesti pyörintäakselin suhteen muualla kuin renkaan keskilinjalla. Dynaaminenepätasapaino aiheuttaa renkaaseen säteissuuntaisen värähtelyn lisäksi myös pyörintäakselinsuuntaisen voimakomponentin (Kuva 43), jonka suuruus riippuu renkaanpyörintänopeudesta sekä epätasapainon suuruudesta ja poikkeamasta renkaan keskilinjalta.Tämä välittyy helposti ohjausrakenteita pitkin ohjauspyörälle, jossa se tuntuu tärinänä. [14][30] [68]Kuva 43. Dynaaminen epätasapaino. Tasapainotuksessa painot sijoitetaan ristikkäin eripuolille vannetta, jolloin saadaan kumottua epätasapainon akselin kohdalle aiheuttamamomentti. [115]

54Dynaaminen epätasapaino voi johtua yhdestä tai useammasta painavammasta taikevyemmästä kohdasta pyörässä. Jos epätasapainoa aiheuttavat kohdat ovat ristikkäin, yhtäsuuret ja yhtä etäällä vastakkaisilla puolilla renkaan keskilinjasta, on mahdollista ettäpyörässä esiintyy pelkkää dynaamista epätasapainoa (Kuva 44). Dynaamisenepätasapainon poistamiseen perinteisillä kiinnitettävillä painoilla käytetään yleensä kahtaristikkäin sijoitettua painoa. Ne tulevat eri puolille pyörää, jolloin pyörän akselin jakeskilinjan leikkauskohdassa esiintyvä vierimisvaiheen mukana kiertyvä momentti saadaankumottua ja sivusuuntainen värähtely loppuu. Normaalisti staattista ja dynaamistaepätasapainoa esiintyy samalla kertaa, sillä harvoin epätasapaino on sijoittunut juurirenkaan keskilinjalle. [14] [30] [68] [89]Kuva 44. Pelkkä dynaaminen epätasapaino saa pyörän huojumaan puolelta toiselle. [116]4.2 Epätasapainoisuuteen vaikuttavat tekijätEpätasapainoisuuteen vaikuttavat lukuisat tekijät. Renkaan ja vanteen valmistuksessapyritään mahdollisimman tasapainoiseen rakenteeseen, mutta valmistuksen täytyy ollasamalla kustannustehokasta. Yleensä erilaisissa tuotteissa pätee sääntö mitä tarkempilopputulos sitä suuremmat valmistuskustannukset. Saman voisi liittää myösrenkaanvalmistukseen, jolloin liiallinen tasapainoisuuden tavoittelu nostaisi kustannuksialiikaa. Suomessa laissa tasapainosta on mainittu ainoastaan seuraavanlainen kohta: ”Autonetupyörissä ei saa käyttää renkaita, joiden puutteellinen tasapaino voi haitata ohjausta.”[62].Kumi on hyvin elastista materiaalia, joten siitä on lähes mahdotonta valmistaa täysintasapainoista, tasaisen materiaalivahvuuden omaavaa ja pyöreää rengasta. Renkaassa olevaepätasapaino johtuu useimmiten muuta materiaalia painavammasta tai kevyemmästäkohdasta jossakin renkaan rakenteessa. Tällainen kohta saattaa aiheutua esimerkiksi kuminpaksuuden tai tiheyden vaihtelusta. Epätasapaino saattaa toisaalta tulla myös renkaanrakenteesta, jos esimerkiksi kulutuspinta tai vyöpaketti ei ole valmistuksessa asettunut

55tasaisesti oikealle kohdalle [89]. Osa tämänkaltaisista ongelmista voi johtua myös siitä,että rengas ei ole vielä kunnolla asettunut vanteelle. Muotovirheet käsitellään myöhemminomana asianaan, mutta niistä voi aiheutua myös epätasapainoa. Esimerkiksi renkaankyljessä oleva muotovirhe voi aiheuttaa painon siirtymistä ja vaikuttaa siten tasapainoon.Myös vanteeseen pätevät osittain samat asiat, vaikka se onkin kiinteämpää materiaalia.Vanteet on useimmiten valmistettu hitsaamalla levyrakenteista, jolloin syntyy muunmuassa saumakohtia, jotka vaikuttavat tasapainoisuuteen [30]. Lisäksi materiaalin paksuusvoi hieman vaihdella. Vanteita tehdään myös kevytmetallista valamalla ja sorvaamalla,jolloin päästään tasapainoisempaa ja kevyempään rakenteeseen. Vanteeseen joudutaanlisäksi kiinnittämään vielä ainakin venttiili ja paripyöräasennuksessa voidaan laittaaerilasia venttiilien jatkoja, jotka tuovat oman lisänsä epätasapainoon.Aina epätasapainoisuuden tuomat ongelmat eivät johdu renkaista tai vanteista. Vaikkapyörä olisi täysin tasapainotettu, on mahdollista että silti ilmenee erisuuntaisia värinöitä,kun se kiinnitetään ajoneuvoon. Kyseessä voi olla jokin muu auton akselillaepätasapainossa oleva pyörivä komponentti esimerkiksi jarrurumpu tai ­levy. Myösmoottorista tai voimansiirtolinjasta voi tulla epätasapainon aiheuttamia värähtelyitä, muutaniiden tarkastelu jätetään pois tässä yhteydessä [30]. Käytössä ja erityisesti likaisissaolosuhteissa on mahdollista, että renkaaseen ja vanteeseen jää kiinni jotakin vierastaainesta, joka saa aikaan epätasapainon. Vanteeseen voi esimerkiksi kertyä mutaa, likaa tailunta, joka saattaa jäädä tiukastikin kiinni. Renkaan kulutuspinnan uriin saattaa puolestaankiinnittyä kiviä, jos autolla ajetaan esimerkiksi sorapintaisilla alustoilla. Tämän takiapyörien puhtautta pitäisi tarkastella ja ne tulisi pestä säännöllisin välein, varsinkin jos autoakäytetään vaativissa olosuhteissa.Epätasapaino voi syntyä pyörän kiinnityksessä, mikäli se ei asetu paikoilleen suunnitellullatavalla (Kuva 45). Säteissuunnassa oleva epäkeskeinen kiinnitys aiheuttaa helpostitavanomaista suuremman epätasapainon. Epäkeskeisen kiinnityksen tuomastaepätasapainosta aiheutuva voima voidaan laskea kaavalla 1. Esimerkiksi 2 mmepäkeskeisyys kiinnityksessä aiheuttaa tavanomaisessa raskaan kaluston renkaassa 80 km/hnopeudessa (6,8 Hz) 120 kg painavalla pyörällä noin 438 N säteissuuntaisen voiman. Jottatämä saataisiin tasapainotettua, tarvitaan 0,28 m etäisyydelle kiinnitettäviätasapainotuspainoja jo 857 grammaa. [6]

562F = mωr, missä m = renkaan ja vanteen massa, = kulmanopeus ja r = epäkeskeisyys1Epätasapainon lisäksi epäkeskeisestä kiinnityksestä syntyy heittoja, jotka lisäävät vielähaittavaikutuksia. Asennuksessa pyörän keskittymiseen akselin navalle voivat vaikuttaamuun muassa kiinnityspinnoissa olevat lika tai roskat. Tämän takia sekä vanteen ettäakselin puoleiset kiinnityspinnat tulisi puhdistaa hyvin ennen kiinnitystä. Erityisestiparipyöräasennuksessa vanteiden väliin joutuu helposti likaa, mikä saattaa estää oikeankiristymisen. Ajossa lika hankautuu pois ja kiinnitys voi löystyä. Raskaassa kalustossaesiintyvät pyörien irtoamiset johtuvat monesti tästä syystä. Vanteen keskitys akselille voitapahtua kahdella eri tavalla joko napa­ tai pulttikeskityksellä. Mutterit tulisi kiristääristikkäin ja lopuksi oikeaan momenttiin mahdollisimman tasaisen kiinnityksenaikaansaamiseksi. [6]Kuva 45. Pyörän virheellisellä asennuksella saadaan aikaan epätasapainon jamuotovirheiden kaltaisia yhteisvaikutuksia. [117]4.3 Epätasapainoisuuden haitatPyörien epätasapainoisuus voi aiheuttaa haitallisia vaikutuksia moniin asioihin. Raskaskalusto on henkilöautoon verrattuna paljon tunteettomampi epätasapainolle, eikä senvaikutuksia ole yhtä helppo havaita. Renkaassa oleva epätasapaino aiheuttaa joidenkinlähteiden mukaan virheellistä kulumista ja lämpötilan nousua. Mikäli epätasapaino onriittävän suurta, alkaa se vaikuttaa myös ajomukavuuteen. Tavanomaisella epätasapainollaon tutkimuksissa saatu esiin hienoista matkustusmukavuuden laskua. Esimerkiksi 0 –10 pisteen arviointiasteikolla tavanomaisen suuruinen epätasapaino pudotti pisteytystänoin 0,1 –0,5 pistettä [14]. Erityisesti dynaamisesta epätasapainosta tulee jo pienilläkinarvoilla värinöitä ohjauspyörään, mikä on haitaksi kuljettajalle. Juuri ohjauspyörään

57välittyvien värinöiden takia raskaassa kalustossa vain pelkkien eturenkaidentasapainottaminen on yleisempää. Muilla renkailla ei kuljettajan tuntemusten kannalta oleniin suurta merkitystä, jos ei puhuta merkittävästä epätasapainon määrästä. Esimerkiksitäysperävaunun tapauksessa perävaunun renkaan värinät eivät käytännössä välitykuljettajalle. Raskaalla kalustolla suurin sallittu staattinen epätasapaino etupyörissä saa ollaenintään 2000 gcm [1]. Tämä tarkoittaa, että pyörässä saa olla suhteessa saman verranepätasapainoa kuin 2000 g aiheuttaisi 1 cm säteellä pyörintäakselista. Eli epätasapainonsäteen kasvaessa pyörintäakselista sen massan tulee pienentyä niin, että massan japyörimisen aiheuttaman keskeiskiihtyvyyden tulo pysyy samana. Tasapainotus tulisisuorittaa, mikäli esiintyy tätä suurempaa epätasapainoa. Epätasapaino voidaan tavallisestiesittää myös yksiköissä g*mm tai oz*in, riippuen käytössä olevasta yksikköjärjestelmästä.Vaikka kuljettaja ei tuntisikaan epätasapainoa, voi se silti vaikuttaa muihin asioihin.Epätasapainon vaikutukset kasvavat tavallisesti nopeuden mukana ja joihinkin osiin saattaavälittyä sopivilla ajonopeuksilla resonanssitaajuuksia, jolloin värähtelyn voimakkuuslisääntyy. [11] [14] [43]Rengas värähtelee myös tiekosketuksessa syntyvän muodonmuutoksen takia, jonkavärähtely ei nopeuden kasvaessa ehdi välttämättä vaimentua renkaan pyörähdyksen aikana.Tällöin renkaassa on tietyillä nopeuksilla tilanteita, jolloin värähtelyn takia matala kohtapainuu lisää, kun se tulee tiekosketusalueelle. Ajonopeudesta riippuen ne saavat aikaanrenkaan kehälle erilaisia aaltomuotoja. Näin ollen renkaaseen syntyy niin sanottujaseisovia aaltoja, jotka aiheuttavat siinä suuria jännityksiä ja lämpenemistä ja voivatvaurioittaa rengasta. Näiden perusteella määräytyy renkaan nopeusluokka. Raskaallakalustolla käytettävillä ajonopeuksilla ei edellä esitettyä haittaa voi juurikaan muodostua.[52]4.3.1 EnergiankulutusEpätasapainon aiheuttamaa energiankulutusta voidaan tarkastella muutamalla eri tavalla.Keskeinen asia on saada arvio siitä kuinka paljon epätasapainossa oleva rengas vaikuttaaenergiankulutukseen tasapainossa olevaan verrattuna. Luonnollista olisi olettaa, että josepätasapainolla on vaikutusta, näkyy se renkaan vierinvastuksen kasvuna, koskavierinvastukseen yhdistyvät kaikki renkaan häviöt.Asiaa voi lähestyä esimerkkilaskelman kautta, jolla pystyy hahmottamaan kuinka suuren jamillä taajuudella värähtelevän voiman tavanomainen epätasapaino aiheuttaa. Esimerkiksi

58295/80 R 22.5 renkaassa kumiosan korkeus on 236 mm ja vanteen säde 11,25 tuumaa eli286 mm. Yhteensä siis pyörän säde on 522 mm. Oletetaan että kyseisessä renkaassa on250 g staattinen epätasapaino, joka sijoittuu noin 0,52 m säteelle pyörän navasta ja autonnopeus on 80 km/h. Tarkastellaan pyörää akselin keskipisteen näkökulmasta, jolloinkaikkien pyörän kehän pisteiden tangentiaalinen nopeus on sama 22,2 m/s. Paitsi tietenkintiekosketusalueella, jonka säde on pienempi. Tiekosketusalueen säteenmuutos jätetäänyksinkertaistukseksi pois laskusta, sen pienen merkityksen takia jo tehtyihin muihinoletuksiin nähden. Lisäksi muualla kuin tiekosketusalueella epätasapaino liikkuu renkaankuormittamattoman säteen suuruista kehää pitkin. Epätasapainokohta voi myös tukeutuatiepintaan ollessaan kosketusalueella, eikä siten välttämättä luo akselin kohtaan vaikuttavaavoimaa. Kaavalla 2 saadaan esimerkkiarvoilla epätasapainokohdan keskeiskiihtyvyydeksi949,5 m/s 2 .2va n=r,missä v = tangentiaalinen nopeus ja r = säde2Tästä saadaan edelleen laskettua epätasapainosta aiheutuva säteen suuntainen voima237,4 N kaavalla 3.F = ma ,missä m = massa ja a = kiihtyvyys 3Epätasapainokohdan ollessa renkaan keskilinjan yläpuolella, kohdistuu voiman y­suuntaisen komponentin vaikutus jouseen ja iskunvaimentimeen. X­suuntainenvoimakomponentti puolestaan rasittaa pyöräntuentaa aiheuttaen sinne momenttia.Vastaavasti taas keskilinja alapuolella y­suuntainen komponentti kohdistuu renkaanrakenteeseen, mutta saavutettuaan tiekosketusalueen voi se tukeutua tiehen, eikä aiheutavälttämättä muutoksia tai rasituksia renkaaseen ja pyöräntuentaan. Esimerkissä voidaanolettaa huonompi vaihtoehto eli, että tiehen tukeutumista ei tapahdu ja värähtelevä voimavaikuttaa puristaen koko ajan rengasta. Pystysuunnassa (y) tarkasteltuna voima vaihteleesini­käyrän mukaisesti sen amplitudin ollessa aiemmin mainittu 237,4 N. Taajuus riippuupyörintänopeudesta ja renkaan koosta. Esimerkkirenkaan ulkokehän pituus on 3,27 m.Tällöin puolen renkaan pyörähtämiseen kuluu aikaa 0,0735 s. Taajuudeksi saadaan 6,8 Hz,kun yhden kierroksen pyörähtämiseen kuluu 0,147 s.Raskaassa kalustossa käytettävillä ajonopeuksilla syntyvän värähtelyn taajuus jää melkokauaksi raskaan kaluston renkaiden ominaistaajuuksista (Taulukko 3). Tästä johtuen ei

59kyseinen värähtely aiheuta renkaaseen resonanssivärähtelyä, joka voisi voimistuessakuluttaa runsaasti energiaa tai jopa johtaa renkaan tuhoutumiseen. Koska renkaan jäykkyyson jousta suurempi, absorboituu suurin osa värähtelystä renkaaseen eikä aiheuta sitensuuria värähtelyitä auton koriin [14]. [4]Taulukko 3. Ominaistaajuuksia [Hz] 315/80R22.5 raskaan kaluston renkaalle. [52]DirectionMode number1 2 3 4 5 6 7Radial 65.5 77.8 86.6 95.8 106.2 125.5 137.5Tangential 26.3 69.8 86.6 95.7Lateral 33.7 54.4 88.6Renkaan kykyä välittää värähtelyitä kuvataan kaavan 4 mukaan arvolla T ABS . Esimerkiksivärähtelytaajuuden ollessa 6,8 Hz ja ominaistaajuuden 65,5 Hz sekä tan=0,2 saadaan T ABSarvoksi 1,01. Häiriötaajuuden lähestyessä ominaistaajuutta nousee myös renkaan läpivälittyvien värähtelyiden määrä. Kuvaajasta (Kuva 46) nähdään hyvin kuinkalähestyttäessä renkaan ominaistaajuutta on läpi välittyvän värähtelyn määrä suurimmillaan.[52]T ABS2⎡ 1+( ηr)= ⎢ 2 2⎣(1− r ) + ( ηr)2⎤⎥⎦1/ 2,missä r = f häiriö /f ominais ; = tan 4Kuva 46. Renkaan läpi välittyvän värähtelyiden määrä riippuu renkaan ominaisuuksista jahäiriötaajuudesta. [52]

60Pystysuuntaista värähtelyliikettä voidaan tarkastella kaksimassaisen jousi­vaimenninsysteemin avulla (Kuva 47). Siinä renkaan ominaisuudet muodostavat ensimmäisenjousivakion (k 1 ) ja vaimennuskertoimen (c 1 ). Tämän jälkeen on massa (m 1 ), joka kuvaajousittamatonta massaa. Varsinaisen jousen (k 2 ) ja iskunvaimentimen (c 2 ) kertoimet sekäkoko pyörään kohdistuva pyöränkuorma (m 2 ). Epätasapainon tuoma värähtelevä voimasyntyy jousittamattoman massan (m 1 ) kappaleessa ja välittyy siitä eteenpäin.Kuva 47. Pyörän värähtelyä voidaan tarkastella karkeasti kaksimassaisella jousi­vaimenninsysteemillä.Selvitetään kaksimassaisen jousi­vaimennin systeemin komponenteille raskaan kalustontapaukseen sopivat arvot. Valitaan vallitsevaksi pyöränkuormaksi 4450 kg,jousittamattomaksi massaksi 420 kg (m), jousen (ilmajousi) jäykkyydeksi 500 kN/m (k) jaiskunvaimentimen vaimennuskertoimeksi 20 kNs/m (c) [3]. Valittu pyöränkuorma onmelko suuri, eikä tämän suuruista yleensä kohdistu auton kaikille renkaille täyteenkuormattunakaan. Sen suhde jousittamattomaan massaan on lähes aina sen verran suuri,ettei sillä ole kovin merkittävää vaikutusta. Suuremman pyöränkuorman vaikutuksetnäkyvät lähinnä siinä, että se vain hieman lisää jousessa ja renkaassa tapahtuviajoustomatkoja ja sitä kautta energiahäviöitä. Raskaan kaluston renkaalle voidaan arvioidasäteissuuntaisen jousivakion (k 1 ) olevan luokkaa 1000 kN/m (Taulukko 4). Vastaavastirenkaiden vaimennussuhteet (ξ ) liikkuvat välillä 0,08 –0,09 [44]. Vaimennuskerroin (c 1 )

61saadaan laskettua kaavalla 5, jolla saadaan renkaan säteissuuntaiseksivaimennuskertoimeksi c 1 =3689 Ns/m (m = 420 kg; ξ = 0,09; k = 1000 kN/m). Edelläesitetyt arvot on valittu eri lähteistä löytyneiden tietojen perusteella kuvaamaanmahdollisimman hyvin tavanomaista raskaan kaluston rengasta.c = 2ξmk5, missä ξ = vaimennussuhde, m = massa ja k = säteissuuntainen jäykkyysTaulukko 4. Raskaan kaluston renkaan jousivakioita. [52]SizeVerticalload [kN]Spring rate at p i = 690 kPa,[kN/m]Radial Lateral Tangential295/75R22,5 23.6 972 262.7 455.311R22.5 23.6 1130 280.2 516.610.00­20 23.6 1165 306.5 569.2Kuvassa 47 esitelty tapa ja edellä valitut arvot ovat erittäin yksinkertaistettu tilannetodellisuudesta, mutta niiden avulla voi saada suuntaa antavia arvioita epätasapainonvaikutuksista. Tilanteeseen vaikuttavat paljon ajoneuvon ja renkaan erilaiset ominaisuudetja hetkelliset parametrit, että todellisen tilanteen mallintaminen olisi erittäinmonimutkaista. Esimerkiksi renkaan ilmanpaine, kuormitus ja paripyöräasennusvaikuttavat suuresti renkaan jousivakioon [52]. Myös vieriminen vaikuttaa jousivakionarvoon, sillä paikallaan mitatun renkaan jousivakio on usein huomattavasti suurempi kuinvierivän [5]. Vierivän renkaan jousivakio pysyy lähes muuttumattomana värähtelynamplitudin kasvaessa, kun taas paikallaan oleva rengas on huomattavasti jäykempipienemmillä amplitudeilla [5].Simuloimalla kuvaa 47 vastaavaan malliin (Liite B) aikaisemmin arvioidustatavanomaisesta epätasapainosta aiheutuva sinimuotoisesti värähtelevä voima (237 N;6,8 Hz), voidaan tarkastella jousitettujen osuuksien siirtymiä. Energiankulutusta voidaanarvioida karkeasti tarkastelemalla millaisia venymiä joustaviin kohtiin muodostuu ilmanvaimennuksia ja vaimennuksien kanssa. Painovoiman mukaan ottaminen muuttaisisiirtymien suuruutta hieman, kun osa energiasta varastoituisi massojenpotentiaalienergiaksi niiden noustessa ylöspäin. Tämä kuitenkin vain muuttaisi tilannettavähemmän energiaa kuluttavaksi, sillä potentiaalienergian voisi olettaa palautuvanhäviöttömästi. Lisäksi molempiin jousiin olisi varastoituneena energiaa puristumisen takia,mikä ei vaikuttaisi vaimennusominaisuuksiin ja sitä kautta energiahäviöihin.

62Tarkastellaan ensin tilannetta, kun epätasapainosta aiheutuvalla voimalla onkomponentti ylöspäin (Kuva 47). Oletetaan että iskunvaimentajaan kuluva energia häviäälämmöksi. Kaikkeen muuhun sitoutuvan energian voidaan olettaa palautuvan ilmanhäviöitä. Mallissa (Liite B) jousen (k 2 ) puristuma saadaan vähentämällä paikan 2muutoksesta (x 2 ) paikan 1 muutos (x 1 ). Esimerkkiarvoilla suurimmaksi siirtymäksi saadaanilman vaimennuksia (Liite C) noin 0,58 mm ja vaimentimien kanssa 0,18 mm.Vaimentamaton värähtely ei ole harmonista, joten sen arvona käytetään suurintaesiintynyttä puristumaa. Mallinnustuloksista voidaan nähdä, että liike jää käytännössäkokonaan jousittamattoman massan (m 1 ) liikehdinnäksi, sillä ajoneuvon (pyöränkuormanm 2 ) liikematkat x 2 ovat erittäin pieniä, luokkaa 0,023 mm. Vaimennetun javaimentamattoman liikkeen liikematkojen eroista voidaan laskea muodostuvanenergiahäviön suuruus. Jousittamattoman massan voidaan ajatella jäävän siirtymättävaimennuksen takia 0,4 mm. Kaavalla 6 saadaan lasketuksi kyseisellä siirtymäerollajouseen varastoituvan energian määräksi 0,040 J. Tämän energiamäärän voidaan ajatellahukkuvan jokaista pyörän kierrosta kohden iskunvaimentimeen.1 kx2E2P= , missä k = jousivakio ja x = siirtymä 6Vastaavanlainen tilanne voidaan olettaa tapahtuvan myös renkaassa voiman komponentinvaikuttaessa alaspäin. Oletetaan vaikutukseltaan suurempi tilanne eli epätasapainokohta eitukeudu tiekosketukseen. Sillä on siten koko ajan pyörän keskiakselia alaspäin vetävävoiman komponentti ollessaan renkaan keskilinjan alapuolella. Tällöin voima puristaarengasta tien pintaa vasten. Esimerkkiarvoilla laskelmassa renkaan puristuma on ilmanvaimennusta noin 0,55 mm ja vaimennettuna noin 0,18 mm (Liite D). Vaimentamattomastavärähtelystä käytetään jälleen suurinta saavutettua arvoa. Kaavalla 6 saadaan laskettuarenkaan jousiominaisuuksiin varastoituva energioiden ero eri tilanteissa. Esimerkkiarvojakäyttämällä energiaeroksi saadaan 0,068 J kierrosta kohden.Yhteensä yhdellä renkaan pyörähdyksellä hukkuu energiaa 0,10845 J. Esimerkkirengaspyörähtää 100 km matkalla noin 30600 kertaa, jolloin energiaa kuluu 3,319 kJ.Käyttämällä kokonaishyötysuhteena optimia 40 % arvoa, tarvitaan polttoaineesta energiaanoin 8,3 kJ. Diesel­polttoaine puolestaan sisältää energiaa 43 MJ/kg ja on tiheydeltään0,84 kg/l eli 1 litra sisältää 36,1 MJ. Yhden renkaan epätasapaino nostaa moottorinpolttoaineenkulutusta siis noin 0,000229 litraa/100km. Jos ajoneuvoyhdistelmässä on 20

pyörää, vastaa se noin 0,0046 litran/100km kulutuksen kasvua. Tämä vastaa tilannetta,jossa kaikki pyörät ovat samalla lailla epätasapainossa sekä auto liikkuisi jatkuvasti80 km/h. Nopeuden ollessa alhaisempi vaikutus pienenee. Toisaalta taas esimerkiksi100 km/h liikkuvan bussin tapauksessa vaikutus lisääntyy. Karkeasti arvioidenkeskimääräisen suuruinen epätasapainoisuus vaikuttaa noin 0,01 % moottorin kulutukseen45 l/100km kuluttavassa ajoneuvossa. Tällainen kulutuksen kasvu hukkuumittaustarkkuuksiin sekä moniin muihin vaikutuksiin, joita esiintyy epätasapainoisessapyörivässä renkaassa.Värähtelyiden lisäksi epätasapaino itsessään lisää renkaan hitausmomenttia. Renkaanvierinvastuksen takia siihen pitää tuoda lisää energiaa, jotta pyörimisnopeus säilyisivakiona. Tällöin myös ylimääräinen epätasapaino täytyy pitää pyörimässä. Epätasapainovoidaan ajatella olevan pistemäinen massa renkaan kehällä. Käytetään edelleen samojaarvoja m = 250 g, r = 0,5 m ja v = 80 km/h. Pistemäisen massan hitausmomentti eli inertiasaadaan kaavalla 7 ja pyörimisenergia kaavalla 8.2J = mr , missä m = massa ja r = säde 763Ek =1 Jω22, missä J = hitausmomentti ja = kulmanopeus8Pyörän hidastuvuudelle voidaan käyttää arvoa 0,1 m/s 2 , joka vastaa tavanomaisenvetorenkaan arvoa mittausrummulla [45]. Pyörimisnopeus muuttuu tällöin 0,1999 rad/s.Yhdessä sekunnissa kuluvaksi energiaksi saadaan kaavalla 8 tällöin 0,001249 J. Kyseisellänopeudella se tekee renkaan kierrosta kohden 0,0001837 J. Tämä lukema on värähtelystäaiheutunutta merkityksettömämpi energiankulutuksen kannalta, eikä sitä saadamittauksissa mitenkään esille. Kokonaisuudessaan laskelmien perusteella epätasapainonaiheuttamat vaikutukset näyttävät olevan niin pieniä, että esimerkiksi vierinvastukseenperustuvilla rullauskokeilla maanteillä niiden selvittäminen on vaikeaa tai jopamahdotonta.Dynaamisen kuormituksen vaikutuksesta renkaan vierinvastukseen on saatavillamittaustuloksia [28]. Epätasapaino tuo juuri tällaisia dynaamisia kuormanvainhteluita,joiden voimakkuus ja taajuus riippuvat epätasapainosta ja ajonopeudesta. Mittauksissakuormanvaihtelua oli 385/65R22.5 raskaan kaluston renkaalle tutkittu 5 –45 kN olevillapyöränkuormilla dynaamisen voimanvaihtelun ollessa aina puolet pyöränkuormasta (Kuva48). [28]

64Kuva 48. Mittalaitteisto, jolla on tutkittu dynaamisen pyöränkuorman vaihtelun vaikutustavierinvastukseen. [28]Epätasapaino ei raskaan kaluston tapauksessa koskaan tuo näin suuria kuormitusvaihteluitapyöränkuormaan verrattuna. Testissä käytetyt nopeudet olivat 10, 40 ja 80 km/h jaharmoniset taajuudet 0,5; 1; 2; 4 ja 6 Hz. Taajuudet jäävät hieman mataliksi ajatellenepätasapainosta syntyvää värähtelyä, joka tapahtuu 80 km/h ajettaessa noin 6,8 Hz ja100 km/h noin 8,8 Hz taajuudella käytettäessä säteeltään noin 0,5 m olevaa rengasta.Kyseisissä mittauksissa saatujen tulosten perusteella dynaaminen pystysuuntainenkuormanvaihtelu ei juuri vaikuttanut renkaan vierinvastukseen (Kuva 49). [28]Kuva 49. Eri taajuuksilla tapahtuvan kuormanvaihtelun vaikutus vierinvastuskertoimeen.(35 kN; 385/65R22.5; 9,4 bar; 40 km/h) [28]Kyseiset mittaustulokset tukevat aikaisemmin esiteltyjä laskelmia siitä, että epätasapainonaiheuttamalla kuormanvaihtelulla ei ole juuri merkitystä vierinvastukseen ja sitä kauttaenergiankulutukseen. Huomioitavaa on se, että tuloksista ei voi suoraan tehdäjohtopäätöksiä korkeampien taajuuksien aiheuttamiin vaikutuksiin. Kuminhystereesiominaisuuksien takia matalilla taajuuksilla tapahtuvat kokoonpuristumiset

65ehtivät palautua ilman suurempaa häviötä. Käytetyt voimavaihteluiden amplitudit olivatsen verran isoja, että niin suuria ei epätasapainosta aiheudu. Tämänkaltainen testi sopiivarmasti hyvin epätasapainon energiahäviöiden määrittämiseen. Jos haluttaisiinkattavampia tuloksia koko raskaalle kalustolle, tulisi samanlainen testi tehdä suuremmillataajuuksilla ja ajonopeuksilla. Testissä ollut suurin taajuus 6 Hz vastaa noin 68 km/hnopeutta, joten se pätee hyvin suurelle osalle monen raskaan ajoneuvon käyttöaluetta. [28]4.3.2 Alustan komponenttien kuluminen ja rasituksetEpätasapainosta syntyvä värähtely välittyy sekä iskunvaimentimeen että pyöränripustuksenkomponentteihin ja niveliin. Kulumiselle alttiita kohtia ovat lähinnä kiinnityspisteissä janivelissä olevat erilaiset kumikomponentit. Iskunvaimentimien kohdalla epätasapainostaaiheutuvat pienet värähtelyt vaimenevat jo niiden kiinnityskumeihin [51]. Lisäksi osaraskaan kaluston vaimentimista sallii enimmillään jopa 10 mm puristumia, ennen kuinvaimentavaa voimaa alkaa syntyä. Näin ollen kohtalaisillakaan siirtymillä ei itsevaimentimessa välttämättä tapahdu vaimennusta [51].Värinät voivat kulkeutua myös muualle autoon vaikuttaen moniin osiin kuten ohjaamoonja sitä kautta matkustusmukavuuteen. Monesti lisääntynyt tärinä aiheuttaa kiinnitystenlöystymistä, mikä puolestaan edesauttaa usein osien ennenaikaista kulumista.Epätasapainosta aiheutuvat värähtelevät voimat ovat melko pieniä raskaan kalustonalustassa vaikuttaviin muihin voimiin nähden. Joitakin väitteitä esiintyy jousituksenkomponenttien ja pyöränlaakereiden ennenaikaisesta kulumisesta [43], mutta varsinaisiaselkeitä tutkimustuloksia epätasapainon vaikutuksista raskaan kaluston alustankomponentteihin ei ole.Vaikka epätasapainon vaikutus energiankulutukseen on vähäistä ja värähtelyn amplituditovat pieniä, kertyy kuormanvaihtokertoja kohtalaisesti. Alustan osien kulumista voisiarvioida epätasapainosta aiheutuvien kuormanvaihtokertojen määrän ja vaikuttavanvoiman avulla. Useimmiten huomattavan suurella kuormanvaihtokertojen lukumäärälläalkaa materiaalissa esiintyä väsymistä, vaikka vaikuttava voima olisi pieni. Monestierilaisissa alustan nivelissä ja liitosten kiinnityskohdissa on värinänvaimennuskumeja(kumipuslia), joihin pienet värähtelyt vaimenevat.Lasketaan vuodessa epätasapainon aiheuttamat kuormanvaihtokerrat. Jos ajoneuvollaajetaan 150 tkm ja renkaan säde on 0,5 m, kertyy vuodessa kuormanvaihtoluvuksi noin

6648*10 6 . Yksinkertaistaen voidaan ajatella iskunvaimentajan pään kiinnitysholkinpoikkipinta­alaan, joka on noin 0,0018 m 2 , aiheutuvan 237 N voimasta 0,13 MPa paine.Raskaan kaluston alustan värinänvaimennuskumien materiaali on samankaltaista kuinkäytetään esimerkiksi kumisissa jousissa, joten vaikutuksia voidaan arvioida kumisellejouselle mitatun S­N­käyrän avulla. Kuvaajasta (Kuva 50) voidaan havaita, ettäaikaisemmin laskettu 0,13 Mpa:n rasitus ei suurista toistokerroista huolimatta aiheutaväsymistä kumikomponenteissa. Näin ollen tavanomaisen epätasapainon ei voi katsoaaiheuttavan ennenaikaista kulumista raskaan kaluston alustassa olevillekumikomponenteille.Kuva 50. S­N­kuvaaja metacone tyyppiselle kumijouselle. [46]4.3.3 Epätasainen renkaan kuluminenRenkaassa staattinen epätasapaino voi ilmetä epätasaisena kulumisena, kun pyöränkuormavaihtelee tien kosketuspisteessä pyörimisvaiheen mukaan (Kuva 51). Staattinenepätasapaino voi ilmetä ohjaavan akselin renkaassa myös huojuntana puolelta toiselle, kunepätasapainosta aiheutuvasta voimasta syntyy momenttia keskiön kääntöetäisyyden päässäolevalle pyörän kääntöakselille. Epätasapainosta syntyvä voima aiheuttaa renkaantiekosketusalueen muodon muuttumista tietyssä syklissä. Samalla kumielementit liukuvathieman tienpintaa vasten, mistä aiheutuu renkaaseen epätasaista kulumista. Riippuustaattisen epätasapainon suuruudesta ja keskimäärin käytetystä ajonopeudesta millainenvaikutus sillä on, tai voidaanko sitä edes yksiselitteisesti havaita (Kuva 52).Epätasapainosta aiheutuva kuluminen on tavallisesti kohtalaisen vähäistä, joten tarvitaanmelko pitkä ajosuorite ennen kuin vaikutukset ovat selkeästi havaittavissa renkaasta.Kuluman tultua liian suureksi missä kohden kulutuspintaa tahansa, on rengas uusittava.Tavallisesti staattisesta epätasapainosta seuraavan voiman suuruus on melko pienipyöränkuormiin verrattuna, joten sen yksittäiset vaikutukset jäävät pieniksi. [11] [70]

67Kuva 51. Staattinen epätasapaino aiheuttaa pyörään säteen suuntaista voimaa, jolloin muunmuassa pyöränkuorma vaihtelee. Dynaaminen epätasapaino taas luo momenttia pyöränkeskilinjan ja akselin leikkauspisteeseen. [70]Kuva 52. Virheelliset kulumamuodot voivat vaihdella riippuen useista renkaaseenkohdistuvista vaikutuksista, eikä täten yleensä voida sanoa yhtä yksittäistä aiheuttajaa.[118]Dynaaminen epätasapaino saa pyörän kääntyilemään puolelta toiselle (Kuva 51), joka voiaiheuttaa nopeampaa kulumista. Huojuminen ilmenee helpoiten ohjaavissa pyörissä, silläne on suunniteltu kääntymään ja kääntymisen hallinta on toteutettu ohjausnivelistön kautta.Ylimääräisen kulumisen määrä riippuu myös käytetystä ajonopeudesta ja dynaamisenepätasapainon määrästä, koska niistä riippuu kuinka suuri momentti pyörää yrittää kääntää.Renkaan puolelta toiselle huojumisen aiheuttamat vaikutukset ovat vaikeastimääriteltävissä ja riippuvat monista tekijöistä. Käytetty ajonopeus vaikuttaa syntyvänmomentin suuruuden lisäksi myös sen vaihtelutaajuuteen. Renkaan relaksaatiopituusvaikuttaa sen nopeuteen kyetä muodostamaan sivuvoimia. Jos huojumisen taajuus ylittäärenkaan kyvyn, ei rengas ehdi muodostaa sivuvoimia, eikä sen näin ollen pitäisimerkittävästi kulua. Käytännön testituloksia muun muassa puhtaan dynaamisenepätasapainon vaikutuksista ei juurikaan ole. Useimmat väitteet vaikutuksista perustuvatkäytössä ilmenneisiin ongelmiin muun muassa epätasaiseen kulumiseen, jonka syynä voiolla useampi aiheuttaja.

68Epätasaista kulumista tulkittaessa tulee huomioida, että virheellinen kuluminen voi ollaseurausta muustakin kuin pyörän epätasapainoisuudesta, esimerkiksi virheellisestäpyöränsuuntauksesta. Epätasapainoisuus voi olla myös seurausta jonkin muun virheenaiheuttamasta epätasaisesta kulumisesta. Esimerkiksi pyöräntuennassa tai muissa nivelissävoi olla liikaa välystä tai kuluneiden iskunvaimentimien takia pyörä jää värähtelemään jakuluu epätasaisesti (Kuva 53). [11] [15]Kuva 53. Epätasapainosta, muotovirheistä tai kuluneista iskunvaimentimista voi aiheutuasamankaltaista kulumista. [11]4.3.4 Tiekosketuksen heikkeneminenEpätasapaino aiheuttaa pyörään sen säteen suuntaisen voiman,joka vaihteleepyörintävaiheen mukaan. Vaikuttaessaan ylöspäin pienentää se pyöränkuormasta renkaanja tiepinnan väliin muodostuvaa voimaa. Tämän voiman avulla syntyy myös ajoneuvonliikkumiseen ja ohjaamiseen tarvittavat voimat. Merkitys korostuu erityisesti kitkatasonollessa matala esimerkiksi jäisellä tienpinnalla.Vaikka renkaan voimien muodostuminen on monimutkainen ilmiö, voidaan vertailu tehdäyksinkertaisella tavalla käyttäen kitkakerroin määritelmää. Oletetaan että ajoneuvontasainen pyöränkuorma on 4450 kg ja suurin epätasapainosta aiheutuva voima pienentääsitä noin 25 kg (250 g epätasapaino 0,5 m säteellä akselista 80 km/h nopeudessa). Kuivallaasfaltilla kumin lepokitkakerroin on noin 0,8 ja vastaavasti märällä jäällä 0,1. Koskaraskaassa kalustossa pyöränkuormat ovat suuria, ei epätasapainosta aiheutuvapyöränkuorman keveneminen vaikuta edes maantienopeuksilla (Taulukko 5).Esimerkkilaskelmassa vaikutus pyöränkuormaan oli reilut 0,5 %. Täten epätasapainolla ei

69ole merkittävää vaikutusta tiekosketuksen heikkenemiseen, vaikkakin se saattaaaiheuttaa värinöitä ja heikentää sitä kautta kuljettajalle tiestä välittyvää informaatiota.Taulukko 5. Renkaan kyky välittää voimia eri pyöränkuormilla. (F = mgµ)pyöränkuorma kuiva asfaltti (µ=0,8) märkä jää (µ=0,1)4450kg 34,924kN 4,365kN4425kg 34,727kN 4,341kN4.3.5 Tiehen kohdistuvat rasituksetRaskaan ajoneuvon massan rasitukset välittyvät ajoalustaan renkaiden kautta. Tästä seuraase, että myös renkaiden ominaisuuksilla on vaikutusta siihen miten rasitukset kohdistuvattien pintaan ja vaikuttavat sitä kautta sen kestoikään. Tien rakenteellista kestävyyttäkuormittava rasitus aiheutuu lähes kokonaan raskaan liikenteen vaikutuksesta. Tienpinnalla vierivä rengas aiheuttaa tien rakenteisiin jännityksiä ja muodonmuutoksia (Kuva54), jotka riippuvat ajonopeudesta, rengaskuormasta, ­tyypistä ja ­paineesta. [12] [34]Kuva 54. Kuormitetun renkaan aiheuttamat jännitykset ja muodonmuutoksettierakenteessa. [12]Henkilöautojen vaikutus teiden kulumiseen tulee käytännössä nastarenkaiden käytönmyötä ohentuneesta ja urautuneesta päällysteestä, jolloin se on alttiimpi vaurioille.Raskaan liikenteen puolella autojen ja yhdistelmien massat ovat nousseet vuosien saatossaja varsinaisten perävaunuyhdistelmien määrät ovat lisääntyneet. Erilaistenakselimassatutkimusten tulokset eivät yleensä pysy pitkään oikeanlaisina, sillä kalustonkehitys ja uudenlaiset rakenteet ja yhdistelmät muuttuvat nopeammin. Erilaisia suurempiayhdistelmäkombinaatioita esitellään monesti tavoitteena taloudellisemmat kuljetukset [47].

70Tällöin usein ajoneuvoyhdistelmän kokonaispaino nousee. Näistä seuraa, että tie eivälttämättä saavuta sille alun perin suunniteltua kestoikää, vaan vaurioita alkaa esiintyäaikaisemmin. Ajoneuvoluokalle sallitun painorajan ylittäminen lisää myös rasitustensuuruutta. Joissakin ajoneuvoluokissa ylipaino on muita yleisempää jaakselimassatutkimuksissa on paikoin mitattu lähes neljäsosa punnituista ylipainoisiksi. [12][34] [39]Tien päällyste vaurioituu, kun toistuvat liian suuret kuormitukset aiheuttavat senalapinnalle vaakasuuntaista vetomuodonmuutosta (Kuva 54). Liian suuri renkaastaaiheutuva pintapaine muokkaa pintakerroksia plastisesti. Päällysteen alapuolella olevatsitomattomat kerrokset ja alusrakenne (Kuva 54) puolestaan muokkaantuvatpystysuuntaisesti. Pyörän epätasapainoisuuden suoranainen vaikutus tien rasituksiin jäämelko pieneksi, koska normaaleista pyöränkuormista aiheutuvat voimat ovat tavallisestimoninkertaisia epätasapainosta aiheutuviin verrattuna. Paripyörien korvaaminensupersingle renkailla on muuttanut myös tierasituksia. Supersinglet aiheuttavatparipyöräasennusta isommat rasitukset tien rakenteen yläosiin, mikä rasittaa erityisestipäällystettä enemmän [34]. Rengas, jossa on korkeampi rengaspaine, on jäykempi jatiekosketusalueeltaan pienempi lisäten siten rengaskuorman rasittavuuden vaikutustatienpinnalle. [12] [34] [52]Tekniikan kehitys on myös vähentänyt tiehen kohdistuvia rasituksia, vaikka ne renkaidenosalta ovat nousseetkin. Esimerkiksi ilmajousituksien ja teliakselien yleistyminenpienentävät tien rasituksia verrattuna lehtijousilla ja pienemmällä akselimäärällävarustettuihin ajoneuvoihin. Ilmajousituksen kanssa iskunvaimentimien toimivuudenmerkitys korostuu tierasituksia ajatellen. Ilmajousituksen pienempien sisäisten vastustentakia sen värähtelyjenvaimennus on huomattavasti pienempää verrattuna lehtijousiin.Kuluneet iskunvaimentimet yhdessä ilmajousituksen kanssa lisäävät tiehen kohdistuviasyklisiä rasituksia, jotka alkavat esimerkiksi tienpinnan epätasaisuuden herättämänä.Ajoneuvojen kokonaispainon nousu on pienentänyt rasituksia laskettaessaliikennesuoritetta jokaista kuljetettua tavaratonnia kohden. Kuormakoon kasvettua on siistarvittu vähemmän ajokertoja saman tavaramäärän kuljettamiseen. Huomioimalla autojenkuormitusvastaavuuksien ja liikennesuoritteiden muutokset ovat tiestöön kohdistuneetrasitukset nousseet noin 20 % 90­luvun aikana. Tulevaisuudessa tierasitukset tulevattodennäköisesti vain kasvamaan, jos kaluston kehitys ja muutokset jatkuvat entiseensuuntaan. [12] [34]

714.4 Epätasapainoisuuden mittaaminenEpätasapainoisuuden mittaaminen tapahtuu siihen tarkoitetun koneen avulla, jossa rengastatai pyörää pyöritetään. Dynaamisen epätasapainon selvittämiseksi pitää rengasta pyörittää,jotta vaakasuuntaisia voimia voi muodostua. Samalla selviää myös staattinen epätasapaino,sillä dynaamisellakin epätasapainolla on useimmiten säteen suuntainen voimakomponentti.Epätasapainoisuuden osalta mittaus perustuu värähteleviin voimiin, joita aiheutuupyörintäakseliin eri pyörintävaiheiden mukaan. Pyörintäakseliin on koneessa kiinnitettyantureita, joilla pyörintävaiheen mukaan värähtelevien voimien suuruudet saadaanmitattua. Todellinen värähtely ei ole puhdasta sinimuotoista, vaan koostuu monista erivaiheessa värähtelevistä voimista (Kuva 55). Tällainen värähtely voidaan approksimoidamatemaattisesti Fourier analyysillä eriasteisiksi harmonisiksi värähtelyiksi (Kuva 56).Yleisesti ensimmäinen ja toinen harmoninen värähtely vaikuttavat enitenmatkustusmukavuuteen. Värähtelyn mittaus on voitu toteuttaa esimerkiksi pietsosähköisilläantureilla, joilla saadaan tarkkoja tuloksia. Raskaan kaluston tasapainotuskoneillaepätasapainon näyttötarkkuudet ovat 1 gramman suuruusluokkaa [79]. Tämä riittää hyvin,sillä usein esimerkiksi kiinteäpainoisten painojen porrastus on vain 25 g välein. Kunrenkaan pyörintänopeus ja ­vaihe tiedetään, pystytään epätasapainon kohdat ja suuruudetselvittämään värähtelyistä. Jotta riittävän pienetkin epätasapainoisuudet tulisivat esille,täytyy rengasta pyörittää vähintään tietyllä nopeudella. Raskaan kaluston renkailletarkoitetut koneet pyörittävät niitä tavallisesti noin 90 –100 rpm nopeudella. Suuremmillapyörintänopeuksilla saataisiin tarkempia tuloksia, mutta työturvallisuuden takia koneisiinjouduttaisiin lisäämään suojia, jos pyörintänopeus olisi korkeampi. [14] [26] [80] [89]Kuva 55. Todellisesta mitatusta voimanvaihtelusta syntyy monimutkainen aaltomuoto. [26]

72Kuva 56. Kokonaisvoimanvaihtelu approksimoidaan eriasteisiksi ja ­vaiheisiksiharmonisiksi värähtelyiksi. [26]Jo valmistusprosessissa rengas joutuu ensimmäisen kerran mittaukseen, jossaepätasapainon ja muotovirheiden suuruudet tarkastetaan (Kuva 57). Tehtaalla renkaantasapaino mitataan ilman vannetta, mittauskoneen omalla rummulla. Tällöin saadaanpelkän renkaan arvot, kun koneen rumpu on hyvin tasapainossa. Rengas mitataanpaineistettuna ja sitä pyörittäen, jolloin saadaan selville sekä staattinen että dynaaminenepätasapaino ja muotovirheet. Mikäli kaikki arvot ovat sallituissa rajoissa, on rengasvalmis käyttöön. Renkaita saatetaan myös lajitella virheiden mukaan, jolloin esimerkiksitiettyjä muotovirheitä voidaan poistaa hiomalla. Mittauksessa renkaaseen merkitäänstaattista tasapainotusta varten kevyin kohta keltaisella pisteellä. Samoin voidaan merkitämyös renkaan säteen korkein kohta punaisella pisteellä. [89]Kuva 57. Rengas tarkastetaan tehtaalla mittauskoneessa epätasapainon ja muotovirheidenosalta. [89]

73Rengas ja vanne voidaan tasapainottaa vielä yhdessä ennen asennusta ajoneuvoon. Näinsaadaan koko pyörän tasapaino paremmin kohdalleen. Tällainen koko pyöränepätasapainoisuuden mittaava kone (Kuva 58) kuuluu lähes pakollisena jokaiseenrengasasennuksia tekevään yritykseen. Raskaan kaluston renkaille tarkoitetuissa koneissaon tavallisesti nostolaite, jolla rengas saadaan nostettua kiinnitysakselin korkeudelle.Työturvallisuutta parantamassa koneissa on suoja, joka peittää pyörivän pyörän yläpuolenja estää samalla mahdollisien irtoavien pienien kappaleiden lentämisen kohti koneenkäyttäjää. Koneissa on monia automaattitoimintoja esimerkiksi pyörän kiristäminenakselille, jotka helpottavat ja tekevät käytöstä turvallisempaa. Painavalla renkaalla onkohtalaisesti liike­energiaan sen pyöriessä maltillisillakin kierrosnopeuksilla, joten täysinvaaratonta tasapainotuskoneen käyttö ei ole. Merkittävin osa rengastyötapaturmista sattuupaineistettaessa rengasta, jonka tulisi raskaan kaluston renkailla tapahtua mieluiten siihensuunnitellussa suojahäkissä. Nykyaikaiset tasapainotuskoneet ovat graafistenkäyttöliittymien ansiosta helppokäyttöisiä ja luotettavuudeltaan sekä tarkkuudeltaan hyviä.[90]Kuva 58. Raskaan kaluston pyörän tasapainotuskone. [90]Kone antaa epätasapainon usein paino­matka muotoisena, jolloin tietylle etäisyydellepyörintäakselista tulevat tasapainotuspainojen suuruudet voidaan laskea. Monettasapainotuskoneet tunnistavat nykyisin renkaan koon ja niille voidaan kertoa millainenvanne tai tasapainotusmenetelmä on kyseessä, jolloin kone tietää säteen, jolle painottulevat. Tällöin se kertoo käyttäjälle mihin kohtaan täytyy kiinnittää minkäkin suuruinenpaino (Kuva 59). Koneen käytössä tulee huomioida miten pyörä keskitetään ajoneuvoon.Käytössä on kahta eri tyyliä joko pyörän keskiöllä tai muttereilla. Muttereillakeskitettäväksi tarkoitetun vanteen keskireikä ei ole välttämättä tarkasti keskellä, joten senperusteella tehty tasapainotus voi olla pielessä autoon asennettaessa. [89]

74Kuva 59. Tasapainotuskone kertoo kuinka paljon ja mihin kohtiin tasapainotuspainojapitäisi asentaa, jotta pyörä tulisi tasapainoon. [90]Pelkkä staattinen tasapainotus on mahdollista tehdä myös halvemmilla laitteistoilla, joissapyörä tuetaan keskeltä ja sen kallistumista epätasapainon mukaan tarkkaillaan vesivaa’anavulla (Kuva 60). Lisäämällä painoja kallistuksen vastakkaiselle puolelle saadaan pyörätasapainoon. Menetelmällä ei kuitenkaan saada tietoon, millä kohden renkaan keskilinjaannähden epätasapaino on. Tämän takia dynaaminen tasapainotus ei onnistu kyseisellämenetelmällä, eikä sitä muutenkaan käytetä nykyaikaisessa ammattikäytössä. [14] [30][68]Kuva 60. Staattinen epätasapaino voidaan selvittää kohtalaisesti myös halvalla laitteistolla.[119]4.5 TasapainotusmenetelmätPyörän lopullinen tasapainottaminen tapahtuu aina valmiiksi vanteelle asennetun renkaanyhdistelmänä. Ennen tätä on renkaan ja vanteen epätasapainoisuudet pyritty kumoamaanmahdollisimman hyvin toisillaan asettamalla renkaan kevyin kohta vanteen painavimpaan.Kevyin kohta renkaassa on merkitty yleensä keltaisella pisteellä renkaan kylkialueelle ja sesijoitetaan usein venttiilin kohdalle vanteessa. Tasapainottamisen perusideana on luodavastakkaissuuntainen ja yhtä suuri voima kuin epätasapainosta aiheutuu, jolloin tilannetasapainottuu. Usein tämä tapahtuu sopivilla lisäpainojen sijoittelulla pyörään.Tasapainotuksen voi jakaa kahteen osaan staattiseen ja dynaamiseen tasapainotukseen,joita käytiin läpi jo aiemmin.

75Tasapainotuksessa on eduksi mitä suuremmalle säteelle tasapainotukseen käytettävätpainot saadaan kiinnitettyä, jolloin massaa tarvitaan vähemmän. Usein renkaanepätasapainopiste sijaitsee kumin alueella, johon harvoilla menetelmillä saadaan liitettyätasapainottavaa massaa. Monesti vanteeseen on helpompi kiinnittää erilaisia lisäpainoja.Kuitenkin vanteessa, menetelmästä riippuen, on rajoitetusti tilaa lisäpainoille. Tällöinesimerkiksi dynaamisessa tasapainotuksessa voidaan joutua laittamaan useita painojaristikkäin eri kyljille pyörää.Mikäli tasapainotukseen tarvittavien painojen määrä kasvaa hyvin suureksi, on syytäepäillä epätasapainon johtuvan renkaassa tai vanteessa olevasta toleranssit ylittävästäepätasapainosta, renkaan ja vanteen epätasapainon summautumisesta, virheellisestäasennosta tasapainotuskoneessa tai vauriosta renkaassa tai vanteessa. Tällöin tilannetta voihelpottaa renkaan pyöräyttäminen vanteella, jolloin epätasapainon paikat vaihtuvat.Raskaan kaluston renkaassa suurimpana järkevänä tasapainotuspainojen yhteenlaskettunamääränä voidaan pitää eturenkaissa 510 g ja vetorenkaissa 620 g luokaa olevia määriä [69].Tätä kautta määräytyy myös suurin dynaamisen epätasapainon suuruus, kun sentasapainottamiseen tarkoitettujen painojen määrän ei olisi suotavaa ylittää rajoja. Rajatriippuvat hieman rengaskoosta ja asettuvat välille 400 g (265/70R19.5) –580 g(385/65R22.5). Keskimääräinen epätasapaino ei kuitenkaan ole näin suuri, silläepätasapainon poistamiseen joudutaan käyttämään usein enemmän lisäpainoja kuin on itseepätasapainon suuruus. Tämä johtuu siitä, että tasapainotuspainoja voidaan sijoittaa vaitiettyihin kohdin vannetta, jolloin niiden etäisyys pyörimisakselista jää useinepätasapainokohtaa pienemmäksi. Kiinteäpainoiset raskaan kaluston tasapainotuspainotsijoittuvat normaalisti 50 –400 g välille ja ovat porrastettuja 25 g välein [75]. Renkaansisään tulevan tasapainotusmateriaalin tapauksissa tavallisimmin käytetty määrä on noin340 g luokkaa [50].Pyörien tasapainottamiseen on kehitetty monia erilaisia menetelmiä. Suosituin menetelmäon ollut kiinnittää vanteisiin lisäpainoja poistamaan epätasapaino. Jotta tämä on voitutehdä, on renkaan epätasapainoisuus pitänyt ensin mitata. Nykyäänkin tavallisimmatraskaan kaluston tasapainotuspainot ovat vanteen reunoihin mekaanisesti kiinnitettäviä(Kuva 61). Henkilöautopuolella kevytmetallivanteiden myötä yleistyneet liimattavat painotovat tulleet myös raskaaseen kalustoon. Näiden painojen hyvä puoli on se, että niitävoidaan kiinnittää vanteen sisäpinnalle, jolloin kiinnityskohdan vaihtoehdot ovat reunoja

laajemmat (Kuva 62). Haittapuolina kiinnityskohdassa on muun muassa korkeampilämpörasitus ja ahtaus jarrujen läheisyyden takia. [18]76Kuva 61. Vanteen reunaan kiinnitettävä paino [120]Kuva 62. Kiinnitettävien painojen kiinnityskohtamahdollisuudet. [18]Kiinnitettävien painojen käytössä eräs huono puoli on se, että renkaan tasapaino saattaamuuttua sen kuluessa, jolloin kiinnitetyt painot voivat olla väärissä paikoissa. Painot voivatmyös irrota tai syöpyä, jolloin niiden vaikutus vähenee. Henkilöautopuolella markkinoilleon tullut liimattavia painoja, jotka sisältävät pieniä irtonaisia kuulia (Kuva 63). Niidenpitäisi pystyä hieman paremmin tasaamaan epätasapainoa, koska painon vaikutuspistepystyy liikkumaan vähän ja se asettuu ajettaessa epätasapainosta aiheutuvan värähtelynvaikutuksesta kohdalleen.Kuva 63. Liimapaino, jonka sisällä on liikkumaan pääseviä rakeita. [121]Kiinnitettävissä painoissa käytetty materiaali on perinteisesti ollut lyijyä, mutta haitallistenympäristövaikutusten takia sen käyttö on nykyisin useissa maissa kiellettyä. Muun muassaEuroopan Unioni kielsi lyijypainot vuonna 2005 [67] ja Kalifornian osavaltio 2009. Tilalleon tullut muista korvaavista materiaaleista kuten esimerkiksi tinasta, sinkistä, teräksestä,

77korkea tiheyksisistä muoveista ja komposiiteista tehtyjä painoja (Kuva 64). Materiaalintäytyy olla tiheydeltään riittävän suurta, jotta painon koko pysyisi mahdollisimmanpienenä. Painojen hinta ei myöskään saisi nousta liikaa. Esimerkiksi tinapainot ovat noin1,5 –3 kertaa lyijypainoja kalliimpia, kun taas teräksestä valmistettu sijoittuu samallealueelle lyijyisen painon kanssa. [18] [67]Kuva 64. Tasapainotuksessa käytettävien materiaalien ominaisuuksia. [18]Liimattavien painojen (Kuva 65) hyvänä puolena on, että ne voidaan yleensä katkaistasopivan painoisiksi paloiksi. Tällöin ylimääräistä materiaalia ei kulu, toisin kuin vanteenreunaan tulevissa määräpainoisissa painoissa [86]. Raskaalle kalustolle tarkoitettujaliimapainoja on määräpainoisina (Kuva 65), jotka on valmistettu erilaisista metalliseoksistaja näin ollen tiheys on saatu leikattavaa nauhaa korkeammaksi. Haittapuolena on ettäliimattava paino tarvitsee vähintään 15 °C lämpötilan ja puhtaan pinnan, jottakiinnipysyminen olisi paras mahdollinen. Asennuksessa täytyy huolehtia, että painon reunatulee yhdensuuntaiseksi vanteen reunan kanssa, jotta saavutetaan paras mahdollinentasapainotustulos. [87]Kuva 65. Liimalla kiinnittyvää tasapainotusnauhaa ja määräpainoinen raskaan kalustonliimapaino. [122] [123]

78Markkinoilla on tasapainotusratkaisuja, joissa pyörän tasapainottaminen perustuuirtonaiseen materiaaliin. Pyörän pyöriessä siinä olevasta painavammasta kohdasta aiheutuuvoima, joka jousituksen, renkaan ja muiden pyöränripustuksen joustavuusominaisuuksientakia aikaansaa värähtelyliikettä. Pyörän värähtelyliikkeen suunta on kulloisessakinpyörintävaiheessa kohti painavampaa kohtaa. Inertian takia pyörän mukana olevairtonainen materiaali ei liiku yhtä paljon kuin pyörä itse. Näin ollen irtonainen materiaalisiirtyy pyörässä kohti painavamman kohdan vastakkaista puolta tasapainottaen samallapyörää. Kun pyörä on saavuttanut tasapainon eikä värähtelyliikettä enää esiinny, pysyyirtomateriaali paikallaan pyörään nähden. [16] [71]Edellä esiteltyä ilmiötä yritetään hyödyntää muun muassa erilaisissa renkaan sisäänasennettavissa tasapainotusratkaisuissa (Kuva 66). Menetelmän ideana on, että renkaantasapainoa ei tarvitse mitata, vaan sisällä oleva irtomateriaali hoitaa tasapainotuksenpyörän pyöriessä. Toisaalta juuri tässä pätee myös yksi heikkous, kun tasapainonmittaaminen ja todentaminen jää suorittamatta. Renkaaseen joudutaan tällöin laittamaanainetta riittävästi arvion mukaan, koska epätasapainon määrää ei tiedetä. Tavallisestierikokoisille renkaille on valmiiksi suunnitellut määrät tasapainotusainetta. Tavanomaiseenraskaankaluston renkaaseen laitetaan yleensä noin 340 g verran ainetta. Jotkin materiaaliteivät valmistajan mukaan tasapainota ilmassa pyörivää rengasta, vaan vaativat toimiakseentiekosketusalueen muodonmuutoksen. Osa irtonaisen tasapainotusmateriaalin valmistajistailmoittaa myös, että aine toimii vain raskaassa kalustossa, jossa rengas on riittävän korkeaeikä ole kovin leveä. Lisäksi renkaan sisäpinnan kumi ei saa olla liian pehmeää, jottamenetelmä toimisi suunnitellulla tavalla. Materiaaliltaan kyseiset renkaan sisään tulevattasapainotusaineet ovat erilaisia polymeerejä, keraameja tai lasioksideja. Yleisesti tehtäessätasapainotusta lisättävällä materiaalilla, olisi tehokkainta saada se mahdollisimman suurellepyörintäsäteelle, jolloin vähemmällä painolla saataisiin aikaan suurempi vaikutus. [16] [50][71]Kuva 66. Eräs renkaan sisään laitettavaan irtomateriaaliin perustuvatasapainotusmenetelmä. [124]

79On myös renkaan ulkopuolelle tulevia vastaavalla periaatteella toimiviatasapainotusratkaisuja. Pyöränpultteihin voidaan kiinnittää putkimaisia kehiä, joiden sisälläon irtonaisia kuulia nesteessä kuten öljyssä (Kuva 67) tai pelkästään nestettä. Vain tiettyynkohtaan kiinni tuleva kehä rajoittaa kuitenkin tasapainotuksen mahdollisuuksia.Kuva 67. Pyöränpultteihin kiinnitettävä irtokuulia sisältävä tasapainotuskehä. [125]Irtonaiseen materiaaliin perustuvien tasapainotusmenetelmien heikko puoli on se, että nevaativat tietynsuuruisen ajonopeuden toimiakseen ja ovat siten epätasapainoisia matalillanopeuksilla. Jotkin materiaalit ovat valmistajan mukaan sellaisia, että ne pysyvät renkaansisäpinnalla staattisen varauksen avulla, eivätkä valahda pohjalle pysähdyksissä [16].Renkaan sisään tuleva materiaali tuo mukanaan myös tarpeen suojata venttiili, jottahienojakoinen aines ei tunkeudu sen sisäosiin. Toisaalta irtomateriaalilla voidaan saadatasapainotettua myös akselistosta tai jarruista aiheutuvaa epätasapainoisuutta. Irtonaisenmateriaalin käytöstä ja toimivuudesta pyörän tasapainotuksessa ei ole saatavillapuolueettomia ja kattavia tutkimustuloksia, joten sen toimivuuden ja vaikutustenvertaileminen perinteiseen kiinteisiin painoihin perustuvaan menetelmään on vaikeaa.Renkaan sisään asennettavien materiaalien käyttö ei ole mitenkään harvinaistarengasliikkeissä raskaan kaluston pyörien tasapainotuksia tehtäessä. Se on muun muassakiinnitettäviä painoja nopeampi menetelmä.4.6 Tasapainottamisen kustannuksetTasapainottamisesta aiheutuvat kustannukset voidaan ajatella koostuvat itsetasapainottamiseen kuluvista materiaaleista, työstä ja ajoneuvon seisomisesta. Tietystiajoneuvon rengasmäärällä on suora yhteys sitä kohti muodostuviintasapainotuskustannuksiin, mutta niin on myös mahdolliseen energiankulutukseen. Useintasapainottaminen tehdään renkaanvaihdon yhteydessä, jolloin auton seisomisesta

80aiheutuvat kustannukset eivät tasapainottamisen kohdalta ole merkittävät. Ilmanrenkaanvaihtoa tehtäessä pyörät jouduttaisiin useimmissa menetelmissä irrottamaan, mikänostaisi työkustannusten osuutta merkittävästi.Perinteisellä menetelmällä, jossa tasapainotuspainot kiinnitetään kiinteästi kustannuksialisää tasapainotukseen tarvittavan laitteiston hinta. Epätasapaino on saatava selville ennenkuin painot voidaan kiinnittää. Tällaisella menetelmällä rengasta kohden muodostuvattasapainokustannukset ovat noin 20 –25 euron luokkaa. Se käytetäänkö vanteen reunaankiinnitettäviä vai liimattavia painoja ei vaikuta suuresti hintaan. Tasapainotukselle onyleensä kiinteä hinta, vaikka painoja tavallisesti kuluu hieman eri määrä rengasta kohden.Ympäristöystävällisempää materiaalia olevat painot toivat noin 0,50 euron kustannuslisänrengasta kohden painomateriaalin korkeamman hinnan vuoksi. [50]Erilaisilla pyörän pyörimisen seurauksena tasapainottavilla menetelmillä ei tarvitseerikseen mitata epätasapainoisuutta, jolloin kustannukset pienenevät tältä osin. Renkaansisään tulevilla menetelmillä asennus voi tapahtua autoon pyörän ollessa paikallaan, muttausein se pitää ainakin nostaa irti maasta ja poistaa rengaspaine. Tällöin tasapainottavataineet pystytään lisäämään renkaan sisälle venttiilin kautta, mutta se on aikaavievä tapa.Helpompi keino on jos aine saadaan renkaaseen esimerkiksi vaihdon yhteydessä, jolloin sevoidaan laittaa renkaan sisälle ennen vanteelle asettamista. Suoranaisiamateriaalikustannuksia erilaisista renkaan sisään tulevista aineista muodostuu rengastakohden noin 25 euroa. Lisäksi tulevat työkustannukset, jotka eivät ole merkittävät, josmenetelmää käytetään samalla kun rengasta asetetaan vanteelle. Osan näistä tuotteistaluvataan olevan uudelleen käytettäviä, jolloin kustannukset pienenisivät. Renkaanulkopuolelle tulevat irtokuulia tai nestettä sisältävät tasapainotuskehät maksavat noin 140 –180 euroa parilta. Ne ovat luonnollisesti uudelleenkäytettäviä ja pyörää asentaessa autooneivät muodosta merkittäviä asennuskustannuksia. [50] [81] [82] [83] [84]

5 RENKAAN ILMANPAINE815.1 Renkaan ilmanpaineen merkitysRengaspaineella on useita tehtäviä. Ilmanpaineen tarkoituksena on tukea rengasta ja kantaakuormaa (Kuva 68). Renkaan kuormankantokyky on paineen lisäksi riippuvainen myöskäytettävistä ajonopeuksista. Renkaalle voidaan sallia huomattavasti korkeampi kuormitus,mikäli nopeus ei nouse tietyn rajan yli ja rengaspaine asetetaan tilanteeseen sopivaksi.Valmistajilla on renkaille tehtyjä taulukoita, joista kuormankantokyvyt eri nopeuksille japaineille on löydettävissä [73]. Rengas on siinä mielessä jäykkä kappale, että sen tilavuusei merkittävästi muutu, vaikka paine nousisi. Tästä seuraa käänteisesti se, ettäkuormituksella ei ole juurikaan vaikutusta renkaan paineeseen, vaan se pysyy lähesvakiona (Kuva 69). Toki kuormituksen lisääntyessä renkaan tiekosketusalueen pinta­alakasvaa [52]. Samalla renkaan puristuma kasvaa eli dynaaminen vierintäsäde pienenee.Kuva 68. Ilmanpaine kantaa kuorman.Kuva 69. Renkaan tilavuus ei merkittävästi muutu kuormituksen mukaan, joten painepysyy melko vakiona kuormasta riippumatta. [126]Ilmanpaine tuo renkaaseen myös tietyt jousto­ominaisuudet, jotka vaihtelevat painetasonmukaan. Näillä on vaikutusta tien epätasaisuuksien aiheuttamien värähtelyidenetenemiseen auton runkoon ja sitä kautta vaikutus ajomukavuuteen. Matalammallapaineella myös tiekosketusalueen pinta­ala kasvaa, mikä rasittaa siten vähemmän

82ajoalustaa ja lisää adheesiosta syntyvää pitokykyä. Rengaspaine vaikuttaa merkittävästirenkaasta syntyvän melun voimakkuuteen erityisesti tasaisilla tienpinnoilla. Korkeampirengaspaine nostaa renkaasta syntyvän äänen voimakkuutta. Renkaat ovat suurinyksittäinen äänilähde yli 70 km/h nopeuksista alkaen ja ääni on voimakkaampi kuin kaikkimuut äänilähteet yhteensä. Raskaan kaluston rengasmelu on noin 3 –4 dB voimakkaampikuin henkilöauton. Suurin syy korkeampaa meluun on raskaassa kalustossa oleva suurempirenkaiden määrä, ei niinkään rengaskuormat tai suurempi renkaan leveys. Meluapienentävä tekijä voi olla suurempihalkaisijainen rengas, joka tulee loivemmin japehmeämmin tiekosketuskohtaan. [2] [52]Renkaan ilmanpaineella pystytään merkittävimmin vaikuttamaan sen ominaisuuksiinkäytön aikana. Tarkasti ottaen eri ajotilanteisiin parhaat mahdolliset ominaisuudetsaavutettaisiin eri rengaspaineilla. Koska rengaspaineiden säätöjärjestelmät eivät nykyisinole vielä varteenotettavia ratkaisuja, tyydytään usein tietynpaineiseenkompromissiratkaisuun, jossa rengas toimii hyvin suurimmalla osalla käyttötilanteistaan.Vyörenkaan eräs ominaisuus on, että pienet rengaspaineen muutokset eivät vielä vaikutamerkittävästi sen kulumiseen, vaikka niillä on vaikutusta muihin ominaisuuksiin. Sensijaan suuremmat virheelliset paineet, varsinkin alipaineet, vaikuttavat käyttöikäänhuomattavasti (Kuva 70). Yleensä virheellinen rengaspaine aiheuttaa renkaan kulumistaepätasaisesti (Kuva 71) ja voi vaurioittaa myös renkaan runkorakennetta. Yleisesti noin20 % paineenvajausta voidaan pitää kriittisenä rajana renkaan rungon vaurioitumisenkannalta. Suurempien muodonmuutosten takia myös lämpötila nousee korkeammaksi,millä on puolestaan omat haittavaikutuksensa. [15]Kuva 70. Rengaspaineen vaikutus käyttöikään. [15]

83Kuva 71. Suhteessa kantamaansa kuormaan alipaineinen rengas kuluu voimakkaamminolka­alueilta. [127]Rengaspaineen oleellisen merkityksen takia, niin energiankulutukselle kuin muillekinominaisuuksille, ne pitäisi tarkistaa vähintään kerran kuukaudessa. Noin 3 barin paineeroillarenkaan suosituspaineen läheisyydessä voi olla jopa 2 % vaikutuspolttoaineenkulutuksessa [88]. Mitä korkeampi ajosuoritteessa käytettävä keskinopeus on,sitä suuremmaksi rengaspaineiden vaikutus yleensä muodostuu (Kuva 72). Tämä johtuuvierinvastuksen kasvusta nopeuden myötä. Rengas menettää painettaan aina hieman, silläkumi ja muut rakenteet eivät ole koskaan täysin tiiviitä. Raskaan kaluston tapauksessa liianmatalan paineen havaitseminen silmämääräisesti on vaikeaa tai jopa mahdotonta.Erityisesti paripyöristä toinen saattaa helposti olla vajaapaineinen, vaikka tilanne näyttäisinormaalille. Rengasvasaralla testaamalla voi tietysti löytää suurimmat paineenvajaukset,mutta jo pienemmilläkin paineenvajauksilla on merkitystä tiettyihin ominaisuuksiin.Kuva 72. Pitkää matkaa ajavilla, joilla on korkeampi keskinopeus, rengaspaineidenvaikutus polttoaineenkulutukseen on suurempi kuin esim. kaupunkiliikenteessä ajaville.[128]Vaikka rengaspaineiden vaikutukset ja tärkeys monesti tiedostetaankin, jäävät ne useintarkistamatta syystä tai toisesta. Rengaspainetutkimuksessa havaittiin raskaan kalustonosalta juuri rengaspaineiden tarkkailussa olleen monesti puutteita [8]. Noin 20 %:ssatarkastetuista renkaista rengaspaine poikkesi ohjearvosta. Poikkeamien suuruus oli

84tavallisesti alipaineen suuntaan huomattavasti suurempi kuin ylipaineeseen. Myöshenkilö­ ja pakettiautojen joukossa noin joka viidennellä ajoneuvolla on todettu olevanhuomautettavaa renkaiden alipaineisuudessa [20]. Raskaassa kalustossa yksittäisissärenkaissa paineet olivat tavallisesti paripyöräasennuksia korkeammat ja juuri paripyörissäoli suhteellisesti enemmän alipaineisia. Kyseisen tutkimuksen yhteydessä tehdyssäsatunnaisessa kuljettajahaastattelussa selvisi, että monien ajoneuvojen rengaspaineidentarkkailu ei perustu mittaamiseen, vaan lähinnä silmämääräiseen havainnointiin renkaastapäältäpäin. Suomalaisten kuljetusyritysten keskuudessa rengaspaineiden vaikutuksetpolttoaineen kulutukseen tiedostetaan ja rengaspaineiden tarkkaileminen on monilla useinosana energiansäästömenetelmiä (Kuva 73). Suuri osa oli myös omien havaintojensamukaan saavuttanut rengaspaineiden tarkkailulla säästöä polttoaineenkulutuksessa (Kuva74). Liian matalan rengaspaineen merkitys polttoaineenkulutukseen tulee kasvaneenvierinvastuksen kautta. Esimerkiksi jos kaikissa 60 tonnia painavan ajoneuvoyhdistelmärenkaissa on 15 –20 % vajaapainetta, lisääntyy kulutus noin 3 litraa sadalla kilometrillä.[19] [36] [72]Kuva 73. Eräässä tutkimuksessa yli puolet osallistujayrityksistä tarkkaili myösrengaspaineita energiankulutuksen pienentämiseksi. [36]Kuva 74. Erään tutkimuksen käytettyjen energiansäästötoimenpiteiden vaikutuksetyritysten itsensä arvioimana. [36]

85Rengaspaineet vaikuttavat merkittävästi ajettavuuteen ja ajoneuvon käytökseen. Liianmatalat rengaspaineet varsinkin ohjaavalla akselilla vaikuttavat ohjattavuuteen. Vaikkaalipaineiset renkaat harvoin itsessään aiheuttavat onnettomuutta, lisäävät ne yleensäonnettomuusriskiä. Niin kuin tievarsitutkimuksissa, esiintyy alipainetta monesti myösonnettomuustapausten yhteydessä mitatuissa ajoneuvoissa. Tutkijalautakuntien vuosina2000 –2007 tutkimissa liikenneonnettomuuksissa, joissa aiheuttajana on ollut henkilö­ taipakettiauto läsnä olleista rengasriskeistä 13,7 % liittyi vääriin rengaspaineisiin [20].Vastaavasti esimerkiksi saksalaisessa TÜV raportissa on arvioitu että 3,3 % rengasriskinsisältävistä onnettomuuksista liittyy rengaspaineisiin [17]. Suomessa kuolonkolareissakeskimäärin 8 % autoista on selkeä paineenvajaus yhdessä tai useammassa renkaassa [21].Vaikka edelliset luvut koskivat pääosin henkilö­ ja pakettiautoja, esiintyy renkaanpainevajaus riskinä monesti myös raskaan kaluston onnettomuuksissa. Maanteillä tehtyjenrengaspainetutkimusten tulokset [20] antavat varmasti suuntaa myös sille, kuinka suuressaosassa raskaan kaluston onnettomuuksia renkaiden ilmanpainevirheet ovat mukana.Raskaassa kalustossa käytettävästä korkeammasta rengaspaineesta johtuen vajauksetvoivat olla jopa useiden barien luokkaa. Esimerkiksi vuonna 2004 tapahtuiKonginkankaalla täysperävaunuyhdistelmän ja linja­auton yhteentörmäys. Tutkinnassakuorma­auton ehjiksi jääneiden renkaiden paineet vaihtelivat 5,2 barista 8,4 bariinnormaalin paineen ollessa 8,5 bar. Vastaavasti linja­auton renkaissa matalin mitattu paineoli 5,4 bar ja korkein 7,6 bar, kun kaikkien renkaiden normaali paine olisi ollut niin ikään8,5 bar [40].Rengaspaineisiin ei monesti erilaisissa säädöksissä juurikaan oteta kantaa. Vain Norjassa jaIslannissa on rengaspaineille asetettu tiettyjä säädöksiä. Korkeammalla paineellasaavutettaisiin matalampi vierinvastus, mutta toisaalta siitä aiheutuisi suurempia rasituksiatiehen ja renkaan epätasaista kulumista. Rengaspaineita kasvattamalla myös rengasmelulisääntyy ja korkeampi paine nostaa äänitasoja erityisesti tasaisilla ajopinnoilla [2].Tavallisesti raskaan kaluston rengaspaineet ovat kylmissä renkaissa 8 barin luokkaa jaajossa renkaan lämmetessä ne nousevat noin 9 barin tuntumaan. [12]5.2 VierinvastusVierinvastuksesta puhuttaessa voidaan tavallisesti käyttää muutamaa eri käsitettä.Vierinvastusvoimalla tarkoitetaan vierintäliikettä vastustavaa voimaa, joka lasketaan

86yleensä eri komponenteista muun muassa kappaleen nopeudesta, käyttäen kullekintermille määriteltyä vierinvastuskerrointa. Vierinvastusvoima lasketaan tavallisestivaikuttamaan akseliin, mutta myös muita tapoja esiintyy (Kuva 75). [13] [52]Kuva 75. Vaihtoehtoisia esitystapoja vierinvastusvoimille ja ­momenteille. [52]Toisaalta voidaan puhua vierinvastuskertoimesta, jota tavataan eri muodoissa. Se saattaaolla laadullinen luku (b), jonka yksikkönä on metri (kaava 9). Kaikista yleisin tapaajoneuvopuolella on ilmoittaa vierinvastuskerroin (C r) , joka on kitkakertoimen tapainenlaaduton kerroin. Sillä on kaavan 10 mukainen suhde vierinvastusvoimaan japyöränkuormaan. Raskaalla kalustolla vierinvastuskertoimen arvot ovat yleensä väliltä0,005 –0,007 nopeusalueella 20 –80 km/h. Vastaavat kertoimet henkilöautonrenkailleovat tavallisesti luokkaa 0,007 –0,010. Tämä johtuu osittain siitä, että pyörän sädevaikuttaa vierinvastukseen. Mitä pienempi säde sitä suurempi vastus on. Rengasvalmistajasaattaa esimerkiksi kuvata vierinvastuskerrointa yksiköllä kg/tonni, joka tavallisellarenkaalla voi olla luokkaa 8 kg/tonni ja eco­renkaalla 6 kg/tonni [92]. Mitä pienempivierinvastuskerroin on, sitä vähemmän renkaan vieriessä hukkaantuu energiaa.Vierinvastuskertoimeen vaikuttavat muun muassa ajonopeus, ajoalusta ja rengaspaine.Vaikka vierinvastusvoiman ja pyöränkuorman suhde pienenee pyöränkuorman kasvaessa(Kuva 76), nousee vierinvastusvoima pyöränkuorman mukana (Kuva 77). [1] [9] [13] [28][52]Fb =FVierinvastus∗ rRe ngasPystysuuntainen_pyöränkuorma, missä F = voima ja r = säde9Cr=FFVierinvastusPystysuuntainen_pyöränkuorma, missä F = voima10

87Kuva 76. Pyöränkuorman vaikutus vierinvastuskertoimeen tasapainoisessa lämpötilassa.[52]Kuva 77. Pyöränkuorman kasvaessa nousee myös vierinvastusvoima. [52]Vierinvastus on termi, johon kaikki häviötä aiheuttavat osatekijät on yhdistetty ja johonvaikuttavat monet asiat. Vierinvastuksen ja polttoaineenkulutuksen välillä vaikuttaakeskeisten ominaisuuksien lisäksi myös muun muassa moottoritekniset ratkaisut.Keskimääräinen polttoaineen kulutuksen kasvu raskaalla kalustolla on 2,5 % luokkaaajoneuvon kokonaisvierinvastuksen noustessa 10 %. Vierinvastus on luontevaa käsitellärengaspaineen yhteydessä, koska sillä on suurta vaikutusta vierinvastukseen (Kuva 78) jasitä käyttäjä voi kontrolloida. Normaaleilla kovilla ajoalustoilla rengaspaineenkasvattaminen pienentää vierinvastusta, mutta pehmeillä alustoilla tilanne voi olla toisinpäin. Nimittäin ilmanpaineen pienentyessä renkaan tiekosketusala kasvaa ja pintapainepienenee, jolloin pehmeään alustaan uppoaminen on vähäisempää. Vierinvastukseenvaikuttavat osa­alueet voi jakaa karkeasti neljään ryhmään: renkaan ominaisuuksiin,käytöstä johtuviin kuormituksiin muun muassa nopeuteen, käyttöympäristön olosuhteisiinja tienpinnan ominaisuuksiin (Kuva 79). Vierinvastukseen kuluvan energian osuus kokoajoneuvon vastuksista riippuu suuresti ajonopeudesta. Matalilla nopeuksilla renkaidenkuluttama energia on suhteessa isompi kuin suurilla nopeuksilla. Nopeuden kasvaessailmanvastuksesta tulee merkittävin tekijä, vaikka vierinvastus kasvaakin. [13] [52]

88Kuva 78. Esimerkki rengaspaineen vaikutuksesta vierinvastusvoimaan, kun lämpötila onsaavuttanut tasapainon. [52]Kuva 79. Esimerkki nopeuden aiheuttamista vaikutuksesta vierinvastukseen.Mittaustulokset otettu, kun rengas on saavuttanut tasapainotilan. [52]Renkaan lämpötilalla on vaikutusta vierinvastukseen, sillä kylmä rengas kuluttaa enemmänenergiaa, koska sitä kuluu lämpenemiseen. Kylmän renkaan vierinvastus voi olla 1,3kertainen toimintalämpöiseen verrattuna. Tällöin myös ympäristön lämpötila ja kosteusaiheuttavat oman vaikutuksensa renkaan vierinvastukseen. Esimerkiksi kun ympäristönlämpötila nousee 1 °C, vierinvastus putoaa noin 0,5 –1 % [52]. Ympäristön olosuhteisiinei pystytä vaikuttamaan, joten renkaan ominaisuudet ovat keskeinen tekijä, jolla valmistajapystyy vaikuttamaan vierinvastukseen ja sitä kautta energiankulutukseen. Kulloisenkintilanteen vierinvastukseen vaikuttavia asioita ovat tienpinnan laatu ja erityisesti karkeus,renkaan kuormitus, pyöränsuuntauksen geometriat ja luisto. Vesi tai lumi tien pinnallavaikuttaa monien yhteyksien kautta. Energiaa kuluu ylimääräisen aineksen syrjäyttämiseenkulutuspinnan tiekosketuskohdasta. Samalla renkaan jäähtyminen nopeutuu, mikä nostaamyös energiankulutusta. Märkä tienpinta nostaa vierinvastusta noin 10 % ajettaessa60 km/h nopeutta. [13] [52]Eri seikkojen aiheuttamat osuudet on yleensä vaikeasti selvitettävissä muualla kuinlaboratoriomittauksissa. Esimerkiksi jonkin olosuhdemuutoksen takia alkaa renkaanenergiankulutus hakeutua uuteen tasapainotilaan. Raskaan kaluston renkailla uuden

89stabiilin tasapainotilan saavuttamiseen voi kulua jopa 2,5 tuntia, jonka aikanavaikuttavien ominaisuuksien tulee pysyä samoina. On selvää, että tällaisen mittauksentekeminen laboratorion ulkopuolella on erittäin vaikeaa. Monet vaikuttavat asiat ovat myösyhteyksissä toisiinsa. Esimerkiksi kuormituksen tai nopeuden lisääminen kasvattaa myöslämpötilaa ja sitä kautta taas rengaspainetta (Kuva 80). [13] [52]Kuva 80. Kuormituksen tai ajonopeuden lisäämisen kokonaisvaikutus vierinvastukseenmuodostuu useiden muiden tekijöiden osavaikutuksista. [52]Ajoneuvon tyyppi vaikuttaa kokonaisvierinvastukseen, sillä erilaisilla renkailla ja akseli­ jatelirakenteilla on myös vaikutusta kokonaisvastukseen (Kuva 81). Ilmanvastus luo noin 2 –3 % renkaan vierinvastuksesta 90 km/h nopeudessa [52]. Renkaan ilmanvastus muodostuuajonopeuden ilmavirrasta, mutta myös renkaan pyöriessä sen pintaan ja kuviointiinmuodostuvasta ilmanvastuksesta (Kuva 82). Ajoneuvon akselistorakenteilla jamahdollisilla ilmanohjaimilla on vaikutusta renkaista muodostuvaan ilmanvastukseen.Telissä peräkkäiset pyörät ovat hyvin lähellä toisiaan, jolloin ilmanvastuksen ja muunmuassa veden poiston vaikutukset ovat erilaiset kuin kauempana toisistaan olevillaakseleilla. Lähekkäin olevilla akseleilla ajosuunnassa ensimmäiset renkaat kohtaavatsuuremman vastuksen ilmavirrasta ja sadekelillä poistavat suurempia määriä vettäjäljempänä tuleviin renkaisiin verrattuna. Matalavierinvastuisiksi suunnitelluilla renkaillaeroavaisuudet tavallisiin verrattuna löytyvät suurelta osin pintakuviosta. Kuluessaanmatalavierinvastuksisen renkaan vierinvastus ei putoa yhtä paljon kuin tavallisen renkaan.Kuluneina tavalliset renkaat ovatkin lähes yhtä taloudellisia kuin matalavierinvastuksiset[88]. [4]Kuva 81. Vierinvastuksen jakautuminen eri akseleille kuormatussapuoliperävaunuyhdistelmässä. [129]

90Kuva 82. Energiahäviöiden jakautuminen [13]Vierinvastus muodostuu renkaan eri osissa. Noin puolet vierinvästuksesta muodostuukulutuspinnassa ja toiset puolet renkaan runkorakenteissa (Kuva 83). Kulutuspinnansuunnittelulla ja seoksella on siis noin 35 –50 % vaikutus vierinvastukseen. Mitäpaksummasta kulutuspinnasta puhutaan sitä enemmän suunnittelulla ja seoksilla onvaikutusta [88].Kuva 83. Vierinvastuksen muodostuminen renkaan osissa. [88]Vierinvastushäviöiden jakautumisesta renkaassa on erilaisia käsityksiä. Tarkkavierinvastuksen muodostuminen renkaan eri osissa on vaikeasti selvitettävissä, mikäaiheuttaa eroavaisuuksia eri lähteistä saataviin tietoihin [48] [52] [88]. Rengas koostuumonista erilaista ja eripaksuista materiaalia olevista alueista, jotka vierintävaiheestariippuen kokevat erisuuruisia muodonmuutoksia. Suuntaa antavan kuvanyksityiskohtaisemmasta vierinvastuksen muodostumisesta renkaan rakenteessa saa kuvasta84. Lämmönmuodostumista mittaamalla tai rengasmalleissa muodonmuutoksiasimuloimalla saadaan tuloksia eri alueiden vaikutuksesta vierinvastukseen. Esimerkiksivähentämällä kylkialueiden materiaalinpaksuutta saadaan niissä aiheutuvaa häviötä

91pienennettyä. Renkaan kylkialueiden muotoon voidaan vaikuttaa esimerkiksivulkanointivaiheessa, jolloin voidaan yrittää pienentää kuormitettuna vierivän renkaankylkialueiden muodonmuutoksia. Vierinvastuksen pienentäminen on haastavaa, sillämuuttamalla jotakin renkaan komponenttia, on sillä helposti vaikutusta myös muualle.Esimerkiksi pienentyneet muodonmuutokset ja sitä kautta kokonaislämmöntuotto voivataiheuttaa paikallisia kasvaneita lämpötiloja toisaalla. [48] [52]Kuva 84. Vierinvastushäviöiden jakautuminen renkaassa. [52]5.3 Vaikutus energiankulutukseenRenkaan ilmanpaineella on selkeä vaikutus vierinvastukseen (Kuva 85). Liian alhaisellarengaspaineella muun muassa renkaan kyljissä tapahtuu suurempaa muodonmuutostatiekosketuskohdan alueella. Tämä lisää energiankulutusta ja renkaiden lämpötilan nousua.Raskaalla kalustolla vierinvastus muodostaa keskimäärin noin kolmasosanenergiankulutuksesta. Tietenkin auton ajosuoritteella ja ennen kaikkea käytetyillänopeuksilla on suuri vaikutus energiankulutuksen jakautumiseen. Noin 10 % vajerengaspaineessa kasvattaa polttoaineenkulutusta 0,5 –0,75 %. Vastaavasti 20 %vajaapaineella kulutus nousee 1 –1,75 %. Tienvarsitarkastuksissa noin 20 %:ssa raskaankaluston renkaissa oli virheellinen paine. Olettamalla, että raskaassa ajoneuvossa onkeskimäärin 10 rengasta, tarkoittaa se että ajoneuvoa kohden virheellinen paine on ollutnoin kahdessa renkaassa. Virheellinen paine on useimmiten alipainetta. Jos oletetaanalipaineen suuruudeksi noin 15 % suosituspaineesta, tarkoittaa se polttoaineenkulutuksessanoin 0,2 % kasvua.

92Kuva 85. Rengaspaineen suhteellinen vaikutus vierinvastusvoimaan tai ­kertoimeen. [9]Renkaan ilmanpaine on ominaisuus, johon käyttäjä pystyy kohtalaisen helpostivaikuttamaan. Mikäli ilmanpaineita ei ole aikaisemmin tarkkailtu ollenkaan, on alipaineisiarenkaita todennäköisesti joukossa. Edellä mainituista keskiarvoista tehdyn arvionmukaisesti tällaisen auton polttoaineenkulutusta saataisiin parannettua noin 0,2 %tarkistamalla ja asettamalla rengaspaineet ohjearvoon. Litroissa noin 40 l/100kmkuluttavalla autolla säästettäisiin tällöin noin 0,08 l/100km. Vuositasolla keskimääräisenajosuoritteen ajava auto ei saavuta merkittävää säästöä. Huomioitavaa on, että edellä olevaesimerkki on saatu useista keskimääräisistä olettamuksista. Monissa yhdistelmissä onhuomattavasti enemmän renkaita ja myös vajaapaineisia renkaita saattaa keskittyäenemmän niihin autoihin, joiden paineita ei säännöllisesti tarkisteta. Koskarengaspaineiden tarkastaminen on kohtuullisen nopea ja halpa toimenpide, ei sitä kannatajättää tekemättä. Vaikka energiankulutuksessa saavutettava säästö ei itsessään ole vielämerkittävä, aiheutuu virheellisistä paineista myös muita kustannuksia muun muassanopeamman renkaan kulumisen muodossa. Yleensä paineiden tarkastaminen suositellaantehtäväksi vähintään kerran kuukaudessa.5.4 Valvonta­ ja säätöjärjestelmätVaikka rengaspaineiden tarkistaminen on kohtuullisen nopea ja yksinkertainen toimenpide,ei sitä yleensä tehdä niin usein kuin suositellaan. Asia ei johdu niinkään siitä, etteiesimerkiksi liian matalan paineen vaikutuksia tiedostettaisi. Myös sillä saattaa ollavaikutusta ajaako kyseistä autoa aina samat henkilöt vai vaihtuvatko kuljettajat usein.Ainakin teollisuudessa on eri yrityksissä esimerkkejä, joissa laitteiden ja koneidenkunnosta pidetään parempaa huolta, jos ne ovat niin sanottuja nimikkokoneita. Tällöin

93konetta käyttää vain yksi henkilö tai pieni ryhmä. Silmämääräisesti raskaan kalustonrenkaasta on huomattavasti henkilöauton rengasta vaikeampi todeta milloin se onvajaapaineinen. Kun rengas alkaa silmämääräisesti näyttää vajaapaineiselta, on siinä lähesaina jo useamman barin painevajaus. Vuodot tapahtuvat tavallisesti hitaasti, mikä tekeehavaitsemisesta entistäkin vaikeampaa. Jotta kuljettaja voisi helposti ja nopeasti tarkistaa jasaada informaatiota renkaiden tilasta, on kehitetty erilaisia valvonta­ javaroitusjärjestelmiä. Hyödyt järjestelmistä tulevat polttoaineen säästönä, kun vajaat renkaatvoidaan tunnistaa ajoissa. Nopeammalta renkaiden kulumiselta, vaurioitumiselta tairengasrikolta voidaan myös välttyä ja muun muassa runkovaurioiden tapahtumista voidaanehkäistä, jolloin rengas pysyy pinnoituskelpoisena [49].Erilaiset automaattiset paineenvalvontajärjestelmät ovat tehneet tuloaan raskaan kalustonpuolelle viime vuosien aikana. Järjestelmistä käytetään yleensä lyhenteitä TPMS tai TPM.Se voi toimia joko mittaamalla suoranaisesti rengaspainetta tai välillisesti tulkitsemallarenkaiden pyörimisnopeuksien muutoksia. Osaan ylemmän keskiluokan henkilöautoistavälillisiä järjestelmiä on saatavilla. Suoraan mittaavassa järjestelmässä vanteeseen taiventtiiliin on liitetty paineanturi, joka mittaa paineen ja lähettää edelleen tiedonvalvontajärjestelmälle (Kuva 86). Tämänkaltaisten venttiiliin kiinnitettävien anturienpainot liikkuvat keskimäärin 20 g tuntumassa.Kuva 86. Jälkiasennettava paineenvalvontajärjestelmä, jonka anturi kiinnitetäänventtiilinhatun tilalle. [93]Järjestelmissä kuljettajalla on näyttö, josta eri renkaissa olevia paineita voi seurata.Järjestelmä antaa hälytyksen, jos paine laskee tietyn arvon alle. Tavallisesti eriasteisinavaroitusrajoina käytetään noin 10 % ja 25 % luokkaa olevia painevajauksia. Myös liiankorkeista paineista tulee järjestelmissä yleensä ilmoitus, sillä liian korkea paine heikentäämuun muassa vetorenkaan pito­ominaisuuksia. Ensimmäinen ilmoitus pyritään antamaanpienemmällä painevajauksella, jolloin kuljettajalla on mahdollisuus alkaa seurata

94tilannetta. Järjestelmä vaatii vanteisiin sijoitettavia komponentteja, jotka joutuvatkestämään suuria rasituksia ja lämpötilanvaihteluita ja joista on omat haittapuolensa muunmuassa renkaiden vaihdon yhteydessä. Lisäksi pitkissä yhdistelmissä joudutaan tekemäänerilaisia ratkaisuja, jotta painetieto saadaan välitettyä järjestelmälle. Anturin toiminta jamittaustiedon langaton lähettäminen perustuu paristoon, joka on vaihdettava tietyin välein.Yleensä anturien paristonkestoksi luvataan muutamia vuosia. Usein raskaassa kalustossakäytetään myös eri vetoauton ja perävaunun yhdistelmiä, jolloin järjestelmien olemassaoloja yhteensopivuus perävaunun ja vetoauton välillä on epätodennäköistä. Hyvänä puolenasuoraan painetta mittaavassa järjestelmässä on sen tarkkuus. Järjestelmillä päästään noin0,1 barin mittaustarkkuuksiin. Suoranaiseen paineentarkkailuun markkinoilla olevatjärjestelmät ovat useimmiten jälkiasennettavia ratkaisuja, mutta myös tehdasasennettujaratkaisuja on nykyään tarjolla osaan uusista raskaan kaluston ajoneuvoista. Järjestelmienhinnat liikkuvat noin 500 –900 euron tuntumassa riippuen tarvittavasta anturien määrästä.[76] [91] [93]Painetta voidaan tietyn tarkkuuden rajoissa valvoa myös välillisesti hyödyntämällä useinautossa jo olevia pyörän pyörintänopeusantureita, joita muun muassa ABS­ ja ESCjärjestelmätkäyttävät. Kun renkaan paine laskee, pienenee sen dynaaminen vierintäsäde,jolloin auton nopeuden pysyessä vakiona renkaan kulmanopeus kasvaa. Tähänpyörimisnopeuden muutoksen tunnistamiseen perustuu välillisen järjestelmäntoimintaperiaate. Järjestelmä vaatii riittävän nopeuden, jotta se voi tunnistaa muutoksia.Tämän takia se ei toimi paikallaan olevassa ajoneuvossa tai pysty tarkkailemaanvararenkaan ilmanpainetta. Välillisen järjestelmän kustannukset ovat huomattavastipienemmät, koska sen toteuttamiseen ei tarvita merkittävästi lisää komponentteja.Raskaan kaluston puolella samalla periaatteella toimivan järjestelmän toteuttaminen onhankalampaa. Raskaassa kalustossa tyhjän ja täyteen lastatun ajoneuvon painoero voi ollasuuri, millä on vaikutusta myös renkaan dynaamisen vierintäsäteen muutokseen, mikä sitenvaikeuttaa rengaspaineen tunnistamista kyseisellä periaatteella. Myös paripyöräasennuksettuovat omat vaikeutensa, kun pyörät pyörivät tavallaan yhtenä yksikkönä, jolloinyksikäsitteinen alipaineisuuden selvittäminen ei onnistu. Järjestelmään täytyy asettaa tietytrajat, joissa mitattavat arvot voivat vaihdella. Jotta turhia hälytyksiä ei tulisi, on rajat oltavariittävän väljät. Tämä taas puolestaan johtaa tilanteeseen, että järjestelmällä ei saavutetakovin suurta tarkkuutta. [77]

95Välillisesti toimiva järjestelmä täytyy myös kalibroida, jos renkaan dynaamiseenvierintäsäteeseen tulee jostain syystä muutoksia esimerkiksi renkaanvaihdon seurauksena.Välillisen järjestelmän tarkkuus on yleensä heikompi ja sillä pystytään tunnistamaansopivissa tapauksissa tarkimmillaankin vasta noin ±10 % paineen muutoksia. Renkaanominaisuudet vaikuttavat paljon mittaustarkkuuteen. Välilliset järjestelmät kehittyvät kokoajan ja mukaan otetaan muun muassa erilaisia resonanssitaajuuden mittauksia, joihin tuleemuutosta painevaihtelun mukana. Välillinen järjestelmä tarvitsee aina pyörän pyörivänliikkeen tunnistukseen tietyltä ajanjaksolta ja virheellisen paineen tunnistus on tätenhitaampaa verrattuna suoraan mittaavaan järjestelmään. Koska epäsuoranmittausjärjestelmän tarkkuutta ja luotettavuutta ei ole saatu parannettua riittävästi, näyttäähenkilöautopuolellakin suuntaus olevan kohti suoraan mittaavia järjestelmiä. [77] [78]Raskaaseen kalustoon on kehitetty myös säätöjärjestelmiä, joilla rengaspaineet voidaanpitää jatkuvasti halutulla tasolla tai niitä voidaan tarpeen tullen säätää. Tämänkaltaistenjärjestelmien tuloa on helpottanut se, että raskaassa kalustossa on paineilmajarrujen takiapaineilmaa saatavilla, jota nykyisellään hyödynnetään myös ilmajousituksessa.Jarrujärjestelmän painetaso riittää hyvin renkaiden täyttämiseen, joten paineilmansaatavuuden kannalta ei ole ongelmia. Suurin haaste on ollut saada järjestelmä kytketyksipyörivään renkaaseen. Tähän on kehitelty monenlaisia ratkaisuja (Kuva 87), mutta yleensäriittävän tiiveyden saavuttaminen haastavissa toimintaolosuhteissa on ollut vaikeaa. Juuriheikomman kestävyyden, vikaherkkyyden ja tiiveysongelmien takia järjestelmät eivät olesaavuttaneet merkittävää suosiota. Lähinnä sovelluksia on käytetty erilaisissa maastoajoontarkoitetuissa ajoneuvoissa ja sotilasajoneuvoissa, joissa saadaan paineensäätömahdollisuudesta selkeää etua.Kuva 87. Erilaisia konstruktioita rengaspaineen säätöjärjestelmän toteutuksista. [130]

6 RENKAAN MUOTOVIRHEET966.1 MuotovirheetRenkaan muotovirheiksi luetaan erilaiset geometriset virheet. Koska kumi on viskoelastistamateriaalia, on siitä lähes mahdotonta valmistaa täysin muotovirheettömiä kappaleita.Muotovirhe käsite on laaja, sillä myös käytössä renkaaseen voi syntyä muotoon vaikuttaviavirheellisyyksiä. Nämä määritellään kuitenkin yleensä kulumisvirheiksi. Päätarkoituksenaon käsitellä varsinaisten valmistuksessa syntyvien muotovirheiden vaikutusta renkaassa,vaikka myös käytössä syntyneet virheet voivat aiheuttaa samanlaisia vaikutuksia.Tavallisimpia renkaan muotovirheitä ovat säteisheitto, sivuttaisheitto, kartiomaisuus taierilaiset pullistumat. Säteisheitto on näistä yleisimmin haittavaikutuksia aiheuttavamuotovirhe. Vanteessa oleva muotovirhe vaikuttaa lähes samalla tavalla, sillä se yleensäsiirtyy renkaaseen. Esimerkiksi vanteen säteisheitto aiheuttaa heittoa myös renkaankehälle. Vanteen ja renkaan säteissuunnan heitot pyritään kumoamaan toisillaan samallatavalla kuin epätasapaino. Renkaaseen voi olla merkittynä punainen piste, joka tarkoittaaettä kyseinen kohta on renkaan korkein. Se pyritään asentamaan vanteen matalimpaankohtaan.Heittoja saattaa tulla myös renkaan huonosta asettumisesta vanteelle. Vaikka rengas javanne olisivat lähes heitottomia, voi pyörän kiinnitys aiheuttaa heittoja.Keskiöreikäkeskityksellä saavutetaan pulttikeskitystä parempi tulos, sillä tällöin heittomääräytyy navan ja vanteen keskiöreiän toleranssien mukaan (Kuva 88). Vastakkaintulevien asennuspintojen ominaisuudet vaikuttavat myös. Näiden pintojen suurin sallittuaaltomaisuus on 0,15 mm ja kaltevuus 0,2 mm. Lisäksi pintojen tulisi olla puhtaita, silläväliin jäävä lika aiheuttaa helposti virheitä. Kaikkiaan pyörän kiinnityksestä ajoneuvoon eisaisi aiheutua enempää kuin 1,5 mm säteisheittoa ja 3,8 mm sivuttaisheittoa. [1] [30] [42]Kuva 88. Pyörän kiinnitys voidaan keskittää joko pulteilla tai keskiöreiällä. [131]

97Muotovirheistä aiheutuu hyvin pitkälle samanlaisia vaikutuksia kuin epätasapainosta.Esimerkiksi säteisheitto aiheuttaa renkaan pyörimisakseliin pystysuoraa liikettä, jokavaihtelee renkaan vierintävaiheen mukaan. Tästä aiheutuu renkaan kuormitukseenvoimavaihtelua. Säteisheitosta, renkaan jäykkyysvaihteluista tai epätasapainosta aiheutuvavoimavaihtelu on raskaan kaluston pyörästä mahdollista joissain tapauksissa havaitamittaamalla värähtelytaajuuden ollessa 6 –8 Hz luokkaa tai jokin korkeampi harmoninentaajuus. Muotovirheiden aiheuttamat rengasvoimat ovat merkittäviä vain suhteellisentasaisilla teillä ja tien pinnan epätasaisuudet peittävät ne helposti. [3]Raskaassa kalustossa pyörän säteisheitto on suurin herätinvärähtelyn aiheuttaja. Nykyisetyksiosaiset sisärenkaattomille renkaille tarkoitetut vanteet ovat parantaneet renkaanasennustarkkuutta, mikä on pienentänyt asennuksesta aiheutuvia säteisheittoja.Säteisheiton rajoina pidetään yleensä premium­renkaissa etupyörissä 1,5 mm ja vetävissäpyörissä 2 mm. Sivuttaisheiton tulee olla myös mahdollisemman pieni ja vastaavina rajoinapidetään eturenkaille 2,0 –2,2 mm ja vetorenkaille 2,2 –2,5 mm. Sivuttaisheitosta eiaiheudu yhtä helposti haitallista värähtelyä kuin säteisheitosta. Renkaan olka­alueensivuttaisheiton kasvaessa yli 3,8 mm, voi ilmetä matkustusmukavuutta häiritseviävärähtelyitä [7]. [1] [42]6.2 SyntyVarsinaiset renkaan muotovirheet syntyvät jo valmistusvaiheessa. Koska täydellisenpyöreää kappaletta ei pystytä valmistamaan, on renkaassa aina jonkin verranmuotovirheitä. Suurin renkaassa esiintyvä muotovirhe on epäympyrämäisyys.Valmistuksessa renkaan eri osakomponentit tulee asetella tarkasti ja oikeaan linjaan, jottamuotovirheet saadaan mahdollisimman pieniksi. Erityisesti erilaiset saumakohdataiheuttavat helposti virheitä ja ne on tehtävä huolellisesti, niin uuden renkaanvalmistuksessa kuin käytetyn pinnoituksessakin. Renkaan jäykkyydessäkin saattaa olla erikohdissa eroja. Jäykkyyden vaihtelu saa osaltaan aikaan kuormatussa ja pyörivässärenkaassa dynaamisen vierintäsäteen vaihteluita. Renkaan kartiomaisuus puolestaanaiheutuu tavallisimmin vyön virheellisestä tai epäkeskeisestä sijoittumisesta. [6]Vanteeseen valmistuksessa tai käytössä tullut muotovirhe heijastuu yleensä ainakin osittainrenkaan kulutuspinnalle. Vanteen säteisheitoille suurin sallittu arvo on 1,5 mm. Yleensäkevytmetallivanteet saadaan valmistettua heitoiltaan teräslevyvanteita tarkemmiksi. Myösrenkaan asettuminen vanteelle voi olla huono tai väliin on voinut jäädä esimerkiksi likaa,

98joka aiheuttaa virheellisen muodon renkaaseen. Muotovirheiden myötä saattaa esiintyämyös epätasapainoa. Muotovirheen tuomat ongelmat eivät poistu, vaikka rengastasapainotettaisiinkin.Muotovirheen kaltaisia virheitä voi syntyä myös renkaan käytössä. Käytössä syntyneetmuotovirheet ovat monesti tapauskohtaisia ja kohdistuvat vain pienelle alueelle renkaassa.Näin ollen ne poikkeavat usein valmistuksessa syntyvistä muotovirheistä. Käytössämuotovirhe voi syntyä renkaaseen monella eri tavalla. Esimerkiksi renkaan rakenne voivaurioitua sen osuessa terävään reunaan, renkaan seistessä pitkiä aikoja paikallaankuormattuna tai jarrujen lukkiutumisesta jarrutuksessa.6.3 Mittaaminen ja korjaaminenValmistusprosessissa esiintyvän vaihtelun takia rengasvalmistajat tarkastavat erikseenjokaisen valmistettavan renkaan, jotta tuotannon laatu pysyy asetetulla tasolla. Kuntiedetään vaihtelun suuruus ja yleisyys, voidaan valmistusta ohjata niin, ettämahdollisimman moni rengas pysyy asetettujen toleranssien sisällä ja toiminnankannattavuus paranee. Tehtaalla rengas joutuu valmistuslinjansa loppupäässä mittaukseen,jossa selvitetään epätasapainoisuudet ja erilaiset heitot, joita ei ole silmämääräisesti voituhavaita. Mittauskoneella (Kuva 89) voidaan tavallisesti mitata säteis­ ja pystysuuntainenepätasapaino sekä säteis­ ja pystysuuntainen heitto (Kuva 90), kartiomaisuus (Kuva 91),vyökudosten vaikutus (Kuva 92) ja mahdollisesti kylkialueen kohoumat. Samalla tavallakokoonpantujen renkaiden vyökudosten voimavaikutus (Kuva 92) on samansuuntainen,olipa rengas kummalla puolen autoa tahansa. Tämän takia vyökudosten voimavaikutuspyritään saamaan mahdollisimman pieneksi käyttämällä vyön eri kerroksissa eri suuntaanolevia vyökudoksia. Muotovirheiden mittaus tapahtuu nykyisin useimmiten optisesti lasermittauksena,jolloin saadaan tarkka tulos nopeasti, eikä renkaaseen tarvitse koskea milläänmitta­antureilla. Osa mitattavista arvoista on sellaisia, että renkaan tulee vieriäkuormituksen alaisena mittaushetkellä. Mittaus voidaan suorittaa myös lämmitetyllärenkaalla, jolloin saadaan suuremmalla nopeudella tai kuormituksella ajettaessamahdollisesti esiin tulevat virheet ilmi. Mittauksen yhteydessä voidaan muotovirheistärenkaaseen merkitä muun muassa säteisheiton korkein kohta. Sallituille säteisheitoillenäytetään käytettävän rengastyypistä riippuen suurimpina sallittuina arvoina 1,5 –3,2 mm.Jos kaikki muotoon ja tasapainoon liittyvät mittaukset ovat sallituissa rajoissa, on rengasvalmis käyttöön. [1] [6] [26] [89]

99Kuva 89. Raskaan kaluston renkaan muotovirheiden mittauslaite [89]Kuva 90. Ympyrämäisyydessä mitataan kuormittamattomasta renkaasta korkein ja matalinkohta. [26]Kuva 91. Kartiomaisuus aiheuttaa vaakasuuntaista voimaa. [26]Kuva 92. Vyökudosten suunnasta aiheutuu sivusuuntainen voima, joka saadaanvaakasuuntaisten voimien erotuksesta eri pyörimissuuntiin. [26]

100Rengas ja vanne yhdistelmän heitot voidaan mitata mittakellolla (Kuva 93). Tällöin onhelppo kohtuullisin kustannuksin ja välinein todeta heittojen suuruusluokka käytetystäkinrenkaasta, jos niiden epäillään aiheuttavat ongelmia. Mittaus onnistuu pyöräntasapainotukseen tarkoitetussa koneessa, jolloin rengasta voidaan pyörittää ja myösmittakello saadaan useimmiten asetettua hyvin. Usein renkaan ja vanteen pieniämuotovirheitä voidaan pienentää asettelemalla ne siten, että virheet kumoavat toisensamahdollisimman hyvin.Kuva 93. Vanteelle asennetun ja mahdollisesti käytössä olleen renkaan heitot voidaanmitata mittakellolla. [30]Mikäli esimerkiksi säteisheiton raja­arvot ylittyvät, mutta ovat kohtalaisen lähelläsallittuja, renkaalle tehdään korjauskäsittely. Renkaan säteisheittoja on mahdollista poistaakulutuspintaa hiomalla oikeista kohdista (Kuva 94). Kulutuspintaa hiomalla ei saadapoistettua muotovirheen syytä, jos se ei ole kulutuspinnassa, vaan esimerkiksikudosvyössä. Tämän takia hionnallakaan ei yleensä kannata poistaa kovin suuriamuotovirheitä, jotka ovat syntyneet valmistusvaiheessa. Koska muotovirheen aiheuttanutsyy jää renkaaseen, voi alun perin ollut muotovirhe ilmaantua takaisin renkaan kuluessanormaalikäytössä. Esimerkiksi voimavaihtelun takia tehty hionta parantaa tilannettaainakin siihen saakka kunnes noin neljäsosa kulutuspinnasta on kulunut. Tämän jälkeentilanne voi olla palautunut lähtötasolle [6]. Renkaan kulutuspinnan hionnasta aiheutuuyleensä lisääntynyttä epätasapainoa renkaaseen. Joissain tapauksissa hionnalla voidaanpyrkiä vähentämään epätasapainoa poistamalla kumia esimerkiksi painavamman kohdanolka­alueilta. Jos hionnalla saadaan rengas hyvään kuntoon, on se todennäköisestikannattava toimenpide, mikäli kulutuspinnalla on vielä riittävästi paksuutta jäljellä. Useinhiontaa käytetäänkin käytettyjen ja esimerkiksi käyttökohteen tai virheellisen suuntauksentakia epätasaisesti kuluneiden renkaiden kunnostamiseen. Pinnoituskäsittelyssä renkaankulutuspinta poistetaan kokonaan. Pinnoitettavan renkaan rungon tulee ollamuotovirheeltään pieni, sillä virhe siirtyy kulutuspintaan, joten myös pinnoitushionnassa jakarhennuksessa tulee renkaan ympyrämäisyyttä seurata tarkasti. [6] [89]

101Kuva 94. Kulutuspinnan ja olka­alueiden hiontaa [89]Kaikkia muotovirheitä ei pystytä korjaamaan tai jos ne ovat liian suuria, joudutaan rengashylkäämään. Erillisiä lakisääteisiä arvoja ei raskaan kaluston puolella ole ja onvalmistajasta riippuvaa, millaisia virheitä se vielä hyväksyy. Myös hiomalla tehtävänmuotokorjauksen rajat vaihtelevat alueittain. Euroopassa pidetään uudelle renkaalleyleisenä rajana maksimissaan 0,5 –1 mm hiontaa, mutta joissakin maissa saatetaanhyväksyä vielä 2 mm hiontakin.6.4 VaikutuksetMuotovirheet aiheuttavat hyvin samankaltaisia vaikutuksia, kuin renkaan epätasapainokin.Renkaan kulumisvirheistä on tavallisesti vaikea päätellä ovatko ne aiheutuneetepätasapainosta vai muotovirheistä. Yleensä syynä on molempien yhteisvaikutus.Muotovirheistä säteisheitolla on eniten vaikutusta niin energiankulutuksen kuinmatkustusmukavuudenkin kannalta. Säteisheitto aikaansaa pyörän akselille pystysuuntaistavärähtelyä pyörän vierintävaiheen mukaan. Myös muut muotovirheet voivat aiheuttaaerilaisia värähtelyitä, mutta ne ovat tavallisesti suuruudeltaan pienempiä. Tavanomaisenhyväksyttävän säteisheiton suuruus on luokkaa 1,5 –2 mm. Säteisheitosta syntyvienvärähtelyiden vaikutuksia on tutkittu muun muassa vastaavalla tavalla kuin tutkitaan tienepätasaisuuden aiheuttamia. Menetelmässä kuormattuun renkaaseen on kohdistettusinimuotoista värähtelyä, jonka amplitudi vastaa suoraan kuormatun renkaan säteisheitonsuuruutta. Säteisheittojen suuruuksina on käytetty arvoja noin 0,6 –3,2 mm (Kuva 95) jamukavuuspisteytys on arvioitu asteikolla 0 –10 [14]. [1] [28]

102Kuva 95. Säteisheiton suuruuden vaikutus matkustusmukavuuden pisteytykseen [14]Pyörivässä pyörässä säteisheitto saa aikaan värähtelyn, joka puolestaan aiheuttaa syklistävaihtelua pyöränkuormaan. Pyöränkuorman dynaamisella vaihtelulla ei mittauksissasaatujen tulosten perusteella näyttäisi olevan juurikaan vaikutusta vierinvastukseen ja sitäkautta energiankulutukseen [28]. Säteisheiton ollessa suurin vaikuttaja ei muillatavanomaisilla muotovirheillä voida katsoa olevan sitä suurempaa vaikutustaenergiankulutukseen. [1] [28]Puhtaan säteisheiton tapauksessa voi ajatella pyörän akselin poikkeavan säteisheiton verranpyörän ympyrämäisyyden mukaisesta keskipisteestä. Renkaan säteisheiton suuruus on erikuormitettuna ja kuormittamattomana. Kuormitetun renkaan vierintäsäteen heitto onkuormittamattoman nimellisheittoa hieman pienempi. Pyörän puolen kierroksen aikanarenkaan dynaaminen vierintäsäde kasvaa kuormitetun säteisheiton verran nostaenajoneuvoa ylöspäin. Vastaavasti kierroksen toisella puolikkaalla dynaaminen vierintäsädepienenee ja ajoneuvo laskee. Suuremmilla ajonopeuksilla, ja sitä kautta taajuuksilla, autonmassa ei ehdi enää nousta, vaan liike menee osittain jousen ja renkaan puristumaksi javapautumaksi.Epätasapainon mallintamisen yhteydessä käytettyä mallia voidaan soveltaa pieninmuutoksin myös säteisheitosta aiheutuvien vaikutusten arviointiin (Liite E). Energianhäviöitä voidaan arvioida samalla tavalla vaimennettujen ja vaimentamattomienjoustomatkojen eroista. Säteisheiton tuoma vaikutus tuodaan sinimuotoisesti vaihtelevanasiirtymänä X alustaan (Kuva 96).

103Kuva 96. Säteisheiton tapauksessa tien pinnan voidaan ajatella siirtyvän kuormitetunsäteisheiton suuruisen siirtymän X verran.Käytetään esimerkkilaskelmassa kuvassa 96 esiintyviä arvoja ja kuormatulle säteisheitollemelko isoa suuruutta 2,5 mm sekä ajonopeutena 80 km/h, jota vastaava taajuus on noin6,8 Hz. Tällöin ajoneuvon jousessa tapahtuva joustomatka on ilman vaimentimia 6,1 mmja vaimentimien kanssa 2,1 mm (Liite F). Vastaavat arvot renkaan joustossa ovat 5,8 mmja 2,0 mm (Liite G). Iskunvaimentimessa tulee siis kaavalla 6 (sivu 62) energiahäviötäyhdellä renkaan kierroksella 4,0 J ja renkaassa 7,2 J. Yhteensä yhdessä renkaassa siis kuluukierroksella 11,2 J. Rengas pyörähtää 30600 kierrosta 100 km matkalla, joten energiaakuluu 343,3 kJ. Jos kokonaishyötysuhteelle käytetään 40 % arvoa, tarvitaan polttoaineesta858,3 kJ. Dieselin energiasisällöllä tämä tarkoittaa noin 0,0238 l/100km lisäkulutusta. Josajoneuvossa on 20 rengasta, joissa kaikissa on 2,5 mm säteisheittoa, nouseepolttoaineenkulutus noin 0,476 l/100km. Kyseinen 4,7 dl/100km vastaa esimerkiksi45 l/100km kuluttavassa ajoneuvossa 1,04 % kulutuksesta. Jos kyseisen suuruinen arvopitää paikkaansa, tulisi sen näkyä mahdollisissa mittauksissa. Esimerkkilaskelmassa onmonissa kohden tehty karkeita olettamuksia, joten sen tulosta voi pitää vain suuntaaantavana. Esimerkiksi paripyörissä heitot tuskin osuvat samaan vaiheeseen ja tällöinvärähtely on muodoltaan erilaista. Täysin säteisheitotonta rengasta on lähes mahdotontavalmistaa, joten todellisuudessa säteisheitosta aiheutuvaa polttoaineenkulutuksen nousua eisaada kokonaan poistettua. Kartiomaisuuden ja vyökudosten aiheuttamat voimavaikutuksetriippuvat muun muassa renkaan kantamasta kuormituksesta ja rengaspaineesta. Niissä voiesiintyä suuria eroja myös rengastyypin mukaan. [6]

104Säteisheitto aiheuttaa huomattavasti suurempia värähtelyitä kuin epätasapaino.Säteisheiton aiheuttamat värinät vaimenevat osittain pyöränripustuksessa oleviinvärinänvaimennuskumeihin, mutta aiheuttavat pientä liikettä myös iskunvaimentimissa.Esimerkiksi jotkin raskaan kaluston iskunvaimentimet voivat antaa akselin liikkua 10 mmpystysuunnassa, ennen kuin vaimentavaa voimaa alkaa syntyä [51]. Vaimentimiinaiheutuvat liikematkat ovat suhteellisen pieniä, joten vaimentimen kuluminen ei olemerkittävää. Lähinnä edellisen kaltaiset pienet liikkeet voivat aiheuttaa joissain tapauksissamännänvarren lisääntynyttä kulumista [51]. Muut vaikutukset auton komponentteihin ovatepätasapainon aiheuttamien kaltaisia.Matkustusmukavuuden osalta muotovirheiden vaikutuksia on tutkittu [14].Matkustusmukavuuteen muotovirheillä, joista etenkin säteisheitolla, on havaittuavaikutusta. Erityisesti tilanne tulee ilmi harmonisilla taajuuksilla, jotka ovat lähellä autonresonanssitaajuuksia. Tällöin auton rakenteessa esiintyvät suurimmat värähtelyidenamplitudit. Eniten vaikutusta ajoneuvon rungon värinöihin on taka­akselilta tulevallavärähtelyllä ja suurin vaikutus on toisella ja kolmannella harmonisellavärähtelytaajuudella. Testattaessa matkustusmukavuutta 0 –10 asteikolla ensimmäinenharmoninen värähtely pudotti arvosanaa 0,2 –1,4 pistettä (Kuva 97). Ilman renkaan taivanteen muotovirheistä tai epätasapainosta aiheutuneita värinöitä oli testiajoneuvonmukavuuspisteytys asettunut 8,5 –9,0 välille. Tavanomaisilla muotovirheillä arvosanaputosi tasolle 6 –7. Ympäristö on määräävä tekijä, joka aiheuttaa mataliaresonanssitaajuuksia. Korkeammat taajuudet puolestaan tulevat renkaan ja vanteenmuotovirheistä tai epätasapainosta (Kuva 98). [14]Kuva 97. Harmonisten värähtelyiden vaikutus matkustusmukavuuden pisteytykseen [14]

105Kuva 98. Ajoneuvon korista mittaamalla saatavat korkeammat taajuudet ovat useinaiheutuneet pyörän muotovirheistä tai epätasapainosta. [14]Edellisen kaltaisissa testihenkilöiden arvioihin ja vain yhteen ajoneuvoon perustuvissatutkimuksissa tulee huomioida, että samanlaiset värähtelyt samasta lähteestä voivat erihenkilöiden arvostelussa saada hyvinkin erilaisia pisteytyksiä. Ajoneuvokohtaisia erojatulee esimerkiksi autojen runkojen joustoista sekä siitä mihin kohtaan kuljettajan paikkasijoittuu. Rungon värähdellessä värähtelyn solmukohtaan sijoitetussa istuimessamatkustusmukavuus on todennäköisesti parempi (Kuva 99). [42]Kuva 99. Rungon värähdellessä muun muassa kuljettajan paikan sijainnilla on merkitystäkoettuun värähtelyyn. [42]

7 EPÄTASAPAINON JA SÄTEISHEITON VAIKUTUKSIAKARTOITTAVA MITTAUSNokian Renkaiden tehtaalla suoritettiin 15.4.2010 vierinvastusmittauksia. Tarkoituksenaoli selvittää epätasapainon ja muotovirheisiin kuuluvan säteisheiton vaikutuksiavierinvastukseen. Kaikki mittaukset suoritettiin testirummulla peräkkäin ja samoillaparametreillä, jolloin olosuhteet pysyivät mahdollisimman hyvin vakiona.Vierinvastustietojen lisäksi mittauksissa taltioitiin lämpökuvia renkaasta.1067.1 Testirengas ja ­vanneTestirenkaaksi valittiin Nokian NTR­861 (Kuva 100), joka on tarkoitettu eturenkaaksiympärivuotiseen käyttöön. Kyseinen rengas on suunniteltu pitkään ja keskipitkään matkaajoonsekä kuorma­ että linja­autoihin. Renkaan koko oli 315/80R22.5, joka on hyvinyleinen kokoluokka. Rengas oli käyttämätön ja se oli valmistettu viikolla 30 vuonna 2008.Kuva 100. Mitattava pyörä asennettuna mittauskoneeseen.Vanteena käytettiin Alcoan valmistamaa 22.5 tuumaista taottua alumiinivannetta, johon oliporattu toiset kiinnitysreiät epäkeskeistä kiinnitystä varten (Kuva 100). Kiinnittämällävanne hieman epäkeskeisesti luotiin muotovirhettä jäljittelevä säteisheitto. Rengas ja vanneoli tasapainotettu mahdollisimman hyvin vanteeseen kiinnitettävillä liimapainoilla.

1077.2 Mittausten suoritusMittaukset suoritettiin tavanomaisen vierinvastusajon testimenetelmän mukaisesti. Pyöränkuormituksena käytettiin 3750 daN voimaa, joka vastaa 3823 kg pyöränkuormaa.Mittauslaitteistossa oli kuormaa vakiona pitämään pyrkivä ohjausjärjestelmä.Epätasapainon aiheuttamien voimavaihteluiden kannalta tällä ei ollut vaikutusta, silläepätasapainosta aiheutuvan voiman vaihtelun taajuus on sen verran suuri noin 7 Hz, etteisäätöjärjestelmä ehdi reagoida siihen. Ajonopeutena käytettiin 80 km/h, jonkamittalaitteisto myös pyrki pitämään mahdollisimman vakiona. Mittauskoneen rummunhalkaisija oli 3,5 m ja rummun pinta renkaan kosketuskohdalta oli tasainen teräspinta.Rengas oli kytketty mittauslaitteiston painevahtiin, jolla renkaassa saatiin pidettyä 8,3 barpaine jatkuvasti ajon aikana.Testi aloitettiin ajamalla renkaalle 180 minuutin kestoinen sisäänajo samoilla parametreilläkuin mittauksetkin tultaisiin suorittamaan (3750 daN, 80 km/h). Sisäänajossa rengasasettuu ja sen komponentit saavuttavat mahdollisimman hyvin normaalin käyttötilanteen.Varsinaiset vierinvastusmittaukset mitattiin vastaavalla tavalla kuin tavanomaisessavierinvastusajossa. Mittaus suoritettiin vääntömomentin kautta ja kullekin mittauksellesuoritettiin 5 toistoa, joiden keskiarvoa käytettiin määriteltäessä vierinvastuskerrointa.Jokaisessa toistossa laitteiston näytteenottotaajuus oli 25 Hz ja mittaus kesti 30 sekunninajan. Ensimmäisenä mitattiin tasapainotetun pyörän vierinvastuskerroin. Tämän jälkeentoisessa mittauksessa vanne kiinnitettiin toisista pultinrei’istä, jolloin pyörän kiinnityksenoli tarkoitus muodostaa säteisheittoa. Mittausjärjestelyissä ilmenneiden ongelmien vuoksioli rengas jouduttu ennen mittauksia vaihtamaan uuteen. Uudella renkaalla epäkeskeisistäpultinrei’istä kiinnittämällä säteisheitto oli yhtä suuri kuin alkuperäisistä rei’istä tehdylläkiinnityksellä. Näin ollen halutun suuruista säteisheittoa ei saatu aikaan, koska uusi rengaskompensoi epäkeskeisen kiinnityksen aiheuttaman muotovirhettä jäljittelevän heiton.Kiinnityksen jälkeen renkaalla ajettiin taas rummulla ja tilanteen tasoituttua mitattiinjälleen vierinvastus. Seuraavia mittauksia varten rengas oli suunniteltu kiinnitettäväksitakaisin alkuperäisistä pultinrei’istä. Koska säteisheiton suuruus oli yhtä suuri sekäalkuperäisillä että uusilla pultinrei’illä, ei kiinnitystä katsottu tarpeelliseksi enää muuttaa.Epätasapainoa saatiin pyörään lisäämällä vanteen sisäkehälle tasapainotukseen tarkoitettujaliimapainoja (Kuva 101). Säteeksi pyörintäakseliin nähden liimapainoille muodostui noin25 cm. Painot pyrittiin sijoittamaan kohtiin, jossa ne aiheuttavat mahdollisimman puhdasta

108staattista epätasapainoa. Ensin kiinnitettiin 500 g painoja, jonka jälkeen suoritettiinmittausajo ja vierinvastuksen mittaus. Tämän jälkeen lisättiin edellisten painojen viereenvielä 500 g lisää, jolloin pyörässä oli yhteensä 1 kg epätasapainoa 25 cm säteelläpyörintäakselista. Tämän jälkeen mitattiin jälleen vierinvastus. Käytetyt epätasapainonmäärät oli tarkoituksella valittu huomattavan suuriksi (Kuva 102), jotta mahdollisetvaikutukset näkyisivät helpommin. Käytännössä tasapainottamattoman raskaan kalustonpyörän epätasapainon määrä jää normaalisti jo runsaasti alle 500 g testipainojen.Mittauksissa käytetty 1 kg epätasapaino 25 cm säteellä aiheuttaa 80 km/h nopeudella jo489 N suuruisen voimavaihtelun, eli vastaa noin 50 kg suuruista massaa.Kuva 101. Painot kiinnitettiin vanteen sisäkehälle, jotta ne saatiin mahdollisimmanlähekkäin.Kuva 102. Mittauksissa epätasapaino pyörään luotiin kiinnittämällä vanteeseenliimapainoja. Painot kiinnitettiin kahdessa 500g erässä.Mittauksissa renkaasta otettiin myös 10 sekunnin välein lämpökuvia, joista voidaantarkkailla lämmön jakautumista renkaassa. Lämpökamerana käytettiin Flir SC 660kameraa. Kuvaaminen tapahtui noin 3,5 m etäisyydeltä renkaan sivusta.Emissiivisyyskertoimena kumille käytettiin 0,95. Mittaushuoneen ympäristön lämpötila olivakiintunut noin 24 °C.

1097.3 Mittausten tulokset ja analysointiEnsimmäisessä mittauksessa saatiin tasapainossa olevan pyörän vierinvastuskertoimeksi0,0059 (LIITE H). Mitatut arvot eivät välttämättä ole tarkasti vertailukelpoisia eripaikoissa tai menetelmillä suoritettujen mittausten kanssa, mutta niiden keskinäiset erotkuvaavat vaikutuksia. Säteisheitto mitattiin lämpimästä renkaasta, kun se oli kiinnitettynäja paineistettuna mittauskoneessa. Alkuperäisistä pultinrei’istä kiinnitettynä pyöränsuurimmaksi säteisheitoksi mitattiin 1,0 mm.Uusilla kiinnitysrei’illä toteutetusta pienestä epäkeskeisestä kiinnityksestä huolimattarenkaan kuormittamattoman säteisheiton suuruudeksi tuli noin 1,0 mm, joka ei poikennutalkuperäisillä kiinnitysrei’illä tehtyyn kiinnitykseen verrattuna. Tästä johtuen ei siitä voinutvierinvastusmittaukseenkaan aiheutua juuri vaikutusta. Mitattu vierinvastuksen arvo oli0,0063 (LIITE H), joka oli huomattavasti ensimmäistä mittausta korkeampi. On vaikeaarvioida vaikuttivatko uudet kiinnitysreiät jollakin tavalla vierinvastukseen, vaikkasäteisheitto ei kasvanutkaan. Osasyynä eroon voi olla myös hieman matalammaksi jäänytrenkaan lämpötila, joka on havaittavissa lämpökuvista. Ensimmäisessä tasapainossa olevanpyörän mittauksessa lämpimimmän kohdan eli kulutuspinnan lämpötila oli sivustakuvattuna noin 54 °C, kun se toisessa mittauksessa oli 49 °C. Kylmemmässä renkaassavierinvastus on suurempi, koska osa energiasta kuluu vielä renkaan lämpenemiseen. Koskalämpökameran kuvat eivät olleet käytettävissä mittaushetkellä, ei kyseistä eroa tuolloinhuomattu. Todennäköisesti pidempi ajoaika olisi nostanut lämpötilan samalle tasolle japienentänyt siten myös mitattujen vierinvastuskertoimien eroa.Myöskään epätasapainolla ei saatu selkeitä vaikutuksia, sillä 500 g:llavierinvastuskertoimeksi tuli 0,0067 ja 1 kg:lla 0,0065 (LIITE H). Parhaiten vertailuarvoksisopinee samalla kiinnityksellä aiemmin mitattu 0,0063. Vaikka epätasapainon määrätolivat suuria, jäivät niiden vaikutukset melko pieniksi. Tämä tukee olettamaa, ettätavallisen suuruisella epätasapainolla ei ole juurikaan merkitystä energiankulutuksenkannalta raskaan kaluston renkaissa. Lämpötilan vakiintuminen renkaassa tapahtuu melkohitaasti, eikä se ehtinyt eri mittauksissa vakiintua aivan täysin. Näin ollenlämpökamerakuvien (Kuva 103) ja lämpötietojen perusteella ei voi sanoa, olikoepätasapainolla vaikutusta lämpötilan nousuun ja sitä kautta energiankulutukseen. 500 gepätasapainolla suurin lämpötila oli mittaushetkellä 48,5 °C ja 1000 g:lla 47,1 °C. Nämäovat kohtalaisen lähellä toisiaan, joten lämpötilan kannalta mitatut vierinvastukset ovat

110vertailukelpoisia. Kuitenkin suuremmalla epätasapainolla renkaan ollessa samalla vielähieman kylmempi, tuli vierinvastuskertoimeksi pienempi arvo. Olettamuksen mukaansuuremmalla epätasapainolla ja kylmemmällä renkaalla vierinvastuksen olisi pitänytkasvaa. Kyseisten vierinvastuskertoimien ero oli melko pieni. Mittausten tulostenperusteella voisi arvioida, että reilu epätasapaino tuo jonkin verran vaikutusta. Tarkkaasuuruutta ei voida arvioida, koska esimerkiksi lämpötila aiheutti varmasti osanvaikutuksista. Kyseisten tulosten perusteella näyttäisi siltä, että epätasapainon vaikutus senlisääntyessä ei kasva välttämättä lineaarisesti.Kuva 103. Lämpökamerankuva rumpua vasten kuormituksen alaisena pyörivästätasapainotetusta renkaasta. Kuvassa vanne näyttää muun muassa ympäristön lämpötilaa senkiiltävästä pinnasta johtuvien heijastavuusominaisuuksien takia.Vaikka olosuhteet ja kaikki muut parametrit pyrittiin pitämään mahdollisimman hyvinvakioina, esiintyi renkaan lämpötilassa sen verran suurta vaihtelua, ettei sen vaikutustavierinvastusmittausten tuloksiin voida jättää huomiotta. Rengasta lämpökuvattiin myöspysäytettynä heti mittausten jälkeen, mutta missään kohtaa ei esiintynyt paikallisiapoikkeavia lämpimämpiä pisteitä, jotka olisivat aiheutuneet esimerkiksi epätasapainosta taisäteisheitosta.

8 TULEVAISUUDEN NÄKYMIÄ111Raskaan kaluston renkaita on tarjolla laaja kirjo eri käyttökohteisiin japintamallivaihtoehtojakin on runsaasti. Perinteisesti kahden samaan käyttötarkoitukseentehdyn renkaan energiankulutusta on ollut vaikea selvittää. Eri rengasmallien välillä onvoinut olla suuriakin eroja vierinvastuksessa, joita kuluttajan on ollut lähes mahdotontaselvittää ostotilanteessa. Vaatimuksia ajoneuvojen hiilidioksidipäästöille kiristetäänjatkuvasti, joten myös renkaiden vaikutus on huomioitu. Euroopan Unionissa vuonna 2011tulevat voimaan uudet tiukemmat direktiivit myös renkaille. Niissä määritellään rajoja jaluokitellaan renkaita niiden vierinvastuksen (Kuva 104), rengasmelun ja märkäpidonmukaan. Marraskuusta 2012 alkaen tulee kaikissa EU:n alueella myytävistä renkaistalöytyä kyseinen merkintä. Merkintävaatimuksesta vapautettuja ovat pinnoitetut renkaat,ammattikäyttöön tarkoitetut maastorenkaat ja kilpailukäyttöön tarkoitetut renkaat. Tällähetkellä vierinvastukseltaan matalimmat markkinoilla olevat renkaat sijoittuvat luokkaanC. [41]Kuva 104. Renkaissa täytyy tulevaisuudessa olla merkitä, joka sisältää raskaan kalustontapauksessa luokituksen vierinvastuksen mukaan ja rengasmelun arvon. Vierinvastuksenarvot ovat taulukossa yksikössä kg/tonni. [48]Henkilöauton renkaissa myös märkäpito­ominaisuudet tulee ilmoittaa luokittain (Kuva105). Raskaan kaluston renkailta märkäpitoluokitusta ei vaadita. Kuluttajalle merkinnän ontarkoitus helpottaa vertailua ja valintaa eri renkaiden välillä. Merkintävaatimuksenarvioidaan parantavan suurten rengasvalmistajien asemaa, koska ne jo nykyiselläänkinpanostavat halparenkaidenvalmistajia enemmän tuotekehitykseen. [41]

112Kuva 105. Henkilöautonrenkaiden merkinnöissä tulee olla myös märkäpitoluokitus. [132]Pinnoitettujen renkaiden suosio todennäköisesti pysyy hyvänä maissa, joissa se nytkin onkorkealla. Kuljetuksissa on suuria paineita hakea säästöjä monista kohdista, jotenpinnoitettujen renkaiden käytön osuus voi tulevaisuudessa nousta niissä maissa, joissa se eivielä ole saavuttanut merkittävää asemaa. Pinnoitusprosessi kehittyy jatkuvasti ja mukaantulee uusia keinoja, joilla lopputuloksesta saadaan entistäkin parempi. Esimerkiksi rungontarkastusta voidaan helpottaa ja parantaa käyttämällä röntgenkuvausta, jolla pienetpiilevätkin sisäiset vauriot ovat helpommin löydettävissä (Kuva 106). On myös esitetty,että renkaiden kylkiin voisi tulla rungon tiedot sisältävä viivakoodi tai muu merkintä, jostaesimerkiksi renkaan pinnoituksessa käytettävät hiertokoneet voisivat lukea oikeatparametrit materiaalin poistoa varten renkaan mallin ja koon mukaan. [49]Kuva 106. Röntgenkuvauksella rengas pystytään tarkastamaan paremmin ja nopeammin.[9]

113Suuri vaikutus renkaiden ominaisuuksien ylläpitämisessä on auton käyttäjällä.Saavutetaanko uudella pakollisella kuljetusalan tutkinnolla paremmin renkaiden kunnon jailmanpaineen merkitystä välitettyä kuljettajille jää nähtäväksi. Kuljettajakoulutuksessakäsitellään rengaspaineiden merkitys niin vierinvastukselle kuin renkaan kulumiselle,renkaiden ja vanteiden kiinnityksen merkitys ja muun muassa uudelleenpinnoituksenperiaatteet. Tavoitteena on, että tulevaisuudessa ammattikuljettajilla olisi entistä parempikuva liikenteen muodostamista ympäristövaikutuksista sekä tietotaidot vaikuttaa niihinomassa työssään. [23]Raskaan kaluston renkaissa tulevaisuudessa kehityksen painopiste tulee varmasti edelleenolemaan matalamman vierinvastuksen tavoittelemisessa ja samalla suuremmassakulutuskestävyydessä. Renkaita näytetään kehitettävän edelleen yhä tarkemminsuunnattuihin käyttötarkoituksiin, jotta paras mahdollinen toiminta ja taloudellisuussaavutettaisiin.

1149 YHTEENVETOTyön tarkoituksena oli selvittää millaisia vaikutuksia renkaan epätasapainolla,ilmanpaineella ja muotovirheillä on raskaassa kalustossa. Erityisesti aihetta pyrittiintarkastelemaan energiankulutuksen kannalta. Samassa yhteydessä kiinnitettiin huomiotamyös mahdollisiin muihin kustannuksia aiheuttaviin seurauksiin, kuten ajoneuvon osien tairenkaiden nopeampaan kulumiseen. Raskaan kaluston renkaita on tarjolla paljon erilaisiaeri käyttöolosuhteisiin ja ­tarkoituksiin. Tämä vaikeuttaa tilannetta siitä syystä, ettätutkittavien ominaisuuksien merkitys vaihtelee erittäin suuresti käyttöympäristön mukaan.Tämän työn yhteydessä tehdyn selvityksen perusteella näyttää siltä, että pyöränepätasapainolla ei ole juurikaan merkitystä raskaan kaluston energiankulutuksen kannalta.Raskaassa kalustossa olevat pyöränkuormat ja jousittamattomat massat ovat suuriaverrattuna kohtalaisestakin epätasapainosta aiheutuviin voimiin nähden. Tästä syystäepätasapainon aiheuttama värähtelyliike pyörässä on pientä. Pienestä värähtelynamplitudista johtuen ei merkittäviä häviöitäkään pääse syntymään. Raskaan kalustonrenkaan vierinvastuksen ei ole todettu juurikaan muuttuvan, vaikka pyöränkuormandynaaminen vaihtelu oli 50 % koko kuorman suuruudesta. Tämä tukee väitettä, ettäepätasapainon aiheuttamilla vaikutuksilla ei ole suurta merkitystä. Epätasapainostatavanomaisilla raskaan kaluston ajonopeuksilla aiheutuvan värähtelyn taajuus on matala.Tällöin värähtelyn renkaaseen aiheuttamat muodonmuutokset ehtivät palautua vaikuttavanvoiman tahdissa, eikä häviöitä aiheuttavaa hystereesi­ilmiötä synny. Pienistä värähtelyidenamplitudeista ja taajuuksista johtuen ei pyörän epätasapainoisuus aiheuta merkittävästiennenaikaista kulumista ajoneuvon alustan komponenteille. Sen sijaanmatkustusmukavuutta pienetkin värähtelyt voivat heikentää, varsinkin jos ne välittyvätohjauspyörälle.Renkaan ilmanpaineen vaikutukset on tiedostettu jo pitkään. Ilmanpaineen vaikutusta ontutkittu useimmiten vierinvastuksen kautta. Ilmanpaineen tapauksessa asiaa hankaloittaase, että siihen vaikuttavia tekijöitä on useita kuten esimerkiksi lämpötila. Noin 10 %paineenvajaus raskaan ajoneuvon renkaissa aiheuttaa 0,50 –0,75 % kasvunpolttoaineenkulutukseen. Keskimäärin virheellinen paine esiintyy noin 20 % raskaankaluston renkaista. Mikäli ajoneuvon kaikki renkaat ovat merkittävästi alipaineisia, voipaineiden asettaminen suositusarvoihin tuoda näkyvän parannuksenpolttoaineenkulutukseen. Energiankulutuksen lisäksi merkittävistä virheellisistärengaspaineista aiheutuu renkaiden nopeampaa ja epätasaisempaa kulumista, josta aiheutuusuoraan kasvaneita kustannuksia. Rengaspaineet vaikuttavat ajotuntumaan ja ajoneuvon

115käytökseen, joten turvallisuusnäkökulman kannalta ne tulisi pitää oikean suuruisina.Paineenvajaus on yksi yleisistä onnettomuustapauksissa mukana olleista rengasriskeistä.Renkaan muotovirheistä aiheutuu usein samanlaisia vaikutuksia kuin epätasapainostakin.Säteisheitto on merkittävin muotovirhe, josta aiheutuu erilaisia värinöitä. Raskaan kalustonrenkaissa esiintyvät suurimmat sallitut heitot eli muotovirheet ovat usein 1,5 –2,5 mmsuuruusluokkaa. Säteisheiton vaikutuksia voidaan tarkastella epätasapainon tapaandynaamisen pyöränkuorman kautta. Vaihtelevan pyöränkuorman aikaansaamana tapahtuujoustoa joustavissa komponenteissa kuten jousessa ja renkaassa. Osittain energiaavarastoituu myös potentiaalienergian muotoon pyörän kantaman massan noustessa.Värähtelytaajuuden noustessa yhä suurempi osa energiasta kuluu joustavien komponenttienkokoonpuristumiseen. Muotovirheistä syntyvät liikematkat ovat pieniä, mutta esimerkiksisallittujen maksimiarvojen suuruisen säteisheiton ollessa useassa saman ajoneuvonpyörässä, aiheutuu siitä havaittavaa energiankulutuksen kasvua.Muotovirhe voi olla myös virheellisen käytön seurauksena syntynyt poikkeama, jolla onsamanlaiset vaikutukset kuin valmistuksessa syntyneellä muotovirheellä. Tällaiset virheetovat usein niin yksilöllisiä, ettei niiden vaikutuksista voi tehdä yleistäviä arvioita. Suurinvaikutus muotovirheistä ja ennen kaikkea säteisheitosta on matkustusmukavuuteen.Muotovirheestä aiheutuvat värinät voivat välittyä ajoneuvon korirakenteisiin sekäohjauspyörään ja heikentää siten matkustusmukavuutta. Renkaan muotovirheitä voidaanpoistaa tiettyyn suuruuteen asti hiomalla. Hiomista käytetään yleensä virheellisenkulumisen tasoittamiseen ja saavutettava hyöty kannattaa suhteuttaa kustannuksiin.Hiomalla voidaan muotovirhe poistaa kulutuspinnasta, mutta sen aiheuttaja voi jäädärenkaaseen, josta vaikutukset tulevat uudelleen esiin käytön myötä.Energiankulutuksen kannalta tässä työssä käsitellyistä asioista merkittävimpään asemaannousi renkaan ilmanpaine. Ilmanpaineella on selkeä vaikutus vierinvastukseen ja renkaankulumiseen sekä myös ajoneuvon käytökseen. Epätasapainolla ei ole niin merkittäväävaikutusta energiankulutuksen kannalta, että esimerkiksi renkaat pelkästään siitä syystäkannattaisi tasapainottaa. Renkaassa olevalla muotovirheellä varsinkin säteisheitolla onhavaittavaa vaikutusta energiankulutukseen. Täysin heitottomia renkaita ei pystytävalmistamaan, joten haittavaikutuksia ei saada kokonaan poistettua. Epätasapaino jamuotovirheet voivat heikentää matkustusmukavuutta, mikä on peruste niiden poistamiselle.Tulevaisuudessa päästörajoitukset kiristyvät entisestään ja renkailta vaaditaan entistäparempaa energiataloudellisuutta. Käsitellystä aiheista rengaspaineet ja ennen kaikkeaniiden valvontaan ja säätöön tarkoitetut järjestelmät tulevat todennäköisesti yleistymään.

LÄHDELUETTELO116Kirjallisuuslähteet1. Autoteknillinen taskukirja Bosch, 6. painos, Gummerus Oy, Jyväskylä 2003, ISBN951­9155­17­12. Ulf Sandberg, Jerzy A. Ejsmont, Tyre/Road Noise Reference Book, First Edition,2002, Informex, ISBN 91­631­2610­93. David Cebon, Handbook of Vehicle­Road Interaction, Department of Engineering,University of Cambridge, Swets & Zeitlinger B.V., 1999, ISBN 90 265 1554 54. Giancorlo Genta, Lorenzo Morello, The Automotive Chassis, Volume 1&2,Springer, ISBN 978­1­4020­8674­8, ISBN 978­1­4020­8673­15. Marion G. Pottinger, Thomas J. Yager, The Tire pavement interface, ATSM specialtechnical publication; 929, 1986, ISBN 0­8031­0497­96. Samuel K. Clark, Mechanics of Pneumatic Tires, University of Michigan, U.S.Department of Transportation National Highway Safety Administration, Chapter8.2.6, Tire Nonuniformities, A. Dijks7. Thomas L. Ford, Fred S. Charles, Heavy Duty Truck Tire Engineering, TheGoodyear Tire & Rubber Company, SAE, SP­7298. Lassi Partanen, Panu Sainio, Rengaspainetutkimus, Tiehallinto, 2001, Tiehallinnonselvityksiä 11/2001, ISBN 951­726­730­4Sähköisesti saatavilla olleet lähteet9. A. N. Glent, J. D. Walter, The Pneumatic Tire, The University of Akron, NHTSA,August 200510. The tyre Grip, Société de Technologie Michelin, 200111. Radial Tire Conditions Analysis Guide, A Comprehensive Review of Tread Wearand Tire Conditions, TMC The Maintenance Council, 199412. Jari Pihlajamäki, Liikennerasituksen laskeminen, VTT Rakennus­ jayhdyskuntatekniikka, Tien pohja­ ja päällysrakenteet tutkimusohjelma 1994 –2001, Espoo 27.4.2001 [verkkojulkaisu, viitattu 22.12.2009], Saatavissa:http://alk.tiehallinto.fi/tppt/pdf/3­liikennerasitus.pdf13. Anssi Lampinen, Tien pituussuuntaisen epätasaisuuden vaikutus ajoneuvojenvierintävastukseen ja polttoaineenkulutukseen, Kirjallisuusselvitys, Tiehallinnonselvityksiä 44/2004, [Verkkojulkaisu, viitattu 5.1.2010], Saatavissa: http://alk.tiehallinto.fi/julkaisut/pdf/3200894­vvoh_tien_pituussuunt_epatas_vaikutus.pdf

14. Thomas D. Gillespie, Influence of Tire/Wheel Nonuniformities on Heavy TruckRide Quality, Final Report September 1982, MVMA Project #1163, HighwaySafety Research Institute, The University of Michigan, [verkkojulkaisu, viitattu6.1.2010], Saatavissa: http://deepblue.lib.umich.edu/bitstream/2027.42/287/2/48417.0001.001.pdf15. Kai Niemi, Syyt renkaan epänormaalille kulumiselle, kalvosarja 5.5.2009,Rengasfoorumi 2009, [verkkojulkaisu, viitattu 8.1.2010], Saatavissa:http://www.autonrengasliitto.fi/index.php?s=file_download&id=14116. United States Patent 6128952, Tire Balancing Using Glass Beads, Roger LeBlanc,[verkkojulkaisu, viitattu 5.1.2010], Saatavissa: http://www.freepatentsonline.com/6128952.pdf17. Type approval requirements for the general safety of motor vehicles, EuropeanParliament, Policy Department, Economic and Scientific Policy, IP/A/IMCO/IC/2008­112, [verkkojulkaisu, viitattu 11.1.2010], Saatavissa: http://www.endseurope.com /docs/81128a.pdf18. Joachim Lohse, Knut Sander, Martin Wirts, Heavy Metals in Vehicles II, FinalReport July 2001, Ökopol ­ Institut für Ökologie und Politik GmbH,[verkkojulkaisu, viitattu 7.1.2010], Saatavissa: http://ec.europa.eu/environment/waste/studies /elv/heavy_metals.pdf19. Pinnoitetut renkaat, Laatua, taloudellisuutta ja ympäristöä ajatellen,Autonrengasliitto ry, Painojussit Oy 5/2006, [verkkojulkaisu, viitattu 8.1.2010],Saatavissa: http://www.autonrengasliitto.fi/index.php?s=file_download&id=320. Jouko Lahti, Mika Savolainen, Kesärengastutkimus 1997­2008. Henkilö­ japakettiautojen renkaiden kunto syksyn rengasratsioissa, 31.8.2009,Autonrengasliitto ry, [verkkojulkaisu, viitattu 11.1.2010], Saatavissa:http://www.autonrengasliitto.fi/index.php?s=file_download&id=18521. Riikka Rajamäki, Renkaiden puutteet kuolonkolareissa, kalvosarja 5.5.2009,Rengasfoorumi 2009, [verkkojulkaisu, viitattu 11.1.2010], Saatavissa:http://www.autonrengasliitto.fi/index.php?s=file_download&id=14311722. DJ Cole, D Cebon, Truck Tires, Suspension Design and Road Damage, Universityof Cambridge, Transportation Research Group, [verkkojulkaisu, viitattu 11.1.2010],Saatavissa: http://www­mech.eng.cam.ac.uk/trg/publications/downloads/veh_road/veh_road17.pdf23. Kati Lundgren, Hanna Näätsaari, Kohti kestävää ammatillista koulutusta,Opetushallitus, Hakapaino Oy 2006, ISBN 952­13­3073­2 (pdf), [verkkojulkaisu,viitattu 12.1.2010], Saatavissa: https://www.oph.fi/instancedata/prime_product_julkaisu/oph/embeds/47335_kohtik_11_12_06.pdf

24. Raskaiden ajoneuvojen kunnon ja kuorman vaikutus liikenneturvallisuuteen,Metropolia ammattikorkeakoulu, Ajoneuvohallintokeskus, Tutkimuksia jaselvityksiä Nro 1/2009, [verkkojulkaisu, viitattu 12.1.2010], Saatavissa: http://www.ake.fi/NR /rdonlyres/95EB6229­1375­4AE5­B49E­F1AE1E749A2E/0/AKE109Raskaidenajoneuvojenkunnonjakuormanvaikutusliikenneturvallisuuteen.pdf25. Raskaan ajoneuvokaluston energiankäytön tehostaminen, Raportti 2004,Projektiraportti 28.2.2005, VTT, [verkkojulkaisu, viitattu 12.1.2010], Saatavissa:http://www.motiva.fi/files/1024/HD­energia_vuosiraportti2004.pdf26. What is Tire Uniformity?, [verkkojulkaisu, viitattu 12.1.2010], Saatavissa:http://www.gsp9700.com/pub/technical/ITW.pdf27. Euroopan unionin virallinen lehti, 4.7.2006, FI, L 181/29, Liite II, ”Sääntö N:o 108:Moottoriajoneuvojen ja niiden perävaunujen pinnoitettujen ilmarenkaidentuotannon tyyppihyväksyntää koskevista yhdenmukaisista vaatimuksista,[verkkojulkaisu, viitattu 12.1.2010], Saatavissa: http://eur­lex.europa.eu/LexUriServ/LexUri Serv.do? uri=OJ:L:2006:181:0001:0052:FI:PDF28. Atanas A. Popov, David J. Cole, David Cebo, Christopher B. Winkler, LaboratoryMeasurement of Rolling Resistance in Truck Tyres under Dynamic Vertical Load,November 27, 2002, University of Cambridge, [verkkojulkaisu, viitattu 12.1.2010],Saatavissa: http://www.cvdc.org/recent_papers/PopovColeCebonWinkler.pdf29. Raskas ajoneuvokalusto: Turvallisuus, ympäristöominaisuudet ja uusi tekniikka”RASTU”, Yhteenvetoraportti 2006 –2008, 2.6.2009, VTT, [verkkojulkaisu,viitattu 13.1.2010], Saatavissa: http://www.motiva.fi/files/2278/RASTUloppuraportti_2006­2008.pdf30. Technical Services Bulletin, Tire Balance, Vehicle Ride & Vibration, 1/28/03,Yokohama, [verkkojulkaisu, viitattu 13.1.2010], Saatavissa:http://www.yokohamatire.com/pdf /tsb­TireBalance­12803.pdf31. Tommi Mutanen, Rengastyypin vaikutus linja­auton energiankulutukseen:Mittaukset kesällä 2004, Teknillinen Korkeakoulu, [verkkojulkaisu, viitattu13.1.2010], Saatavissa: http://www.motiva.fi/files/1048/HD­energia_rengastyypin_vaiku tus_linja­auton_energiankulutukseen.pdf11832. Tieliikenteen kustannusarvio 2008, Tieliikenteen Tietokeskus, 16.4.2009,[verkkojulkaisu, viitattu 14.1.2010], Saatavissa: http://www1.autoalanverkkopalvelu.fi/mediakone/aineistot/92/kutiselitys09_.pdf?tiedosto=YWluZWlzdG90LzkyL2t1dGlzZWxpdHlzMDlfLnBkZg&tyyppi=AP&jul_id=32720&ain_id=&suoj=&jul_nimi=Tieliikenteen+kustannusarvio+2008+%28pdf%2933. Ympäristöselonteko 2006, Nokian renkaat Oyj, [verkkojulkaisu, viitattu14.1.2010], Saatavissa: http://www.nokianrenkaat.fi/files/nokiantyres/Ymparist_turvallisuus_fi/NR_ymppi_06_fi.pdf34. Tierakenteen vaurioituminen ja tiestön kunto, Tiehallinnon selvityksiä 15/2002,Tiehallinto, [verkkojulkaisu, viitattu 14.1.2010], Saatavissa: http://oci.oulu.fi/OuluConstructionInnovations/Tiedostot/Projektit/selv15_02.pdf

11935. Suomen tieliikenteen pakokaasupäästöt: LIISA 2008 laskentajärjestelmä,Tutkimusraportti, 23.11.2009, VTT, [verkkojulkaisu, viitattu 14.1.2010],Saatavissa: http://lipasto.vtt.fi/liisa/liisa2008raportti.pdf36. Suvi Kovero, Kuorma­ ja pakettiautoliikenteen energiansäästöohjelman vaikutustenarvioiminen Suomen Kuljetus ja Logistiikka ry:n jäsenyrityksissä, Satakunnanammattikorkeakoulu, Liiketoiminnan logistiikan koulutusohjelma 2007,[verkkojulkaisu, viitattu 15.1.2010], Saatavissa: http://www.skal.fi/files/1377/ESS_VAIKUTUSTEN_ARVIOIMINEN_15052007_SK.pdf37. Nils­Olof Nylund, Raskaan ajoneuvokaluston energiankäytön tehostaminen”HDEnergia”yhteenvetoraportti 2003 ­ 2005, VTT, 27.3.2006, [verkkojulkaisu,viitattu 5.2.2010], Saatavissa: http://www.motiva.fi/files/1026/HDEnergia_yhteenvetora portti_lopullinen_viim.pdf38. Tieliikenteen ajokustannusten yksikköarvojen määrittäminen, taustaraportti 2005,sisäisiä julkaisuja 48/2005, Tiehallinto, [verkkojulkaisu, viitattu 10.2.2010],Saatavissa: http://alk.tiehallinto.fi/julkaisut/pdf/4000485­vtieliik_ajokust_yksikkoa.pdf39. Mika Savolainen, Teuvo Ryynänen, Jouko Belt, Esko Ehrola,Liikennekuormitusten määrittäminen tierakenteen vasteiden avulla, Tiehallinnonselvityksiä 22/2001, Tiehallinto, ISBN 951­726­753­3, [verkkojulkaisu, viitattu18.2.2010], Saatavissa: http://oci.oulu.fi/OuluConstructionInnovations/Tiedostot/Projektit/temmes­raportti.pdf40. Raskaan ajoneuvoyhdistelmän ja linja­auton yhteentörmäys valtatie 4 ÄänekoskenKonginkankaalla 19.3.2004, Tutkintaselostus A1/2004Y,Onnettomuustutkintakeskus, [verkkojulkaisu, viitattu 1.3.2010], Saatavissa:http://www.onnettomuustut kinta.fi/uploads/sz08kg46qva.pdf41. European Parliament, Tyre labelling: helping consumers make an informed choice,Press release, [verkkojulkaisu, viitattu 18.3.2010], Saatavissa: http://www.europarl.europa.eu/pdfs/news/expert/infopress/20091123IPR65050/20091123IPR65050_en.pdf42. Radial Truck Tire And Retread Service Manual, Goodyear, [verkkojulkaisu, viitattu31.3.2010], Saatavissa: http://www.goodyear.com/truck/pdf/radialretserv/Retread_All_V.pdf43. Truck Tyre Basics, Training Manual, MATC Michelin Australia Training Center,[verkkojulkaisu, viitattu 31.3.2010], Saatavissa: http://www.docstoc.com/docs/30404937/Michelin­Truck­Tyre­Basics_re44. Byoung Sam Kim, Chang Heon Chi, Tae Keun Lee, A study on radial directionalnatural frequency and damping ratio in a vehicle tire,Wonkwang University, 2006,[verkkojulkaisu, viitattu 31.3.2010], Saatavissa: http://www.sciencedirect.com/science?_ob=MImg&_imagekey=B6V1S­4M0BHM9­2­11&_cdi=5682&_user=8758044&_pii=S0003682X06001654&_orig=search&_coverDate=05%2F31%2F2007&_sk=999319994&view=c&wchp=dGLzVtb­zSkWb&md5=fa9f90aa1880762504729c9a5172f235&ie=/sdarticle.pdf

Muut45. Tommi Mutanen, Linja­auton renkaiden energiatehokkuus, Marraskuussa 2003valmistuneen diplomityön yhteydessä tehtyjen mittausten tulokset. [verkkojulkaisu,viitattu 12.4.2010], Saatavissa: http://www.motiva.fi/files/1047/HD­energia_linjaauton_renkaiden_energiatehokkuus.pdf46. R.K. Luo, W.X. Wu, Fatigue failure analysis of anti­vibration rubber spring,Department of Engineering and Technology, Trelleborg Industrial AVS, UnitedKingdom, 22 October 2004, [verkkojulkaisu, viitattu 11.5.2010], Saatavissa:http://www.sciencedirect.com/science?_ob=MImg&_imagekey=B6V2X­4FWKMHC­6­R&_cdi=5714&_user=8758044&_pii=S1350630705000658&_orig=search&_coverDate=01%2F31%2F2006&_sk=999869998&view=c&wchp=dGLzVtb­zSkzV&md5=87a849b27f9f738a9ddea2d26d2334e7&ie=/sdarticle.pdf47. Energieffektivitet för tunga fordon, konferenssiesitykset, NVF Fordon ochTransporter, 3.2.2010.48. Bernd Korte, Trends in Commercial Vehicle Tire Development, Continental,10.2.2010, Tire technology expo 2010, esityksen materiaali49. Richard O’Connell, The Future of Truck Tyre Retreading, 10.2.2010, Tiretechnology expo 2010, esityksen materiaali50. Pekka Nurme, Vianor Oy, haastattelu, 15.4.201051. Sähköpostikeskustelu, Harri Harju­Villamo, tuotekehityspäällikkö, SuomenVaimennin Oy, 4.5.2010Internetsivut52. Europen Tyre School, Teaching modules 1­10 materiaali, [verkkosivusto, viitattu23.2.2010], Saatavissa: http://www.tut.fi/plastics/tyreschool/index.html53. http://en.wikipedia.org/wiki/Robert_William_Thomson54. http://www.etrma.org/public/activitiesrubberth.asp55. http://www.etrma.org/public/activitiesrubberh.asp56. http://inventors.about.com/library/inventors/bltires.htm57. http://www.kumiteollisuus.fi/fin/kumitietoutta/kumin_historiaa/58. http://fi.wikipedia.org/wiki/Kumi59. http://www.trucktires.com/bridgestone/us_eng/real/magazines/98V3Issue4/v3i4World.asp60. http://www.michelintransport.com/ple/front/affich.jsp?codeRubrique=20051018181018&lang=FI61. http://www.bridgestonetrucktires.com/us_eng/real/magazines/04v9iss2/ra4b.asp120

12162. http://www.finlex.fi/fi/laki/ajantasa/1992/1992125763. http://www.michelintransport.com/ple/front/affich.jsp?codeRubrique=35&lang=FI64. Toimenpidealoite 13/2007 vp : http://www.eduskunta.fi/faktatmp/utatmp/akxtmp/tpa_13_2007_p.shtml65. http://www.ake.fi/AKE/Tilastot/Ajoneuvokanta/Liikenteessä+olevat+ajoneuvot+2009/66. http://www.ake.fi/AKE/Tilastot/Ajoneuvokanta/Liikenteessä+olevat+ajoneuvot+2008/Liikenteessä+olevat+ajoneuvot+2008.htm67. http://www.leadfreewheels.org68. http://www.micropoise.com/69. http://www.bridgestonetrucktires.com/us_eng/real/magazines/98V3Issue3/v3i3popu.asp70. http://www.bridgestonetrucktires.com/us_eng/real/magazines/97V2Issue1/7v2i1doctor.asp71. http://www.innovativebalancing.com72. http://www2.ake.fi/asiantuntija/lehti42001/jutut401/lyhyet.html73. http://www.trucktires.com/bridgestone/us_eng/real/magazines/98V3Issue4/v3i4Tech.asp74. http://www.doitpoms.ac.uk/tlplib/bioelasticity/printall.php75. http://www.rema­tiptop.com/portal/Balance_weights_with_clip__truck__bus,332,116336.rtt76. http://advantagepressurepro.com/images/upload/PressureProTPMS2­24­10.ppt77. http://www.unece.org/trans/doc/2003/wp29grrf/TRANS­WP29­GRRF­53­20ebis.pdf78. http://www.volkspage.net/technik/ssp/ssp/SSP_219.PDF79. http://www.finntest.fi/index.taf?_page=73&pg_id=11&pr_id=2880. http://www.finntest.fi/81. http://www.centramatic.com/Page.aspx?page=Balancers82. http://www.innovativebalancing.com/gallery1.htm83. http://www.expeditionexchange.com/equal/

12284. http://patchboy.com/Merchant2/merchant.mvc?Screen=CTGY&Store_Code=P&Category_Code=3­2585. http://www.linersystems.com/fifth­wheel­grease.htmMainokset / esitteet / lehdet86. 3M Wheel Weight System General Overview [verkkojulkaisu, viitattu 4.1.2010],Saatavissa: http://multimedia.3m.com/mws/mediawebserver?66666UuZjcFSLXTtm8&aMxMaEVuQEcuZgVs6EVs6E666666­­87. 3M Wheel Weight System Application Guidelines August 2008 [verkkojulkaisu,viitattu 4.1.2010], Saatavissa: http://multimedia.3m.com/mws/mediawebserver?66666UuZjcFSLXTtNXMtMxfVEVuQEcuZgVs6EVs6E666666­­88. RealANSWERS Magazine, Tires & Truck Fuel Economy ­ A New Perspective,The Tire Topic Magazine, special edition four, Bridgestone, [verkkojulkaisu,viitattu 4.1.2010], Saatavissa: http://www.trucktires.com/bridgestone/us_eng/brochures /pdf/08­Tires_and_Truck_Fuel_Economy.pdf89. Akron Standard, Micro­Poise, Tire Industry Product Brochure: Uniformity andBalance, April 2007, [verkkojulkaisu, viitattu 5.1.2010], Saatavissa: http://www.micropoise.com/pdf/1947_Tire_Industry_Brochure_%28Screen%29_4­26­07.pdf90. CEMB C212 Automatic digital balancer for truck, bus and car wheels,[verkkojulkaisu, viitattu 6.1.2010], Saatavissa: http://www.cemb.com/images/prodotti /garage/C212.pdf91. Michelin Fleetlife Uutiskirje nr. 1­2008: Pidemmälle yhdessä, [verkkojulkaisu,viitattu 6.1.2010], Saatavissa: http://www.michelinfleetlife.fi/fi/uutiskirje/fleets­fi­08­01.pdf92. Michelin Fleetlife Uutiskirje nr. 2­2006: [verkkojulkaisu, viitattu 6.1.2010],Saatavissa: http://www.michelinfleetlife.fi/fi/uutiskirje/fleets­fi­06­02.pdf93. Road’n Roll 1/2009, Vianorin lehti, [verkkojulkaisu, viitattu 7.1.2010], Saatavissa:http://vianor.fi/files/Vianor2006/yritysasiakkaat/Vianor_RoadnRoll_1_2009.pdf94. Bridgestone M726 EL esite, [verkkojulkaisu, viitattu 7.1.2010], Saatavissa: http://www.trucktires.com/bridgestone/us_eng/brochures/pdf/M726EL_brochure.pdf95. RealANSWERS, What Do We Need to Make a Tire, Special Edition Three,Bridgestone, [verkkojulkaisu, viitattu 7.1.2010], Saatavissa: http://www.bridgestonetrucktires.com/us_eng/real/magazines/bestof3/ra_special_edition_3_pdf_downloads/RA_2_ingredients_RA_Sp_Edition_3.pdf96. Renkaankierrätys, Suomen renkaankierrätys Oy:n tiedotuslehti 2/2009,[verkkojulkaisu, viitattu 13.1.2010], Saatavissa: http://www.rengaskierratys.com/fi/upload/pdf/lehti­2­09.pdf

12397. Michelin hinnasto Kuorma­ ja linja­auton renkaat 1.10.2008 [verkkojulkaisu,viitattu 5.2.2010], Saatavissa: http://www.euromaster.fi/download_document/Michelin_kuorma­autonrenkaat.1.10.2008.pdfKuvat muista lähteistä98. Kuva 1: http://www.bridgestonetrucktires.com/us_eng/real/magazines/bestof3/speced3_synthetic_rubber.asp99. Kuva 2: http://www.tatsga.com/autotekniikka.pdf100. Taulukko 2: http://www.michelintransport.com/ple/front/affich.jsp?codeRubrique=60&lang=FI101. Kuva 3: http://www.bridgestonetrucktires.com/us_eng/press/tire_images/tire_download/R287_M726EL_R195F_combo.jpg102. Kuva 5: http://www.bridgestonetrucktires.com/us_eng/real/magazines/04v9iss2/ra4b.asp103. Kuva 6: RealANSWERS, What’s round and black –and really complicated?,Special Edition Three, Bridgestone, [verkkojulkaisu, viitattu 11.1.2010], Saatavissa:http://www.trucktires.com/bridgestone/us_eng/real/magazines/bestof3/ra_special_edition_3_pdf_downloads/RA_18_tire_components_RA_Sp_Edition_3.pdf104. Kuva 9: http://www.bridgestonetrucktires.com/us_eng/real/magazines/bestof3/speced3_building.asp105. Kuva 10: http://www.bridgestonetrucktires.com/us_eng/real/magazines/bestof3/speced3_curing.asp106. Kuva 16: http://www.michelintransport.com/ple/front/affich.jsp?codeRubrique=20071106105640&lang=FI107. Kuva 19: http://www.michelintransport.com/ple/front/affich.jsp?codeRubrique=36&lang=FI108. Kuva 20: http://vianor.fi/files/Vianor2006/yritysasiakkaat/Goodyear_pricelist_2009.pdf109. Kuva 22: http://www.autokanta.com/koneporssi/tekniikka_ja_koeajot /kuljettaminen/puutavaran_kuljetus/?x132980=297288110. Kuva 24: http://www.michelintransport.com/ple/front/affich.jsp?codeRubrique=62&lang=FI111. Kuva 25: http://www.michelintransport.com/ple/front/affich.jsp?codeRubrique=59&lang=FI#3112. Kuva 27: http://www.bridgestonetrucktires.com/us_eng/real/magazines /98V3Issue1/v3i1popu.asp

124113. Kuva 28: http://www.michelintransport.com/ple/front/affich.jsp?codeRubrique=37&lang=FI114. Kuva 29: http://www.michelintransport.com/ple/front/affich.jsp?codeRubrique=41&lang=FI115. Kuva 41 ja Kuva 43: http://www.vibratesoftware.com/html_help/html/Diagnosis/Reference/glossary.htm116. Kuva 42 ja Kuva 44: http://www.formulastudent.de/de/academy/pats­corner/advice ­details/article/pats­column­february­1/117. Kuva 45: http://www.bridgestonetrucktires.com/us_eng/real/magazines/98V3Issue3/v3i3popu.asp118. Kuva 52: http://www.kaltire.com/commercial/medium_truck_tires/diagonal.php119. Kuva 60: http://www.tpub.com/content/construction/14273/css/14273_331.htm120. Kuva 61: http://www.leadfreewheels.org/zinc.shtml121. Kuva 63: http://www.rema­tiptop.com/portal/XACTBalance__,5668400,15756,116336.rtt122. Kuva 65: http://multimedia.3m.com/mws/mediawebserver?mwsId=66666UuZjcFSLXTtmXMVMXfVEV76EbHSHVs6EVs6E666666­­123. Kuva 65: http://www.rema­tiptop.com/portal/Adhesive_weight_551­5,5658000,14433,116336.rtt124. Kuva 66: http://www.counteractbalancing.com/BaginBag2.htm125. Kuva 67: http://www.khulsey.com/rv_info/rv_centramatic_tire_balan cing.html126. Kuva 69: http://www.bridgestonetrucktires.com/us_eng/real/magazines/98V3Issue4/v3i4Tech.asp127. Kuva 71: http://www.kaltire.com/commercial/medium_truck_tires/shoul der.php128. Kuva 72: http://www.michelinfleets.se/fi/Newsletters/Fleet­FI­Latest.pdf129. Kuva 81: http://www.michelintransport.com/ple/front/affich.jsp?codeRubrique=38&codePage=PLOE_Resistance_Pneu&lang=FI130. Kuva 87: RealANSWERS, Did You Want Drill Bits or Holes?, Volume 10, Issue3, Bridgestone, [verkkojulkaisu, viitattu 11.1.2010], Saatavissa: http://www.bridgestonetrucktires.com/us_eng/real/magazines/ra_v10_i3/pdf/ra10_3_techspeakg.pdf131. Kuva 88: http://www.formulastudent.de/de/academy/pats­corner/advice­details/article/pats­column­february­1/1/132. Kuva 105: http://www.nokiantyres.com/files/nokiantyres/tiedotekuvia /label.jpg

125LIITTEETLiite A Osa renkaita koskevia kohtia asetuksesta ajoneuvojen käytöstä tiellä4.12.1992/12573 LukuRenkaiden ja nastojen käyttö:15§Kaikkien ajoneuvojen renkaatAjoneuvo on varustettava sen rekisteröidyn kokonaismassan ja akseleille kohdistuvienmassojen edellyttämin renkain ja vantein. Renkaita, joissa kudos on näkyvissä tai jotkailmeisesti ovat vaarassa räjähtää, ei saa käyttää.16§Auton, auton perävaunun ja hinattavan laitteen renkaat1. Auton etupyörissä ei saa käyttää renkaita, joiden puutteellinen tasapaino voi haitataohjausta. Kulutuspinnan pääurien syvyyden tulee auton, auton perävaunun ja sellaisenhinattavan laitteen renkaissa, jonka suurin sallittu nopeus on suurempi kuin 40 km/h, ollavähintään 1,6 mm. Akselilla, jolla on paripyörät, tämä vaatimus ei koske molempia pyöriä.Pääurilla tarkoitetaan leveitä uria renkaan kulutuspinnan keskialueella noin kolmenneljänneksen leveydellä kulutuspinnasta.2. Henkilöautossa (M 1 ­luokka), jonka kokonaismassa on enintään 3,5 tonnia, japakettiautossa (N 1 ­luokka), kokonaismassaltaan enintään 3,5 tonnin erikoisautossa sekäkokonaismassaltaan yli 0,75 tonnin ja enintään 3,5 tonnin perävaunussa (O 2 ­luokka) onjoulu­, tammi­ ja helmikuun aikana käytettävä talvirenkaita, joiden kulutuspinnan pääuriensyvyys on vähintään 3,0 mm. Talvirenkaita ei tarvitse käyttää:a) paripyörien molemmissa pyörissä;b) auton tai sen perävaunun valmistukseen, maahantuontiin, kauppaan, korjaukseen taikatsastukseen liittyvissä tilapäisissä enintään 20 kilometrin pituisissa siirroissa;c) museoajoneuvossa;d) sellaisessa autossa tai sen perävaunussa, johon talvirenkaita ei ole saatavissa. [62]

LIITE B Simulink­malli epätasapainon vaikutuksiin.Tekijän ohjelmoima, käytetty kappaleen 4.3.1 laskelmissa.126

127LIITE C: Kuvaajat epätasapainon vaikutuksista jousen puristumiinKuva 107 Jousen puristuma vaimennuksillaKuva 108 Jousen puristuma ilman vaimennuksia

128LIITE D: Kuvaajat epätasapainon vaikutuksista renkaan joustoihinKuva 109 Renkaan jousto vaimennuksillaKuva 110 Renkaan jousto ilman vaimennuksia

LIITE E Simulink­malli säteisheiton vaikutuksiinTekijän ohjelmoima, käytetty kappaleen 6.4 laskelmissa.129

130LIITE F: Kuvaajat säteisheiton vaikutuksista jousen puristumiinKuva 111 Jousen puristuma vaimennuksillaKuva 112 Jousen puristuma ilman vaimennuksia

131LIITE G: Kuvaajat säteisheiton vaikutuksista renkaan joustoihinKuva 113 Renkaan jousto vaimennuksillaKuva 114 Renkaan jousto ilman vaimennuksia

132LIITE H Vierinvastusmittausten tulokset Nokian RenkaatKoko:315/80R22.5Pintamalli:NTR­861Valmistaja:NokianSäteisheitto 1.0 mmMittauksetRummun nopeus U n 80 km/hOhjearvo80 km/hToleranssi± 0,2 km/hPyöräkuorma L m 3750 daN 3750 daN ± 2 daNPaine, lähtö p 825 kPa 825 kPa ± 3 kPaPaine, loppu p 825 kPa ± 3 kPaVierinvastuskerroin Cr25 0,59 %Koko:315/80R22.5Pintamalli:NTR­861Koesarja: NV. Epäkeskeisesti apureikien avulla ajettuValmistaja:NokianSäteisheitto 1.0 mmMittauksetRummun nopeus U n 80 km/hOhjearvo80 km/hToleranssi± 0,2 km/hPyöräkuorma L m 3750 daN 3750 daN ± 2 daNPaine, lähtö p 825 kPa 825 kPa ± 3 kPaPaine, loppu p 825 kPa ± 3 kPaVierinvastuskerroin Cr25 0,63 %Koko:315/80R22.5Pintamalli:NTR­861Koesarja: NV. Epäkeskeisesti apureikien avulla ajettuValmistaja: Nokian Liimapainoja 500gSäteisheitto 1.0 mmMittauksetRummun nopeus U n 80 km/hOhjearvo80 km/hToleranssi± 0,2 km/hPyöräkuorma L m 3750 daN 3750 daN ± 2 daNPaine, lähtö p 825 kPa 825 kPa ± 3 kPaPaine, loppu p 825 kPa ± 3 kPaVierinvastuskerroin Cr25 0,67 %Koko:315/80R22.5Pintamalli:NTR­861Koesarja: NV. Epäkeskeisesti apureikien avulla ajettuValmistaja: Nokian Liimapainoja 1000gSäteisheitto 1.0 mmMittauksetRummun nopeus U n 80 km/hOhjearvo80 km/hToleranssi± 0,2 km/hPyöräkuorma L m 3750 daN 3750 daN ± 2 daNPaine, lähtö p 825 kPa 825 kPa ± 3 kPaPaine, loppu p 825 kPa ± 3 kPaVierinvastuskerroin Cr25 0,65 %