Куда мы катимся: шины будущего

За последнее столетие на фоне огромных перемен в конструкции автомобиля концепция шин мало изменилась – это все та торообразная (или подобная баранке) полая резиновая деталь, накачанная воздухом. А с 1947 года, когда американская фирма BFGoodrich представила первую бескамерную шину, колеса и вовсе не претерпели совсем уж радикальных изменений. Менялись компоненты резиновой смеси, элементы каркаса, рисунок протектора – но общие принципы оставались теми же.

Можно сказать, что шины развивались, пусть долгим, но самым надежным путем – эволюционным, а шинники постоянно накапливали массив знаний и технологий. Тем не менее, попытки представить, какой будет шина будущего, продолжаются с завидной регулярностью.

Складывается ощущение, что фантазии разработчиков хватает лишь на стремление заменить пневматическую шину на конструкцию, где вместо воздуха работают другие упругие элементы.

Из подобных разработок наиболее известна шина Tweel, предложенная компанией Michelin в 2005 году (от англ. tyre – "шина" и wheel – "колесо"). Между ободом и протектором у нее расположено множество широких упругих элементов, внешне похожих на спицы – они и заменяют собой воздух. Конструкторы утверждают, что жесткость при поперечных нагрузках у такой шины существенно выше, чем у спортивных низкопрофильных покрышек, а способность воспринимать удары о камни и бордюры лучше, чем у внедорожной резины.

Похожую конструкцию под названием NPT (Non-Pneumatic Tire) представила в 2009 году американская компания Resilient Technologies. Упругие элементы здесь напоминают не спицы, а соты. Предполагалось, что технологией заинтересуются военные, поскольку такие шины не боятся проколов, пуль и осколков.

Оба этих концепта всегда показывались без боковин, причем до конца не было понятно, сделано это в демонстрационных целях или перед нами окончательный вариант. В последнем случае колесо было бы нежизнеспособно в реальных условиях – между "спицами" или в "соты" должна была быстро забиваться грязь или снег, что заставило бы сразу забыть хоть о каком-то подобии балансировки. К тому же, регулировать давление в колесах, например для преодоления рыхлого грунта, здесь тоже нельзя. Стоит помнить, что протектор стирается с не меньшей интенсивностью даже у таких продвинутых колес, а замена их будет недешева. В любом случае, оба проекта так и остались концептами.

Существует и вовсе фантастическая концепция MagTrack от Hankook, в которой вместо воздуха будет магнитное поле – оно и заставляет колесо вращаться, и демпфирует удары. Но это пока что достаточно смело даже для кинофильмов. Впрочем, у компании есть и вполне реальная безвоздушная модель iFlex, внешняя часть которого также напоминает соты, но само колесо более монолитно, чем аналоги.

Спуститься на землю

Не надо забывать, что какие бы технические новшества ни получал автомобиль, и что бы ни находилось в колесе между ободом и внутренней частью протектора, неизменно пока одно – площадь пятна контакта шины с дорогой, которая в среднем не превышает размера человеческой ладони. Поэтому задачей на ближайшее будущее для прагматично мыслящих инженеров остается улучшение сцепных свойств протектора.

Нам приходилось общаться с разработчиками из разных стран и компаний, и на вопрос, какое качество шины для них самое важное, все, не сговариваясь, отвечали – безопасность. Поэтому стоит ожидать, что основные работы на ближайшие годы будут развиваться по следующим направлениям:

Улучшение свойств резиновой смеси. Ожидается, что резина станет еще эластичнее, сможет эффективнее работать на мокрой поверхности и заполнять собой микронеровности дороги, еще больше увеличивая сцепление. Одновременно эти качества будут лучше сочетаться с высокой ходимостью и низким сопротивлением качению, что позволит снизить расход топлива и вредные выбросы в атмосферу. Для зимних и внедорожных шин указанные качества дополнит увеличенный температурный диапазон.

Совершенствование каркаса. Первое направление – дальнейшее снижение веса шины за счет новых полимерных материалов с одновременным увеличением их прочности. Второе – оптимизация пятна контакта, которое остается оптимальным при различных динамических нагрузках.

Дальнейшее совершенствование рисунка протектора всех типов шин: летних, зимних, всесезонных, внедорожных, а также их разновидностей.

Именно эти, казалось бы приземленные, свойства больше всего заботят шинников в ближайшей перспективе. А списывать воздух в качестве демпфирующего элемента пока что рано. Вместе с различным каркасом, протектором и резиновой смесью это позволит создавать шины с весьма разнообразными свойствами, и поле для деятельности инженеров еще очень широкое.

А любителям технических чудес рекомендуем присмотреться к еще одним концептам шин Hankook как раз в сфере оптимизации сцепления с дорогой. У шины eMembrane на малой скорости центр протектора втягивается, что позволяет уменьшить сопротивление качению и расход топлива, а на высокой скорости он опускается, увеличивая сцепление и управляемость. Для высокоскоростных автомобилей предназначено колесо Tiltread, оно состоит из трех вертикальных сегментов, которые в повороте наклоняются и смещаются относительно друг друга, сохраняя площадь контакта. Любителей внедорожной езды может заинтересовать концепт Motiv, который также состоит из вертикальных сегментов, только двух. А блоки протектора могут независимо двигаться, подстраиваясь под сложный рельеф дороги. Остается добавить, что все эти концепты пока существуют только в виде компьютерных моделей.