Шины, которые не боятся проколов, впервые появятся на серийных авто
Безвоздушное колесо по целому ряду показателей превосходит радиальные бескамерные шины. Uptis уже в этом году будут устанавливать на серийные электромобили Chevrolet Bolt.
Безвоздушные шины от Michelin и General Motors называются Uptis — это аббревиатура от Unique Puncture-proof Tire System, «уникальная проколостойкая система шин». Конечная цель разработчиков — совершенно новое колесо для легковых автомобилей, которое придет на смену современным шинам и покрышкам. Этой темой Michelin занимается уже 14 лет.
GM планирует начать полевые испытания прототипа Uptis в этом году, оснастив новыми колесами электрические Chevrolet Bolt, сообщает New Atlas.
Безвоздушная технология обладает несколькими преимуществами и для водителя, и для окружающей среды — причем на протяжении всего цикла жизни. На производство шин расходуется меньше сырья и энергии, меньше испорченных покрышек заканчивают свою жизнь на свалках, они меньше изнашиваются из-за недостаточного или, наоборот, чрезмерного давления. Кроме того, такая шина никогда не лопнет прямо на дороге, создав аварийную ситуацию.
По словам представителей Michelin, около 12% шин отправляются на свалку преждевременно в результате взрывов, около 8% — из-за проблем с давлением.
Ежегодно автовладельцы выбрасывают 200 млн вышедших из строя до окончания срока эксплуатации шин.
Перейдя на Uptis с традиционной надувной шины, водитель не заметит особой разницы. По весу она соответствует среднему колесу — 22,5 кг, позволяет разгоняться, как обычно, и при этом экономит место в багажнике, где больше не нужно возить запаску.
Uptis — готовая к серийному производству версия системы Tweel, которую Michelin показала еще в 2005. В 2014 компания заявила о строительстве новой фабрики безвоздушных шин. Сейчас Tweel выпускают лишь для непассажирского транспорта, в частности, строительной и сельскохозяйственной техники.
Цены на Uptis пока не обнародованы, как и типы или размеры автомобилей, для которых эти колеса предназначены. Скорее всего, сначала на такие шины перейдут коммерческие службы — таксопарки и службы проката.
Для военной техники нужны колеса, отвечающие особым требованиям. Год назад DARPA представила разработку для вездеходов — колесо, которое меняет форму прямо на ходу.
Шины будущего: в цвет кузова и не боятся проколов
Перед поездкой на завод компании Michelin, что расположен во французском Клермон-Ферране, я думал, что «новинки шинной индустрии» — это ужасно скучно. Ну, скажите, кому интересен новый рисунок протектора? Но поездка оказалась фантастической! Оказывается, уже придуманы и цветные шины, и покрышки, которые не боятся проколов, а ещё инженеры предлагают поместить внутрь колеса… двигатель и подвеску. Вот оно, шинное будущее!
Пневматические покрышки, которые принято называть автомобильными, появились намного раньше самих автомобилей. Если днём рождения современного автотранспорта принято считать 29 января 1886 года (именно тогда Карл Бенц получил патент на самодвижущийся экипаж собственной конструкции), то первая шина была запатентована Робертом Томсоном почти на полвека раньше, 10 июня 1846 года. На деревянное колесо, обитое металлическим обручем, англичанин надел камеру, состоящую из нескольких слоёв парусины, пропитанных каучуком, а сверху — «покрышку» из кусочков кожи, скреплённых заклёпками.
Увы, но начать выпуск «воздушного колеса» британцу не удалось, и следующее «изобретение» автомобильной покрышки состоялось в конце XIX столетия, в 1888 году, когда Джон Данлоп нацепил на колёса велосипеда своего маленького сынишки обручи из садового шланга, а затем накачал их. Это был успех! В июне 1889-го на центральном стадионе Белфаста спортсмен-велосипедист Уильям Хьюм, которого конкуренты считали не просто середняком, а скорее аутсайдером, сменил колёса своего «болида» на пневматические, конструкции Данлопа, и выиграл все — абсолютно все! — заезды, в которых участвовал.
В конце XIX века 100 км/ч считались недостижимым скоростным рубежом для автомобилей. Более того — врачи считали, что если машина разгонится до 70 км/ч, то водитель умрет от остановки сердца. Эту легенду удалось развенчать 29 апреля 1899 года, когда бельгиец Камиль Женатци на собственноручно сконструированном электромобиле (!) La Jamais Contente (фр. «Всегда недовольная») разогнался до 105,882 км/ч. Шины для рекордного автомобиля изготовила компания Michelin
После этого слава новых колёс, которые нужно накачивать воздухом, покатилась как велосипед на пневмошинах — быстро и уверенно. Вскоре инженеры из разных стран предложат отделять камеру от покрышки, придумают быстрые способы монтажа шин… Но поставить пневматическую шину, которая подходила для велосипедов и повозок, на автомобиль не решался никто — тогда казалось, что узенькая «резина» просто не выдержит тяжёлую машину. Обратное доказали Андре и Эдуард Мишлены: в 1895 году братья заявили на гонку «Париж-Бордо» автомобиль на пневмошинах, который успешно преодолел 1200 километров маршрута.
Но если Джону Данлопу было достаточно надеть на колёса велосипеда поливочный шланг, то сегодня перед инженерами-шинниками стоят гораздо более сложные задачи — в одной покрышке нужно совместить «разнополярные» свойства. Вот пример. При движении автомобиля по причине нагрева и деформации шины 20% энергии тратится на преодоление сопротивления качению. Вывод? Нужно уменьшить деформацию, сделать шины более жёсткими! Но тогда пострадают управляемость (поскольку уменьшится площадь пятна контакта) и комфорт (жёсткая «резина» хуже глотает неровности)…
Кто мог подумать, что «круглое чёрное колесо» состоит из стольких компонентов? Борт (металлическое кольцо, покрытое слоем резины) позволяет покрышке герметично садиться на обод колёсного диска, боковая часть делается достаточно прочной, чтобы сберечь колесо от боковых повреждений, брекер, расположенный между каркасом и протектором и состоящий из толстого слоя резины и корда, придаёт шине жёсткость, протектор обеспечивает необходимое сцепление между шиной и дорогой
Вот и приходится инженерам балансировать между взаимоисключающими параметрами, в одном продукте увязывая комфорт, управляемость, износостойкость и экономичность. Так что не удивляйтесь, что современная покрышка — это слоёный пирог из нескольких сортов резины и разных видов корда (см. схему), которые нужно постоянно совершенствовать, чтобы создавать новые поколения шин. Над «выпечкой» новых «пирогов» работают химики и технологи, инженеры и испытатели, а доводка каждого продукта — многоступенчатый процесс: от компьютерных исследований до реальной обкатки.
Но развитие технологий практически не коснулось исходного сырья! Как и братья Мишлен, современные шинники использют натуральный каучук и даже приводят статистику: в каждом автомобиле используется не меньше 250 кг этого материала, из которого сделаны и покрышки. Причём отказываться от натурального латекса химики не планируют, так как синтетические аналоги слишком дороги и не всегда хороши по своим характеристикам. Вот так! Но без искусственных эластомеров не обойтись, если дело касается технологий будущего, например, шин, что не боятся проколов. Впрочем, давайте по порядку.
Изобретая колесо
Что получится, если внутрь колеса встроить электромотор? Правильно, мотор-колесо. В этом случае автомобиль получает множество преимуществ: во-первых, машине больше не требуется трансмиссия (сцепление, коробка передач, приводы — всё это становится лишним), во-вторых, здорово повышается маневренность — колёса могут вращаться с разной скоростью и в разных направлениях… Этот список можно продолжать и дальше, но недостатки подобных конструкций тоже существенны. Первый и самый главный — масса: чем тяжелее колесо, тем хуже управляемость автомобиля и плавность хода.
Правда, инженеры Michlen заявляют: эта проблема решаема. В рамках проекта Active wheel было создано мотор-колесо, неподрессоренная масса которого — всего 35 кг (для сравнения, аналогичная масса стандартного колеса Renault Clio составляет 38 кг). К кузову автомобиля «активное колесо» крепится при помощи жёсткого (!) рычага, а подвеска… тоже размещена внутри Active wheel: с дорожными неровностями должна бороться стальная пружина и электрические амортизаторы, время отклика которых составляет 0,003 с (то есть амортизатор электрический на порядок быстрее привычного гидравлического).
Внутри мишленовского «активного колеса» на алюминиевой раме смонтированы электродвигатель, понижающий планетарный редуктор, тормозной механизм, система жидкостного охлаждения, пружины подвески, а также отдельный электромотор, управляющий амортизаторами и поворотом колёс. Вес ведущего мотора — всего 7 кг при максимальной мощности 75 л.с. и крутящем моменте 85 Н•м! При торможении мотор работает как генератор, вырабатывая электроэнергию для питания аккумулятора
Надо заметить, что на мишленовское «активное колесо» надета обычная пневматическая покрышка. Но уже придуманы безвоздушные шины! Их изначально создавали для луноходов. Вместо воздуха здесь — полимерные спицы особого сечения, а вместо резинового протектора — кусочки натуральной кожи (припоминаете первую пневмошину авторства Роберта Томсона?). Такое колесо не только не боится проколов, но и уверенно глотает любые неровности — даже острая скальная порода луноходному колесу не помеха. «И мы подумали: а почему нельзя из „луноходного“ колеса сделать автомобильное?», — говорят мишленовцы.
Автомобильная версия луноходного колеса называется Tweel и отличается в двадцать раз меньшей собственной массой и в двадцать раз меньшим сопротивлением качению, нежели обычная шина аналогичной размерности. А значит, экономичность машин на новых покрышках будет лучше. Управляемость? В поперечном направлении гибрид гораздо жёстче обычной пневматической покрышки и скорее напоминает жёсткое колесо, а значит, и рулиться машина будет образцово. Никуда не делась и луноходная способность преодолевать препятствия: машина на колёсах Tweel может легко ездить по гвоздям, битым стёклам и острым камням.
Сравните колесо лунохода (слева) и автомобильную шину Tweel (справа). Правда, похоже? Очевидная невозможность прокола и повышенный срок службы наверняка сделают этот продукт бестселлером. Впрочем, в продаже покрышки 3S Concept (справа внизу) наверняка появятся раньше, чем «Твил», — по крайней мере, так считают сами мишленовцы. На фото слева внизу — цветная покрышка, посвящённая визиту Даниэля Елены (штурмана непобедимого WRC-гонщика Себастьена Лёба) на завод Michelin
Есть и другой способ заставить колёса автомобилей не бояться гвоздей и стёкол. Думаете, мы говорим про технологию Runflat, когда машина продолжает движение только благодаря усиленным боковинам покрышки? Нет! Самая свежая разработка Michelin — покрышка 3S Concept, внутренний слой которой — это вязкий полимерный материал, который мгновенно заполняет прокол прямо во время движения автомобиля. Сейчас ведётся работа над «остаточными явлениями»: нужно, чтобы полимер не загустевал со временем и не мешал при балансировке. Как только проблему решат, можно будет начинать производство «вечных» шин.
А вот цветные покрышки уже можно выпускать. В музее компании Michelin нам показали, что первые шины были жёлтыми (в цвет натурального каучука, из которого они и были сделаны), затем стали чёрными (в состав резиновых смесей вошёл технический углерод, попросту — сажа), а последние модели должны были быть… серыми. А всё потому, что основной компонент современной «резины» — силика (осаждённая кремниевая кислота), вещество серого цвета. Но химики придумали, как сделать силику чёрной, а сейчас разработали цветные шины — такую можно увидеть на фотографии сверху.
Вот так выглядит процесс изготовления шины вручную: слой за слоем накладываются несколько видов резины, слои корда (полимерного и стального), протектор… Затем покрышку, предварительно наклеив стикер со штрих-кодом, отправляют на вулканизацию, после чего «слоёный пирог» становится готовой шиной. По такой технологии изготавливают «резину» для исключительных случаев — тестовые экземпляры новых моделей, колёса для автоспорта и концептов
Получается, что автомобильное колесо будущего — это цветная «непрокалываемая» покрышка (неважно, по технологии Tweel или 3S Concept), смонтированная на колёсный диск, внутри которого упрятаны подвеска и электромотор. Но до повсеместного внедрения мотор-колёс пока далеко, поскольку на высоких скоростях КПД такой схемы слишком низок, а на цветные покрышки пока не удалось собрать достаточного количества заказов… Зато продажи покрышек Tweel скоро начнутся, пока — только для гольф-каров и погрузчиков, для которых не требуется оттачивать нюансы управляемости.
P.S. Michelin — это не только шины, но и знаменитый «Красный путеводитель». В 1900 году Андре Мишлен выпустил первый такой путеводитель, куда включил заведения, полезные автомобилисту: отели, ремонтные мастерские, рестораны и гаражи… В 1926-м хорошие «едальни» стали отмечать похожей на цветок звёздочкой. Сейчас применяется трёхуровневый рейтинг: одна звёздочка — в этом ресторане очень хорошая кухня, две — ради этого заведения можно немного скорректировать маршрут своего путешествия, три — здесь превосходная кухня, заслуживающая отдельного автопутешествия.
Алексей Кованов
Фото автора и компании Michelin
Cтоит ли покупать шины, не боящиеся проколов
Ведь покрышки, изготовленные по технологии RunFlat (или, в терминологии известного производителя Continental, SSR) могут стать на наших отвратительных дорогах настоящей палочкой-выручалочкой. Впрочем, судите сами.
По статистике, в странах с плохими дорогами вероятность получить повреждение или прокол в два раза выше, чем в странах с хорошим дорожным покрытием. Другими словами, говорят специалисты компании Continental, у среднестатистического российского водителя подобный инцидент возникает каждые 70 000 пробега, а у немецкого или американского – каждые 150 000 км.
95% всех проколов шин вызывают предметы длиной менее 30 мм.
При этом, что любопытно, только 70% водителей имеют возможность двигаться дальше на «запаске», поскольку она или в плохом состоянии, или у «рулевого» отсутствуют необходимые инструменты и приспособления для замены колеса, или тому препятствует общая неблагоприятная дорожная и погодная обстановка. Наконец, у современного избалованного автовладельца может элементарно не хватать знаний и навыков для замены шин. Короче говоря, шины с беспрокольными технологиями могут здорово облегчить жизнь, особенно, кстати сказать, в дальнем путешествии. Хотя, конечно, и у них есть минусы.
И главный из них, понятное дело, цена. Покрышки RunFlat/SSR процентов на 20 дороже традиционных аналогов. Кроме того, они не подлежат ремонту. То есть в случае прокола, эта резина честно пробежит гарантированные производителем 80 км (максимальная скорость при этом не должна превышать 80 км/ч), после чего, увы, ее придется менять – ремонту такая шина не подлежит.
100% водителей в случае прокола шины с технологией SSR имеют возможность продолжить движение, поскольку жесткие боковины удерживают нагрузку даже при значительных повреждениях протектора, а из-за особенностей конструкции крайне низок риск сквозного повреждения боковины.
Кроме того, не скрывают производители, шина с SSR весит примерно на 20% больше, чем стандартная, а значит возрастают неподрессоренные массы, что теоретически чуть снижает комфорт и управляемость в сравнении со стандартными моделями. Но, по словам экспертов той же Continental, большинство водителей разницы не замечают.
Наконец,шины с SSR имеют «ограниченный радиус действия»: они могут быть установлены только на машины, оснащенные электронной системы предупреждения о снижении давления и, желательно, системами стабилизации движения ESP/DSC. И учитывая эти нюансы, имеет смысл посмотреть на беспрокольные шины, использующие другие технологии.
Непрокалываемые шины
Проблема проколов шин для пользователей современной механической техники остаётся актуальной и всегда вызывает просто массу проблем. Наверняка каждый из вас уже сталкивался с этой неприятностью. Едешь спокойно по лесу или по дороге и тут «бум», а покрышка начинает шмыгать и хлюпать, и едешь уже на ободе или диске. Хорошо, когда прокол происходит рядом с домом или есть запасная камера (или колесо в случае автомобиля). Но иногда отремонтировать поломку в дороге бывает очень сложно – неблагоприятные погодные условия не дают качественно поменять камеру или запасная камера оказывается уже поврежденной. Такое в моей велосипедной практике случалось очень часто. Лежит запасная камера в рюкзаке и ждет своего часа, а когда час настает, то оказывается камера уже изрядно постаревшая и лопается от давления.
Чаще всего прокол на велосипеде случается из-за плохих людей (если не сказать больше), которые бьют бутылки на дороге.
Всегда, когда происходит прокол шины, начинаешь невольно думать – неужели современная технология не позволяет сделать непрокалываемые шины? Варианты решения этой проблемы были предложены. Однако, повсеместного распространения они пока не получили и имеют значительные недоработки.
Удивительно, но изделия в подходящем варианте до сих пор нет. Рассмотрим существующие непрокалываемые велосипедные шины.
Какие бывают варианты непрокалываемых шин для велосипеда
Защита для камеры от прокола из старой камеры
Самая простая и безобидная технология, по изготовлению непрокалываемых шин велосипеда заключается в использовании нескольких камер. Берем одну старую испорченную велосипедную камеру, разрезаем по внутреннему диаметру, и выкладываем внутри покрышки своеобразный защитный слой. Этот слой увеличивает стойкость камеры велосипеда к проколам стеклом или мелкими острыми предметами, а также исключает прокус змеи (своеобразное повреждение, которое происходит при использовании шин с низким давлением, вызываемое прорезанием ободом камеры). При использовании такой защитной прослойки важно ровно, аккуратно и равномерно выстелить камеру изнутри, так чтобы новая камера ровно заполнила пространство в покрышке. Также важно, чтобы части подложенной камеры не пережимались кортом покрышки. Далее, равномерно накачиваем камеру велосипеда до нужного давления. Главное делать это медленно.
Главный недостаток – повышается вес, а камера всё равно не имеет 100% защиту.
Кстати говоря, существует и специальная лента от прокола для велосипеда. Её можно проложить между покрышкой и камерой. Такая лента продается на алишке и стоит относительно недорого. Мне довелось проверить один такой её вариант и я остался доволен. Купить можно тут. Собственно, можно найти и дешевле, но у этой брони очень достойные ходовые качества.
Камеры с толстыми стенками и агрессивная резина
Следующий (и самый простой) шаг – использование камеры с толстыми стенками или использование агрессивной резины (высокие шипы не позволят осколку или гвоздю повредить камеру, т.к. они попросту не достанут до камеры. Камеры с толстыми стенками используются в экстремальных дисциплинах велоспорта и в магазине такую бронированную камеру можно найти именно в разделе даунхильных запчастей.
Очевидный минус – сильное увеличение веса всего велосипеда и плохой накат, что важно, если вам приятнее заниматься крутильными дисциплинами и использовать велосипед для дальних поездок.
Есть ещё одна стандартная технология – использование специального герметика. Реализовывать этот способ защиты можно как на простой резине, так и на бескамерной. Однако, изначально методика была запланирована для применения на бескамерной велосипедной резине.
Велосипедный герметик – это специальное вещество, которое заливается внутрь камеры и в случае появления прокола начинает выбрасываться через появившийся прокол. При взаимодействии с окружающей средой герметик моментально отвердевает (или, лучше сказать, превращается в резину) внутри прокола и заклеивает дырку. Получается этакая экспресс-вулканизация. Герметик для велосипедных камер выпускается в различных формах и имеет разные свойства. Но в целом, эта технология довольно надежная и лишена явных минусов. В рекламных роликах таких продуктов оператор огромным гвоздем прокалывает камеру и камера моментально самозаклеивается.
На практике с маленькими проколами такой герметик справляется уверенно, а вот прокол от гвоздя уже затянет весьма условно, и дополнительная заклейка камеры всё равно потребуется. Хотя до ближайшего места ремонта доехать получится и на герметике.
Появление прокола в любом случае вызовет уменьшение давления в камере. Значит если насоса у вас нет, а дырка ещё не схватилась, то вы можете вполне потерять одну-две атмосферы внутри колеса. Ехать дальше придётся на недокаченой резине. Соответственно, обязательно возите с собой насос.
Недостатки методики – высокая стоимость герметика, незначительное повышение веса, невозможность справиться со сложными проколами или прокусами змеи.
Достоинства – наиболее эффективная технология из имеющихся.
Современные технологии изготовления непрокалываемых велосипедных шин
Не так давно, компания Vittoria объединилась с корейским брендом Tannus, который делает «безвоздушные» сплошные шины.
4.1. Что такое сплошные шины?
Это ещё одна технология изготовления беспрокольных камер. Камеры в шине попросту нет. Всё пространство занимает специальный пористый материал. Он обладает высокой эластичностью, упругостью и мягкостью, но проколоть его нельзя никак. Шина похожа больше на утеплитель для окон. Если вспомнить велосипед «дружок», то там использовался именно такой вариант. Конечно же, для серьезного использования и реализация варианта применяется более совершенная.
Но методика эта обладает большим количеством недостатков – увеличивается вес, прогрессивное сжатие камеры под большим вопросом, есть некоторые проблемы с контролируемостью велосипеда на сложных участках.
Предложенное решение должно исключить недостатки сплошной резины и избавить от уязвимости стандартных покрышек.
4.2. Бронированная шина от Tannus
Компания Tannus выпустила броню для камеры. Вставка выполнена из мягкого пористого материала, обладающего свойствами стандартной велосипедной резины, и её толщина составляет около 15 мм. Вставка объединена со стандартной шиной. Получается этакая комбинированная резина.
Большая толщина исключает возможность прокола или «змеиного прокуса», а внутренняя воздушная камера уменьшает общий вес, который свойственен твердотельной шине и сохраняет прогрессивную работу, характерную для обычной воздушной камеры.
Компания заявила, что помимо защиты от проколов, данная шина может использоваться с низкими давлениями без риска пробивок. Это полезно для экстремальных дисциплин.
Разработку предложено использовать для мотоциклистов, экстремальных дисциплин велоспорта и для обычных велосипедов для исключения проколов.
4.3. Камеры с защитой от проколов с повышенной эластичностью
Такие камеры появились на рынке относительно недавно, но захватили некоторую часть рынка. Идея заключается в том, что материал камеры высоокэластичен и мягок. Мелкие проколы затягиваются,. Застрявшие острые предметы остаются внутри отверстия и не дают воздуху выходить как пробка. Кроме того, камера сама намного более эластична и поэтому прокол «словить» сложнее.
Штука эта новая и неоднозначная, но некоторой эффективностью обладает. Огорчает, разве что, высокая цена.
Заключение
Несмотря на большое количество разработок, классический вариант велосипедной шины сохраняет до сих пор небывалую популярность. Все инновации имеют пока довольно высокую стоимость и не лишены недостатков. Поэтому, иногда проще пользоваться по старинке обычными шинами и возить с собой запасную камеру. Ну а если случился прокол, то прочитайте и запомните, как правильно заклеивать камеру велосипеда.
