Däck och batterielektriska bilar – Slitage, grepp och energiförbrukning

Däck är en fordonskomponent som ofta förbises, detta trots dess kritiska påverkan på vägegenskaper. De negativa konsekvenserna i form av partikelutsläpp från däck har dock aktualiserats på senare tid. För cirka ett år sedan skrev omEV om en uppmärksammad avhandling som berörde skillnader i däckpartikelutsläpp mellan elfordon och förbränningsmotorfordon [1]. För cirka en vecka sedan gick vi igenom de kommande utsläppskraven från däck i Euro 7 [2]. I dagens nyhetsbrev håller vi däcken i rörelse genom att göra ett antal nedslag i de nya avvägningar som krävs i däckdesign för batterielektriska bilar. Vi har valt att inrikta oss på slitage, grepp och energiförbrukning. Fokus är på batterielektriska personbilar där det finns mest tillgänglig information, men troligen har flera av aspekterna bäring även för andra typer av elfordon.

Business-as-usual men batterielektriska bilar ställer nya krav på däcktillverkare

Viktiga skillnader mellan laddbara bilar och förbränningsmotorbilar som påverkar däckegenskaperna är: högre vikt, mer vridmoment och en större betydelse av energieffektivitet för förbättrad räckvidd [3 – 5].

Däckdesign är redan idag mycket komplext. I en dialog med en ledande representant från svenska däckbranschen förklarades några av de avvägningar och optimeringar som krävs i däckdesign oavsett drivlina. Exempelvis balansen mellan våt- och torrgrepp, slitage och grepp, mer miljövänliga kemikalier mot mer högpresterande kemikalier, rullmotstånd och komfort osv. Även ett konkurrenskraftigt pris är en kritisk variabel. Dessutom tillkommer komplexitet rörande de stora mängder driftfall som däcken kommer att utsättas för. Personen från däckbranschen menar att vägvalen visserligen skiljer sig åt mellan olika tillverkare och mellan produkter specifikt utvecklade för enskilda bilmodeller, men att däck är en mogen produkt. Intåget av batterielektriska bilar skapar nya prioriteringar och mycket utveckling och testning sker nu hos de stora däcktillverkarna. Exempelvis sker en del förändringar i däckdimensioner för däck speciellt utvecklade för vissa batterielektriska modeller, där en trend är olika dimensioner mellan fram och bakdäck [6]. Men nuvarande processer kvarstår i försäljning och montering.

Ökat slitage – många faktorer spelar in

Ett antal källor [ex 4, 6, 7, 8, 9] rapporterar om kraftigt ökat däckslitage för batterielektriska bilar. Det har uppskattats att slitaget kan öka med 20 – 30 procent jämfört med förbränningsmotorbilar [4, 8]. Ökad vikt, mer vridmoment och ökad kraft i inbromsningar är viktiga förklaringar [9]. Men påverkansfaktorerna är flera. En möjlig faktor som vi har diskuterat med både representanter från däckbranschen och erfarna motorjournalister är att ökade vridmoment (och effekt) leder/frestar till en mer aggressiv och mer däckslitande körbeteendehos användare. Samtidigt kan begränsad räckvidd också framkalla ett försiktigare körbeteende. Att beteende är viktigt för däckslitage är ett av resultaten i en studie genomförd av VTI år 2022 [9]. Både privata och professionella användare av batterielektriska bilar, laddhybrider och hybrider svarade på frågor relaterat till däckslitage. Hos privata användare av batterielektriska bilar tros användarbeteende vara den tredje viktigaste anledningen till ökat däckslitage relativt förbränningsmotorbilar [9]. Störst påverkan har ökad acceleration/bromspåverkan och ökad fordonsvikt enligt respondenterna [9]. För de användare som upplevt lägre däckslitage med sin batterielektriska bil anses dock den viktigaste anledningen vara förändring i körbeteende [9]. Cirka 36 procent av privatanvändarna av batterielektriska bilar upplevde ett ökat däckslitage, cirka 38 procent upplevde ingen skillnad och 12,5 procent upplevde ett minskat slitage jämfört med tidigare brukade förbränningsmotorbilar [9].

Utvecklingschefen på finska däcktillverkaren Nokian menar dock att ökat däckslitage för batterielektriska bilar inte är sant. Argumentationen är att batterielektriska bilars antispinnsystem är ”mycket” snabbare än för förbränningsmotorbilar, vilket effektivt kan hämna slitande däckspinn [10]. Ett påstående som vi inte har fått bekräftat från någon annan källa.

Ökade krav på grepp kan minska livslängden

Högre vikt och mer vridmoment ställer högre krav på däcken för att säkerställa goda köregenskaper. Exempelvis är däckgrepp viktigt för bromsförmågan [11]. En tyngre bil kräver, allt annat lika, mer grepp för samma bromsförmåga som en lättare bil. Andra påverkande faktorer för bromsprestanda är bland annat viktfördelning och tyngdpunkt [12], vilket kan skilja sig mellan batterielektriska- och förbränningsmotorbilar. Grepp är också viktigt för att hantera batterielektriska bilars vridmoment vid acceleration [13]. Ofta används mjukare gummiblandningar för att öka greppet, vilket generellt innebär en kortare livslängd [13].

Energiförbrukning är viktigare för batterielektriska bilar

En annan viktig parameter att optimera är däckens rullmotstånd och andra faktorer som påverkar energiförbrukning och räckvidd. En tumregel för förbränningsmotorbilar är att 20 – 30 procent av bränsleförbrukningen är däckrelaterat [5]. En nyckelaktivitet är att minska däckens rullmotstånd (vilket är ett stort område som det har skrivits många avhandlingar om).

Däcktillverkare jobbar bland annat med att minska rullmotståndet genom nya material och ny däckdesign [5]. Generellt innebär ett hårdare däck med mindre mönsterdjup lägre rullmotstånd [5]. Andra faktorer som påverkar energiförbrukningen är däckstorlek. Större däck och fälg innebär generellt större energiförbrukning [5, 14]. Den högre energiförbrukningen kan härledas till högre vikt, ökat luftmotstånd (om däcken också är bredare) och ökat rullmotstånd [5]. Ett exempel på räckviddspåverkan av större däck och fälg är Tesla Model Y Long Range. 19-tumsfälgarna ger en WLTP räckvidd på 565 km, motsvarande WLTP räckvidd för 20-tumsfälgarna är 533 km [15]. Viktigt att notera är att även fälgens utformning har betydelse för luftmotståndet, med signifikanta skillnader mellan olika designer [16].

Mindre däck och fälg är därmed att föredra ur räckviddsynpunkt. Större däck kan dock förbättra köregenskaperna (komfort, stabilitet och grepp) och anses av många som mer estetisk attraktivt [5]. Detta kan skapa en målkonflikt i däckdesign likt den mellan grepp och livslängd.

Egen kommentar

Däck är en förvånansvärt komplex fordonskomponent vars design kräver avvägningar mellan olika önskade egenskaper. Däckbranschen behöver nu hantera batterielektriska bilar och dess högre vikt, ökade vridmoment samt ökade krav på energieffektivitet, men även vägljud som vi inte har berört i detta nyhetsbrev. Ökat slitage har hittills fått mest uppmärksamhet, dels för dess miljöpåverkan genom partikelutsläpp, dels då kostnaderna för däck kan öka för användarna. Har andra däckegenskaper än lång livslängd ansetts som viktigare eller är större däckslitage en naturlig konsekvens av batterielektriska bilar?

Inom kort planerar vi att skriva ytterligare ett nyhetsbrev om däck, med fokus på utvecklingen av speciella däck för batterielektriska bilar och däcktillverkarnas anpassningar och strategier i och med ökad elektrifiering av fordonsflottan.

Referenser

[1] omEV. 2022. länk

[2] omEV. 2023. länk

[3] DW. 2023. länk

[4] Anyline. 2023. länk

[5] Recurrent. 2023. länk

[6] Teknikens Värld. 2023. länk

[7] Newsweek. 2023. länk

[8] Forbes. 2023. länk

[9] VTI. 2022. länk

[10] Nokian Tyres. 2023. länk

[11] Asia´s Ultimate Tyre Awards. 2022. länk

[12] Turnfast. 2023. länk

[13] Ars Technica. 2022. länk

[14] Tire Rack. 2023. länk

[15] Tesla. 2023. länk

[16] Leister, Günter. ”Contribution of tires and wheels to the WLTP.” 10th International Munich Chassis Symposium 2019: chassis. tech plus. Springer Fachmedien Wiesbaden, 2020. länk