Самопідкачувані шини: принцип роботи

У світі кільцевих гонок кажуть так: якщо колеса ще не ковзають, значить, ти їдеш недостатньо швидко, а якщо вже ковзають - значить, занадто швидко. По суті все, що є в автомобілі - двигун, трансмісія, підвіска, та й власне водій, - потрібно лише для того, щоб повністю реалізувати потенціал шин.

За межами гоночного треку вимог до шин стає ще більше, хоча б тому, що у нас немає можливості заїхати на піт-стоп і замінити злитки на дощову гуму, навіть якщо почнеться біблійна злива. Шини, які ми використовуємо, повинні вміти все і відразу. Нові розробки в цій області з'являються постійно. І якщо над безповітряними шинами Tweel інженери Michelin б'ються без малого десять років, то кольорові покришки ця марка готова виробляти хоч завтра - був би попит.

Є й більш практичні розробки, як, наприклад, самопідкачувана шина Goodyear. Ця експериментальна система отримала назву Air Maintenance Technology. Між іншим, нічого позамежно складного в ній немає. Уздовж протектора поклали трубку, яка здавлюється в плямі контакту. При обертанні колеса створюється ефект, ніби валик прокатується вздовж трубки, вичавлюючи з неї повітря. У такій покришці будуть також датчик тиску і клапан.

За словами розробників, в серію така шина потрапить не скоро, років через десять.

Адже проблема існує вже сьогодні: дослідження, проведені Goodyear, показали, що в Європі 40% водіїв взагалі не стежать за тиском у шинах. Така безтурботність, до речі, властива не тільки автомобілістам. Фахівці Dunlop з'ясували, що на 85% мотоциклів заднє колесо недостатньо добре накачане. Що стосується автомобілів, то дефіцит повітря в покришці обертається відразу двома неприємними наслідками: підвищеною витратою палива і збільшенням шкідливих вихлопів.

Щоб подивитися, як працюють сучасні літні покришки, ми вирішили розділити їх «поле діяльності» на чотири основні режими: їзда по прямій, поворот, гальмування і рух по мокрому покриттю.

Повний вперед

Найбільш природний режим руху для покришок, підвіски, коробки передач, мотора і водія - це їзда по прямій з постійною швидкістю. Однак навіть при такій їзді покришки страждають від декількох вроджених «хвороб», з якими намагаються боротися всі великі виробники.

Одна з найважливіших проблем - це шум. За чинними в Європі правилами на швидкості 80 км/год покришка не повинна підвищувати голос понад 84 дБ. Рівень шуму залежить від безлічі факторів, у тому числі ширини протектора і жорсткості суміші, з якої він зроблений. Саме тому спортивні шини чути краще звичайних.

Заради зниження рівня шуму розробники покришок пускають у хід досить екзотичні прийоми. Наприклад, у протекторі покришок Bridgestone Turanza T001 є спеціальні шумопоглинаючі канавки, що працюють за принципом резонатора Гельмгольца.

Цей найпростіший акустичний прилад спочатку являв собою посудину сферичної форми з відкритою горловиною, яка дозволяла посилювати або, навпаки, глушити звукові хвилі певної частоти. У покришці ця конструкція виглядає, звичайно, інакше, але принцип роботи у неї той же. Судячи з наданих маркою Bridgestone графіків, використання цих резонаторів дозволило знизити рівень шуму в частотному діапазоні 750 ‑ 1250 Гц.

Інженери Continental надійшли простіше, розробивши для моделі ContiCrossContact LX 2 протектор, плечові зони якого працюють ще і як бар'єр проти шуму, що виходить від блоків центральної частини шини. Ця модель призначена для кросоверів і позашляховиків, а тому має кілька специфічних особливостей. Наприклад, протектор покритий системою дрібних поперечних канавок, які на бездоріжжі працюють як грунтозацепи, підвищуючи прохідність. А форма великих поздовжніх канавок сприяє самоочищенню протектора.

Ще один цікавий спосіб боротьби з шумом винайшла компанія Nokian. Стінки поздовжніх канавок на протекторах покришок сімейства Hakka зроблені негладкими. Їх покривають невеликі напівсферичні поглиблення, як на м'ячі для гольфу. При качанні вони знижують опір повітря, тим самим зменшуючи і рівень шуму, і опір гойданню, і схильність до перегріву. Технологія отримала назву Silent Groove.

Опір каченню - це ще одна проблема, пов'язана з рухом по прямій. Притискаючись до асфальту в плямі контакту, покришка деформується, і ця деформація поглинає частину енергії, яка могла б бути витрачена власне на рух.

Насправді опір каченню - це комплексне явище, що складається з майже десятка окремих фізичних процесів, але нас в даному випадку більше хвилює інше: його реальний вплив на динаміку автомобіля набагато більш істотний, ніж може здатися. Опір гойдалці в середньому діє на машину приблизно так само, як аеродинамічний опір на швидкості за 70 км/год.

Відомо, що холодні покришки чинять опір каченню значно сильніше, ніж прогріті. Але ми-то їздимо не по гоночному треку, і прогрівальних кіл у нас немає. А в штатних режимах руху вихід на оптимальну робочу температуру відбувається через пару-трійку десятків кілометрів, тоді як в міських умовах машина за одну поїздку проїжджає значно менше. Додатковий опір каченню виникає на недокачаних шинах.

Знизити подібні втрати прагнуть всі розробники покришок. Наприклад, інженери марки Cordiant, створюючи модель Road Runner, використовували суміш на основі натурального каучуку і високодисперсного техвуглецю. Це дозволило отримати швидко прогрівається, але не схильний до перегріву протектор з низьким опором гойданню. Додатковий ефект вдалося отримати, збільшивши жорсткість протектора за рахунок використання півмостів у з'єднанні шашок.

Право керма

Поки машина їде по прямій, її праві і ліві колеса завантажені однаково. Коли водій повертає кермо, все змінюється, причому не в кращу сторону. Адже коли автомобіль проходить поворот, його вага перерозподіляється і лягає головним чином на зовнішні колеса.

Чим більша вага припадає на колесо, тим вище його коефіцієнт зчеплення з дорожнім полотном, і навпаки. Але біда в тому, що ця залежність не лінійна. Коефіцієнт зчеплення збільшується повільніше, ніж зростає вага, що припадає на колесо, а зменшується істотно швидше, ніж колесо розвантажується. На практиці це означає, що в повороті загальна «кількість» зчеплення з дорогою менша, ніж при русі прямо, а саме в момент маневру вона і потрібна найбільше.

Адже тут на колесо діє відцентрова сила, яка прагне зірвати його з траєкторії. В результаті виходить, що в повороті основна частина навантаження припадає навіть не на дві покришки з чотирьох, а на зовнішні боковини цих покришок.

Щоб водієві було простіше контролювати машину на високій швидкості, компанія Nokian застосовує в моделі Hakka Black багатошаровий протектор. Його зовнішній шар виготовлено з суміші Nordic Intelligent UHP Silica, спеціально розробленої для північних країн.

Він забезпечує надійне прилягання до дорожнього полотна як у спекотний літній день, так і холодним осіннім ранком, не твердячи при низьких температурах. При цьому більш жорсткий внутрішній шар на основі наносилики дає гостру реакцію на керуючі дії і надійний зворотний зв'язок.

Стоп машина.

"